專利名稱：傳感變速箱的制作方法
技術領域：
在本發明中，采用位移和負載傳感器來測量旋轉軸的軸向和徑向 移動以及由該軸傳輸到變速箱軸承和箱體的力。
位移和力的測量在軸支撐件和變速箱軸承上進行，以獲得影響部 件的變形、軸支撐件上反作用力的大小和方向以及每個時刻獲得的軸 向力與徑向力之間的比值。
本系統適用于具有旋轉元件的任何機械系統或者具有軸、軸承和 軸承座的旋轉機器，特別適合于風輪機中所使用的變速箱。
背景技術：
變速箱是所受的結構力和動態力的振蕩分量非常明顯的部件，這 就容易導致機械疲勞，因此其結構完整性缺陷的可能性就會增加。
由于運行負荷的不確定，目前設計和制造的變速箱的安全系數寬， 這就使得它們的設計尺寸過大。為了優化這些部件，考慮到它們遭受 的實際負載狀態，無論是在可能的顯著幅度和傳輸方向上，都有必要 減小前面所提到的系數。
安裝在結構、部件和變速箱輔助元件上的傳感器的使用提供了有 關載荷力和方向的直接或間接信息，以及它們所遭受的實際變形，這 些有助于減小因為實際負載不確定所使用的安全系數。
文獻W0 2005/010358中提到在風力部件中使用傳感器，其中包括 帶有傳感主軸的風輪機，其控制減小了載荷的影響。傳感器元件的使用是為了獲知由于主軸中的轉子所導致的力，從而據此去調整風輪機 葉片的螺距或可變的角。
美國第2005/0282678號文獻介紹了一種用于變速箱的扭轉傳感 器，其是種連接元件，這些連接元件之間的軸向和縱向移動被測定， 尤其被感知，雖然該變速器的幾何形狀、布局和操作不同于本發明。
最后，專利第EP 1292809號介紹了一款用來檢測固體材料的膨脹 和張力的傳感器。傳感器安裝在部件的內部，而外部部件具有若干軸 向布置的槽。
這些專利都沒有提到在機器的固定件中安裝傳感器用來獲得由于 變速箱運行而產生的旋轉軸上的載荷及軸向和徑向力。
發明內容
本發明目的在于變速箱的箱體或外殼合輔助部件上具有傳感器， 用來測量它們的局部變形及旋轉機器的軸和軸承通常所遭受的力，特 別是變速箱的軸和軸承所遭受的力，這些力通過軸傳遞，同時被這些 軸承所支撐。
軸所經受的力通過接觸傳輸給軸承，類似地，軸承將力傳遞給軸 承座。傳感器測量可以在旋轉軸和軸承或者它們的支撐件上進行，換 言之，即結構、鎖閉蓋、法蘭或者其他機械提升系統。
本發明的另一個目的是確定傳感器的數目以及它們安裝的位置， 使檢測得以同時在合適的軸向或徑向方向上進行，及時和同步地獲得 軸向和徑向力并全程管理該數據。
本發明的另一個目的是在旋轉機器中集成這些傳感器，這些傳感 器能夠運用在連續運動的元件上，以測量旋轉軸支撐在其上的軸承的 局部和總體變形。本發明的另一個目的是獲得控制系統的精確測量及其管理不同的 機器狀態和臨時事件，例如不同的荷載和速度、運行的開始和停止、 暫停、緊急停止、葉片的一個或多個螺距控制、轉速調節、由機器內 的運轉或操作負荷而導致的臨時狀態、以及出現在元件設計中的不同 假定狀態。
從前面的描述中可以提煉出應用本發明的系統所具備的優點
了解負荷和實際的變形；
可以根據實際負荷調整設計值；
根據實際負荷優化設計；
減少變速箱及其元件發生故障的可能；
提高風輪機的實用性；
增加對超負荷的耐受力；
降低維修成本。
得益于細長但結實的傳感器結構設計和敏感元件定位點的圓形形 狀，在由軸承支撐的軸的方向得到了響應牽引-壓縮軸向載荷的良好信 號，并且響應垂直于由軸承支撐的軸的軸對稱的任何徑向方向上的徑 向力。
盡管使傳感器的結構更靈活以結合敏感元件，但組件的等效剛性 不會受到任何改變，因此，不同的傳感軸支撐件中的力分布是不變的。
圖l是變速箱的全視圖，可以看到旋轉軸的布置以及連接傳感器 的部分；
圖2是一個剖面圖，對應于變速箱的中間軸的末端，示出了軸承、 傳感器、輔助部件、外殼和蓋子布置；圖3對應于變速箱襯套的一種可能的設計，測量由旋轉軸傳輸的 徑向力的傳感器安裝在該襯套上；
圖4示出了中間軸蓋以及外緣肋條的細節，用以測量由前面所述
的旋轉軸所傳輸的軸向力。
具體實施例方式
其反作用力將要測量的軸或軸線由兩個或更多的襯套或軸承支 撐，所述襯套或軸承向變速箱外殼或箱體傳輸軸向和徑向力，我們將 測量旋轉軸的反作用力。傳感部件的添加使得能夠測量這些徑向和軸 向力。
