[发明专利]用于风力涡轮变速箱的混合增材齿轮

说明书

一种用于制造风力涡轮的变速箱的行星齿轮或太阳齿轮的方法包括经由铸造或锻造中的至少一种形成行星齿轮的基部。行星齿轮的基部包括内圆周表面和外圆周表面。因此，行星齿轮的内圆周表面或外圆周表面中的至少一个包括多个净或近净齿轮齿。该方法还包括经由增材制造过程将涂层材料施加到齿轮的基部的至少一部分和齿轮的多个齿轮齿的至少一部分，以便增加包括涂层材料的基部和多个齿轮齿的部分的硬度。

技术领域

本公开总体上涉及风力涡轮，并且更具体地涉及至少部分地经由增材制造形成的用于风力涡轮变速箱的行星齿轮和/或太阳齿轮。

背景技术

总体上，风力涡轮包括塔架、安装在塔架上的机舱，以及联接到机舱的转子。转子大体上包括可旋转的毂和联接到毂并从毂向外延伸的多个转子叶片。每个转子叶片可围绕毂间隔开，以便于使转子旋转，以使动能能够转换成可用的机械能，然后可将其传输到设置在机舱内的发电机以产生电能。通常，变速箱用于响应于转子的旋转来驱动发电机。例如，变速箱可构造成将由转子提供的低速高转矩输入转换成可驱动发电机的高速低转矩输出。

变速箱大体上包括变速箱壳体，该变速箱壳体包含经由一个或多个行星托架和轴承连接的多个齿轮（例如，行星齿轮、环形齿轮和/或太阳齿轮），以用于将转子轴的低速高转矩输入转换为用于发电机的高速低转矩输出。另外，每个齿轮围绕布置在一个或多个行星托架内的销轴旋转。然后，变速箱经由转矩臂附接到底板。

各种齿轮大体上经由锻造形成，带有机加工的齿。另外，齿轮经过随后的热处理过程以获得期望硬度。因而，用于齿轮的制造过程需要至少两个完全分开的制造过程，其中所产生的零件经由连接紧固件和凸缘连接在一起。因此，上述制造技术复杂且昂贵。另外，热处理可能导致尺寸变形。另外，常规的变速箱需要圆柱和/或圆锥滚子轴承元件，它们也是复杂、昂贵的，并且在使用中经常必须更换。

因此，解决上述问题的用于风力涡轮的改进的变速箱组件及其制造方法将在本领域中受到欢迎。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明学习到。

一方面，本公开针对一种用于制造风力涡轮的变速箱的齿轮（如行星齿轮或太阳齿轮）的方法。该方法包括经由铸造或锻造中的至少一种形成齿轮的基部。齿轮的基部包括内圆周表面和外圆周表面。因此，齿轮的外圆周表面包括多个净或近净齿轮齿。该方法还包括经由增材制造过程将涂层材料施加到齿轮的基部的至少一部分和齿轮的多个齿轮齿的至少一部分，以便增加包括涂层材料的基部和多个齿轮齿的部分的硬度。

在一个实施例中，该方法还包括经由增材制造过程在与多个齿轮齿相对的内圆周表面或外圆周表面中的另一个上形成轴颈轴承。

在另一实施例中，该方法可包括对齿轮的基部通过限定在内圆周表面和外圆周表面之间的其厚度形成一个或多个空隙，以便最小化齿轮的重量（和/或成本）。

在另外的实施例中，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、粉末床熔化或任何其它合适的增材制造技术。在另外的实施例中，涂层材料可包括氮化硼、氧化铝、碳化硅、碳化钨、镍基合金或提供期望硬度的任何其它合适的材料。

在若干实施例中，经由增材制造过程将涂层材料施加到齿轮的基部的至少一部分和齿轮的多个齿轮齿的至少一部分的步骤可包括将涂层材料施加到多个齿轮齿的至少一侧、齿轮齿的根部或齿轮齿的末梢。另外，经由增材制造过程将涂层材料施加到齿轮的基部的至少一部分和齿轮的多个齿轮齿的至少一部分的步骤可包括取决于齿轮位置施加具有变化厚度的涂层材料（例如，在齿轮齿的一侧上较薄或在齿的根部处变化）。

在某些实施例中，该方法还可包括由钢、铸钢、铁、球墨铸铁或任何其它基部材料形成齿轮的基部。在另外的实施例中，该方法还可包括在施加涂层材料之后机加工多个齿轮齿。例如，这种机加工可包括在施加涂层材料之后滚切或磨削多个齿轮齿。