JP2000192953A - 軸受システム - Google Patents

軸受システム

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JP2000192953A
JP2000192953A JP11365080A JP36508099A JP2000192953A JP 2000192953 A JP2000192953 A JP 2000192953A JP 11365080 A JP11365080 A JP 11365080A JP 36508099 A JP36508099 A JP 36508099A JP 2000192953 A JP2000192953 A JP 2000192953A
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JP
Japan
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bearing
shaft
axis
bearing system
engine
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JP11365080A
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English (en)
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G Ban Dyuyun Kevin
ジー、バン ドュユン ケベン
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Raytheon Technologies Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
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Publication date
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    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ブレードオフと呼ばれるファンブレードが脱
落するようなタービンエンジン事故においてロータの潜
在的に危険なアンバランス力を解放させ得るような軸受
システムを提供し、エンジンの望ましくない重量増大を
回避する。 【解決手段】 軸受システムは最初シャフト軸線５０２
並びに外側部材軸線５００と符合していた軸受軸線を有
している。内側軸受要素は前記シャフトに接続され、外
側軸受要素は前記外側部材に接続されている。前記内側
および外側軸受要素の最初の一方はその関連する部材に
対して１つの継手を介して接続されている。この継手は
あるしきい値モーメントを超えるトラニオンモーメント
を受けると、初期の剛性値からそれより減少した剛性値
へと解放されるトラニオン剛性値を有しており、解放状
態になると、シャフト軸線５０２は局部的に前記外側部
材軸線５００との平行から外れて回転することが許容さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は軸受に関するもので
あり、よく具体的にはタービンエンジンにおいて有用な
軸受支持構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】航空機を推進するのに用いられるタイプ
のガスタービンエンジンは典型的には半径方向に延びる
ファンブレードの列を有するファンを含んだロータと、
コンプレッサと、タービンと、タービンからの動力およ
び回転運動をコンプレッサおよびファンへと伝達するた
めのシャフトとを有している。前記ロータは２つまたは
それ以上の長手方向に隔置された軸受を介して非回転支
持体フレーム上で半径方向および長手方向に支持されて
おり、各軸受はシールされた軸受隔室内に封入されてい
る。通常の作動条件下においては、ロータは軸受の中心
を通過するエンジンの中心軸線と半径方向に符合する重
心を有している。前記ロータはまた重要な固有振動数を
有しているが、該振動数は設計上ロータの最大回転数よ
りも高く選ばれている。非限定的意味で例示すると、２
０００〜２５００ｒｐｍの巡航速度および約３０００ｒ
ｐｍの全推力離陸速度を有するターボファンエンジンは
前記全推力速度よりも少なくとも約１０％高目の（例え
ば約３３００ｒｐｍすなわち５０．５Ｈｚの）キー固有
振動数を有しているのが好適である。
【０００３】エンジン作動中において、ファンブレード
またはその断片がファンの残りから分離する（いわゆる
「ブレードオフ」または「ブレードアウト」と呼ばれる
事態）可能性があり、この場合にはファンの重心（質量
中心）は中心軸線から変位する。ロータ全体の重心は類
似の半径方向に変位するが、その量はより少ないもので
ある。少なくとも当初は、軸受はロータを半径方向に抑
制するので、ロータは変位した重心中を通過する軸線の
まわりではなく前記中心軸線のまわりを回転し続ける。
中心軸線のまわりにおける変位した重心の回転はロータ
の１つまたはそれ以上の振動モードを励起する可能性の
ある付勢力を提供する。共振よりも十分下方の回転速度
においては、アンバランス状態は前記変位した重心とほ
ぼ同調した局部的圧縮力を軸受上に誘起せしめる。共振
状態に近付くと、圧縮力と前記重心の回転との間には角
度の遅れが生ずる。共振においてこの角度は約９０°で
ある。十分共振点より上方においては（共振振動数の２
倍を超えた状態においては前記遅れ角度は１８０°に近
付く。エンジン速度と特定のモードの共振振動数は正確
に等しくないかも知れないが、共振力は回転振動数と固
有振動数の比が約０．５：１からほぼ２：１の広い範囲
内にある時極端な値となる。
【０００４】ブレードオフの事態が発生すると、エンジ
ンは正常な作動をやめて、動力はそれ以上生成されな
い。しかしながら、エンジンのロータの回転を停止させ
