齿轮箱——模块化风机机械动力传动装置的先进解决方案.pdf齿轮箱——模块化风机机械动力传动装置的先进

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详细说明：齿轮箱——模块化风机机械动力传动装置的先进解决方案pdf,齿轮箱——模块化风机机械动力传动装置的先进解决方案图2:啮合间隙的差异众所周知,这种行星架会出现相对不同程度的相对行星轴线扭转和偏心,程度与行星架的强度和施加的转矩有关。一个普遍的做法是对行星齿轮的齿面实施前期校正,用以在与施加的转矩的同一水平上补偿这个偏心。但是对于其它的载荷情况,这个前期校正可能小于理想情况遵循长期建立的设计惯例能部分地优化这种设计,但不幸的是有时仍然会发现由于偏心而引起的齿轮边缘损坏,如图3所示图3:齿轮边缘的损坏 MAAG PV齿轮箱的设计特性在认真考虐了所有这些因素以后,Mag设计采用了行星轮分流,后面再加一级直齿轮传动。 Ⅱ级传动中的齿圈和Ⅰ级传动中的行星齿轮由转子驱动。I级传动中传输的动力经过分流,一部分被传输到随转子转动的行星架。相应的Ⅱ级传动的设计是为了传输另外一部分。按照设计选择,在Ⅰ级传动中达到35%的转矩部分,在Ⅱ级传动中达到65%的转知部分。这种概念的优点在于能减少齿轮的接触负荷。所有的关键位置都配备有预紧的圆锥滚子轴承。这样调整的轴承没有初始间隙,当存在起伏的、反向的或无载荷的条件下能很好地控制轴的运动和齿轮的位置。例如,输入轴的位置装有一个大型预紊双排圆锥滚子轴承,将主轴的弯由载荷传递到支架和框架结构上,从而减少了行星架和齿圈之间的偏心。需要着重指出的是,每个润滑点,不管是齿轮的接触点或者是轴承的支撑,都应带有强制油润滑系统。除了将润渭油供应到每个转动部件的中心分配系统以外,润滑系统还应该包含一台机械驱动泵,以便确保它独立于外部油泵而单独供油。为了进一步地减少负荷,Ⅰ级传动内有5只行星齿轮,Ⅱ级传动内有7只行星齿轮,这也区别于双支撑行星齿轮设计中一般习惯使用的3只或1只行星齿轮。实施所有这些设计措施以后,单个齿轮接触的载荷得以减少。例如同使用3只行星齿轮和动力未做分配的设计相比较,其系数是3.6。这样就能使用更小直径的行星齿轮和更小接触宽度的齿轮,继而接触宽度上的载荷分配得以改善。使用更小直径的和更窄的行星齿轮能为建立更加小巧和更轻量的设计提供了良好机会。使用多个带有柔性销结构的行星齿轮为了分别在Ⅰ级和ⅠI级传动中实现5只或7只行星惰轮之间的载荷平衡,应该加入只般称作为“柔性销的柔性元件。应该指出,在风机齿轮箱中使用柔性销还不是一个惯常的做法,而在Maag,其在为其它工业设备设计的传动装置中,例如水泥磨碎机、轧钢机、海船驱动和涡轮发电机等已经是普遍成功的应用了。如图4所示,柔性行星轮的设计采用了一个一双相对的悬臂梁系统(销轴从行星架壁悬伸出,而套筒从销轴的尾部恳臂伸出),它们在载荷卜的偏斜抵消了它们弯曲时肜成的偏心。 DfFFFFFRFPE 图1:对立的悬臂梁抵消了偏心这个解决方案能定太阳齿轮和齿圈的径向位置,而行星齿轮则安装在柔性销上。也就是说,每个行星齿轮能在两个中心齿轮之间的径向上实现自我调节。除了径向移动以外,沿圆周方向和平行于行星架的线性移动都是可能的,并能在单个行星齿轮之间达到更均匀的负荷分配,在整个动力的范围内没有偏心。以上描述的由于扭转变形引起的偏心实际上已被消除,对于Mag而言,无须刈他们的齿轮进行任何前期校正。图5中的图线表明,对于II级传动中使用的7只行星齿轮而言,载荷分配系数K- gamma仅大约是1.08(试验测量值),而对于具有7只行星齿轮的双支撑行星轮而言,传统的K-gama系数是1.47,这就等于在Ⅱ级传动中能够减少设计负荷27%。 