專利名稱：傳感變速箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在本發(fā)明中，采用位移和負(fù)載傳感器來測量旋轉(zhuǎn)軸的軸向和徑向 移動以及由該軸傳輸?shù)阶兯傧漭S承和箱體的力。
位移和力的測量在軸支撐件和變速箱軸承上進(jìn)行，以獲得影響部 件的變形、軸支撐件上反作用力的大小和方向以及每個時刻獲得的軸 向力與徑向力之間的比值。
本系統(tǒng)適用于具有旋轉(zhuǎn)元件的任何機(jī)械系統(tǒng)或者具有軸、軸承和 軸承座的旋轉(zhuǎn)機(jī)器，特別適合于風(fēng)輪機(jī)中所使用的變速箱。
背景技術(shù)：
變速箱是所受的結(jié)構(gòu)力和動態(tài)力的振蕩分量非常明顯的部件，這 就容易導(dǎo)致機(jī)械疲勞，因此其結(jié)構(gòu)完整性缺陷的可能性就會增加。
由于運(yùn)行負(fù)荷的不確定，目前設(shè)計和制造的變速箱的安全系數(shù)寬， 這就使得它們的設(shè)計尺寸過大。為了優(yōu)化這些部件，考慮到它們遭受 的實(shí)際負(fù)載狀態(tài)，無論是在可能的顯著幅度和傳輸方向上，都有必要 減小前面所提到的系數(shù)。
安裝在結(jié)構(gòu)、部件和變速箱輔助元件上的傳感器的使用提供了有 關(guān)載荷力和方向的直接或間接信息，以及它們所遭受的實(shí)際變形，這 些有助于減小因?yàn)閷?shí)際負(fù)載不確定所使用的安全系數(shù)。
文獻(xiàn)W0 2005/010358中提到在風(fēng)力部件中使用傳感器，其中包括 帶有傳感主軸的風(fēng)輪機(jī)，其控制減小了載荷的影響。傳感器元件的使用是為了獲知由于主軸中的轉(zhuǎn)子所導(dǎo)致的力，從而據(jù)此去調(diào)整風(fēng)輪機(jī) 葉片的螺距或可變的角。
美國第2005/0282678號文獻(xiàn)介紹了一種用于變速箱的扭轉(zhuǎn)傳感 器，其是種連接元件，這些連接元件之間的軸向和縱向移動被測定， 尤其被感知，雖然該變速器的幾何形狀、布局和操作不同于本發(fā)明。
最后，專利第EP 1292809號介紹了一款用來檢測固體材料的膨脹 和張力的傳感器。傳感器安裝在部件的內(nèi)部，而外部部件具有若干軸 向布置的槽。
這些專利都沒有提到在機(jī)器的固定件中安裝傳感器用來獲得由于 變速箱運(yùn)行而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)軸上的載荷及軸向和徑向力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于變速箱的箱體或外殼合輔助部件上具有傳感器， 用來測量它們的局部變形及旋轉(zhuǎn)機(jī)器的軸和軸承通常所遭受的力，特 別是變速箱的軸和軸承所遭受的力，這些力通過軸傳遞，同時被這些 軸承所支撐。
軸所經(jīng)受的力通過接觸傳輸給軸承，類似地，軸承將力傳遞給軸 承座。傳感器測量可以在旋轉(zhuǎn)軸和軸承或者它們的支撐件上進(jìn)行，換 言之，即結(jié)構(gòu)、鎖閉蓋、法蘭或者其他機(jī)械提升系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的是確定傳感器的數(shù)目以及它們安裝的位置， 使檢測得以同時在合適的軸向或徑向方向上進(jìn)行，及時和同步地獲得 軸向和徑向力并全程管理該數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的另一個目的是在旋轉(zhuǎn)機(jī)器中集成這些傳感器，這些傳感 器能夠運(yùn)用在連續(xù)運(yùn)動的元件上，以測量旋轉(zhuǎn)軸支撐在其上的軸承的 局部和總體變形。本發(fā)明的另一個目的是獲得控制系統(tǒng)的精確測量及其管理不同的 機(jī)器狀態(tài)和臨時事件，例如不同的荷載和速度、運(yùn)行的開始和停止、 暫停、緊急停止、葉片的一個或多個螺距控制、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、由機(jī)器內(nèi) 的運(yùn)轉(zhuǎn)或操作負(fù)荷而導(dǎo)致的臨時狀態(tài)、以及出現(xiàn)在元件設(shè)計中的不同 假定狀態(tài)。