ることは典型的に望ましくないことである。もしも回転
が停止されたとすれば、停止したエンジンは空流体力学
的に極端なひきずり力の源泉を構成することになるであ
ろう。そのようなひきずり力はエンジンが翼収納体内に
装着されている双発エンジン航空機において特に顕著と
なるであろう。このような構造は多くの乗客運搬航空機
にとってありふれた構造である。かくして、そのような
双発エンジン航空機においては停止したエンジンからの
ひきずり力と残りのエンジンからの推力を組合せたもの
は航空機操舵によっては容易に克服出来ない過度のヨー
イングモーメントを生ずることになろう。したがって、
損傷したエンジンは「空転(windmilling)作動」と呼ば
れるプロセスにおいて航空機の前向き速度より生ずる空
気流によって回転し、駆動されるままとなるのが好まし
い。空転作動しているエンジンは完全に停止したエンジ
ンよりも著しく低い空力学的ひきずりを有している。広
範囲双発エンジン作動（ＥＴＯＰＳ）評価システムにお
いては、ある種の航空機は１８０分にわたる期間空転作
動状態で作動することが要求される可能性がある。潜在
的には損傷を与える可能性のあるアンバランス力が空転
作動しているロータから軸受を介して支持フレームへと
伝達される。空転作動状態を維持するためには、エンジ
ンは少なくとも前記評定されたＥＴＯＰＳ期間中は軸受
焼付きのような損傷に抵抗しなければならない。エンジ
ンはまた支持フレームに重大な損傷が生じ、エンジンが
航空機から外れるか、または翼に損傷が与えられるのを
防止する形状とされていることも好ましい。１つのアプ
ローチは軸受および支持フレームを十分強固に作り、エ
ンジンが安全に停止し、その空転作動状態が達成される
迄初期のアンバランス力に耐え得るようにすることであ
る。不幸にして、そのように軸受および支持フレームを
強化するということはエンジンおよび航空機に対する重
量および体積が望ましくない程度に増大する結果を招
く。
【０００５】軸受および支持フレームの重量および体積
を最小化し、なおかつ軸受をかじりから防止してやる１
つの可能な方法はフレーム上のロータを支持構造体で支
持してやることである。ここに前記支持構造体は所定の
値を超えた半径方向力にさらされた時に急激に弛緩する
か（または完全に降伏する）ロータを半径方向に拘束す
る能力を有している。いったん半径方向の拘束能力が解
放されると、ロータは変位した重心中を通過するか、ま
たは少なくとも同重心により近付いた回転軸線のまわり
を自由に回転することが出来る。その結果支持フレーム
へのアンバランス力の伝達が最小となり、該ロータの重
さおよび体積を相応に減少させてやることが出来る。実
際、このことはエンジンファンに近接して軸受を溶融可
能に装着してやることで達成することが出来る。軸受中
を伝達される半径方向力があるしきい値を超えた時に
は、軸受はロータからまたは支持フレームから少なくと
も半径方向に外れ、それによってロータがエンジン軸線
から少なくとも広い範囲にわたって局部的かつ半径方向
に変位することへの抵抗力を減ずる。例えばロータ支持
システムが溶融（遮断、解放と同義）すると、２５．４
ｍｍ（１インチ）にわたる半径方向変位が許容される一
方、溶融に先立って、半径方向運動量はエンジン軸線に
関して十分２．５ｍｍ（１／１０インチ）以下の値に拘
束される。広範囲の構造体がこの目標を達成出来る。限
定する意味ではなく例示するならば、溶融可能に装着さ
れた軸受はプラットアンドホイットニイカナダ社のＰＷ
３０５やロールスロイス社のＴＲＥＮＴ５００およびＲ
Ｂ２１１のようなエンジンにおいてありふれて見出され
る。米国特許第５７９１７８９号に示されるような他の
形状もまた可能である。
【０００６】ブレードオフ事態が発生した直後において
は、エンジンは初期の作動速度（例えばその巡航速度）
において回転しているが、該作動速度は前述したような
エンジンのキー固有振動数（すなわち「ファンとびは
ね」振動数）の付近、典型的には同振動数よりも低い所
にある。ロータ支持システムの溶融が無い場合には、ロ
ータは定常状態に入る前にスプールダウン行程を経験す
ることになり、そこではアンバランス力とロータ偏倚の
間の位相はエンジン速度が巡航速度から空転作動速度へ
と減速した時に殆んどゼロである。しかしながら、スプ
ールダウンの開始時点におけるアンバランス力は（例え
ば巡航速度が２０００〜２５００ｒｐｍのごとく）初期
速度が比較的に高い時には、過度なものとなる可能性が
ある。何故ならば、そのような力は速度の２乗に比例す
るからである。
【０００７】高速度力がシャフトから支持構造体へと伝
搬されるのを防止するため溶融可能なロータ支持体シス
テムを利用することは既知である。かくして、軸受をシ
ャフトまたは非回転支持体構造物に接続する溶融可能な
マウント／支持体（以後「軸受支持体」と称す）が供給
される。前記溶融可能な軸受支持体のしきい値強度は初
期の遷移的反応の期間中に溶融（解放）が発生するよう
セットすることが出来る。解放が生ずると、ロータの固
有振動数は劇的に低下する。例えば、同振動数はロータ
の初期の固有振動数の約１／５から１／２の間のどこか
に落着く。かくして、解放が発生すると、ロータが初期
の固有振動数と関連した状況から減少した固有振動数と
関連した状況へと遷移することにより、第二の遷移反応
が発生する。この第２の遷移反応の始点において、エン
ジン速度と減少した固有振動数との比率は優に２：１
（これはアンバランス力と偏倚との間の位相角が約１８
０°であることに相当する）を超えている。第２の遷移
反応時においては、エンジンはスプールダウンを起して
巡航空転作動エンジン速度（例えば約７００ｒｐｍ）へ
と低下する。その後、航空機が着陸のため減速するにつ
れて前記空転作動速度も同様にして（例えば３００ｒｐ
ｍ前後へと）低下する。これらのいづれの緩速段階にお
いても、ロータは減少した固有振動数（その場合の位相
角度は９０°）を経て、ゼロに近い位相角度を達成す
る。エンジンはまだロータが顕著に半径方向に変位し、
関連してシャフトも屈曲した状態にある。