Kg与载荷(%) 1.095 测里1 测軍2 测3 1.09 Approximated 1.085 自1.08 al 1.075 1.07 1.065 2030405060708090100 载荷(%) 图6 柔性销的设计还有助于补偿由于零部件的弹性而引起的传动装置的部分内部变形。例如在由于行星架的扭曲引起行星齿轮偏心的情况下,柔性销就能够使齿轮的接触产生某些重新对准。由于柔性销的刚度是齿轮上施加力的函数,它的变动有助于重新对准的发生。在PⅤ齿轮箱设计中,载荷施加于齿轮中心时的柔性销的刚度比载荷施加于销钉的端部的刚度大4倍。换言之,偏斜误差越大,柔性销钉的补偿柔性也越大。用于提高行星齿轮工作能力的集成式柔性销轴承设计为了增大每一传动级的柔性销行星齿轮的功率密度,Mag同铁姆肯公司合作从事了一项称作集成式柔性销轴承(IFB)的设计项目。铁姆肯公司的集成式柔性销轴承是一个子装配件,是由上个世纪八十年代中期他们所进行的“紧凑轨道齿轮”的工程发展而來。该工程在他们的位于北苏格兰海滩上的 Orkney岛上的试验基地的风能团队的3NW风力涡轮机内建有和应用了配备有柔性销钉的齿轮箱。见图6。图6:上个世纪八|年代中期的风能团队的3MW人力涡轮机设计的布置。它由多个零部件组成,以使达到希望的载荷分配特征。虽然外圈同齿轮的集成能够减少总的直径但是铁姆肯公司的单排圆锥内圈仍然安装在套筒上。圆锥轴承釆用手工装配达到预紧,装配件有必要的长度,以便具有所需的柔性,确保足够的载荷平衡图7:在风能团队的3W风机齿轮箱上使用的柔性销图8所示为柔性销轴承的设计。由于外圈同齿轮的集成以及內圈同套筒的集成,就能够采用较大直径的滚了。这样轴承的L作能力能够增加40%,轴承的L10增加亼系数3。使用缺∏销轴(没有示出其它特殊销轴的轮廓) 的其它特性能够使柔性销辋承的设计的总长度缩短,并具有足够的柔性从而提高行星齿轮间的载荷平衡。图8:集成式柔性销轴承本文作者观察到,对于典型速度下的风机行星轮系统的柔性销轴承的运行而言,预紧的圆锥滚子轴承是滚动接触铀承的首选。预紧设置在铀承制造生产厂进行,通过精确控制使所有集成式柔性销轴承达到非常一致的弹性此外,均匀的预紧能够减小圆柱轴承或调心轴承常有的游隙差异,更为重要的是这有助于减少偏斜载荷所引起的非对中。作者在图9所示的试验室进行了重大试验,试验目的在于评定实际的集成式柔性销轴承的偏斜特性,确认偏斜预测与测量结果的相关性,如图10所示。图9:铁姆肯公司IFB试验室齿轮的偏心测量值/计算值径向偏斜 +22% 应力水平 5‰ 线性程度 +10% +15% 图10:试验结果,测量值与计算值的比较图11表格来源于一个试验结果,它表明偏斜模式与施加转知旱线性关系,而在所有的载荷水平下齿轮面的偏心实际上是零。在铁姆肯公司的试验室对300%以下的载荷进行了测量,并为Maag试验室的满载试验所证实。径向位移与载荷 1.6 1.4 1.2 目回 0.8 N0.6 0.4 000 50100150200250300350400 载荷图11 预/试生产系列传动装置试验第一套用于N60风机的预/试生产系列齿轮箱,在与 NORDEX的协作下已经建成。该装置必须与现有的装置进行合并,并须加以验证。图12中的第一套两台预/试生产系列传动装置,在不同的载荷条件下,已在满载荷试验台上进行了认真的试验。在这些试验中,对其齿轮载荷、温度形成和噪声传播各方面都给予了充分的关注。在对传动装置进行了某些初始的优化工作后,它的优截性就很快地显现出来。图12:Mag的满载荷试验为了淸足Mag的规范要求,对所冇的齿轮接触模式都进行了仔细的检査和确认,正如图13中第2级太阳轮所展现的那样。第2级太阳轮十分优良的接触模式图13:在功率计试验后第2级太阳轮状态

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