JP2005024092A

JP2005024092A - コンプライアントスペーサおよびそのスペーサを用いた組立体

Info

Publication number: JP2005024092A
Application number: JP2004064610A
Authority: JP
Inventors: Keith Bryden Fitzsimons; キース・ブライデン・フィツシモンズ; David Edward Painter; デーヴィッド・エドワード・ペインター; Michael John Locke; マイケル・ジョン・ロック; Andrew Martin Cave; アンドリュー・マーチン・ケイヴ
Original assignee: Westland Helicopters Ltd
Current assignee: AgustaWestland Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2005-01-27
Also published as: CA2458034C; KR20050003975A; CA2458034A1; EP1493938B1; EP1493938A1; DE602004020149D1; US7182325B2; GB0315419D0; US20050001382A1; KR20120006475A

Abstract

【課題】組立体の第１の機械要素および第２の機械要素が機械的作用および熱的作用により相対移動し得る際に、使用時の締め付け荷重を維持するコンプライアントスペーサおよびそれを用いた組立体を提供することを課題とする。
【解決手段】
コンプライアントスペーサ２０は、第１のほぼ平坦な面２２と、第１のほぼ平坦な面２２にほぼ平行に対向する第２のほぼ平坦な面２３とを有する。第１平坦面２２および第２平坦面２３にはそれぞれ、互いにずれた位置に配置された複数の隆起領域２５，２８が設けられている。隆起領域２５，２８は支持表面３０とエッジ部３１，３２とを含み、支持表面３０はほぼ平坦でかつ第１平坦面２２および第２平坦面２３とほぼ平行であり、エッジ部３１，３２は急激な不連続部を伴わずに平坦面２２と滑らかにつながる。２つの機械要素がスペーサ２０を介して締め付けられると、スペーサ２０は締め付け荷重を維持するように面外変形する。
【選択図】図２

Description

本発明は、組立体を提供するためにともに締め付けられる２つの機械要素の間に配置されて使用され、組立体の第１の機械要素および第２の機械要素が機械的作用（例えば振動）および熱的作用により相対移動し得る際に、使用時の締め付け荷重を維持するコンプライアント（compliant）スペーサに関する。

コンプライアントスペーサに関しては過去にも提案がなされてきたが、既存の解決策は、大きい締め付け荷重に対して必要とされる追従量が大きい場合には不適切であることがわかっている。そのような過去の提案には、スリーブ構造（ただし、これは十分に追従的ではないことがわかった）、従来のばね座金（ただし、これはともに締め付けられる機械要素間により広い空間を必要とした）、および皿座金（ただし、皿座金は組立体の高応力に耐えることができないことがわかった）が含まれている。

例えば、ヘリコプターのメインロータヘッドをメインギアボックスに取り付けた組立体では、これらの機械要素間の相対回転を可能にする軸受にプリロードを与えるために、これらの要素間に締め付け力が必要とされる。このような用途では、１５９ＫＮの軸方向荷重下で、機械要素間の１５ｍｍの間隔での０．１ｍｍの撓みに適応するスペーサは、これらの過去の提案によっては対応できない。

これらの機械要素間のいかなるスペーサも、締め付け荷重が加えられる際に機械要素の表面に傷をつけたり、あるいは損傷を与えることがないことが重要である。

本発明の第１の態様によると、本発明者等は、使用時にともに締め付けられて組立体となる２つの機械要素の平坦表面の間に、使用時に配置されるコンプライアントスペーサを提供する。このスぺーサは第１のほぼ平坦な面と、第１のほぼ平坦な面にほぼ平行に対向する第２のほぼ平坦な面とを有し、第１のほぼ平坦な面および第２のほぼ平坦な面はそれぞれ、複数の隆起領域（raised region）を有し、第１の面の隆起領域は、第２の面の隆起領域に対してずれている。それにより、２つの機械要素がスペーサを介してともに締め付けられると、スペーサは使用時の締め付け荷重を維持するように面外変形する。隆起領域はそれぞれ、支持表面と、隆起領域がスペーサの平坦面それぞれとつながるエッジ部とを含み、支持表面は、ほぼ平坦でかつ第１の平坦面および第２の平坦面とほぼ平行であり、隆起領域のエッジ部は、急激な不連続部（discontinuity）を伴わずにスペーサの平坦面それぞれと滑らかにつながる

スペーサの厚さに応じて、ほぼ平坦な面上のそれぞれの隆起領域の数、隆起領域の範囲（extent）、したがって隆起領域間の間隔を慎重に選択することにより、組立体における締め付け荷重を維持するのに望ましい可撓性を得ることができ、平坦な支持表面およびエッジ部により、締め付け力が加えられる際に機械要素の面に傷がつく危険性がほとんどまたは全くない。したがって、第１のほぼ平坦な面および第２のほぼ平坦な面それぞれの隆起領域の数、隆起領域の範囲、および隆起領域部間の間隔を変えることにより、所定の呼び厚さ(nominal thickness)のスペーサを特定の用途のために「適合する(tune)」ことができる。

好ましくは、第１の平坦面および第２の平坦面それぞれには同数の隆起領域が設けられ、第１の面の隆起領域は、第２の面の隆起領域間に、例えば第２の面の隆起領域間の中間に介在し、その結果、使用時にスペーサがスペーサに沿ってほぼ一定に面外変形する。好ましくは、第１の平坦面および第２の平坦面それぞれには３つ以上の、より好ましくは６つ以上の隆起領域が設けられる。