【０００８】しかしながら、固有振動数が減少した場合
であっても、もしもエンジンが十分剛固に作られてお
り、共振状態付近における作動が長引かないならば、共
振付近におけるアンバランス力が発生してもこれは許容
することが出来る。
【０００９】種々の遷移期間中およびその後におけるア
ンバランス力および変位はまだエンジンおよび航空機を
して過剰な負荷並びに不当な共振振動にさらす危険性を
秘めている。
【００１０】かくして、ロータ上における半径方向拘束
を単純に解放してやるという手段だけではバランスをく
ずしたロータを収容してやるのに満足すべきものとはな
らない。
【００１１】
【発明の概要】１つの特徴において、本発明は１つの軸
受軸線のまわりにおいて１つのシャフト部材を１つの外
側部材に対して相対的に回転させるべく前記シャフトを
回転可能に継手接続してやるための軸受システムに向け
られている。前記軸受軸線は最初はシャフト軸線および
外側部材軸線と符合している。内側軸受要素は前記シャ
フトと関連し、これに接続されている。外側軸受要素は
前記外側部材と関連し、これに接続されている。前記内
側および外側軸受要素の最初の一方は継手を介してその
関連する部材へと接続されている。ここに前記継手はあ
るしきい値モーメントを超えるトラニオンモーメントを
経験すると、初期剛性値からそれより低い減少剛性値へ
と解放されるようなトラニオン剛性値を有しており、か
くして継手が解放状態となるとシャフト軸線は局部的に
外側部材軸線との平行から外れて回転する。好ましく
は、前記シャフトは長手方向の拘束状態を維持する。前
記解放作用は前記継手の要素の破壊または塑性降伏によ
って達成される。前記内側軸受要素は内側レースとする
ことが出来、外側軸受要素はころがり要素を介して内側
レースに接続された外側レースとすることが出来る。前
記ころがり要素は前記内側および外側レースの軸受表面
ところがり係合するとともに、軸受軸線のまわりにおい
て円周方向に配列されている。前記ころがり要素は球状
とすることが出来る。
【００１２】前記内側および外側軸受要素の最初の一方
は内側要素とすることが可能であり、継手はベース部材
と軸受係合部材を含むことが可能である。前記ベース部
材はシャフト部材に取付け、二重に凸の外側表面を有す
ることが可能である。前記軸受係合部材は前記内側要素
に取付け、前記二重に凸の外側表面と接触する二重に凹
の内側表面を備えることが出来る。前記継手はベース部
材および軸受係合部材の一方の突起を他方の凹所内に入
れ込んだものによって形成することが出来る。前記突起
はせん断的に変形させ、初期剛性から減少剛性への解放
作用を提供することが出来る。ベース部材および軸受係
合部材の各々は２部品からなる組立体とすることが出来
る。前記二重に凸の外側表面部分および二重に凹な内側
表面部分は共通の中心を有する球状表面とすることが出
来る。
【００１３】前記内側および外側軸受要素の最初の一方
は外側要素とすることが出来、前記継手は軸受係合部材
および固定された部分を有することが出来る。前記軸受
係合部材は前記外側要素に取付けることが可能であり、
二重に凸の外側表面部分を備えることが出来る。前記固
定された部分は前記二重に凸の外側表面部分と接触する
二重に凹状の内側表面部分を有することが出来る。前記
固定された部分は外側部材と一体に形成された後方部分
並びにこれに取付けられた前方部分を含むことが出来
る。前記前方および後方部分の交差点は前記二重に凹な
内側表面部分の第１および第２の表面部分の間に挿設し
てやることが可能である。前記第１および第２の表面部
分間における凹所は通常は軸受係合部材からの半径方向
外向きの突起を収容することが出来る。前記突起は少な
くとも部分的にせん断変形し、初期剛性から減少剛性へ
の解放作用を提供することが出来る。
【００１４】内側および外側軸受要素の最初の一方は内
側要素とすることが出来、継手はベース部材と軸受係合
部材を有することが出来る。前記ベース部材はシャフト
部材に取付けることが出来、外側表面部分を有してい
る。軸受係合部材は前記内側要素に取付け可能であり、
外側表面部分と接触し、長手方向に凸状、横断方向に凹
状である内側表面部分を有することが出来る。
【００１５】解放状態において、シャフト軸線の回転は
外側部材軸受との平行からのずれが３°以内に維持され
るよう抑制することが出来る。解放状態において、シャ
フト軸線は少なくとも１°だけ外側部材軸線との平行か
ら外れて回転することが出来る。解放状態において、継
手は軸受システムの中心点のまわりで外側部材軸線とシ
ャフト軸線が相対運動するのを抑制し、以ってシャフト
の外側部材に対する局部的半径方向変位を防止してやる
ことが出来る。本軸受システムはシャフト部材がタービ
ンエンジンのロータシャフトであり、外側部材がエンジ
ンの非回転構造体であるようなタービンエンジンにおい
て利用することが出来る。エンジンはロータシャフトを
構造体に回転的に接続する少なくとも１つの付加的軸受
システムを含むことが出来る。１つそのような付加的軸
受システムは本軸受システムに近接し、通常は構造体に
対するロータの局部的半径方向変位を抑制するも、予め
設定されたしきい値を超えた半径方向力に出会った時に
は、解放されてシャフトの異常な局部的半径方向たわみ
を収容する溶融可能な軸受システムとすることが出来
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の原理に係る軸受システム２０の１つ
の例示的実施例を示している。１つの例示的かつ特に好
適な応用例として、前記軸受システム２０はタービンエ
ンジン内において、非回転支持構造体２４内にエンジン
ロータシャフト２２を半径方向かつ長手方向に保持する
一方、前記シャフト２２がその中心軸または中心線５０
２と通常一致する中心線５００のまわりで回転するのを
許容せしめるのに利用される。エンジン中心軸線５００
はまた軸受軸線でもある。簡明さのために、図２を除く
全ての図において、図示は中心軸線５００の一方の側を
切り取って行なわれており、シャフト軸受２５および多
くの他の要素が軸線５００を取巻いているものと理解さ