從前面的描述中可以提煉出應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)所具備的優(yōu)點(diǎn)
了解負(fù)荷和實(shí)際的變形；
可以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷調(diào)整設(shè)計值；
根據(jù)實(shí)際負(fù)荷優(yōu)化設(shè)計；
減少變速箱及其元件發(fā)生故障的可能；
提高風(fēng)輪機(jī)的實(shí)用性；
增加對超負(fù)荷的耐受力；
降低維修成本。
得益于細(xì)長但結(jié)實(shí)的傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計和敏感元件定位點(diǎn)的圓形形 狀，在由軸承支撐的軸的方向得到了響應(yīng)牽引-壓縮軸向載荷的良好信 號，并且響應(yīng)垂直于由軸承支撐的軸的軸對稱的任何徑向方向上的徑 向力。
盡管使傳感器的結(jié)構(gòu)更靈活以結(jié)合敏感元件，但組件的等效剛性 不會受到任何改變，因此，不同的傳感軸支撐件中的力分布是不變的。


圖l是變速箱的全視圖，可以看到旋轉(zhuǎn)軸的布置以及連接傳感器 的部分；
圖2是一個剖面圖，對應(yīng)于變速箱的中間軸的末端，示出了軸承、 傳感器、輔助部件、外殼和蓋子布置；圖3對應(yīng)于變速箱襯套的一種可能的設(shè)計，測量由旋轉(zhuǎn)軸傳輸?shù)?徑向力的傳感器安裝在該襯套上；
圖4示出了中間軸蓋以及外緣肋條的細(xì)節(jié)，用以測量由前面所述
的旋轉(zhuǎn)軸所傳輸?shù)妮S向力。
具體實(shí)施例方式
其反作用力將要測量的軸或軸線由兩個或更多的襯套或軸承支 撐，所述襯套或軸承向變速箱外殼或箱體傳輸軸向和徑向力，我們將 測量旋轉(zhuǎn)軸的反作用力。傳感部件的添加使得能夠測量這些徑向和軸 向力。
如圖l所示，變速箱包括一個主體(1)，其一端連接到一個轉(zhuǎn)子 輪轂(2)，另一端連接到一個發(fā)電機(jī)(3)(圖中未顯示)。連接到 發(fā)電機(jī)(3)的一側(cè)被一外殼(7)遮蓋，該外殼具有三個主后蓋主 軸蓋(4)、中間軸蓋(5)和快速軸蓋(6)。變速箱的軸和軸承在外 殼內(nèi)部，外殼覆蓋和保護(hù)前述蓋。
在圖2中，展示了中間軸蓋(5)的剖面圖，在俯視平面圖中，可 以看到變速箱外殼(7)位于其內(nèi)側(cè)。外殼下面是一個襯套(12)，在 此處包括緊臨軸承(9)的徑向傳感器元件(8)。在該中間軸蓋(5) 內(nèi)，軸向傳感器元件安置在機(jī)械加工的肋條(10)內(nèi)，肋條(10)是 為了該目的布置在其周圍。
用這種方法來獲得傳感系統(tǒng)是本發(fā)明的目的，在該方法中，用包 括傳感器襯套(12)、特定軸承(9)、輔助部件(13)和蓋(5)的 一套元件來替代軸支撐元件(11)和軸承，該一套元件重現(xiàn)原始幾何 形狀和功能。輔助部件(13)安裝在軸(11)與軸承(9)之間，以固 定和居中這兩個元件。襯套(12)用于測量徑向載荷，根據(jù)需要測量
7的載荷，其切向和徑向地具有傳感器元件(8)。圖3顯示了該布局的 細(xì)節(jié)。
為了測量軸向載荷，根據(jù)軸平面，繞著蓋(5)布置了一些機(jī)械加 工的肋條(10)，用來安置傳感器元件。圖4顯示了軸向傳感器元件 (14)的確切位置。
為了確定傳感器(8和14)的尺寸及傳感器元件的最佳測量點(diǎn)， 它們的結(jié)構(gòu)響應(yīng)通過理論和/或虛擬的仿真分析例如有限元方法來計 算，目的是為了評估傳感器的剛度和阻抗。
傳感器元件可以是電動式(extensiometric)、壓電式、電容式、 電阻式、纖維光學(xué)式或其他傳感技術(shù)。布置和組裝將取決于該技術(shù)。
根據(jù)所要測量的大小級別以及初步的理論分析和模擬的結(jié)果，傳 感器元件將被安置在先前確定的測量方向上，以獲得軸向和徑向傳感 器。
