專利名稱：用于風渦輪的變速箱的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于風渦輪的變速箱。
特別地，本發明涉及一種用于風渦輪的變速箱，該變速箱包括外殼和齒輪變速器，所述變速器帶有具有至少一個以行星齒輪單元的齒輪或行星架形式的驅動輪的輸入軸，該輸入軸能夠連接于風渦輪的轉子，從而特別地對于上述齒輪變速器的正常工作，輸入軸的對稱軸線通常與齒輪變速器的幾何對稱軸線重合或對齊。
通過該幾何對稱軸線表示整個齒輪的對稱軸線，所述齒輪直接或者間接地被驅動輪驅動并且例如由以對稱的方式設置在傳動齒輪周圍的齒輪形成或者由與驅動齒輪一起工作的行星齒輪單元的部分形成。
背景技術：
在已知的用于風渦輪的齒輪變速器中，在空載情況下輸入軸的軸承座的對稱軸線與上述的齒輪變速器的幾何對稱軸線幾乎重合，如果沒有在公差極限內的校正誤差。
在這里一個主要的因素沒有被考慮，即由風渦輪的轉子在輸入軸上產生的負載。
在當前的帶有大約十米或更長的轉子葉片的風渦輪中，所述負載非常大并且所述負載包括由轉子重量產生的靜態分量和由變化的且可能不對稱風載荷產生的動態分量。
由于在輸入軸的軸承中的間隙，或者由于在轉子負載的影響下在所述軸承中或者在支撐所述軸承的外殼中的彈性變形，在輸入軸被轉子加載之后，輸入軸的校準將顯著地偏離齒輪變速器的幾何對稱軸線。
簡言之，在已知的變速箱中，當軸承的座空載時，輸入軸和齒輪變速器的幾何對稱軸線的理想的校準導致在輸入軸被轉子加載時校正誤差。
上述校正誤差的后果是在齒輪的齒的側面之間的間隙在一些情況下能夠變得太受限制，例如僅由于轉子的重量或者由于靜態轉子重量與極端的動態負載的組合，或者它們可能完全不足或者相反地增加。
所有這些的一個缺點在于齒側面間隙的不足以及下面的事實，即齒輪獲得不規則的負載并且在齒輪之間正常的力相互作用被干擾了。
此外，在風渦輪的傳統的設計中已知，轉子軸和齒輪變速器的輸入軸每個分別支承地安裝，即轉子軸相對于風渦輪的外殼并且輸入軸相對于變速箱的外殼，從而后者本身經過彈簧/阻尼系統連接到風渦輪的外殼上。
這樣傳統的設計是有利的，變速箱的外殼經過在輸入軸上的軸承更好地跟隨轉子軸，與在軸承中的間隙和變形以及變速箱的外殼的變形無關，由于被傳輸到風渦輪的外殼的反作用力的原因。
因此，輸入軸和變速箱的外殼相對于互相保持相對良好的校準。
如已經知道的，在現在的風渦輪設計中把主要注意力都放在了減輕重量上，從而經常除去在齒輪變速箱中的輸入軸的上述軸承并且輸入軸的該軸承功能通過轉子軸承承擔，或者更好地通過一個大的集成的主軸承承擔，該主軸承能夠吸收徑向的負載和轉矩也能吸收軸向的負載和轉矩。
通過除去在變速箱中的輸入軸的直接軸承，變速箱的外殼相對于輸入軸的相對位置不再由輸入軸確定，而是通過所有的彈性變形的總和以及通過輸入軸的位置確定，這是因為轉子的負載在變速箱的外殼中，在變速箱的外殼和風渦輪的外殼之間的接觸面中，在風渦輪的外殼的本身中以及在主要軸承中，使得在輸入軸和變速箱的外殼之間的相對位移在轉子負載的作用下更大并且使得在加載情況下的校正誤差以及它的對齒輪的不利的影響更大，同樣在風渦輪的這些最近設計中。
例如通過制造更剛性的結構可以避免上述的問題，但該剛性結構不利于獲得重量減少。
換句話說，輸入軸在加載情況下的校準偏差阻止風渦輪的進一步重量的減輕。
發明內容
本發明的目的是消除一個或者幾個上述的或者其他的缺點。
為此，本發明涉及一種上述類型的用于風渦輪的變速箱，從而在變速箱空載時，即在轉子安裝到輸入軸上之前，在外殼中的輸入軸的軸承的座的對稱軸線不與齒輪變速器的幾何對稱軸線重合，并且因此在上述的對稱軸線之間存在一定的偏差，這樣使得在靜態加載的情況下，換句話說在轉子的重量的作用下，由轉子的重量導致的校正誤差至少部分地被補償。
