专利名称：一种风力发电机组齿轮箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电技术，尤其是涉及一种风力发电机组齿轮箱。
技术背景当前，石油、煤炭等不可再生能源日渐枯竭，能源问题成为困扰世界经 济发展的首要问题，对各种可再生能源的利用日益受到重视。风能是一种曾经获得广泛利用的可再生能源，在当今新的能源形势下， 对风能进行开发成为当前可再生能源利用的重点，利用风能发电是当前风能 利用的主要手段。风力发电机组已经获得了广泛研究。风力发电机组使用大型的风轮获得 风力，带动发电机发电，从而实现风力发电。由于风轮在风力作用下的旋转 速度较慢，远远达不到发电机发电所需要的转速，因此，在风轮和发电机之 间，使用齿轮箱变速，将风轮一侧的较低转速增大为足够高的转速，驱动发 电机发电。风力发电机组工作时受到为无规律的变向变负荷风力作用以及强阵风的 冲击，常年经受酷署严寒、极端温差的影响，其工作条件极为恶劣。加之， 风力发电机组一般安装在高山、野外、荒滩、海岛等地点，并且安装底座往 往有几十米之高，其维修保养极其困难。因此，对风力发电机组的可靠性和 使用寿命有很高的要求，目前，通常对风力发电机组的无故障工作时间要求 高达二十年。在风力发电机组中，齿轮箱作为主要工作部位，由于机械结构 复杂，是故障概率最高的部件，因而，也是提高风力发电机组可靠性和使用 寿命的重点部位。要在长达二十年的时间中实现无故障运行，对齿轮箱的各 个组成元件都提出了较高的要求。此外，风力发电机组齿轮箱还需要满足一 般齿轮箱的其他工作要求。不同的风力发电机组有不同的齿轮箱形式，按照传动类型划分，齿轮箱 可以分为圆柱齿轮增速箱、行星齿轮增速箱以及它们相互组合的齿轮箱。不 管具体形式如何变化，风力发电机组齿轮箱都具有若干旋转轴，支撑这些旋 转轴的零件是轴承，现有技术中，在风力发电机组齿轮箱中， 一般使用滚动
轴承。
由于轴承对轴的旋转起支撑作用，因此，其对齿轮箱的工作有很大的影
响。首先，轴承摩擦是齿轮箱功率损失的主要来源之一；其次，轴承也是主 要的噪声部件；更为重要的问题是，齿轮箱工作时，轴和轴承的变形会引起 齿轮和轴承齿轮和轴承内外圏轴线的偏斜，使轮齿的栽荷分布不均勻，降低 传动件的承载能力。当转速较高时，轴承的使用寿命也会急剧降低，成为影 响齿轮箱工作寿命的主要元件。
现有技术下，滚动轴承的结构如图l所示。该滚动轴承包括外圏11、滚 子12、内圏13。所述外圏11的内径形成外圏滚道，内圏13的外径形成内圈 滚道。另外，该滚动轴承和往往具有保持夹(图未示)。
如图1所示，内圈13的内圏滚道直径山比装在外圏滚道滚动体的内接 圆的直径d2稍小，两者之间一般为间隙配合。这种情况下， 一般只有运动到 下部的两到三个滚动体受力，加上内外圏的轴线不可能完全重合，这就使轴 在工作中不断作小幅度的周向摆动，使轮齿之间出现不均匀的载荷，降低了 传动件的承载能力，并且由于载荷不均匀更易造成轮齿的断齿。而且，轴承 滚动体本身受到变化;f艮大的周期性交变负荷，造成轴承的疲劳寿命降低。
实用新型内容
针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于，提供一种风力发电机 组齿轮箱，该种齿轮箱的滚动轴承的滚动体受力均匀，可以极大减少所支撑 的轴的周向摆动，使轮齿之间载荷较为均勻，使传动件的承载能力增加，并 可减少轮齿出现断齿。另外，滚动轴承疲劳寿命得到有效延长。
本实用新型提供的风力发电机组齿轮箱，其齿轮箱中使用的轴承为空心 圓柱滚子轴承。
优选地，所述的空心圓柱滚子轴承包括外圏、空心圆柱滚子和内圏，所 述空心圓柱滚子为轴承的滚动体。
优选地，所述的空心圆柱滚子轴承中，内圏滚道的直径比装在外圈滚道 滚动体的内接圆的直径稍大，两者之间实现过盈配合。
优选地，所述的空心圆柱滚子轴承的外圈带有挡边，内圏不带有挡边； 或者相反，所述的空心圆柱滚子轴承的外圏不带挡边，内圏带有挡边。
优选地，所述的空心圓柱滚子轴承中，滚子没有保持夹。 优选地，所述的空心圆柱滚子轴承中，滚动体为单列、双列或多列的空 心圆冲主滚子。
优选地，所述的空心圓柱滚子轴承的滚动体各列之间具有中挡边。 优选地，所述的空心圆柱滚子轴承的滚动体各列之间不设置中挡边。
优选地，所述的空心圆柱滚子轴承中，空心圓柱滚子的空心度为60°/0-70%。
