專利名稱：軸承用脂潤滑兆瓦級準行星半直驅(qū)風電增速箱的制作方法
軸承用脂潤滑兆瓦級準行星半直驅(qū)風電增速箱
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風電齒輪箱技術(shù)領(lǐng)域，一種軸承用脂潤滑兆瓦級準行星半直驅(qū)風電增速箱，其新穎性在于箱體內(nèi)滾動軸承用軸承脂潤滑、齒輪嚙合副用齒輪油強制潤滑。
背景技術(shù)：
德國著名風電專家MULTIBRID提出了“一級行星+永磁電機(增速比i =5.71)”的半直驅(qū)風電結(jié)構(gòu)，用以解決直驅(qū)式龐大發(fā)電機從生產(chǎn)、裝配、運輸?shù)浆F(xiàn)場安裝極其困難。據(jù)報導(dǎo):哈爾濱風力設(shè)備公司和沈工大風能所研制的1.5MW直驅(qū)永磁電機，直徑Φ 3.4X 2 (m)、重量43t.;湘電XEMC-Z82-2000永磁直驅(qū)電機，直徑Φ 3.9 (m)，重量49t.，價格320萬元。如采用半直驅(qū)機組，永磁電機大為縮小:根據(jù)公式P = KD2Lni (kff)，當增速比i = 7，并設(shè)L = 0.618D時，求得2MW半直驅(qū)永磁電機外型為:Φ 1900X 1180 (mm)。因而風電專家預(yù)測，第三代半直驅(qū)風力發(fā)電技術(shù)，將逐漸成為世界風力發(fā)電主要發(fā)展方向。齒輪箱是風電機組三大核心技術(shù)之一。國內(nèi)有公司自稱從原料到生產(chǎn)均實現(xiàn)嚴格監(jiān)控，生產(chǎn)的齒輪箱精度已經(jīng)達到衛(wèi)星水平，保證了齒輪箱產(chǎn)品能夠連續(xù)20年正常運轉(zhuǎn)。但《風電齒輪箱的發(fā)展及技術(shù)分析》(機械傳動2008.06)指出:國產(chǎn)齒輪箱都運行不足3年而停機大修。本發(fā)明是背景技術(shù):發(fā)明專利《兆瓦級準行星半直驅(qū)風電增速箱》(ZL201010135394.3)的創(chuàng)新。(一)國內(nèi)風電機組中的齒 輪箱包括背景技術(shù)的問題是停機故障率高:論文《風力發(fā)電機組齒輪箱潤滑油選擇指南》指出:“國內(nèi)風電機組80 %的停機故障是因為齒輪箱問題，齒輪箱 出現(xiàn)故障概率分別為:軸承81%，齒輪14%…”軸承故障率高的原因是什麼？①現(xiàn)代加工中心完全能保證軸承孔的加工精度，因此可排除機加工因素；②設(shè)計者慣于選用比計算值高一個等級軸承，因此可排除軸承負荷小于設(shè)計因素；③齒輪箱裝配工大多是經(jīng)驗豐富的高級技師，因此可排除齒輪箱裝配質(zhì)量因素。( 二)“潤滑不良是引起軸承早期破壞的主要原因”(劉澤九《滾動軸承應(yīng)用手冊》891 頁)“…軸承早期失效往往不是材質(zhì)引起的疲勞破壞，而是污染物進入軸承內(nèi)部后潤滑脂質(zhì)逐漸變壞，在滾動接觸面上產(chǎn)生壓痕所致?！?《密封深溝球軸承的密封技術(shù)》軸承2009.05)向心球軸承接觸應(yīng)力O jmax = 5000MPa( P.A.別捷爾曼的《滾動軸承手冊》134頁)為齒輪副σ jmax = 1450MPa的3_4倍，因此軸承潤滑脂(油)的清潔度應(yīng)遠遠高于齒輪的潤滑油。(I)國內(nèi)最大型風電齒輪箱企業(yè)——南京高速齒輪制造有限公司齒輪專家在發(fā)明專利《風力發(fā)電機齒輪箱的輸入端》(201110062373.8)申請說明書中明確指出:現(xiàn)有風力發(fā)電機變槳或偏航齒輪箱運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的鐵屑和雜質(zhì)隨潤滑油進入軸承中，直接影響齒輪箱使用壽命，...;