れたい。外側軸受レース２６は支持構造体２４によって
しっかりと保持されている。内側軸受レース２８は外側
レース２６内に同軸配置されており、これに対しては円
周方向に延びる球３０の列を介して噛合っている。内側
軸受レース２８は通常は軸受の横断方向中心線５０６に
沿って会合している、前方および後方片３２Ａおよび３
２Ｂ内に形成された第１のまたは軸受係合部材３２内に
おいて保持されている。前記軸受噛合い部材３２は二重
に凸の内側表面部分３４を有しており、該部分は好まし
くは球状をなしており、平面５０６と軸線５００の交差
点において曲率中心５０８を有している。二重に凹の内
側表面部分３４は片３２Ａおよび３２Ｂの長手方向かつ
外側部分に沿って存在している。環状突起３６は中心線
５０６をまたいでいる表面部分３４の半径方向内向きに
延びている。第２のまたはベース部材４０はシャフト２
２を取囲み、これと噛合い、やはり第１および第２の片
４０Ａ、４０Ｂへと形成されている。ベース部材４０は
片４０Ａおよび４０Ｂの長手方向外向き部分に沿って二
重に凸状の外側表面部分３２を有している。表面部分４
２は好適には軸受係合部材３２の表面部分３４と同一の
曲率を有している。中央面５０６に沿ってベース部材４
２は突起３６を収納する半径方向内側を向いた凹所４６
を含んでいる。片４０Ａおよび４０Ｂは溶接等によって
互いに固定するか、好ましくはシャフト２２に沿うスペ
ーサ、軸受および他の要素のスタック列４８における前
方および後方部分すなわち要素間において長手方向圧縮
状態に保持させることが出来る。トラニオントルクまた
はモーメントが軸受システム上に誘起されると（すなわ
ち支持構造体２４およびシャフト２２間のトルクがエン
ジン軸線５００と直交する軸線５０４（「トラニオン軸
線」）のまわりに誘起されると）、シャフト軸線５０２
のエンジン軸線５００に対する回転運動は、突起３６お
よび凹所４６のからみ合いのため軸受係合部材３２がベ
ース部材４０に関してエンジン軸線５００と直交する軸
線のまわりで回転することが防止されるため、抑制され
る。前記トルクは、しかしながら、突起３６へと伝達さ
れる。トラニオンモーメントが増大して遂にあるしきい
値に到達すると、軸受係合部材とベース部材の塑性変形
を介しての相対回転運動が発生し、突起の大部分は究極
的に軸受係合部材３２の残りの部分をせん断変形させて
しまう。トラニオン軸線５０４に沿っては、前記突起が
変位される量は比較的に少なく、トラニオン軸線５０４
と９０°相対する方向で最大値に達する。結果として生
ずる解放状態においては、トラニオンモーメントはシャ
フト軸線５０２をしてエンジン軸線５００との平行度を
図２に示す角度θだけ乱すよう回転せしめる。角度θは
抑制することが可能である。例えば図２に示すように、
解放状態においては軸受係合部材３２の前方および後方
環状表面５０Ａおよび５０Ｂは直径方向に相対する位置
においてスタック部分４８Ａおよび４８Ｂのそれぞれの
前方および後方表面５２Ａおよび５２Ｂと部分的に接触
することによって、前記角度θをある最大値以内に抑制
してやることが出来る。例として挙げると、シャフトお
よびエンジン軸線は通常の作動において約０．１度また
はより広範囲に考えても０．２度以上平行度をくずして
分離する必要は無い。ファンのブレードアウトの事態を
吸収するためには、軸受２５の近傍において約０．５度
から３度の間の角度θを設けてやるのが好適である。か
くして、前記構造体は好適には例えば３度から５度の範
囲内へと最大許容角度θを限定するのが良い（１度のよ
うなより低い角度量も用途によっては適用可能かも知れ
ないが）。したがって、本システムは（例えば０．１度
または０．２度迄の）極めて小さな角度変化は（公差ま
たは弾性変形を介して）弾性的にすなわち非塑性変形的
に許容し、更に大きな変動は前記最大抑制値迄の非弾性
的変形値と関連付けてやることが出来る。
【００１７】前記解放作業はトラニオンの剛性における
劇的な低下をもたらす。比較的に小さな５０％の解放度
が潜在的に有用であるが、少なくとも約８０％のより大
きな解放度が望ましい。実際には、前記解放状態は最初
突起を直径方向相対する位置近傍の領域においてせん断
的に変形し、次に瞬間トラニオン軸線がシャフトに関し
て回転するにつれて残りがせん断的に変形されることで
ほぼ完全に発生させることが出来る。好適には、短かい
移行時間の後、システムが同期的渦流運動を達成し、相
対運動が殆んど無くなり、かくして表面３４と４２の間
の摩耗が殆んどなくなるのが好ましい。
【００１８】解放状態において、軸受システム２０はシ
ャフト２２がエンジン軸線５００のまわりを回転し続け
る一方、局所的にはシャフトをエンジン軸線に沿って半
径方向に保持させ、局所的な半径方向変位を防止する。
前記シャフトもまた長手方向に保持される。加えるに、
表面部分３４が表面部分４２に沿って滑動的に相互作用
することにより、角度θが変動することが許容される。
また遷移的状況下においては、エンジン軸線５００との
整合状態からわずかにずれた軸線のまわりをシャフトが
同期的渦流運動の達成される迄回転することが許容され
る。さらに任意付加的には、前記シャフトはその前記支
持構造体に対する相対回転運動を中断しても良い時点と
前記解放状態時点との間の予定された間隔期間中に定常
状態をなして回転することが許容される。この目的のた
めに、前記軸受係合部材およびベース部材の特性を選ん
で、表面部分３４および４２に沿っての十分なる摩耗抵
抗を供給してやることが出来る。通常の作業中において
は軸受係合部材３２およびベース部材４０が互いに非運
動関係をなして錠止される際には表面３４および４２に
は実質的に何らの摩耗も発生しない。かくしてこの錠止
作用は非錠止自己調心型軸受を用いるのにくらべて特に
好適である。というのも自己調心型軸受は通常の作動中
においても摩耗するので、耐久性を高め、重量を増大さ
せることになるからである。そのような非錠止型軸受は
本発明に係る軸受とくらべてシャフトの固有振動数低下
量が小さくなり、より剛なシャフトが必要とされる。