根據本發明的這樣的變速箱的一個優點在于，由轉子重量產生的校正誤差能夠以相對簡單的方式至少部分地被補償，由于這樣，在齒輪的側面之間的間隙的完全消除以及由不足的間隙導致的齒輪的不規則的負載能夠避免，以便不會干擾在齒輪之間的力的正常的相互作用。
根據本發明的變速箱的一個優選的實施例，在空載情況下的上述偏差是這樣的，使得在靜態加載情況下，換句話說在轉子的重量的作用下，輸入軸的對稱軸線與齒輪變速器的幾何對稱軸線大體上重合，并且因此在靜態加載條件下在上述的對稱軸線之間的校正誤差是零或幾乎是零。
根據本發明的變速箱的該實施例的優點在于在加載情況下的校正誤差被極大地減小了，由于轉子重量的靜態負載是唯一可以預料的負載分量，該負載分量總是沿相同的方向作用，與在可變的風載荷的影響下的動態負載相反，該動態負載具有相當隨機的特性并且在加載的情況下對校準誤差產生積極的影響或者消極的影響。
為了更好地解釋本發明的特征，通過不以任何方式限制的例子，參考附圖描述根據本發明的用于風渦輪的變速箱的優選實施例，其中圖1-3分別示意性示出根據本發明的變速箱在空載分解狀態下、在空載裝配狀態下以及在加載裝配情況下的截面；圖4-6類似于圖1-3，示出根據本發明的變速箱的另一個實施例；圖7示出在圖6中由F7表示的部分的放大比例的視圖；圖8-10類似于圖1-3，示出根據本發明的變速器的另一個實施例分別在空載和加載情況下的視圖。
具體實施例方式
清楚的是這些附圖極其簡化了事實并且這些附圖僅意味著清楚地描述本發明的原理。
這些簡化例如在初始時由在轉子負載的影響下在風渦輪中產生的實際的變形和位移的粗略表示，其中通過例如沿特定方向轉換或者繞變速箱的確定軸的一點轉動施加轉子負載的影響，從而為了清楚的原因，這些位移此外被極大地放大。
當然，實際上上述的變形和位移是非常復雜的。
上述的軸例如能夠在轉子負載的影響下略微地彎曲，這樣以至于軸的不同點分別受到相對于空載時它們位置的位移和旋轉的組合。
但是通過運用如下面用于解釋簡單的例子一樣的原理，根據本發明也可以獲得用于在實際中發生的更復雜的變形和位移的更好的調整。
圖1和2示出空載的變速箱1安裝在風渦輪中，該變速箱主要包括外殼2和以行星齒輪單元3形式的齒輪變速器，該變速器帶有用作驅動軸的輸入軸4以及例如用于驅動發電機(為了簡單的原因未示出)的從動軸6，其中在所述輸入軸上可以安裝風渦輪的轉子5。
輸入軸4以及轉子5由共同的主軸承7支撐，該主軸承的內軸承環設置在外殼2的座8中，從而該主軸承7當然能夠吸收軸向上的負載和轉矩以及徑向上的負載和轉矩。
在這種情況下，行星齒輪單元3包括在上述輸入軸4上的以行星架9形式的驅動輪；行星輪10，該行星輪能夠經過軸承11在行星架9上旋轉并且用作驅動齒輪10；固定于外殼2的行星齒輪12以及太陽輪13，該太陽輪如此設置在外殼2中使得它通過軸承14在上述的從動軸6上旋轉，從而行星輪10與行星齒輪12和太陽輪13一起工作。
齒輪箱1根據本發明如此制造使得在空載時輸入軸4的軸承7的座8的對稱軸線AA′不與齒輪變速器3的幾何對稱軸線BB′重合，該軸線BB′在這種情況下由與行星輪10一起工作的行星齒輪12和太陽輪13的幾何對稱軸線BB′形成。
因此，在上述的對稱軸線AA′和BB′之間存在一定的偏差ΔX，從而兩個對稱軸線AA′和BB′相對于互相沿橫向方向移動距離ΔX，或者更精確地說，主軸承7的座如此設置在外殼2中，使得在空載的情況下，座相對于齒輪變速器3的幾何對稱軸線BB′偏心，如從圖1中清楚地看出。
在所給出的例子中，對稱軸線AA′相對于對稱軸線BB響上偏移距離ΔX。
當然，由于這樣，在所述空載的情況下，如在圖1和2中清楚地示出，在輸入軸4的對稱軸線CC′和齒輪變速器3的幾何對稱軸線BB′之間也存在校準誤差ΔY。
