一种风机主轴及使用该风机主轴的风力发电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种风机主轴及使用该风机主轴的风力发电机，风机主轴包括法兰部分和主轴部分，法兰部分包括套状结构本体，主轴部分包括与套状结构本体插配连接的插配段，插配段为沿法兰部分的装入方向直径逐渐增大的以形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构的锥形轴结构或者插配段具有沿法兰部分的装入方向壁厚逐渐增大的内锥孔结构以使插配段形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构，减少因变形不均匀造成的内应力堆积问题，增加主轴承支撑段与插配段之间的过渡连接段的抗拉压疲劳强度。

【技术实现步骤摘要】
一种风机主轴及使用该风机主轴的风力发电机
本技术涉及一种风机主轴及使用该风机主轴的风力发电机。
技术介绍
风力发电机包括风机轮毂、变速箱及实现风机轮毂与变速箱传动连接的风机主轴，风机主轴承担着支撑风轮总成的悬重和传递动力的重要作用，是风力发电机的一个重要零件。常见的水平轴风力发电机组的风机主轴为一体式结构，如图1所示，包括端部的法兰部分1和主轴部分2，风机主轴通过轴承座4中的轴承5转到安装于变速箱中以承载与法兰部分连接的风轮总成的重量以及风载。因主轴部分2在与轴承5配合的轴承支撑段轴径较小，表面扭转应力较大，而且采用热装的方式导致此处存在较大的残余热应力，在两种应力的叠加下，容易发生扭转作用的扭转疲劳断裂7。对于法兰部分1与主轴部分2之间的过渡连接部分3，因考虑结构紧凑，其过渡圆角曲率半径不断缩小，造成过渡连接部分3长期处于大幅度的交变的拉压应力变形中，极易造成主轴部分在加工过程中因残留的刀痕等应力集中点处产生疲劳裂纹源进而导致出现拉压疲劳断裂3，从而造成风机主轴的早期疲劳断裂的发生。授权公告号为CN204283755U的中国技术专利公开了一种风力发电机及其风机主轴，风机主轴包括主轴本体，主轴本体包括前后分体设置的前主体部分和后主体部分，相比于全合金钢材料的风机主轴易于加工。连接法兰一体设置于前主体部分上形成法兰部分，轴承安装环台即主轴承支撑段一体设置于后主体部分上形成主轴部分，法兰部分采用合金钢制成，法兰部分包括套状结构本体，连接法兰一体设置于套状结构本体上，主轴部分包括与套状结构本体插装配合的插配段。主轴承支撑段与后主体部分采用球墨铸铁制成，这样的结构设置使风机主轴的每一部分都较易制作，且相比于全合金钢材料的风机主轴降低了材料成本。但是主轴部分的插配段为等径轴段，风机主轴在工作过程中，等径的插配段各处变形量不同，变形不均匀会造成其上内应力堆积，导致插配段与主轴承支撑段之间的连接部分的拉压疲劳强度降低，甚至出现拉压疲劳裂纹。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种解决现有技术中风机主轴易出现拉压疲劳断裂问题的风机主轴；同时，本技术的目的还在于提供一种使用该风机主轴的风力发电机。为实现上述目的，本技术的一种风机主轴的技术方案是：一种风机主轴，包括插配连接的法兰部分和主轴部分，法兰部分包括套状结构本体，主轴部分包括与套状结构本体插配连接的插配段，所述插配段为沿法兰部分的装入方向外径逐渐增大的以形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构的锥形轴结构或者插配段具有沿法兰部分的装入方向壁厚逐渐增大的内锥套结构以使插配段形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构。所述插配段为中空的锥形轴结构，锥形轴结构的内孔为等径孔。所述主轴部分还包括一体设置于插配段的远离法兰部分的端部的主轴承支撑段，主轴承支撑段的直径大于插配段的最大直径。所述插配段与主轴承支撑段之间采用圆角过渡。所述插配段为花键轴结构，套状结构本体为与花键轴结构配合的花键套结构。本技术的一种风力发电机的技术方案是：一种风力发电机，包括风机轮毂、变速箱和风机主轴，风机主轴包括插配连接的法兰部分和主轴部分，法兰部分包括套状结构本体，主轴部分包括与套状结构本体插配连接的插配段，所述插配段为沿法兰部分的装入方向直径逐渐增大的以形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构的锥形轴结构或者插配段具有沿法兰部分的装入方向壁厚逐渐增大的内锥孔结构以使插配段形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构。所述插配段为中空的锥形轴结构，锥形轴结构的内孔为等径孔。所述主轴部分还包括一体设置于插配段的远离法兰部分的端部的主轴承支撑段，主轴承支撑段的直径大于插配段的最大直径。所述插配段与主轴承支撑段之间采用圆角过渡。所述插配段为花键轴结构，套状结构本体为与花键轴结构配合的花键套结构。本技术的有益效果是：树干由上至根部逐渐增粗，根据这一树木仿生学原理，将插配段设计为沿法兰部分的装入方向直径逐渐增大的锥形轴结构或者插配段具有沿法兰部分的装入方向壁厚逐渐增大的内锥孔结构以使插配段形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构，使插配段的各处的变形量一致，减少因变形不均匀造成的内应力堆积问题，增加主轴承支撑段与插配段之间的过渡连接段的抗拉压疲劳强度，使风机主轴不易发生疲劳断裂。附图说明图1为
