Патент на изобретение №2150022

(54) УЗЕЛ ВЫСОКООБОРОТНОЙ ШЕСТЕРНИ РЕДУКТОРА ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к конструктивным элементам ветродвигателя, предназначенным для передачи механической энергии от ветроколеса к потребителю. Технический результат, заключающийся в повышении эксплуатационной надежности и ремонтопригодности, обеспечивается тем, что узел размещен в двух соосных цилиндрических опорных отверстиях корпуса редуктора и содержит цилиндрическую гильзу, заканчивающуюся с одного конца плоским дном с осевым отверстием, а с другого конца – кольцевым выступом прямоугольного профиля, и цилиндрический фланец, имеющий кольцевой центрирующий буртик и центральное отверстие. Фланец присоединен стыковочной поверхностью к торцевой поверхности кольцевого выступа гильзы. Во внутренней полости гильзы коаксиально установлен на подшипниках качения двухопорный вал с шестерней, жестко закрепленной между опорами. Наличие гильзы определяет модульную конструкцию узла. Высокая эксплуатационная надежность и ремонтопригодность узла, который больше других узлов агрегата подвержен износу, обусловлена его модульной конструкцией, что позволяет произвести демонтаж и монтаж узла на месте нахождения ветродвигателя без нарушения целостности других узлов и деталей агрегата, а ремонтные операции проводить в заводских условиях, обеспечивающих высокое качество ремонта. Кроме того, модульная конструкция узла и осевая система сборки увеличивает жесткость всего агрегата и, следовательно, повышает его надежность. 16 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к конструктивным элементам ветродвигателя, предназначенным для передачи мощности (механической энергии) от ветроколеса к потребителю.

Известен редуктор ветроэнергетической установки, передающий вращающий момент от ветроколеса к потребителю механической энергии и размещенный на поворотной платформе, расположенной на башне ветроустановки, который содержит корпус, подшипниковые опоры, низкооборотный и высокооборотный валы с шестернями, установленные в подшипниках (DE 4104454 C1, М. кл. 6 – F 03 D 11/00, 30.07.92).

Однако известная конструкция не обеспечивает высокой надежности и технологичности сборки и ремонта, поскольку не предусмотрена возможность ремонта и замены узлов и частей редуктора на платформе без снятия их с башни.

Известен привод ветродвигателя (воздушной турбины), передающий механическую энергию от воздушной турбины к электрогенератору и гидронасосу, содержащий редуктор и размещенные в его корпусе узлы шестерни, установленные на валах в подшипниковых опорах (GB 2225812 A, М. кл. 6 – F 03 D 11/02, 13.06.90).

В этой конструкции для замены узла высокооборотной шестерни, вал которой связан с валом гидронасоса, необходимо произвести разборку деталей всего узла, что не обеспечивает высокой точности монтажа, а следовательно, и эксплуатационной надежности, так как в данном случае в процессе сборки на месте требуется выполнить подгоночные работы с регулировкой деталей и узлов привода.

Известна ветроэнергетическая установка, включающая в себя привод для передачи мощности от ветроколеса к электрогенератору и гидронасосу. Привод содержит узел высокооборотной шестерни, размещенный в разъемном корпусе редуктора и состоящий из переднего и заднего подшипников качения, двухопорного вала с хвостовиком и цапфой и шестерни с внешним зацеплением, жестко закрепленной на валу между опорами и взаимодействующей с зубчатым колесом (GB 2176542 A, М. кл. 6 – F 03 D 11/00, 31.12.86, фиг. 3, 4).

Недостатком такой конструкции является то, что при ремонтных операциях для демонтажа узла высокооборотной шестерни, который подвержен более частому выходу из строя, чем другие узлы, необходимо произвести расстыковку крышек корпуса редуктора, имеющего разъем по вертикальной плоскости. При этом нарушается центровка других узлов и деталей привода. Вследствие этого при сборке элементы узлов требуют установки деталей по месту и трудоемких регулировочных работ, проводимых на месте размещения ветродвигателя, что снижает эксплуатационную надежность и ремонтопригодность агрегата в целом.

Цель изобретения – повышение эксплуатационной надежности и ремонтопригодности.

