風(fēng)力發(fā)電機的齒輪箱(2)
Wind Turbine Gear(2)
行星齒輪增速是風(fēng)力發(fā)電機增速箱的主要傳動方式,行星齒輪增速具有增速比大、承載能力高、體積小,重量輕、輸入輸出軸在同一軸線上,非常適合風(fēng)力發(fā)電機增速使用,本課件主要介紹行星齒輪變速的原理與結(jié)構(gòu)。
行星齒輪傳動原理與結(jié)構(gòu)
圖1是一個行星齒輪機構(gòu)示意圖,機構(gòu)由多個圓柱齒輪組成,包括1個齒圈(內(nèi)齒輪)、3個行星輪(外齒輪)、1個太陽輪(外齒輪)、行星架組成,太陽輪與齒圈共一軸線,3個行星輪的軸固定在行星架上,行星架的軸線與太陽軸線輪重合。行星齒輪與齒圈是內(nèi)嚙合傳動,行星齒輪與太陽輪是外嚙合傳動,行星齒輪可繞自己的軸線轉(zhuǎn),又可隨著行星架一起繞行星架軸線旋轉(zhuǎn),行星齒輪即既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)。通過固定行星架、齒圈、太陽輪之中的任一個,就可得到不同的傳動變比,本課件介紹最常用的一種,即固定齒圈的結(jié)構(gòu)。
行星齒輪系
圖1--行星齒輪系

下面通過5張圖片介紹一個單級行星齒輪箱模型的結(jié)構(gòu)與組成,每張圖片有兩張圖從兩個角度分別顯示部件的結(jié)構(gòu)與組成。

圖2是行星架的結(jié)構(gòu)圖,行星架呈盤狀,盤上固定3個軸,按120度分布,相互平行。行星架的轉(zhuǎn)軸安裝在軸承內(nèi),轉(zhuǎn)軸另一端是低速軸法蘭,連接風(fēng)輪主軸。

行星架
圖2--行星架

3個行星齒輪安裝到行星架的3個行星齒輪軸上,見圖3,每個行星齒輪可繞自己的軸自由旋轉(zhuǎn)。

行星齒輪
圖3--行星齒輪

把行星架通過軸承安裝到行星齒輪箱前端蓋(行星齒輪機座)內(nèi),并在前端蓋內(nèi)圈安裝齒圈,齒圈有內(nèi)齒,能與行星齒輪很好的嚙合,當(dāng)行星架轉(zhuǎn)動時,行星齒輪沿齒圈內(nèi)圓齒滾動。見圖4,圖中端蓋被剖去1/4。

行星齒輪與齒圈
圖4--行星齒輪與齒圈

太陽輪的軸是高速端輸出軸,把太陽輪放入行星齒輪中間,太陽輪的齒可與所有行星齒輪的齒很好的嚙合,見圖5。

行星齒輪機構(gòu)
圖5--行星齒輪機構(gòu)

把后端蓋與前端蓋合攏安裝,在后端蓋中間有軸承,用來安裝太陽輪軸(高速輸出軸)。一個單級行星齒輪箱模型組裝完畢,見圖6。

行星齒輪箱
圖6--行星齒輪箱

這種結(jié)構(gòu)的行星齒輪系的變比I為:

I=1+ Z2/Z1

Z1——太陽輪齒數(shù),Z2——齒圈齒數(shù)。

本例行星齒輪箱的變比是4,當(dāng)?shù)退佥S轉(zhuǎn)動1周時,高速軸轉(zhuǎn)動4周。由于齒輪結(jié)構(gòu)限制,這種傳動方式的單級行星齒輪變比在8以下較合適。

下面請觀看單級行星齒輪運轉(zhuǎn)動畫,為清晰演示運行狀態(tài)把不同零件用不同顏色表示。左面是行星齒輪箱的運轉(zhuǎn)動畫;右面是行星齒輪系的運轉(zhuǎn)動畫,兩動畫同步運轉(zhuǎn)。右邊動畫中黃橙色長箭頭是行星架的轉(zhuǎn)動指針,淺紫色短箭頭是太陽輪的轉(zhuǎn)動指針,2個指針更清楚的演示了齒輪系的運行與變比。