技术介绍
中一体式风机主轴的结构示意图；图2为本技术的一种风力发电机的实施例一的结构示意图；图3为图2的左视图；图4为本技术的一种风力发电机的实施例二的结构示意图；图5为图4的左视图；图6为集油瓶和透气管的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的实施方式作进一步说明。本技术的一种风力发电机的实施例一，如图2、图3、图6所示，包括风机轮毂5、变速箱7、实现风机轮毂5与变速箱7传动连接的风机主轴和安装于变速箱内的主轴承6。风机主轴包括前后分体设置的法兰部分1和主轴部分2，法兰部分1和主轴部分2插配连接在一起。法兰部分1包括轴线沿前后方向延伸的套状结构本体3、一体设置于套状结构本体3上的连接法兰4和设置于套状结构本体3前端的连接板20，连接法兰4与套状结构本体3的连接处采用圆角过渡，套状结构本体3的内壁为前小后大的锥形结构，套状结构本体3的内壁上设置有花键槽。主轴部分2包括前后一体设置的插配段8、主轴承支撑段9和悬伸段10，主轴承6、主轴承支撑段9和悬伸段10均位于变速箱7内。插配段8与主轴承支撑段9之间、悬伸段10与主轴承支撑段9之间均设有圆角进行过渡连接，主轴承支撑段9的直径大于插配段8的直径，也大于悬伸段10的直径，相比于现有技术中的一体式风机主轴，使主轴部分上与轴承配合处的尺寸加粗，可以降低主轴承支撑段9表面的扭转应力幅和应变量，提高抗击扭转疲劳的疲劳强度。插配段8上一体设置有与花键槽配合的花键，花键与花键槽均为由前至后逐渐变大的锥形结构。即插配段8为花键轴结构，套状结构本体3为花键套结构，花键轴结构与花键套结构均为沿风机主轴的轴线方向延伸的锥形结构。插配段8位中空结构，插配段的壁厚沿法兰部分的装入方向逐渐增大即插配段为沿法兰部分的装入方向直径逐渐增大的以形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构的锥形轴结构，类似树木的树干部分向根部方向逐渐增粗的原理，以保证承载部分的锥花键轴类似抗拉压疲劳强度逐渐增大的梁的均匀变形，减少因变形不均匀造成的内应力堆积问题。法兰部分1为合金钢材料制成，能够承受较大的拉应力，主轴部分2由球墨铸铁材料制成，能够承受较大的压应力，法兰部分1和主轴部分2通过套装结构改变了法兰部分1向主轴部分2传递的应力或应变的路径，将现有技术中一体式风机主轴（即图1）中过渡连接段处的局部大量应变能转化为由锥花键轴插配段来承载，从而大大降低了图1中过渡连接段处的应力幅或应变量，而且花键对法兰部分1的裂纹还具有阻断作用，可以避免裂纹向主轴部分2扩展而造成的主轴整体断裂的风轮坠头的恶性事故发生，又由于大量采用铸铁材料，可有效解决越来越大MW级风机的主轴结构的高成本问题。上述分体式结构的风机主轴将现有的一体式风机主轴的易断裂处所承受的交变的拉压应力改变成了主轴部分上的压应力，改变了应力状态，而主轴部分由承受压力能够较大的球墨铸铁材料制成，而且二者之间又存在润滑结构，因此减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风机主轴，包括插配连接的法兰部分和主轴部分，法兰部分包括套状结构本体，主轴部分包括与套状结构本体插配连接的插配段，其特征在于：所述插配段为沿法兰部分的装入方向外径逐渐增大的以形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构的锥形轴结构或者插配段具有沿法兰部分的装入方向壁厚逐渐增大的内锥套结构以使插配段形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构。

【技术特征摘要】
1.一种风机主轴，包括插配连接的法兰部分和主轴部分，法兰部分包括套状结构本体，主轴部分包括与套状结构本体插配连接的插配段，其特征在于：所述插配段为沿法兰部分的装入方向外径逐渐增大的以形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构的锥形轴结构或者插配段具有沿法兰部分的装入方向壁厚逐渐增大的内锥套结构以使插配段形成抗拉压疲劳强度逐渐增大的悬臂梁结构。2.根据权利要求1所述的风机主轴，其特征在于：所述插配段为中空的锥形轴结构，锥形轴结构的内孔为等径孔。3.根据权利要求1或2所述的风机主轴，其特征在于：所述主轴部分还包括一体设置于插配段的远离法兰部分的端部的主轴承支撑段，主轴承支撑段的直径大于插配段的最大直径。4.根据权利要求3所述的风机主轴，其特征在于：所述插配段与主轴承支撑段之间采用圆角过渡。5.根据权利要求1所述的风机主轴，其特征在于：所述插配段为花键轴结构，套状结构本体为与花键轴结构配合的花键套结构。6.一种风力发电机，包括风...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄爱武，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许昌许继风电科技有限公司，国家电网公司，国网新源张家口风光储示范电站有限公司，
类型：新型
国别省市：河南,41