Указанный технический результат достигается тем, что узел высокооборотной шестерни редуктора ветродвигателя, размещенный в двух соосных цилиндрических опорных отверстиях корпуса редуктора и содержащий передний и задний подшипники качения, двухопорный вал с хвостовиком и цапфой, хвостовик которого установлен в переднем подшипнике, а цапфа – в заднем, и шестерню, жестко закрепленную на валу между опорами, согласно изобретению, снабжен цилиндрической гильзой, заканчивающейся с одного конца плоским дном, а с другого конца – кольцевым выступом прямоугольного профиля, во внутренней полости которой коаксиально расположен ориентированный хвостовиком в сторону кольцевого выступа двухопорный вал, цилиндрическим фланцем со стыковочной поверхностью, имеющим кольцевой центрирующий буртик и центральное отверстие и присоединенным стыковочной поверхностью к торцевой поверхности кольцевого выступа гильзы, крышкой, присоединенной к наружной поверхности дна гильзы. Узел также снабжен двумя промежуточными кольцами, каждое из которых установлено на валу между шестерней и соответствующим подшипником, двумя втулками с внутренней цилиндрической поверхностью, одна из которых прикреплена торцевой поверхностью к внутренней торцевой поверхности фланца, а другая – торцевой поверхностью к внутренней поверхности дна гильзы, и кольцевой гайкой с внутренней цилиндрической резьбой. При этом наружная поверхность кольцевого выступа гильзы взаимодействует с поверхностью опорного отверстия, расположенного со стороны хвостовики вала, а внутренняя цилиндрическая поверхность кольцевого выступа контактирует с наружной цилиндрической поверхностью кольцевого центрирующего буртика фланца. На внешней боковой поверхности дна гильзы выполнена выборка с образованием торцевой упорной поверхности и боковой цилиндрической поверхности. На концевой части цилиндрической поверхности выборки выполнена резьба, взаимодействующая с резьбой кольцевой гайки, а на остальной части выполнен центрирующий поясок, взаимодействующий с поверхностью опорного отверстия, расположенного со стороны цапфы вала. Торцевая упорная поверхность выборки сопряжена с внутренней боковой поверхностью корпуса редуктора, расположенной у опорного отверстия. В боковой стенке гильзы выполнено по меньшей мере одно отверстие. Для установки внешней обоймы заднего подшипника в дне гильзы выполнено осевое цилиндрическое отверстие с кольцевым упорным буртиком. Для установки внешней обоймы переднего подшипника на внутренней торцевой поверхности фланца выполнена центрирующая выточка. Внутренняя цилиндрическая поверхность каждой втулки охватывает наружную цилиндрическую поверхность соответствующего промежуточного кольца с образованием радиального зазора между ними.

Кроме того, предусмотрено, что на валу могут быть выполнены заплечики, расположенные по обе стороны от шестерни, причем промежуточные втулки установлены на валу на соответствующих заплечиках.

В корпусе редуктора и дне гильзы может быть выполнен сквозной радиальный маслоподводящий канал заднего подшипника, а во фланце – радиальный маслоподводящий канал переднего подшипника, при этом выход каждого канала снабжен канавкой, расположенной в полости соответствующего подшипника, а вход – резьбовой пробкой-вытеснителем.

Предусмотрено, что узел может быть снабжен опорным кольцом с прямоугольным поперечным сечением, жестко закрепленным в опорном отверстии корпуса редуктора, расположенного со стороны хвостовика вала, причем наружная поверхность кольцевого выступа гильзы взаимодействует с поверхностью опорного отверстия через опорное кольцо.

Также предусмотрено, что узел может быть снабжен вторым опорным кольцом с прямоугольным поперечным сечением, жестко закрепленным в опорном отверстии корпуса редуктора, расположенного со стороны цапфы вала, причем центрирующий поясок гильзы взаимодействует с поверхностью опорного отверстия через упомянутое второе опорное кольцо.

Кроме того, шестерня может быть выполнена насадкой на вал или как одно целое с валом.

Рекомендуется на внутренней цилиндрической поверхности каждой втулки выполнить кольцевые канавки.

Кольцевые канавки также могут быть выполнены на наружной цилиндрической поверхности каждого промежуточного кольца.

Рекомендуется в кольцевые канавки каждого промежуточного кольца установить разрезные металлические пружинные кольца.

В зависимости от конструктивных особенностей привода ветродвигателя шестерни может быть выполнена цилиндрической с прямыми зубьями или с шевронными зубьями, или с косыми зубьями.

Шестерня может быть выполнена также конической.

В зависимости от характера и величины нагрузки, действующей на опоры, вал может быть установлен в радиальных шариковых подшипниках или в радиальных роликовых подшипниках
Рекомендуется для повышения надежности установить вал в конических роликовых подшипниках.

