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低速重载行星齿轮传动装置的行星架通常多采用双支撑结构,如图6(a)所示,齿轮承载不均匀问题受制造和安装误差、轮齿变形以及温度变化等因素的影响,除了采用合理的均载机构(如太阳轮浮动)得到部分缓解外,行星轮上仍然受不均匀载荷的作用,直接影响传动质量。为此增加弹性元件均载机构可进一步改善载荷分布状况,使用柔性行星轮轴是其中的一种简单有效的形式。
如图6(b)所示,行星架采用单支撑,弹性心轴与行星架和心轴外面的弹性轴套过盈连接,弹性套悬臂固定在心轴的自由端,轴套上安装滚动轴承,行星轮在轴承上旋转。当载荷作用于中间或行星轮左端位置时,心轴和轴套产生变形,心轴和行星轮轴线发生倾斜,于是载荷延齿宽方向转移,使轮齿载荷延齿宽分布趋于均匀。图6(c) 是上述国产大型风电齿轮箱实际应用柔性行星轮轴的结构。图7 是样机试验时实测的行星轮齿根应力相对强度分布图,图中不同载荷下
的几组曲线的载荷分布基本上一致,载荷不均匀系数(最大载荷与平均载荷之比)接近1.1,均载效果较好。
采用四级行星差动组合传动的结构如图8 所示,功率分两路传递:
齿轮箱的主传动输入级由一级行星齿轮和固定在箱体上的齿圈组成。与传统的齿轮箱功率传递相反,动力并不完全汇合到太阳轮上,而是部分地通过行星架传到第二级旋转的内齿圈上。在第二级传动中,一组齿轮被支撑在箱体上,与相互啮合的内齿圈和太阳轮一起,用作速度分流和改变旋向。扭矩变化则通过太阳轮进行。
在第三级差动行星齿轮级上,来自第一级太阳轮和第二级太阳轮的功率流汇合。第一级的太阳轮驱动行星架,而第二级太阳轮驱动内齿圈。这第三级称为三轴行星差动传动,两路功率流在这里汇合到太阳轮上,再传递至第四级平行轴主动齿轮。总增速比可达到200 ∶ 1 以上,其中一到三级:~ 40 ∶ 1,平行轴级:~ 5 ∶ 1。
功率分流比例:来自第一级太阳轮为61.8%;来自行星架和内齿圈为38.2%。体积和重量比传统结构减小20%左右。能够达到减轻重量要求是因为巧妙的动力分流传动路径。第一级行星齿轮基本减少了空间和重量,利用多路动力传递分流和各齿轮级不同的作用,进行功率汇流同时平衡变化的速度和转向,从而满足机组传动链的特定要求。
齿轮箱末级传动采用定轴齿轮副,是遵循风电机组齿轮箱非同轴线设计的规则。这是为了在中心孔布置管路或电缆,以便控制叶轮桨叶变距。另外,产生必要的中心偏移则可以较方便地调节不同的发电机速度输出。
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