[发明专利]风力发电机组主轴

说明书

本发明公开了一种风力发电机组主轴，所述主轴的前端为自外而内直径逐渐减小的喇叭口状变径结构；所述主轴的中部轴身为空腔结构，所述中部轴身的内壁为圆弧形，最小壁厚为100～120mm；所述主轴的末端端面为牙嵌结构；所述主轴外壁上位于前端和轴身之间的位置设置有前轴承，所述主轴的末端外壁设置有后轴承。本发明的风力发电机组主轴，通过将主轴轴身设计为薄壁空腔结构，轴身内部采用圆弧设计，能有效降低主轴的重量，充分利用材料性能，保证主轴的刚度。通过将主轴的末端端面采用牙嵌设计。牙嵌结构能够传递更大的扭矩，进而减少连接螺栓的数量，降低设计难度，满足大型风力发电机组的主轴使用需求。

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，尤其涉及一种风力发电机组主轴。

背景技术

随着能源消耗日益增长和环境保护的需求增加，可再生新能源开发越来越受重视，其中风力发电是发展最快的新能源之一，风力发电机组设计则成为风能行业至关重要的技术。传动链作为风力发电机组的核心系统，其运行特征和成本直接决定风力发电机组的性能。主轴是风力发电机组传动链的重要部件，承担着支撑风轮和传递动力的重要作用。常见的水平轴风力发电机组风机主轴多为实心锻件，在锻造后采用加工方式在主轴中心位置加工直径约为100mm的圆孔作为增速器的穿线孔。主轴与其相连的部件通过胀紧套或者接触面摩擦力传递扭矩。

而随着机组容量增加和风轮直径的越做越大，为了满足大载荷的设计要求，风机主轴承也会选用更大直径的轴承，所以常规的锻造主轴设计已不能满足生产要求。同时随着机组容量的增加和风轮直径越做越大，主轴所传递的扭矩也会随之增加，常规设计通过胀紧套或连接面摩擦力传递扭矩的方式也会造成成本的急剧上升。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种风力发电机组主轴。具体技术方案如下：

一种风力发电机组主轴，所述主轴的前端为自外而内直径逐渐减小的喇叭口状变径结构；所述主轴的中部轴身为空腔结构，所述轴身的内壁为圆弧形，最小壁厚为100～120mm；所述主轴的末端端面为牙嵌结构；所述主轴外壁上位于前端和轴身之间的位置设置有前轴承，所述主轴的末端外壁设置有后轴承。

一种可能的设计中，牙嵌的斜度为：

β＝arctanf

式中，β为牙嵌斜度，f为牙嵌接触面的摩擦系数。

一种可能的设计中，牙嵌面压的设计要求：

式中，p为牙嵌面压，G为螺栓预紧力，L3为牙嵌中截面处的长度，L4为牙嵌的有效接触宽度，F为单个牙嵌的载荷，通过下述公式获取；

式中，F为单个牙嵌的载荷，T为主轴传递的极限扭矩，D为牙嵌连接螺栓的分度圆直径，n为牙嵌数量。

一种可能的设计中，所述主轴前端采用等强度理论设计，所述主轴前端的厚度自外而内逐渐增大。

一种可能的设计中，所述主轴还包括位于前端和轴身之间的轴肩和水平段，所述轴肩与所述前端连接，所述水平段与轴身连接，所述前轴承套装在所述水平段上并与所述轴肩相抵。

一种可能的设计中，所述主轴的前端与轴肩之间采用斜面圆角过渡。

一种可能的设计中，所述轴肩与所述水平段的拐角处采用双圆弧过渡设计。

一种可能地设计中，所述主轴还包括：轴承压紧环，所述轴承压紧环固定在所述轴身末端的端面上，并与所述后轴承相抵，用于压紧固定所述后轴承。

一种可能的设计中，所述轴身的外径自前向后逐渐减小。

一种可能的设计中，所述主轴的前端与轴肩之间的过渡面粗糙度在Ra1.6以下；所述主轴的轴肩与水平段之间的过渡面粗糙度在Ra1.6以下