將進(jìn)行傳感器組裝，使新的元件組適應(yīng)變速箱總的組裝規(guī)范，使 得在力的分布方面沒有大的變動。
傳感器最后連接到信號調(diào)節(jié)和處理所需要的電子元件。
權(quán)利要求
1.一種傳感變速箱，安裝在轉(zhuǎn)子輪轂(2)與發(fā)電機(jī)(3)之間，所述傳感變速箱包括多個安裝在變速箱內(nèi)外的傳感器，其特征在于，傳感器(8和14)安裝在接近軸承和軸的位置，最好是在襯套(12)和軸承座或蓋(5)內(nèi)，測量旋轉(zhuǎn)軸的變形、負(fù)載以及軸向和徑向力，并在控制風(fēng)輪機(jī)的功率的控制系統(tǒng)中即時監(jiān)測和實(shí)施。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感變速箱，其特征在于，由于蓋(5)固 定到外殼壁(7)的旋轉(zhuǎn)軸(4、 5和6)支撐處，傳輸軸負(fù)載(11)到外 殼(7)，根據(jù)被測負(fù)載及每一個角度位置的不同敏感度，蓋(5)具有 若干肋條(10)，每一肋條(10)連接一個傳感器元件(14)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感變速箱，其特征在于，蓋(5)上的傳 感器(14)記錄軸向力和變形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感變速箱，其特征在于，襯套(12)位 于外殼(7)或變速箱的主體上，同時支撐著軸承(9)和旋轉(zhuǎn)軸(11)， 具有多個傳感器元件(8)，它們的固定終止于一些輔助部件(13)，這 些輔助部件安裝在旋轉(zhuǎn)軸(11)與軸承(9)之間以固定和居中這兩個元 件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感變速箱，其特征在于，襯套(12)上 的傳感器元件(8)被聯(lián)合起來以測量徑向負(fù)載。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求書所述的傳感變速箱，其特征在于，傳 感器所發(fā)出的信號供給風(fēng)輪機(jī)的控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，所述數(shù)字 數(shù)據(jù)可以存儲在信息系統(tǒng)中并且直接用于轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)上的實(shí)時動作、 緊急停止、調(diào)節(jié)一個或多個葉片的螺距等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多個傳感器(8和14)的傳感變速箱，這些傳感器安裝在固定到變速箱(1)上的一套部件(5和12)上并測量旋轉(zhuǎn)軸(11)上的載荷和由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生得軸向和徑向應(yīng)力。安裝在所選擇的部件(5和12)上的傳感器(8和14)在特定的時間段或者在變速箱的整個生命周期內(nèi)實(shí)施傳感操作，進(jìn)行瞬時測量并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭豢刂葡到y(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過控制轉(zhuǎn)速和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的螺距或者執(zhí)行緊急停止來控制機(jī)器的功率。
文檔編號F16H57/00GK101600881SQ200880003277
公開日2009年12月9日 申請日期2008年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者烏爾澤萊·伊里瓦倫·古魯茲 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司