【００１９】図３は航空機ガスタービンエンジン６０内
の２番軸受として設置された軸受システム２０を示して
いる。シャフト２２にはエンジンロータ６２のシャフト
であり、支持構造体２４はエンジン室内の非回転構造体
である。ロータ６２は前方端部６４から後方端部６６へ
と軸線５００に沿って通常延びている。前方端部近傍に
おいて、前記ロータはハブから半径方向外向きに延びる
一列のファンブレードを有するファン６８を含んでい
る。ロータはまた（図３には示していない）コンプレッ
サおよびタービンのような付加的な部品をも含んでい
る。前記ロータは複数個の隔置された軸受を介して支持
構造体２４によって支持されている。例示されたロータ
は「３軸受」ロータシステムを象徴するものである。軸
線５００に沿って前方から後方へと、軸受はファン６８
近傍の第１の軸受７０、球軸受２５およびシャフトの後
方端部近傍における第３の軸受を含んでいる。典型的な
エンジンにおいては、１つまたはそれ以上の付加的な軸
受が球軸受２５と第３の軸受７２の間に挿設される。例
えば、２つのそのような付加的な軸受が存在する場合に
は、第１の軸受７０は１番軸受と呼称され、球軸受２５
は２番軸受と呼称され、第３の軸受７２は５番軸受と呼
称される。例示したものにおいては前記第１および第３
の軸受は半径方向の支持力をロータに対して与えるが長
手方向支持力は与えないロータタイプの軸受である。球
軸受２５は半径方向および長手方向支持力の両方を与え
る。第１の軸受７０を融合的に装着するために、その内
側レース７４はシャフト２２の前方ハブディスク７８と
一体に形成され、そこから延びているスリーブ７６と係
合している。スリーブ７６の外側表面から内向きに延び
る環状凹所８０は弱化した指向性降伏ゾーンを提供して
いる。通常の作動状況においては、スリーブ７６と内側
レース７４の間の噛合い状態乃至力はローラ８２中を伝
達され、そこから外側レース８４へと伝達される。これ
によってそのような力は支持構造体２４へと伝達され
る。これによりシャフト２２の半径方向運動は第１の軸
受７０近傍に拘束される。第１の軸受７０中を伝達され
る半径方向力がしきい値を超えると、降伏ゾーン乃至凹
所８０においてスリーブ７６の非弾性的変形が発生す
る。この変形は塑性降伏かも知れないし、破壊であるか
も知れない。この変形によりシャフト２２の局部的半径
方向変位に抵抗しようとする第１の軸受７０の傾向が減
少乃至排除される。
【００２０】エンジン６０が通常の巡航状態で走行する
状況下においては、ブレードオフ事態と関連するアンバ
ランス力は前記しきい値を超え、前記第１の軸受支持体
の溶融が誘起される。かくして、第１の軸受７０近傍に
おけるハブおよびシャフト２２の中心は半径方向に移動
する（図４）。この半径方向移動によりシャフト２２か
曲げられる。もしも球軸受２５が剛固に装着されていた
としたならば、そのような曲がりは大部分軸受２５の前
方シャフト全長に限定され、著しいトラニオントルクが
軸受２５中を伝達されることになろう。しかしながら、
シャフトの前方部分の屈曲によって球軸受２５に伝達さ
れるトラニオンモーメントがしきい値トルクに到達する
と、球軸受２５は錠止状態から解放され、シャフト軸線
５０２が局部的にエンジン５００との平行から外れて回
転することを許容する。球軸受２５はシャフト２２半径
方向および長手方向の両方において支持体構造物２４内
において局部的に保持し続ける。しかしながら、シャフ
トはエンジン軸線と直交する方向には限定された方向上
の自由度しか与えられなくなる。軸受システム２０がか
くして解放されると、球軸受２５はそうでなければ空転
作動間隔が長くなる間に損傷をシステムの損壊を招くで
あろう顕著なトラニオントルクをも早経験しなくなる。
軸受システムが解放されると、シャフトは（弾性変形で
あろうと非弾性変形であろうと）変形状態を維持するこ
とが許容される。好適には、変形状態において、ファン
の変位した重心はエンジン軸線５００と比較的近くに来
る。
【００２１】図５は代替的な軸受システム１００を例示
している。軸受システム２０の要素と類似なものとする
ことが出来る軸受システム１００の要素が類似の番号を
付されて示されている。軸受係合部材１０２は前方およ
び後方片１０２Ａおよび１０２Ｂ内に形成されている。
軸受係合部材１０２は１つの中央に位置する環状で半径
方向内向きの突起１０４を備えており、該突起１０４は
長手方向には比較的に狭く、長手方向に凸で横断方向に
は凹である内側表面１０６を有している。各片１０２Ａ
および１０２Ｂは長手方向外向きに突出すスリーブ１０
８を有しており、該スリーブ１０８は薄肉で長い横断面
並びにそれぞれ近接壁表面５２Ａおよび５２Ｂと係合し
ている外向き端部１１０を有している。ベース部材１１
２はシャフト２２を取囲み、これと噛合っている。ベー
ス部材１１２は壁表面５２Ａおよび５２Ｂ間の距離を橋
掛けしており、圧縮の積載力の大部分を伝達している。
ベース部材１１２は軸受係合部材１０２の内側表面１０
６と接触した円筒状外側表面１１４を有している。トラ
ニオントルクがしきい値に到達すると、各スリーブ１０
８は非弾性的に変形し（図６）、各スリーブの変形は他
方のスリーブと直径方向反対位置において最大となる。
スリーブ１０８の一方が圧縮され、非弾性的に破砕され
る円周方向位置においては、他方はその関連する表面５
２Ａまたは５２Ｂから引き去られる。軸受係合部材１０
２はその突起１０４上においてわずかに枢動するであろ
う。表面１０６は表面１１４に沿って滑動し、突起１０
４および／またはベース部材１１２はわずかに変形する
ことによって、軸受係合部材１０２の配向における変化
を収納することが出来る。
【００２２】図７は初期の錠止状態における別の代替的
軸受システム１２０を示している。軸受係合部材１２２
は１つの内側表面１２４を有しており、該表面１２４は
長手方向に凸で横断方向に凹であり、ベース部材１２８
の外側表面部分１２６と噛合っている。前方および後方
極縁において、軸受係合部材１２２は環状リング部分１
３０Ａおよび１３０Ｂを有している。各環状リング部分