Преимущества настоящего изобретения основаны на том, что узел высокооборотной шестерни, который больше других узлов агрегата подвержен износу, представляет собой модульную (блочную) конструкцию – это позволяет упростить монтаж и демонтаж узла непосредственно на ветродвигателе, а ремонтные операции проводить в заводских условиях, обеспечив, таким образом, высокое качество ремонта. Кроме того, модульная конструкция узла и осевая система его сборки увеличивает жесткость всего агрегата, а установка опорных колец предупреждает смятие и разбивание поверхностей опорных отверстий корпуса редуктора в случае изготовления последнего из легких сплавов.

На чертеже изображен общий вид узла высокооборотной шестерни в разрезе.

Узел высокооборотной шестерни редуктора ветродвигателя размещен в двух соосных опорных цилиндрических отверстиях корпуса 1 редуктора и содержит передний и задний подшипники 2, 3 качения, двухопорный вал 4 с хвостовиком и цапфой, хвостовик которого установлен в переднем подшипнике 2, а цапфа установлена в заднем подшипнике 3, и шестерню 5 с внешним зацеплением, жестко закрепленную на валу 4 между опорами и взаимодействующую с зубчатым механизмом.

Узел также снабжен цилиндрической гильзой 6, заканчивающейся с одного конца плоским дном 7, а с другого конца – кольцевым выступом 8 прямоугольного профиля. Во внутренней полости гильзы 6 коаксиально расположен ориентированный хвостовиком в сторону кольцевого выступа 8 двухопорный вал 4. Помимо указанных деталей узел снабжен цилиндрическим фланцем 9 со стыковочной поверхностью, который имеет кольцевой центрирующий буртик 10 и центральное отверстие и присоединен стыковочной поверхностью к торцевой поверхности кольцевого выступа 8 гильзы 6, крышкой 11, присоединенной к наружной поверхности дна 7 гильзы, двумя промежуточными кольцами 12, каждое из которых установлено на валу 4 между шестерней 5 и соответствующим подшипником, двумя втулками 13 с внутренней цилиндрической поверхностью, одна из которых прикреплена торцевой поверхностью к внутренней торцевой поверхности фланца 9, а другая втулка прикреплена торцевой поверхностью к внутренней поверхности дна 7 гильзы 6, и кольцевой гайкой 14 с внутренней цилиндрической резьбой.

При этом наружная цилиндрическая поверхность кольцевого выступа 8 гильзы взаимодействует с цилиндрической поверхностью опорного отверстия корпуса редуктора, расположенного со стороны хвостовика вала 4, а внутренняя цилиндрическая поверхность кольцевого выступа 8 контактирует с наружной цилиндрической поверхностью кольцевого центрирующего буртика 10 фланца 9. На внешней боковой поверхности дна 7 гильзы выполнена выборка с образованием торцевой упорной поверхности 15 и боковой цилиндрической поверхности. На концевой части цилиндрической поверхности выборки выполнена резьба, взаимодействующая с резьбой кольцевой гайки 14, а на остальной части выполнен центрирующий поясок 16, взаимодействующий с цилиндрической поверхностью опорного отверстия корпуса 1 редуктора, расположенного со стороны цапфы вала 4. Торцевая упорная поверхность 15 выборки сопряжена с внутренней боковой поверхностью корпуса редуктора, расположенной у опорного отверстия. Для обеспечения работоспособности зубчатого зацепления в боковой стенке гильзы 6 выполнено по меньшей мере одно отверстие 17. Для установки внешней обоймы заднего подшипника 3 в дне 7 гильзы выполнено осевое цилиндрическое отверстие с кольцевым упорным буртиком 18, боковая наружная поверхность которого сопряжена с наружной поверхностью дна гильзы. Для установки внешней обоймы переднего подшипника 2 на внутренней торцевой поверхности фланца 9 выполнена центрирующая выточка. Внутренняя цилиндрическая поверхность каждой втулки 13 охватывает наружную цилиндрическую поверхность соответствующего промежуточного кольца 12 с образованием радиального зазора между ними.

Для повышения жесткости на валу 4 выполнены заплечики 19, расположенные по обе стороны от шестерни 5. При этом промежуточные втулки 12 установлены на валу на заплечиках.

Для улучшения смазки подшипников в корпусе 1 редуктора и дне 7 гильзы 6 может быть выполнен сквозной радиальный маслоподводящий канал заднего подшипника 3, а во фланце – радиальный маслоподводящий канал переднего подшипника 2. Выход каждого канала снабжен канавкой, расположенной в полости подшипника, а вход – резьбовой пробкой-вытеснителем.

