Привод, имеющий систему коробки передач
Изобретение относится к системе коробки передач. Коробка передач (10) состоит из первой шестерни (20), имеющей наружный зубчатый венец, ряда ведущих шестерен (80), находящихся в зацеплении с наружным зубчатым венцом первой шестерни (20), второй шестерни (30), ряда третьих шестерен (40), где каждая из третьей шестерни (40) соосно соединена с четвертой шестерней (50), имеющей наружный зубчатый венец, и пятой шестерни (60). Каждая ведущая шестерня, соединенная с электрической машиной (90), предназначена для выполнения функций двигателя или генератора. Вторая шестерня (30) соосно соединена с первой шестерней (20) и имеет наружный зубчатый венец. Ряд третьих шестерен (40) находятся в зацеплении со второй шестерней (30) и имеют наружный зубчатый венец. Каждая из третьей шестерни (40) соосно соединена с четвертой шестерней (50) и имеет наружный зубчатый венец. Пятая шестерня (60) находится в зацеплении с четвертой шестерней (50), соединенной с ведущим или вторичным валом (70) и имеющей соосно соединенные наружный зубчатый венец, указанную первую шестерню (20) и ведущий или вторичный вал (70). Достигается компактность конструкции. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к системе коробки передач.
Системы коробок передач часто проектируются как планетарные системы коробок передач, как, например, в случае ветряных турбин, автотранспортных средств и прокатных станов. Уже известные планетарные системы коробок передач включают венцовую шестерню с внутренним зубчатым венцом, с которым вступают в зацепление, по крайней мере, две планетарные шестерни, которые соединены с водилом планетарной передачи, имеют наружный зубчатый венец и определяют передаточное число с центральной шестерней, которая установлена соосно с венцовой шестерней и имеет наружный зубчатый венец.
В патенте US 1459964 предлагается система коробки передач, в которой первичный вал расположен концентрически к вторичному валу, а все шестерни имеют наружный зубчатый венец. В патенте WO 00/65708 А1 предлагается система коробки передач, в которой ряд ведущих шестерен соединены с зубчатым зацеплением электрической машины через первую шестерню.
Цель изобретения заключается в предложении системы коробки передач, которая обеспечивает изготовление в пределах жестких допусков в сочетании с компактной конструкцией и подвергается лишь небольшому износу в сочетании с бесшумным ходом.
Эта цель достигается за счет предложения системы коробки передач, имеющей характеристики, изложенные в пункте формулы 1. В зависимых пунктах формулы определены предпочтительные варианты исполнения изобретения.
В изобретении шестерня первой ступени, т.е. первая шестерня, и шестерня третьей ступени, т.е. пятая шестерня, расположены концентрически, при этом шестерни, вступающие в зацепление с шестернями первой и третьей ступеней, т.е. третьей и четвертой шестернями, расположены на равном расстоянии от осей вышеуказанных шестерен первой и третьей ступеней и образуют равнобедренный треугольник.
Оси третьей и четвертой шестерен расположены концентрически к осям ведущих шестерен электрических машин, при этом оси третьей и четвертой шестерен в каждом из случаев располагаются по биссектрисе угла между осями ведущих шестерен.
Здесь третьи шестерни и четвертые шестерни, соосно соединенные с третьими шестернями, расположены таким образом, что третьи шестерни вступают в зацепление со второй шестерней, а четвертые шестерни вступают в зацепление с пятой шестерней.
Если передаточное число ступеней 2 и 3 выбрано ниже отношения 5,40:1, коррекция общего передаточного числа может быть выполнена за счет первой ступени, регулировка которой возможна независимо от расстояния между осями.
Если шестерни предпочтительно предназначены для винтового зубчатого зацепления и если первые и вторые шестерни особенно предпочтительно установлены на стенке картера с одной стороны и в подшипнике, установленном в пятой шестерне, с другой стороны, это позволяет избегать усилий, оказывающих неблагоприятное воздействие на систему коробки передач.
В частности, предусмотрено, что шестерни первой и третьей ступеней, т.е. группы шестерен, которые составляет ведущая шестерня электрической машины и первая шестерня, вторая шестерня с третьей шестерней и четвертная шестерня с пятой, имеют такое винтовое зубчатое зацепление с вращением в противоположных направлениях, что осевые усилия, связанные с винтовым зубчатым зацеплением шестерен, взаимно компенсируют друг друга.
В результате вся система коробки передач и в конечном итоге также картер системы коробки передач могут быть выполнены с меньшими размерами, связанными с размещением шестерен.
Изобретение более подробно объяснено с использованием типового варианта осуществления особенно предпочтительной конструкции, проиллюстрированной на одной фигуре 1, где фигура 1А изображает вид сверху системы коробки передачи в соответствии с изобретением, а фигура 1В изображает систему коробки передач, показанную на фигуре 1А, в поперечном разрезе.
Система коробки передач 10 имеет центрально установленную первую шестерню 20, которая прочно соединена со второй шестерней, расположенной за первой шестерней 20, таким образом, что в процессе работы первая и вторая шестерни 20, 30 вращаются с одинаковой скоростью. Вторая шестерня 30, в частности, имеет меньший диаметр, чем первая шестерня 20.
Вторая шестерня 30 находится в зацеплении с тремя третьими шестернями 40, которые расположены в вершинах воображаемого равнобедренного треугольника и, в свою очередь, прочно соединены в каждом случае с четвертой шестерней 50, которая имеет меньший размер по отношению к этим шестерням, таким образом, что в процессе работы третьи и четвертые шестерни 40, 50 вращаются с одинаковой скоростью.
