[发明专利]用于风力涡轮齿轮箱的一体式环形齿轮和扭矩臂

说明书

一种用于风力涡轮齿轮箱的一体式环形齿轮和扭矩臂和制造这样的一体式环形齿轮和扭矩臂的方法，包括利用同一材料来使环形齿轮和相关联的齿轮壳体形成为单个零件，例如利用铸造过程。进一步，环形齿轮限定具有多个齿轮齿的内部周向表面。因此，方法还包括经由增材制造过程，例如冷喷涂而将涂层材料涂覆于环形齿轮的齿轮齿，从而增加齿轮齿的硬度。

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮，且更具体地涉及一种用于风力涡轮齿轮箱的一体式环形齿轮和扭矩臂，其至少部分地经由增材制造而形成。

背景技术

大体上，风力涡轮包括塔架、安装在塔架上的机舱和联接到机舱的转子。转子大体上包括可旋转的轮毂和多个转子叶片，转子叶片联接到轮毂且从轮毂向外延伸。各转子叶片可围绕轮毂而隔开，从而有助于使转子旋转，以使动能能够转换成可用的机械能，然后机械能可传递到布置在机舱内的发电机，用于产生电能。典型地，齿轮箱用于响应于转子的旋转而驱动发电机。例如，齿轮箱可构造成将由转子提供的低速、高扭矩输入转换成可驱动发电机的高速、低扭矩输出。

齿轮箱大体上包括包含多个齿轮(例如行星齿轮、环形齿轮和/或太阳齿轮)的齿轮箱壳体，齿轮经由一个或多个行星支架和轴承而连接，用于将转子轴的低速、高扭矩输入转换成用于发电机的高速、低扭矩输出。此外，齿轮中的各个围绕布置在一个或多个行星支架内的销轴而旋转。然后，齿轮箱经由扭矩臂而附连到底座。更具体地，对于常规的风力涡轮，齿轮箱的环形齿轮是与扭矩臂分开的构件，且因此经由一个或多个紧固件和/或凸缘而紧固到扭矩臂。

因此，环形齿轮和扭矩臂由不同的材料分开制造，以适应不同的压力和/或负载。更具体地，环形齿轮大体上经由锻造而形成，而扭矩臂大体上经由铸造而形成。因此，环形齿轮和扭矩臂的制造过程需要至少两个完全分开的制造过程，其中得到的零件经由连接紧固件和凸缘而连结在一起。随后，还必须对环形齿轮进行热处理，以获得某个硬度。因此，前述的制造技术复杂且昂贵。此外，热处理可导致尺寸畸变。

因此，一种解决前述问题的用于风力涡轮的改进的齿轮箱组件和制造这样的齿轮箱组件的方法在本领域中将是受欢迎的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或根据描述可以是显而易见的，或可通过实践本发明而认识到。

在一个方面，本公开涉及一种用于制造风力涡轮的齿轮箱的环形齿轮和相关联的壳体的方法。方法包括利用同一材料来使环形齿轮和相关联的齿轮壳体形成为单个零件。进一步，环形齿轮限定具有多个齿轮齿的内部周向表面。方法还包括经由增材制造过程而将涂层材料涂覆于环形齿轮的多个齿轮齿，从而增加多个齿轮齿的硬度。

在一个实施例中，增材制造过程可包括冷喷涂、热喷涂、激光熔覆、粘合剂喷射、材料喷射、定向能量沉积、粉末床熔合或任何其它合适的增材技术。

在另一个实施例中，涂层材料可包括氮化硼、氧化铝、碳化硅、碳化钨或用于对齿轮齿提供期望的硬度的任何其它材料。

在进一步的实施例中，使环形齿轮和相关联的齿轮壳体形成为单个零件的步骤可包括将环形齿轮和齿轮壳体铸造为单个零件。在这样的实施例中，将环形齿轮和齿轮壳体铸造为单个零件的步骤可包括，将液体材料浇注到环形齿轮和齿轮壳体的铸模中，且允许液体材料在铸模中凝固，从而使环形齿轮和齿轮壳体形成为单个零件。

在额外的实施例中，方法可包括由钢、铸钢、铁、球墨铸铁或任何其它合适的材料来形成环形齿轮和齿轮壳体。

在几个实施例中，相关联的齿轮壳体可包括齿轮箱的任何合适的壳体或外壳，例如第一级齿轮壳体和/或第二级齿轮壳体，以及扭矩支承件。

在某些实施例中，方法可还包括在涂覆涂层材料之后对多个齿轮齿进行机加工。例如，在这样的实施例中，对多个齿轮齿进行机加工的步骤可包括在涂覆涂层材料之后对多个齿轮齿进行滚削或磨削。