本实用新型提供的风力发电机组齿轮箱使用空心圆柱滚子轴承作为其轴 承。由于该轴承的滚动体为空心圆柱滚子，与现有技术使用的实心圓柱滚子 轴承相比，空心圓柱滚子轴承的滚动体为空心滚子，由于内部为中空结构， 因此，其具有较好的变形能力，使轴承一般可以采用内圏滚道的直径比装在 外圏滚道滚动体的内接圓的直径稍大的过盈配合形式，这样就可实现满滚子 受力，而现有技术中， 一般的滚子轴承由于只能使用间隙配合，因此，只有 3-5粒滚子受力。相比之下，本实用新型提供的风力发电机组齿轮箱的轴承 具有较小的接触应力，并且其变化幅度较为和緩，使轴承的寿命得以延长， 从而可以降低由于轴承故障造成的维修要求。另外，由于上述过盈结构，使 空心圓柱滚子轴承的内圏和外圏同轴度有极大提高，轴在运动过程中的径向 摆动减少，轮齿之间的可以实现更为紧密的配合，其运动因而更为平稳，使 轮齿之间载荷较为均匀，传动件的承栽能力增加，并可减少轮齿出现断齿。
同样由于使用空心圆柱轴承，其滚动体中心的圆柱可以流过冷却油，使 冷却效果大幅增强，可以避免轴承尤其是轴承的滚动体在高温下工作的情况。 另外，由于空心圆柱的变形能力强，不会由于滚动体和内圈、外圈的刚性接 触使润滑油被挤出，提高了润滑的效果，同样有利于提高轴承寿命。
本实用新型的优选实施例中，使用两列或者多列的空心圓柱滚子的轴承， 这种形式的轴承由于具有两列或者多列的滚子进行支撑，可以采用更小的空 心度的滚子，进一步降低轴承原始滚道的中心偏移量，使轴能够实现更加平 稳的运转，提高轴承和齿轮的使用寿命。
图l是现有技术滚动轴承的结构示意图2是本实用新型第 一实施例采用的空心圓柱滚子轴承的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型笫一实施例提供一种风力发电机组齿轮箱。这种齿轮箱可以 采用多种齿轮箱形式，对于本实用新型而言，其关键点在于采用特殊的空心 圓柱滚子轴承，而现有技术下，风力发电机组齿轮箱的滚动轴承均采用实心 的圆柱滚子。
图2示出该种风力发电机组齿轮箱中釆用的空心圓柱滚子轴承。 如图2所示，该空心圆柱滚子轴承包括外圏21、空心圆柱滚子22、内圏 23。所述外圈21的内径面形成外圏滚道，内圏23的外径面形成内圏滚道。 所述外圈21带挡边，内圈23不带挡边。
图2同时示出，内圈23的内圏滚道直径di比装在外圏滚道的滚动体内 接圓的直径d2稍大。这是由于，滚动体采用了空心圆柱滚子，该空心圆柱滚 子由于具有空心，因此，有一定的弹性变形量。这种弹性变形量使滚动体内 接圆和内圏滚道之间可以釆用过盈配合。现有技术下，由于采用实心圆柱滚 子作为轴承的滚动体，其弹性变形量极小，滚动体内接圓和内圈滚道之间必 须采用间隙配合。
该空心圆柱滚子轴承中，滚子没有保持夹。这是由于上述过盈配合方式， 使滚动体始终受到一定的预应力，因此，滚子可以始终保持固定的位置，不
需要保持架保持。
图2所示的空心圓柱滚子轴承采用单列滚子，实际上还可以使用双列或 者多列滚子。在使用双列或者多列滚子时，如果滚动体满足长径比L/EK1.08 时，各个滚子之间可以不使用中档边。
所述空心圆柱滚子的空心度，即滚动体内孔直径与外径之比的百分数， 有一定的要求。该空心度若过小，如低于50%,则滚子接近于实心滚子；若 空心度过大，则滚子的柔性过大，承载能力降低。因此，优选地空心度范围， 在采用单列滚子时为60%-70%,若采用多列滚子，则该空心度可以适当提 高。
尽管该实施例中，采用外圈21带挡边，内圈23不带挡边的形式，但是， 采用相反的形式，即外圏21不带档边，内圏23带档边也是可行的方案。
由于采用空心圆柱滚子，使空心圓柱滚子轴承与现有技术相比具有明显 的优势，特别是风机齿轮箱中，对原件的无故障使用时间有很高要求，并且 工作条件非常恶劣，这种空心圆柱滚子轴承具有明显的优势。
首先，该种空心圓柱滚子轴承在额定负载下具有更高的刚度。这是由于， 空心圓柱滚子轴承的滚动体内接圆和内圈滚道之间可以釆用过盈配合，在这 种配合方式下，当负载处于正常的范围时，所有的滚动体都起到承载作用。 而现有技术的实心圓柱滚子轴承，在负载处于正常范围时， 一般只有两、三 个滚子处于承载状态，因此其刚度反而不如空心圆柱滚子轴承。由于具有更 佳的刚度，本实用新型提供的空心圆柱滚子轴承的使用寿命更长。
其次，该种空心圆柱滚子轴承能够提供更高的回转精度。由于一般情况 下，空心圆柱滚子轴承的滚动体内接圆和内圈滚道之间采用过盈配合，因此， 轴承的各部分之间不存在径向间隙，这样就保证了所支撑轴的回转精度。有 研究表明，采用相同尺寸精度的零件进行装配，则空心圆柱滚子轴承的回转 精度比实心滚子轴承的精度高两级。只要控制好零件的加工精度和适当的设