１３０Ａおよび１３０Ｂと、軸受係合部材の中心部分と
の間には減少した板厚降伏ゾーン１３２が設けられてい
る。軸受が出会うトラニオンモーメントがしきい値に達
すると、前記降伏ゾーン１３２において非弾性的変形が
発生し（図８）、中心部分は図５の軸受システム１００
の軸受係合部材１０２と類似の態様で枢動する。各リン
グ部分１３０Ａおよび１３０Ｂの端部壁はその関連壁表
面５２Ａおよび５２Ｂとの接触を局部的地点で絶つこと
が出来る。ここに前記地点は中心部分の枢動運動により
該中心部分が降伏ゾーンにおいて半径方向外向きに引張
られるような円周方向位置近傍である。
【００２３】図９は軸受システムの更に別の実施例１４
０を示しており、該実施例においては角度方向に解放可
能なマウンティングが軸受をシャフト２２へではなく支
持構造体２４′へと接続している。球軸受１４４の内側
レース１４２は前方および後方スタック部分４８Ａ′お
よび４８Ｂ′の間でシャフト２２にしっかりと取付けら
れている。前方および後方片１４６Ａおよび１４６Ｂを
有する軸受係合部材１４６は外側軸受レース１４８をし
っかりと挾持している。軸受係合部材１４６は片１４６
Ａおよび１４６Ｂの長手方向外極縁に沿って二重に凸の
外側表面部分１５０を有している。環状突起１５２は外
側表面部分１５０から半径方向外向きに延びている。軸
受係合部材に対する衝合部材は支持構造体２４′の前方
部分１６０とボルト等で前方部分１６０に取付けられる
環状クランプ１６２を組合せたものによって提供されて
いる。前記前方部分１６０とクランプ１６０を組合せた
ものはそれらの結合部において凹所１６６の相対する側
において二重に凹となった表面部分１６４を有してい
る。前記凹所１６６は突起１５２を挾持して通常は軸受
係合部材１４６をして支持構造体２４′に錠止し、以っ
てシャフト軸線５０２がエンジン軸線５００から離れる
のを防止している。しきい値トラニオントルクが誘起さ
れると、前記突起１５２は軸受係合部材１４６の残りの
部分からせん断的に切り取られ、表面部分１６４および
１５０は互いに沿って滑動し、シャフトおよびその軸線
がエンジン軸線との平行から外れて回転することが許容
される。かくして軸受軸線はエンジン軸線ではなくシャ
フト軸線と符合した状態が保たれる。
【００２４】図１１は別の代替的軸受システム２００の
部分を示した図であり、該システムにおいては環状のシ
ャキー２０２がそれぞれ軸受係合部材およびベース部材
とは別個に形成されており、通常は各々の凹所内に収納
されている。トラニオンモーメントがしきい値に到達す
ると、キーがせん断的に切断されて、軸受係合部材はベ
ース部材に沿って滑動することが許容される。
【００２５】図１２は別の代替的軸受システム２２０を
示しており、該システムにおいては軸受係合部材および
ベース部材は通常前方および後方クランプ２２４Ａおよ
び２２４Ｂを介して互いに取付けられており、各クラン
プの内側部分がベース部材と噛合い、各クランプの外側
部分が軸受係合部材と噛合っている。クランプ２２４Ａ
および２２４Ｂがそれらの極縁において非弾性的に変形
すると、トラニオンの動きに対する抵抗が解放される。
【００２６】図１３は別の軸受システム２４０を示して
おり、該システムにおいてはクランプ２４２の外向き極
縁がクランプの残り部分からせん断変形させられ、トラ
ニオン移動に対する抵抗が解放される。
【００２７】図１４は代替的軸受システム２６０を示し
ており、該システムにおいては軸受係合部材の外向き翼
２６２が長手方向内向きに非弾性的に変形させられてト
ラニオン移動の解放作用が与えられる。
【００２８】図１５は別の代替的軸受システム２８０を
示しており、該システムにおいてはベース部材は１つの
球状外側表面を有しており、軸受係合部材は一方の端部
においてシャフトに取付けられており、他方の端部は自
由である。軸受係合部材の主要部分とシャフトに取付け
られた部分の間の結合部近傍に塑性変形が発生すると、
前記主要部分はトラニオンモーメントがしきい値に到達
した時にベース部材の外側表面に沿って滑動することが
許容される。
【００２９】図１６は別の代替的軸受システム３００を
示しており、該システムにおいては軸受係合部材が比較
的に半径方向外向きの位置において近接するスタック部
分と噛合っている第１の降伏要素３０２と、中心突起の
長手方向外向きに位置するベース部材と噛合った第２の
降伏要素３０４とを含んでいる。
【００３０】図１７は別の代替的軸受システム３２０を
示しており、該システムにおいては降伏部材３２２は軸
受係合部材上ではなくスタックの要素上に形成されてい
る。任意選択的に、スタックの衝合表面と噛合う、軸受
係合部材の平坦表面は丸まることにより降伏することも
可能である。
【００３１】図１８は別の代替的軸受システム３４０を
示しており、該システムにおいては非弾性的変形はベー
ス部材の相対する側において軸受係合部材から内向きに
延びる長手方向外向きウェブ３４２上で発生する。この
ウェブは任意選択的にはスタックからの崩壊可能な長手
方向突起として形成された降伏部材３４４を付設しても
良いし、該部材によって代替しても良い。
【００３２】図１９は別の代替的軸受システム３６０を
示しており、該システムにおいては軸受係合部材の各片
は軸受内側レースとベース部材の間において少なくとも
部分的に挿設された内向き部分３６４と、ベース部分お
よび近接するスタック部分の間に取付けられた外向き部
材３６６とを有している。前記内向きおよび外向き部材
は薄肉の環状ウェブ３６８を介して接続されており、該
ウェブの存在により内向きおよび外向き部分間に１つの
内向き環状隔室を画成するとともに、塑性的に変形する
ことによりトラニオン剛性の解放作用を行なっている。
【００３３】図２０は代替的な軸受システム３８０を示
しており、該システムにおいては軸受係合部材の２つの
片の各々には全体として内向きの突起３８２が形成され
ており、該突起３８２は軸受中心面から長手方向に隔置
した位置においてベース部材と噛合っている。解放作用
は環状スリーブ３８４の変形によって提供される。
【００３４】本発明の１つのまたはそれ以上の実施例を