但是如在圖3中示意性示出，由于在主軸承7中的間隙和/或該主軸承7或支撐外殼2的彈性變形，在轉子5的重量W的作用下，輸入軸4以及進而帶有行星輪10的行星架9將相對于外殼2向下移動距離ΔZ。
當然，如前所述，實際上輸入軸4也受到一定的角位移或偏轉。
為了清楚的目的并且為了清楚地描述本發明的原理，我們最初在這里假定在主軸承7中的間隙和主軸承7或外殼2的上述變形在轉子重量W的作用下僅導致沿垂直方向的位移ΔZ并且例如在軸承11中的間隙和彈性變形，以及在行星齒輪12和太陽輪13之間在行星架9和在外殼2中的變形相比于上述的位移ΔZ可忽略不計。
由于向下位移ΔZ，在輸入軸5的對稱軸線CC′和齒輪變速器3的幾何對稱軸線BB′之間的校正誤差ΔY將被減小，所以兩個對稱軸線BB′和CC′在圖3中的靜態和空載情況下比已知的用于風渦輪的變速箱在相同情況下被更好地校準，從而校正誤差ΔY理想地減小為零，由于這個原因對稱軸線BB′和CC′在靜態空載的情況下優選地校準。
這確定了在靜態空載情況下，不同的齒輪10、12和13的齒15在齒15的一定高度H上嚙合，從而正常的間隙H′保持在齒側面之間，使得在不同齒輪之間的力的正常的相互作用沒有被干擾。
轉子負載的動態分量在測定偏差ΔX時不被考慮，該轉子負載例如在變化的或不對稱的風力載荷作用下，由于該動態分量不能預料的并且導致變形，該變形可能以積極以及消極的方式有助于上述向下的位移ΔZ。
但是，該動態分量通常在數量級上小于靜態分量，這樣以致于該部件同樣不是真正的問題，但是如果不進行補償，可能導致與靜態分量的組合中的問題，如本發明所建議的。
本發明有利的是，即使在考慮轉子負載的動態分量時，校正誤差ΔY也比已知的風渦輪小得多。
在根據本發明的變速箱1的另一個實施例中，分別在圖4-7中示出，齒輪變速器3不是行星齒輪單元而是直接設置在輸入軸4上的驅動齒輪16，并且齒輪變速器與一組在軸18上的驅動齒輪16的周圍對稱地豎立的傳動齒輪17共同工作，所述軸18借助于軸承19支承地安裝在變速箱1的外殼2中，并且用作傳動軸18，例如驅動幾個發電機。
輸入軸4還借助于集成的主軸承7支承地安裝在風渦輪的外殼20中，從而在這種情況下主軸承7的外齒輪環設置在風渦輪的外殼20的座8中。
根據本發明變速箱1再次如此制造，使得在空載時，在外殼20中的輸入軸5的軸承環7的座8的對稱軸線AA′不與齒輪變速器3的幾何對稱軸線BB′重合，該幾何對稱軸線在這種情況下是相對于傳動齒輪17的軸18位于中央的軸線BB′，這樣以致于在上述的對稱軸線AA′和BB′之間也存在一定偏差ΔX，從而如在前面的例子中所述的，兩個軸線AA′和BB′相對于互相沿橫向方向移動距離ΔX。
但是在給出的例子中，這以下面的方式實現，即以這樣的方式提供變速器1的外殼2在風渦輪的外殼20上，使得齒輪變速器3的幾何對稱軸線BB′在空載時相對于主軸承7的座8的對稱軸線AA′偏心，從而此外對稱軸線BB′這時候相對于對稱軸線AA′向上移動距離ΔX。
當然，在這種空載的情況下，如在圖4和5中所示，這又導致在輸入軸5的對稱軸線CC′和齒輪變速器3的對稱軸線BB′之間的校正誤差ΔY。
為了清楚地描述本發明的原理，假定在轉子6的重量W的影響下，如在圖6和7中所示的，在這種情況下，由于在主軸承7中的間隙或者該主軸承7或支撐外殼20的變形的原因，輸入軸5初始以一定角度ΔR旋轉。
對于在驅動齒輪15上的小角度，所述旋轉ΔR初始導致沿垂直方向的向上的位移ΔZ。
為了清楚的原因，可能對上述向上的位移ΔZ有影響的各種其他可能的變形和位移(例如類似于前面的例子向下的位移)被假定為忽略不計。