计参数，很容易使主轴径摆小于lym。由于主轴径摆低，主轴上安装的齿轮 运动时相互之间的冲击减少，可以减少断齿的发生。
再次，该种空心圓柱滚子轴承能够达到更高的极限转速。这是由于，限 制转速的主要原因是温度，采用空心圓柱滚子轴承后，由于下列原因，可以 对轴承的润滑和温度降低产生以下重要影响。
a、 空心滚动体的重量轻，其离心力相应较低；
b、 空心滚动体的表面积大，冷却条件好；
c、 由于采用过盈配合，可以不实用保持架，减少了热源，润滑油能够在 轴承中充分流动，能够起到更好的冷却效果；
d、 过盈结构导致预应力的存在，使滚动体不易滑动，彼此间保持稳定的 间隙，便于散热；
e、 空心滚动体柔性更佳，滚动中可以形成油膜，而不会将油挤出，这样 就会起到较好的润滑效果，减少摩擦生热。
总之，由于上述原因，本实施例提供的风力发电机组齿轮箱能够更好的 满足风力发电机组的工作条件和无故障时间要求，具有更佳的技术效果。
另外需要说明，本实用新型第一实施例提供的空心圆柱滚子轴承中，滚 动体内接圆和内圈滚道之间采用过盈配合，这种配合形式能够充分发挥该种 轴承的优点。但是，不排除使用过渡配合或者间隙配合的方式，釆用上述配 合方式，由于滚动体的表面积大，可以获得更佳的冷却效果。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干 改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1、 一种风力发电机组齿轮箱，其特征在于，该齿轮箱中使用的轴承为空 心圓柱滚子轴承。
2、 根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于，所述的空 心圓柱滚子轴承包括外圏、空心圆柱滚子和内圈，所述空心圓柱滚子为轴承的 滚动体。
3、 根据权利要求2所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于，所述的空 心圓柱滚子轴承中，内圏滚道的直径比装在外圈滚道滚动体的内接圆的直径稍 大，两者之间实现过盈配合。
4、 根据权利要求3所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于，所述的空 心圆柱滚子轴承的外圏带有挡边，内團不带有挡边。
5、 根据权利要求3所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于，所述的空 心圆柱滚子轴承的外圈不带挡边，内圏带有挡边。
6、 根据权利要求1-5任一项所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于， 所述的空心圆柱滚子轴承中，滚子没有保持夹。
7、 根据权利要求1-5任一项所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于， 所述的空心圓柱滚子轴承中，滚动体为单列、双列或多列的空心圆柱滚子。
8、 根据权利要求7所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于，所述的空 心圆柱滚子轴承的滚动体各列之间具有中挡边。
9、 根据权利要求7所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于，所述的空 心圆柱滚子轴承的滚动体各列之间不设置中挡边。
10、 根据权利要求l-5任一项所述的风力发电机组齿轮箱，其特征在于， 所述的空心圆柱滚子轴承中，空心圆柱滚子的空心度为60%-70%。
专利摘要本实用新型公开一种风力发电机组齿轮箱，其齿轮箱中使用的轴承为空心圆柱滚子轴承。优选地，所述的空心圆柱滚子轴承包括外圈、空心圆柱滚子和内圈，所述空心圆柱滚子为轴承的滚动体。优选地，所述的空心圆柱滚子轴承中，内圈滚道的直径比装在外圈滚道滚动体的内接圆的直径稍大，两者之间实现过盈配合。与现有技术使用的实心圆柱滚子轴承相比，空心圆柱滚子轴承的滚动体为空心滚子，由于内部为中空结构，具有较好的变形能力，使轴承可采用内圈滚道直径比内接圆直径稍大的过盈配合形式，实现满滚子受力，延长轴承寿命，降低轴承故障；该种轴承还可以减少轴的径摆以及提高冷却效果。由于上述原因，该种风力发电机组齿轮箱具有更长的无故障使用时间。
文档编号F03D11/00GK201037448SQ20072014722
公开日2008年3月19日 申请日期2007年5月15日 优先权日2007年5月15日
发明者虹 罗 申请人:虹 罗