注:由于瀏覽器動畫播放幀頻遠低于動畫原頻,會出現(xiàn)太陽輪反轉(zhuǎn)假象,把動畫下載用電腦上其他動畫播放器播放能還原真實狀態(tài)。 動畫格式.mp4;分辨率800×480。

單級行星齒輪運轉(zhuǎn)動畫

單級行星齒輪增速箱多用在半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組中。

 采用行星齒輪的風(fēng)力機增速齒輪箱的主要形式

下面介紹幾種以行星齒輪傳動為主的增速器形式,有關(guān)齒輪傳動簡圖符號見風(fēng)力發(fā)電機的齒輪箱(1),介紹中均按減速器計算傳動比。

 

單級行星齒輪傳動

單級行星齒輪傳動

與普通圓柱齒輪增速器相比,行星齒輪增速器尺寸小,重量輕,但制造精度要求較高,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,在要求結(jié)構(gòu)緊湊的動力傳動中應(yīng)用廣泛。 傳動比范圍? i=2.8~12.5

 

 

一級行星兩級圓柱齒輪傳動

一級行星兩級圓柱齒輪傳動

體積小,低速軸為行星齒輪傳動,使功率分流,同時合理應(yīng)用了內(nèi)嚙合。末二級為平行軸圓柱齒輪傳動,可合理分配增速比,提高傳動效率。傳動比范圍? i=20~80

 

二級行星齒輪傳動

二級行星齒輪傳動

可得到大傳動比,其他特性同單級行星齒輪傳動。 傳動比范圍? i=14~160

 

 

二級行星一級圓柱齒輪傳動

二級行星一級圓柱齒輪傳動

增速比高,體積小

風(fēng)力發(fā)電機增速齒輪箱的低速轉(zhuǎn)軸都是管狀空心的,穿過齒輪箱,一頭聯(lián)接風(fēng)力機主軸,另一頭通到齒輪箱另一面外端,轉(zhuǎn)軸的通孔是變槳機構(gòu)的機械驅(qū)動裝置或電力線路、信號線路、油管等的通道。

圖7是從網(wǎng)上下載的齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,第一級行星齒輪機構(gòu)的輸出連接第二級行星齒輪機構(gòu)的行星架,第二級行星齒輪機構(gòu)的輸出采用一個大直徑齒輪帶動小齒輪繼續(xù)增速。所有齒輪采用斜齒使傳動更平穩(wěn),適當(dāng)?shù)脑O(shè)計可得到百倍以上的變比,但過高的增速比會使傳動效率明顯下降。

圖7--多級齒輪增速機構(gòu)
圖8是兩張從網(wǎng)絡(luò)上下載的風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱圖片。

左圖齒輪箱的低速軸通過脹緊連接套與主軸緊固連接。右圖齒輪箱的低速軸通過法蘭盤與主軸法蘭緊固連接。齒輪箱通過支撐軸安裝在發(fā)電機底座上。

圖8--風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱
風(fēng)力機的其他齒輪箱

在風(fēng)力發(fā)電機中還有偏航驅(qū)動電機變槳驅(qū)動電機,這些電機都要通過齒輪箱大變比減速后帶動相關(guān)系統(tǒng)的運行。圖9是從網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載的圖片,左面圖是偏航驅(qū)動電機,其下部是行星齒輪減速箱,輸出軸裝有偏航小齒輪。偏航驅(qū)動電機通過安裝法蘭安裝在機架上,偏航小齒輪與偏航軸承大齒輪嚙合。

右面圖是變槳驅(qū)動電機,其下部是行星齒輪減速箱,輸出軸裝有變槳小齒輪。上端連接電動機(圖片沒安裝電動機),輸出軸裝有變槳小齒輪。變槳驅(qū)動電機安裝在輪轂的安裝板上,小齒輪與變槳軸承的齒輪嚙合。

其實偏航驅(qū)動電機與變槳驅(qū)動電機無大區(qū)別,僅僅是輸出轉(zhuǎn)矩大小、輸出轉(zhuǎn)速、安裝方式、驅(qū)動電源的不同。

圖9--偏航驅(qū)動電機與變槳驅(qū)動電機
 
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