これ迄説明してきた。しかしながら、本発明の精神およ
び範囲を超えることなく種々の修正例をなすことが可能
なることを理解されたい。例えば、本発明の原理な広範
囲の形状において実現することが出来る。種々の例示さ
れた部品の種々の特徴は、例えば軸受支持体の特徴を軸
受レースまたは２つの要素（例えば例示されたロータシ
ャフトおよび支持フレーム）と統合させ、軸受が互いに
対して回転することを許容するが如くして、他の例示さ
れた部品と組合せることが可能である。球軸受に適用さ
れているものの、本発明は円筒コロを用いた軸受のよう
に他の転動要素の軸受を含んだ他の軸受構造体とともに
用いることが可能である。したがって、他の実施例も特
許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】錠止された状態における、本発明に係る軸受シ
ステムの部分的長手方向断面図。
【図２】解放された状態における、図１の軸受システム
の部分的長手方向断面図。
【図３】本発明の原理に係る軸受システムを内蔵したタ
ービンエンジンの部分的長手方向断面図。
【図４】ロータが偏向された状態における図３のエンジ
ンの部分的長手方向断面図。
【図５】錠止状態における、本発明の原理に係る代替的
軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図６】解放状態における、図５の軸受システムの部分
的長手方向断面図。
【図７】錠止状態における、本発明の原理に係る代替的
軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図８】解放状態における、図７の軸受システムの部分
的長手方向断面図。
【図９】錠止状態における、本発明の原理に係る代替的
軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１０】解放状態における、図９の軸受システムの部
分的長手方向断面図。
【図１１】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１２】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１３】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１４】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１５】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１６】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１７】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１８】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図１９】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。
【図２０】錠止状態における、本発明の原理に係る代替
的軸受システムの部分的長手方向断面図。図中類似の参
照番号および符合は類似の要素を示している。
【符号の説明】
２０ 軸受システム ２２ シャフト ２４ 外側部材 ５０２ シャフト軸線 ５００ 外側部材軸線 ２８ 内側軸受要素 ２６ 外側軸受要素

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シャフト軸線（５０２）と最初一致して
    いた軸受軸線および外側部材軸線（５００）のまわり
    で、シャフト（２２）を外側部材（２４）に対して相対
    的に回転させるべく回転的に連結するための軸受システ
    ム（２０、１００、１２０、１４０、２００、２２０、
    ２４０、２６０、２８０、３００、３２０、３４０、３
    ６０、３８０）であって、前記シャフト（２２）と連結
    されている内側軸受要素（２８、１４２）および前記外
    側部材（２４、２４１）と連結された外側軸受要素（２
    ６、１４８）を有する軸受システムにおいて、前記内側
    および外側軸受要素の最初の一方はシャフト部材および
    外側部材の関連部材へと１つの継手を介して連結されて
    おり、前記継手のトラニオン剛性はしきい値を超えるト
    ラニオンモーメントが作用した時に、初期剛性値からこ
    れより小さな剛性値へと解放されるものであり、その結
    果継手の解放状態が得られ、シャフト軸線（５０２）は
    前記外側部材軸線（５００）との平行から局部的に外れ
    て回転することが許容されることを特徴とする軸受シス
    テム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の軸受システム（２０、
    １００、１２０、１４０、２００、２２０、２４０、２
    ６０、２８０、３００、３２０、３４０、３６０、３８
    ０）において、前記解放作用は前記継手の要素が破壊す
    るか塑性降伏するかのいづれかによって達成されてお
    り、前記内側軸受要素（２８、１４２）は内側レースで
    あり、外側軸受（２６、１４８）要素は多数個の転動要
    素（３０）によって内側レースに接続された外側レース
    であり、前記要素は前記内側および外側レースの軸受表
    面ところがり係合しており、軸受軸線のまわりで周縁方
    向に並んでいることを特徴とする軸受システム。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の軸受システム（２０、
    ２００、２２０、２４０、２６０、３４０、３６０、３
    ８０）において、前記内側および外側軸受要素の前記最
    初の一方は内側要素であり、継手はシャフト部材（２
    ２）に取付けられ、二重に凸な外側表面部分（４２）を