Чтобы исключить смятие и деформацию контактных поверхностей опорных отверстий при изготовлении корпуса редуктора из мягких металлов, предусмотрена установка опорного кольца 20 в опорном отверстии, расположенного со стороны хвостовика вала 4, а также установка второго опорного кольца в опорном отверстии, расположенного со стороны цапфы вала.

В зависимости от величины передаваемой мощности, крутящего момента и технологии производства шестерня 5 может быть выполнена как насадной на вал, так и заодно с валом.

Для герметизации полости подшипников на внутренней цилиндрической поверхности каждой втулки 13 выполнены кольцевые канавки.

Для повышения эффективности герметизации внутренней полости подшипников, вместо выполнения канавок на внутренней поверхности втулок 13, кольцевые канавки могут быть выполнены на наружной цилиндрической поверхности промежуточных колец 12. Причем в канавке устанавливаются разрезные металлические пружинные кольца.

В зависимости от мощности и типа ветродвигателя и конструктивных особенностей трансмиссии шестерня может быть выполнена конической или цилиндрической прямозубой, шевронной или косозубой.

В зависимости от величины и направления действия сил, возникающих в зубчатом зацеплении, вал 4 может быть установлен в радиальных шариковых или роликовых подшипниках, или, для повышения надежности, в конических роликовых подшипниках.

Осевая фиксация гильзы 6 в корпусе и фиксация ее от проворота осуществляется затяжкой кольцевой гайки 14. Для дополнительной фиксации гильзы от проворота относительно корпуса в опорном отверстии корпуса радиально установлен штифт 21. Для стопорения кольцевой гайки 14 между гайкой и корпусом 1 установлена шайба 22 с отгибными лапками.

Узел высокооборотной шестерни редуктора ветродвигателя работает следующим образом.

Крутящий момент от низкооборотного вала ветроколеса (воздушной турбины) передается через смежные зубчатые колеса (зубчатый механизм) редуктора высокооборотной шестерне 5, закрепленной на валу 4 узла, а затем посредством вала 4 потребителю механической энергии, например, электрогенератору, гидронасосу, компрессору, транспортному средству и т.д.

Окружные, радиальные и осевые усилия, возникающие при взаимодействии высокооборотной шестерни 5 со смежными зубчатыми колесами, передаются через подшипники узла на гильзу 6 и воспринимаются корпусом 1 редуктора.

При монтаже узел в сборе вводится в осевом направлении в опорные отверстия корпуса 1 редуктора до упора. При этом посадка и центрирование узла происходит со стороны переднего подшипника 2 по наружной поверхности кольцевого выступа 8 гильзы 6, а со стороны заднего подшипника 3 по центрирующему пояску 16 выборки дна 7 гильзы. Производится затяжка гильзы 6 кольцевой гайкой 14 до упора торцевой поверхности 15 выборки во внутреннюю боковую поверхность корпуса, расположенную у опорного отверстия. Затем производится стопорение кольцевой гайки 14 отгибанием лапок лепестковой шайбы 22.

Следует также отметить, что предложенная конструкция исключает возможность неправильной сборки узла и его монтажа на агрегате.

Высокая эксплуатационная надежность и ремонтопригодность узла обусловлена его модульной конструкцией, что позволяет произвести демонтаж и монтаж узла в сборе на месте нахождения ветродвигателя без нарушения целостности других узлов и деталей агрегата, а разборку, ремонт, сборку и регулировку узла провести в заводских условиях, обеспечивающих высокое качество ремонта.