清楚的是，通過相對于齒輪變速器3的對稱軸線BB′偏心地設置主軸承7的座8的對稱軸線AA′，在輸入軸5和在加載情況下的對稱軸線BB′之間再次獲得較小的校正誤差ΔY，或者換句話說在加載情況下至少在驅動齒輪16處比已知的變速箱具有更好的校準。
根據本發明的另一個改進在于，通過調節齒輪的微幾何(microgeometry)補償小的殘余角偏差ΔR，該角偏差在該例子中存在于驅動齒輪15和傳動齒輪17之間并且為了清楚的原因在圖6和7中被夸大地放大。
當然，如在前述的例子所述，設置的偏差或者偏心率ΔX優選地等于或者幾乎等于向上的位移ΔZ，這樣以致于校正誤差ΔY在靜態的加載的情況下是零或者幾乎是零。
在又一個如在圖8-10所示的實施例中，齒輪變速器3與在圖1-3中一樣又是行星齒輪單元，從而驅動行星齒輪12現在固定于輸入軸4，但是其經過相同的行星輪10和太陽輪13驅動從動軸6，從而行星輪10和太陽輪13分別借助于軸承11和14支承地安裝在變速箱1的外殼2中，所述軸承11和14以固定的方式設置在外殼中。
換句話說，變速箱1的外殼2承擔行星齒輪單元的行星架9的功能。
此外，輸入軸4在這種情況下借助于兩個軸承21和22支承地安裝在風渦輪的外殼20中，從而這些軸承21和22能夠接收徑向負載和軸向負載，從而這些軸承21和22的外軸承環分別設置在風渦輪的外殼的座23和24中。
根據本發明，變速箱1如此制造，使得在空載時，輸入軸4的軸承21和22的座23和24的對稱軸線AA′不與齒輪變速器3的幾何對稱軸線BB′重合，該幾何對稱軸線在這種情況下是輸出軸6的對稱軸線BB′，由于這個原因在上述的對稱軸線AA′和BB′之間又存在一定的偏差ΔP，該偏差在這種情況下由兩個對稱軸線AA′和BB′相對于互相的角位置ΔP構成。
在給定的例子中，這通過下面的方式獲得，以這樣的方式校準座23和24使得它們相對于齒輪變速器3的對稱軸線BB′旋轉上述角度ΔP。
當然，在空載情況下，如在圖8和9中所示的，在輸入軸4的對稱軸線CC′和齒輪變速器3的對稱軸線BB′之間存在以角位移ΔQ形式的校正誤差ΔQ。
為了簡單的原因，如在前述的例子中一樣，假定在轉子5的重量W的作用下，如在圖10中所示，輸入軸4初始受到角位移ΔR，使得上述校正誤差ΔQ再次在靜態和加載的情況下減小，從而為了獲得最小的校正誤差ΔQ，在座23和24以及對稱軸線BB′之間的以角位移ΔP形式設置的偏差優選地等于輸入軸4在重量W的作用下而受到的角位移ΔR。
清楚的是，根據本發明存在很多可能的對于上述例子的選擇方案。
因此，經過在空載情況下的補償所提供的偏差是優選的，該補償是如圖1-5的例子中的移位ΔX和在圖6和7的例子中的旋轉ΔP的組合，以便在靜態負載W的作用下獲得最小的校正誤差。
同樣清楚的是，在所示的例子中，為了清楚的原因僅考慮有限數量的因素，諸如在主軸承7中的沿垂直方向的間隙等等，然而在實際中應該考慮在轉子5的重量W的作用下在輸入軸4的對稱軸線AA′和齒輪變速器3之間的各種位移，例如由變速箱1的外殼2的變形導致的位移或者由在變速箱1的其他軸承中的間隙導致的位移。
此外，同樣清楚的是在所示的例子中沒有考慮不同的軸的偏差，但這并不改變應用本發明的原理的事實，在輸入軸4和齒輪變速器3的對稱軸線BB′之間的校正誤差在靜態加載的情況下能夠被限制，同樣在考慮這些偏差或者類似物時。
同樣清楚的是，本發明能夠應用于具有用在建筑物或小公司中的小負載的風渦輪，也可以應用于帶有幾兆瓦特的渦輪的工業用途。
本發明不限制于例子所給出的以及在附圖中所示出的方法；相反，在保持本發明的框架內能夠以不同的形狀和尺寸制造用于風渦輪的變速箱。
權利要求