    備えたベース部材（４０）と、前記内側要素に取付けら
    れ、前記二重に凸な外側表面部分（４２）と接触する二
    重に凹な内側表面部分（３４）を備えた軸受係合部材
    （３２）とを有していることを特徴とする軸受システ
    ム。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の軸受システム（２０）
    において、前記継手が１つの突起によって形成されてお
    り、該突起は前記ベース部材および軸受係合部材の最初
    の一方からなっており、前記ベース部材および軸受係合
    部材の次の他方の凹所（４６）内に挾持されており、前
    記突起（３６）は前記ベース部材および軸受係合部材の
    前記最初の一方から少なくとも部分的にせん断的に変形
    されることにより、前記初期の剛性から減少した剛性へ
    の解放作用を提供していることを特徴とする軸受システ
    ム。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の軸受システム（２０、
    ２００）において前記ベース部材（４０）および軸受係
    合部材（３２）の各々が２部品よりなる組立体（４０
    Ａ、４０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ）であることを特徴とする
    軸受システム。
  6. 【請求項６】 請求項３に記載の軸受システム（２０、
    ２００、２２０、２４０、２６０、３４０、３６０、３
    ８０）において、前記二重に凸の外側表面部分（４２）
    と二重に凹の内側部分（３４）は共通の中心（５０８）
    を備えた球状表面であることを特徴とする軸受システ
    ム。
  7. 【請求項７】 請求項２に記載の軸受システム（１４
    ０）において、前記内側および外側軸受の最初の一方は
    外側要素であり、継手が前記外側要素（１４８）に取付
    けられ、二重に凸の外側表面部分（１５０）を有してい
    る軸受係合部材（１４６）と、 固定部分（１６０、１６２）にして前記二重に凸の外側
    表面部分（１５０）と接触する二重に凹の内側表面部分
    （１６４）、 前記外側部材（２４′）と一体に形成された後方部分
    （１６０）および前記前方部分に取付けられた前方部分
    （１６２）を有した固定部分とを有しており、そのよう
    な前方および後方部分の交差点は前記二重に凹の内側表
    面部分の第１および第２の表面部分間に挿設されてお
    り、前記第１および第２の表面部分間では凹所（１６
    ６）が通常前記軸受係合部材からの半径方向を向いた突
    起（１５２）を収納しており、前記突起は少なくとも部
    分的にせん断的に変形されることにより前記初期剛性か
    ら減少した剛性への解放作用を提供していることを特徴
    とする軸受システム。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の軸受システム（１０
    ０、１２０、３００、３２０）において、前記内側およ
    び外側軸受要素の最初の一方は内側要素であり、継手が
    前記シャフト部材に取付けられ、 外側表面部分（１１４、１２６）を有しているベース部
    材（１１２、１２８）と、 前記内側要素に取付けられ、前記外側表面部分（１１
    ４、１２６）と接触し、長手方向に凸状、かつ横断方向
    に凹状である軸受係合部材（１０２、１２２）とを有し
    ていることを特徴とする軸受システム。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の軸受システム（２０、
    １００、１２０、１４０、２００、２２０、２４０、２
    ６０、２８０、３００、３２０、３４０、３６０、３８
    ０）において、解放状態においては、 シャフト軸線（５０２）の回転は通常は軸受軸線と符合
    している外側部材軸線（５００）との平行度が３度以内
    に保持されるよう抑制され、 シャフト軸線（５０２）は外側部材軸線（５００）との
    平行度のずれが少なくとも１°の状態で回転することが
    出来、 前記継手は前記外側部材軸線およびシャフト軸線が軸受
    システムの中心点のまわりを回転するような相対運動を
    抑制し、以ってシャフトの外側部材に対する局部的な半
    径方向変位を防止していることを特徴とする軸受システ
    ム。
  10. 【請求項１０】 請求項１から請求項９のいづれか１つ
    の項に記載の軸受システム（２０、１００、１２０、１
    ４０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３０
    ０、３２０、３４０、３６０、３８０）を含んだタービ
    ンエンジン（６０）において、前記シャフト部材（２
    ２）はエンジン（６０）のロータシャフトであり、前記
    外側部材（２４、２４′）はエンジンの非回転構造体で
    あり、エンジンは前記ロータシャフトを構造体に回転可
    能に接続している少なくとも１つの付加的軸受システム
    （７０、７２）を含んでおり、前記少なくとも１つの付
    加的軸受システムの最初の一つ（７０）は軸受システム
    （２０、１００、１２０、１４０、２００、２２０、２
    ４０、２６０、２８０、３００、３２０、３４０、３６
    ０、３８０）と近接しており、溶融可能な軸受システム
    であり、通常は前記構造体（２４、２４′）に対するロ
    ータシャフト（２２）の局所的半径方向変位を抑制して
    おり、予め規定されたしきい値を超えた半径方向力に出
    会った際には、シャフトの異常な局所的半径方向偏倚を
    収容するべく解放作用を行っていることを特徴とするタ
    ービンエンジン。
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