Формула изобретения

1. Узел высокооборотной шестерни редуктора ветродвигателя, размещенный в двух соосных цилиндрических опорных отверстиях корпуса редуктора и содержащий передний и задний подшипники качения, двухопорный вал с хвостовиком и цапфой, хвостовик которого установлен в переднем подшипнике, а цапфа – в заднем, и шестерню, жестко закрепленную на валу между опорами, отличающийся тем, что узел снабжен цилиндрической гильзой, заканчивающейся с одного конца плоским дном, а с другого конца – кольцевым выступом прямоугольного профиля, во внутренней полости которой коаксиально расположен ориентированный хвостовиком в сторону кольцевого выступа двухопорный вал, цилиндрическим фланцем со стыковочной поверхностью, имеющим кольцевой центрирующий буртик и центральное отверстие и присоединенным стыковочной поверхностью к торцевой поверхности кольцевого выступа гильзы, крышкой, присоединенной к наружной поверхности дна гильзы, двумя промежуточными кольцами, каждое из которых установлено на валу между шестерней и соответствующим подшипником, двумя втулками с внутренней цилиндрической поверхностью, одна из которых прикреплена торцевой поверхностью к внутренней торцевой поверхности фланца, а другая – торцевой поверхностью к внутренней поверхности дна гильзы, и кольцевой гайкой с внутренней цилиндрической резьбой, при этом наружная поверхность кольцевого выступа гильзы взаимодействует с поверхностью опорного отверстия, расположенного со стороны хвостовика вала, а внутренняя цилиндрическая поверхность кольцевого выступа контактирует с наружной цилиндрической поверхностью кольцевого центрирующего буртика фланца, на внешней боковой поверхности дна гильзы выполнена выборка с образованием торцевой упорной поверхности и боковой цилиндрической поверхности, на концевой части последней выполнена резьба, взаимодействующая с резьбой кольцевой гайки, а на остальной части выполнен центрирующий поясок, взаимодействующий с поверхностью опорного отверстия, расположенного со стороны цапфы вала, торцевая упорная поверхность выборки сопряжена с внутренней боковой поверхностью корпуса редуктора, расположенной у опорного отверстия, в боковой стенке гильзы выполнено по меньшей мере одно отверстие, для установки внешней обоймы заднего подшипника в дне гильзы выполнено осевое цилиндрическое отверстие с кольцевым упорным буртиком, для установки внешней обоймы переднего подшипника на внутренней торцевой поверхности фланца выполнена центрирующая выточка, внутренняя цилиндрическая поверхность каждой втулки охватывает наружную цилиндрическую поверхность соответствующего промежуточного кольца с образованием радиального зазора между ними.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что на валу выполнены заплечики, расположенные по обе стороны от шестерни, причем промежуточные втулки установлены на валу на соответствующих заплечиках.

3. Узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе редуктора и дне гильзы выполнен сквозной радиальный маслоподводящий канал заднего подшипника, а во фланце – радиальный маслоподводящий канал переднего подшипника, при этом выход каждого канала снабжен канавкой, расположенной в полости соответствующего подшипника, а вход – резьбовой пробкой-вытеснителем.

4. Узел по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что он снабжен опорным кольцом с прямоугольным поперечным сечением, жестко закрепленным в опорном отверстии корпуса редуктора, расположенного со стороны хвостовика вала, причем наружная поверхность кольцевого выступа гильзы взаимодействует с поверхностью опорного отверстия через опорное кольцо.

5. Узел по п.4, отличающийся тем, что он снабжен вторым опорным кольцом с прямоугольным поперечным сечением, жестко закрепленным в опорном отверстии корпуса редуктора, расположенного со стороны цапфы вала, причем центрирующий поясок гильзы взаимодействует с поверхностью опорного отверстия через упомянутое второе опорное кольцо.

6. Узел по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что шестерня выполнена насадной на вал.

7. Узел по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что шестерня выполнена как одно целое с валом.

8. Узел по п.6 или 7, отличающийся тем, что на внутренней цилиндрической поверхности каждой втулки выполнены кольцевые канавки.

9. Узел по п.6 или 7, отличающийся тем, что на наружной цилиндрической поверхности каждого промежуточного кольца выполнены кольцевые канавки.

10. Узел по п.9, отличающийся тем, что в кольцевые канавки установлены разрезные металлические пружинные кольца.

11. Узел по п.6, или 7, или 8, или 9, или 10, отличающийся тем, что шестерня выполнена цилиндрической с прямыми зубьями.

12. Узел по п.6, или 7, или 8, или 9, или 10, отличающийся тем, что шестерня выполнена цилиндрической с шевронными зубьями.

13. Узел по п.6, или 7, или 8, или 9, или 10, отличающийся тем, что шестерня выполнена цилиндрической с косыми зубьями.

14. Узел по п.6, или 7, или 8, или 9, или 10, отличающийся тем, что шестерня выполнена конической.

15. Узел по п.11 или 12, отличающийся тем, что вал установлен в радиальных шариковых подшипниках.

16. Узел по п.11 или 12, отличающийся тем, что вал установлен в радиальных роликовых подшипниках.

17. Узел по п.11, или 12, или 13, или 14, отличающийся тем, что вал установлен в конических роликовых подшипниках.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 22.01.2008

Извещение опубликовано: 10.11.2009 БИ: 31/2009