1.一種用于風渦輪的變速箱(1)，所述變速箱包括外殼(2)和齒輪變速器(3)，所述齒輪變速器帶有具有至少一個驅動輪(9、16、12)的輸入軸(4)，該輸入軸能夠被連接到風渦輪的轉子(5)上，其特征在于，在變速器(1)空載(W＝0)的情況下，在外殼(2、20)中的輸入軸(4)的軸承(7、21、22)的座(8)或者座(23、34)的對稱軸線(AA′)不與齒輪變速器(3)的幾何對稱軸線(BB′)重合，由于這個原因在空載的情況下在上述的對稱軸線(AA′、BB′)之間存在一定的偏差(ΔX、ΔP)，這樣使得在靜態加載的情況下，換句話說在轉子(5)的重量(W)的作用下，由轉子(5)的重量(W)導致的校正誤差至少部分地被補償。
2.如權利要求1所述的變速箱，其特征在于，上述在空載情況下的偏差由上述對稱軸線(AA′、BB′)相對于互相沿橫向方向的移位(ΔX)構成。
3.如權利要求1所述的變速箱，其特征在于，上述在空載情況下的偏差由上述對稱軸線(AA′、BB′)相對于互相的轉動(ΔR)構成。
4.如權利要求1所述的變速箱，其特征在于，上述在空載情況下的偏差由如權利要求2所述的移位(ΔX)和如權利要求3所述的轉動(ΔR)的組合構成。
5.如前述權利要求中任一項所述的變速箱，其特征在于，在空載(W＝0)情況下的偏差(ΔX、ΔP)是這樣的，使得在靜態加載情況下，換句話說在轉子(5)的重量(W)的作用下，輸入軸(4)的對稱軸線(CC′)與齒輪變速器(3)的幾何對稱軸線(BB′)大體上重合，并且因此在靜態加載條件下在上述的對稱軸線(BB′、CC′)之間的校正誤差(ΔY、ΔQ)是零或幾乎是零。
6.如權利要求5所述的變速箱，其特征在于，輸入軸(4)借助于軸承(7)或者軸承(21、22)支承地安裝，所述軸承支撐轉子軸在渦輪的外殼(20)中。
7.如權利要求6所述的變速箱，其特征在于，變速箱(1)的外殼(2)如此設置在風渦輪的外殼(20)上，使得齒輪變速器(3)的幾何對稱軸線(BB′)在空載狀態下相對于在外殼(2、20)中的輸入軸(4)的軸承(7、21、22)的座(8)或座(23、24)的對稱軸線(AA′)偏心。
8.如權利要求6所述的變速箱，其特征在于，上述的軸承(7、21、22)的座(8、23、24)如此設置在外殼(2、20)中，使得它們在空載情況下相對于齒輪變速器(3)的幾何對稱軸線(BB′)偏心。
9.如前述權利要求中任一項所述的變速箱，其特征在于，齒輪變速器(3)主要是行星齒輪變速器。
10.如權利要求9所述的變速箱，其特征在于，驅動齒輪是行星齒輪變速器的行星齒輪(12)。
11.如權利要求9所述的變速箱，其特征在于，驅動齒輪是行星齒輪變速器的行星輪(10)。
12.如前述權利要求中任一項所述的變速箱，其特征在于，齒輪變速器主要包括在輸入軸(4)上的驅動齒輪(16)，其驅動以對稱的方式設置在驅動齒輪(16)周圍的齒輪(17)。
全文摘要
一種用于風渦輪的變速箱(1)，所述變速箱包括外殼(2)和齒輪變速器(3)，所述齒輪變速器帶有具有至少一個驅動輪(9、16、12)的輸入軸(4)，該輸入軸能夠被連接到風渦輪的轉子(5)上，其特征在于，在變速器(1)空載(W＝0)的情況下，在外殼(2、20)中的輸入軸(4)的軸承(7、21、22)的座(8)或者座(23、34)的對稱軸線(AA′)不與齒輪變速器(3)的幾何對稱軸線(BB′)重合，由于這個原因在空載的情況下在上述的對稱軸線(AA′、BB′)之間存在一定的偏差(ΔX、ΔP)，這樣使得在靜態加載的情況下，換句話說在轉子(5)的重量(W)的作用下，由轉子(5)的重量(W)導致的校正誤差至少部分地被補償。
文檔編號F16H57/12GK1975199SQ200610149349
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月21日 優先權日2005年11月21日
發明者沃倫·斯穆克, 羅格·博蓋爾特 申請人:漢森傳動系統國際公司