Наконец дальнейшая передача осуществляется от четвертых шестерен 50 к пятой шестерне 60, которая соосно соединена с первой шестерней 20 и прочно соединена с валом 70, при этом вал 70 может быть установлен как ведущий или вторичный вал 70.
Например, если вал 70 используется как ведущий вал 70 ветряной турбины - таким образом, ведущий вал 70 соответствует валу ротора ветряной турбины или, по крайней мере, соединен с ним, - вращательное движение ведущего вала 70 передается на первую шестерню 20 в направлении, обратном вышеописанной последовательности.
В соответствии с изобретением с первой шестерней 20 соединены три ведущие шестерни 80 в форме воображаемого равнобедренного треугольника, по одной на каждую электрическую машину, которые предназначены для выполнения функций генератора 90, который в каждом случае может быть использован для вырабатывания электроэнергии. По сути, передача усилий осуществляется от ведущего вала 70 на три вторичных вала, т.е. три привода генераторов 90.
Однако если электрические машины 90 предназначены для выполнения функций электродвигателей 90, электродвигатели 90 используются для приведения в движение первой шестерни 20 и соответственно приведения в движение вторичного вала 70. По сути, передача усилий при этом осуществляется от трех ведущих валов, т.е. трех электродвигателей 90 на вторичный вал 70.
Однако передача усилий, принципиально описанная выше, не означает, что все три генератора или двигателя должны работать одновременно в каждый отдельно взятый момент времени. Вместо этого в составе машин, которые имеют систему коробки передач в соответствии с изобретением, предусмотрена система управления, которая может включить или отключать генераторы или двигатели.
В ветряной турбине подача электричества в сеть может быть предусмотрена с задействованием одного, двух или трех генераторов в зависимости от уровня ветра. Напротив, например, в случае машин, в которых вал 70 используется как вторичный, один, два или три двигателя используются для приведения в действие вала для достижения заданной мощности машины.
При этом, хотя три электрические машины 80 и три пары шестерен, составленные третьими и четвертыми шестернями 40, 50, являются особенно предпочтительными в отношении распределения нагрузки, также возможны другие электрические машины, в которые осуществляется зацепление первой шестерни 20 и/или других пар шестерен со второй шестерней 30.
Зубчатые зацепления 20, 30, 40, 50, 60 друг с другом и/или ведущими шестернями 80 электрических машин 90 предпочтительно осуществляются как винтовые зубчатые зацепления, шестерни 20, 30, 40, 50, 60 и/или ведущие шестерни 80 особенно предпочтительно спроектированы с винтовым зубом.
Показанный типовой вариант осуществления является особенно предпочтительным в плане монтажа первой ступени коробки передач, т.е. монтажа первой и второй шестерен 20, 30. Первая шестерня 20 и вторая шестерня 30, которые прочно соединены друг с другом, располагаются с одной стороны на стенке (не показано) системы коробки передач, а с другой стороны - в подшипнике, установленном в пятой шестерне 60 (обозначен *). Первая и вторая шестерни 20, 30 установлены в пятой шестерне 60 таким образом, что первая и вторая шестерни 20, 30 и пятая шестерня 60 и/или ведущий или вторичный вал 70 способны к вращению независимо друг от друга.
Преимущество этой конструкции заключается в том, что несоосность зацепления шестерен или неравномерное распределение нагрузок компенсируется таким образом, что возможна реализация больших производственных допусков без избыточного риска износа.
В дальнейшем варианте осуществления предпочтительной конструкции три ведущие шестерни 80, которые образуют воображаемый равнобедренный треугольник и вступают в зацепление с наружным зубчатым венцом первой шестерни 20 электрических машин 90, смещены, в частности расположены под углом 60°, по отношению к трем третьим шестерням 40, которые образуют воображаемый равнобедренный треугольник и вступают в зацепление со второй шестерней 30. Эта конструкция обеспечивает бесшумную синхронизацию системы коробки передач.
Система коробки передач в соответствии с изобретением может быть использована в различных машинах. Так, например, допустимо использование в ветряных турбинах или станках.
1. Система коробки передач (10), имеющая стенку системы коробки передач и ряд шестерен внешнего зацепления, т.е.
первую шестерню (20) и
ряд ведущих шестерен (80), которые в каждом случае соединены с электрической машиной (90), предназначенной для выполнения функций генератора или двигателя, и вступают в зацепление с первой шестерней (20),
характеризующаяся тем, что
предусмотрена вторая шестерня (30), которая прочно соосно соединена с первой шестерней (20),
предусмотрены три третьих шестерни (40), которые, образуя воображаемый равнобедренный треугольник, вступают в зацепление со второй шестерней (30),
предусмотрены три четвертых шестерни (50), которые в каждом случае прочно соединены с одной из трех шестерен (40),
предусмотрена пятая шестерня (60), которая вступает в зацепление с четвертыми шестернями (50) и соединена с ведущим или вторичным валом (70),
первая шестерня (20) и соответственно вторая шестерня (30) и четвертая шестерня (60) и соответственно ведущий и/или вторичный вал расположены соосно.
2. Система по п.1, характеризующаяся тем, что предусмотрены три электрические машины (90), ведущие шестерни (80) которых установлены со смещением на 60° по отношению к третьим шестерням (40).
3. Система по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что шестерни (20, 30) установлены на стороне первой шестерни (20) на стенке системы коробки передач и со стороны второй шестерни (30) в подшипнике (*), расположенном в пятой передаче (60).
4. Система по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что система коробки передач представляет собой систему коробки передач ветряной турбины.
5. Система по п.3, характеризующаяся тем, что система коробки передач представляет собой систему коробки передач ветряной турбины.