如圖l所示，變速箱包括一個主體(1)，其一端連接到一個轉子 輪轂(2)，另一端連接到一個發電機(3)(圖中未顯示)。連接到 發電機(3)的一側被一外殼(7)遮蓋，該外殼具有三個主后蓋主 軸蓋(4)、中間軸蓋(5)和快速軸蓋(6)。變速箱的軸和軸承在外 殼內部，外殼覆蓋和保護前述蓋。
在圖2中，展示了中間軸蓋(5)的剖面圖，在俯視平面圖中，可 以看到變速箱外殼(7)位于其內側。外殼下面是一個襯套(12)，在 此處包括緊臨軸承(9)的徑向傳感器元件(8)。在該中間軸蓋(5) 內，軸向傳感器元件安置在機械加工的肋條(10)內，肋條(10)是 為了該目的布置在其周圍。
用這種方法來獲得傳感系統是本發明的目的，在該方法中，用包 括傳感器襯套(12)、特定軸承(9)、輔助部件(13)和蓋(5)的 一套元件來替代軸支撐元件(11)和軸承，該一套元件重現原始幾何 形狀和功能。輔助部件(13)安裝在軸(11)與軸承(9)之間，以固 定和居中這兩個元件。襯套(12)用于測量徑向載荷，根據需要測量
7的載荷，其切向和徑向地具有傳感器元件(8)。圖3顯示了該布局的 細節。
為了測量軸向載荷，根據軸平面，繞著蓋(5)布置了一些機械加 工的肋條(10)，用來安置傳感器元件。圖4顯示了軸向傳感器元件 (14)的確切位置。
為了確定傳感器(8和14)的尺寸及傳感器元件的最佳測量點， 它們的結構響應通過理論和/或虛擬的仿真分析例如有限元方法來計 算，目的是為了評估傳感器的剛度和阻抗。
傳感器元件可以是電動式(extensiometric)、壓電式、電容式、 電阻式、纖維光學式或其他傳感技術。布置和組裝將取決于該技術。
根據所要測量的大小級別以及初步的理論分析和模擬的結果，傳 感器元件將被安置在先前確定的測量方向上，以獲得軸向和徑向傳感 器。
將進行傳感器組裝，使新的元件組適應變速箱總的組裝規范，使 得在力的分布方面沒有大的變動。
傳感器最后連接到信號調節和處理所需要的電子元件。
權利要求
1.一種傳感變速箱，安裝在轉子輪轂(2)與發電機(3)之間，所述傳感變速箱包括多個安裝在變速箱內外的傳感器，其特征在于，傳感器(8和14)安裝在接近軸承和軸的位置，最好是在襯套(12)和軸承座或蓋(5)內，測量旋轉軸的變形、負載以及軸向和徑向力，并在控制風輪機的功率的控制系統中即時監測和實施。
2. 根據權利要求1所述的傳感變速箱，其特征在于，由于蓋(5)固 定到外殼壁(7)的旋轉軸(4、 5和6)支撐處，傳輸軸負載(11)到外 殼(7)，根據被測負載及每一個角度位置的不同敏感度，蓋(5)具有 若干肋條(10)，每一肋條(10)連接一個傳感器元件(14)。
3. 根據權利要求2所述的傳感變速箱，其特征在于，蓋(5)上的傳 感器(14)記錄軸向力和變形。
4. 根據權利要求1所述的傳感變速箱，其特征在于，襯套(12)位 于外殼(7)或變速箱的主體上，同時支撐著軸承(9)和旋轉軸(11)， 具有多個傳感器元件(8)，它們的固定終止于一些輔助部件(13)，這 些輔助部件安裝在旋轉軸(11)與軸承(9)之間以固定和居中這兩個元 件。
5. 根據權利要求4所述的傳感變速箱，其特征在于，襯套(12)上 的傳感器元件(8)被聯合起來以測量徑向負載。
6.根據前述任一項權利要求書所述的傳感變速箱，其特征在于，傳 感器所發出的信號供給風輪機的控制系統，轉變成數字數據，所述數字 數據可以存儲在信息系統中并且直接用于轉速控制系統上的實時動作、 緊急停止、調節一個或多個葉片的螺距等。
全文摘要
本發明涉及一種具有多個傳感器(8和14)的傳感變速箱，這些傳感器安裝在固定到變速箱(1)上的一套部件(5和12)上并測量旋轉軸(11)上的載荷和由風力發電機的運轉所產生得軸向和徑向應力。安裝在所選擇的部件(5和12)上的傳感器(8和14)在特定的時間段或者在變速箱的整個生命周期內實施傳感操作，進行瞬時測量并把數據傳輸到一控制系統，該控制系統通過控制轉速和風力發電機的螺距或者執行緊急停止來控制機器的功率。
文檔編號F16H57/00GK101600881SQ200880003277
公開日2009年12月9日 申請日期2008年1月21日 優先權日2007年1月26日
發明者烏爾澤萊·伊里瓦倫·古魯茲 申請人:歌美颯創新技術公司