(2)朱孝錄《齒輪傳動設(shè)計手冊》94頁:在動力齒輪傳動中，輪齒表面由于滑動磨損、腐蝕、過熱等等，因而出現(xiàn)齒面損耗是不可避免的；(3)《風力發(fā)電機組齒輪箱軸承的保養(yǎng)和維護》:“運行人員登機發(fā)現(xiàn)濾清器內(nèi)有2mm2鱗片狀鐵屑和大量金屬粉末；高速軸軸承損壞后齒輪位移，導(dǎo)致行星架齒面嚙合異常而損壞?！?4)上海機械學(xué)院《機械設(shè)計基礎(chǔ)》上103頁:“齒輪傳動裝備使用一段時間后拆下可發(fā)現(xiàn)輪齒表面出現(xiàn)磨損痕跡，特別在潤滑較差或潤滑油不純潔的條件下，磨損現(xiàn)象更為明顯，…磨損是由于接觸面之間有作用力和相對滑動造成的?！?5)《磁性油塞》(ZL200720131393.5)說明書指出:在工作的過程中，由于相互嚙合的齒輪磨損后往往形成游離鐵粉末，加速金屬接觸面的磨損，……；(6)《軌道交通車輛齒輪箱上的磁性油塞》(201120068109.0)說明書:齒輪嚙合中產(chǎn)生的游離金屬顆粒不斷被潤滑油帶入齒輪嚙合面，加速了齒輪磨損，直接影響齒輪箱使用壽命，…；(7)《風電增速箱》(ZL200920112092)說明書采用磁性螺塞來吸附潤滑油中游離金屬粉末；(8)《傳動機構(gòu)箱體潤滑油鐵屑磨粒吸附裝置》(ZL200820083625.9)說明書:齒輪在加工過程中難免帶有毛刺，齒輪嚙合副的滑動摩擦會產(chǎn)生鐵屑磨粒，…。(三)理論上要求軸承用 脂潤滑(或不含添加劑礦物油)，齒輪用含添加劑的潤滑油:(a)劉澤九《滾動軸承應(yīng)用手冊》893頁:“當高速運轉(zhuǎn)或高溫下工作的軸承，在無法使用潤滑脂潤滑時或軸承鄰近的另件(如齒輪)用潤滑油潤滑時，軸承才用潤滑油潤
滑?！?21頁:“…滾動軸承的潤滑一般用不含添加劑的礦物油”；(b)朱孝錄《齒輪傳動設(shè)計手冊》1087頁:處于邊界潤滑狀態(tài)下的齒輪，應(yīng)使用含極壓抗磨劑(添加劑)的潤滑油。SH/T0017-1990L-FC 一等品軸承油運動粘度為90-100 ；比齒輪油粘度為288-352
小得多。結(jié)論:風電齒輪箱故障率高的根本原因是齒輪箱運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的鐵屑和雜質(zhì)隨潤滑油進入軸承中，軸承損壞導(dǎo)致齒輪箱出現(xiàn)故障而停機，即使有過濾器和磁性螺塞。(四)密封軸承能防止鐵屑和雜質(zhì)隨潤滑油進入軸承中，選用密封軸承的理論依據(jù)如下:①《密封深溝球軸承的密封技術(shù)》軸承2009.05 密封深溝球軸承具有抗污染、防塵埃、簡化主機結(jié)構(gòu)，便于安裝和維護等優(yōu)點，在電機、航空、航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?！谝恍┡涮字鳈C上，軸承的早期失效往往不是材質(zhì)引起的疲勞破壞，而是污染物進入軸承內(nèi)部后潤滑脂質(zhì)逐漸變壞，在滾動接觸面上產(chǎn)生壓痕所致。”②劉澤九《滾動軸承應(yīng)用手冊》593頁:“密封軸承既可以有一個良好密封潤滑環(huán)境，同時也省去復(fù)雜的潤滑系統(tǒng)。所以在結(jié)構(gòu)緊湊、密封要求嚴格部位，均建議使用密封軸承。軸承自身密封除了具有良好防塵、密封效果外，還能在軸承運轉(zhuǎn)過程中毋需補給潤滑劑而保持良好運轉(zhuǎn)狀態(tài)，減少了維修費用?！?br> ③卜炎《實用軸承技術(shù)手冊》95頁:“在那些結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸要求小、密封要求嚴格、維護補油困難，不便采用附加密封裝置的地方，可以優(yōu)先選用密封軸承?！雹馨Ｋ孤稘L動軸承設(shè)設(shè)計與應(yīng)用手冊》221頁:“當結(jié)構(gòu)緊湊時，最好使用裝有兩面密封的向心球軸承。裝有兩面密封圈的向心球軸承已裝入足夠軸承整個使用期限的潤滑脂?！敝煨洝洱X輪傳動設(shè)計手冊》1096頁:“齒輪潤滑油和齒輪及其他另件一樣都有它的使用壽命，油品的使用壽命又與使用工況和保養(yǎng)技術(shù)密切相關(guān)?！话愎I(yè)齒輪正常運轉(zhuǎn)2500h.或6個月必須換油?！眲删拧稘L動軸承應(yīng)用手冊》913頁:換脂周期經(jīng)驗公式如下:T=L 475.106Γ°.9908 1.025.IO6ITc1.8626 (h.)式中:系數(shù)K = Kf.η.Dm(r.mm/s)(球軸承 Kf = 0.9 1.1), Dm = (D+d) /2,計算結(jié)果:密封軸承的換脂周期> 2500 (h.)，因而證明了密封軸承已裝入足夠軸承整個使用期限的潤滑脂。電機 Ii1 = IOOOrpm, NAD:i = 6.3、n = 158.7rpm, NBD:i = 40、n = 25rpm 換脂周
期
權(quán)利要求
1.一種軸承用脂潤滑兆瓦級準行星半直驅(qū)風電增速箱，包括箱體及準行星傳動件，所述箱體包括前箱體(I)及順次聯(lián)接一體的固定架(13)與后端蓋￠)，所述準行星傳動件包括太陽軸齒輪(7)、3-5只均布的行星輪(16)、太陽軸齒輪(7)與行星輪(16)間的介輪(11)、內(nèi)齒圈(2)、行星輪(16)與內(nèi)齒圈(2)之間的二只相同、對稱裝置的分流齒輪(3)、輸入軸(15)及兩端固定在固定架(13)上的第一、第二、第三齒輪軸(9、17與5)，所述內(nèi)齒圈(2)至分流齒輪(3)形成6-10分流結(jié)構(gòu)，所述輸入軸(15)圓盤上用騎縫銷(19)及螺栓聯(lián)接短圓筒(12)，所述短圓筒(12)內(nèi)孔與內(nèi)齒圈(2)外圓用花鍵聯(lián)接，其特征在于: 所述太陽軸齒輪(7)軸頸用有隔圈的第一、第二密封軸承(8、81)支承在后端蓋(6)內(nèi)孔，所述第二密封軸承(81)之前裝有第一密封件(71)； 所述介輪(11)用有隔圈的第一、第二密封軸承組(10)支承在第一齒輪軸(9)上；所述行星輪(16)用有隔圈的第三、第四密封軸承組(18)支承在第二齒輪軸(9)上；所述分流齒輪(3)用有隔圈的第五、第六密封軸承組(4)支承在第三齒輪軸(5)上；所述輸入軸(15)用第一、第二軸承(14、20)支承在前箱體(I)內(nèi)孔，所述第一、第二軸承(14、20)兩側(cè)分別有第二、第三密封件(141、201)，所述第一、第二軸承(14、20)內(nèi)填潤滑月旨; 所述密封件為旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈或車氏密封，所述密封軸承為接觸式徑向密封軸承，如 RK、或 RS、或 HMS (A)、或 MHS (A)型。
全文摘要
本發(fā)明涉及風電齒輪箱技術(shù)領(lǐng)域，一種軸承用脂潤滑兆瓦級準行星半直驅(qū)風電增速箱，包括箱體及準行星傳動件，箱體包括前箱體及順次聯(lián)接一體的固定架與后端蓋，其特征在于太陽軸齒輪軸頸用有隔圈的第一、二密封軸承支承在后端蓋內(nèi)孔，第二密封軸承之前裝有第一密封件；介輪用有隔圈的第一、二密封軸承組支承在第一齒輪軸上；行星輪用有隔圈的第三、四密封軸承組支承在第二齒輪軸上；分流齒輪用有隔圈的第五、六密封軸承組支承在第三齒輪軸上；輸出軸用第一、二軸承支承在前箱體內(nèi)孔，第一、二軸承兩側(cè)分別有第二、三密封件，第一、二軸承內(nèi)填潤滑脂；有益效果技術(shù)效果是軸承運轉(zhuǎn)可靠，因而齒輪箱使用壽命長、噪聲低。
文檔編號F03D11/02GK103089929SQ20121045553
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月3日
發(fā)明者吳聲震 申請人:吳小杰