スペーサは、一例ではほぼ環状であり、第１の平坦面および第２の平坦面はスペーサの軸方向に向いている。したがって、各隆起領域はスペーサの軸を中心として周上に延在していてよい。

一例では、各隆起領域は環状のスペーサの周上で、環の周りに３°〜１２°の範囲にわたって、好ましくは約６°の範囲にわたって延在しているが、締め付け荷重を維持しつつ平坦でなくなる最大で所定の面外撓みが可能になるように、より大きいかまたはより小さい隆起領域の長さが望ましい場合がある。

各平坦面の隆起領域はそれぞれ、平坦面間のスペーサの呼び厚さの２％〜１０％だけ、より好ましくは平坦面間の呼び厚さの約３％〜５％だけ、各平坦面から隆起する。しかしながら、スペーサの呼び厚さおよびスペーサが作られる材料に応じて実際に隆起領域が隆起する大きさを選択すればよく、これにより締め付け荷重が加えられる際の面外変形に対する所望の抗力を得ることができる。

通常は、スペーサの呼び厚さは約１５ｍｍであるが、機械要素間でより大きな空間が塞がれなければならない場合、本発明の第１の態様によるスペーサを複数段積み重ねて配置して組み立てても良い。

本発明の第２の態様によると、本発明者等は、使用時に、本発明の第１の態様によるスペーサを間に介してともに締め付けられる第１の機械要素および第２の機械要素の組立体を提供する。

組立体は、一例では、ヘリコプターのロータシステムのロータヘッドの部品である第１の機械要素と、ヘリコプターのギアボックスの部品である第２の機械要素とを含んでもよい。この組立体は、第１の機械要素と第２の機械要素との間の相対回転を可能にする軸受を含み、スペーサは、第１の機械要素および第２の機械要素と一緒に締め付けられることが可能であり、軸受に荷重力を与える。

次に、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

図面を参照すると、この例では、組立体１０はヘリコプターのギアボックスの出力軸である第１の機械要素１１と、ヘリコプターのメインロータシステムのロータヘッドの部品である第２の機械要素１２とを含む。

第１の機械要素１１と第２の機械要素１２との間には、第１の機械要素と第２の機械要素との間の相対回転を可能にする軸受１４がある。機械要素１１および１２は、回転軸Ａの周りで複数の締結具（図示せず）が収納開口１６に締結されると、ともに締め付けられる。機械要素１１と機械要素１２との間の空間１８には、この例では回転軸Ａを中心とした環状の形状のコンプライアントスペーサ２０がある。

第１の機械要素１１と第２の機械要素１２との間に締め付け力が加えられると、荷重力が軸受１４に加えられる。振動または熱的作用による、第１の機械要素１１と第２の機械要素１２との間の動きが機械要素１１と機械要素１２との間の間隔を変え得る場合でも、コンプライアントスペーサ２０はほぼ一定の締め付け力を維持する。

図２を特に参照すると、スペーサは、軸方向に向いた第１のほぼ平坦な面２２と、逆側の第２のほぼ平坦な面２３とを含み、第１の平坦面２２および第２の平坦面２３は、互いにほぼ平行に位置する。

この例では、第１の平坦面２２は、第１の組の隆起領域、１０個の隆起領域２５を有し、隆起領域２５はそれぞれ、環状スペーサ２０の全周長にわたって、約６°の範囲にわたって延在しているが、この範囲は、以下で説明するように、特定の用途のために必要なコンプライアンスの程度、および他の製造上の形状に応じて、例えばおよそ３°〜１２°に変えることができる。

したがって、第１の組の隆起領域２５は、環状スペーサ２０の全周長にわたってほぼ等間隔に配置し、隣り合う一対の隆起領域２５間には間隔２６がある。

第２の平坦面２３は第２の組の隆起領域２８を有し、隆起領域２８は、第１の組の隆起領域２５と同様の形状であり、同じ数である。第２の組の隆起領域２８はそれぞれ、第１の組の一対の隆起領域２５間の間隔２６に、望ましくは、第１の組の一対の隆起領域２５間のほぼ中央に位置する。

第１の組の隆起領域２５および第２の組の隆起領域２８は、この例では、ほぼ同一の形状をしており、それぞれが支持表面３０ならびにエッジ部３１および３２を有する。エッジ部３１および３２は滑らかであるため、鋭いエッジによりもたらされ得るような不連続部がなく、それにより、支持表面３０が隣接する平坦面２２および２３と滑らかにつながる。したがって、締め付け力が加えられると隆起領域２５および２８が係合する機械要素１１および機械要素１２の表面１８ａおよび１８ｂに傷をつけ得る不連続部は存在しない。

望ましくは、隆起領域２５および２８の上部／下部支持表面３０は、ごくわずかにクラウニングされて、すなわち、エッジ部３２に隣接する支持表面３０のエッジが、支持表面３０の中央部よりもわずかに低くなるように機械加工されて、スペーサ２０に荷重がかかると支持表面３０が平坦になるようにしてもよい。しかしながら、支持表面３０は、ほぼ平坦であり、支持表面３０が設けられる各平坦面２２および２３にほぼ平行である。

適切な位置のスペーサ２０によって、第１の機械要素１１と第２の機械要素１２との間に締め付け力が加えられると、スペーサは交互に位置する第１の組の隆起領域２５と第２の組の隆起領域２８との間で面外変形する。その量は、一方では締め付け力により決まり、他方ではスペーサ２０の製造材料の弾性と、隆起領域２５、２８の数および間隔と、隆起領域２５、２８の大きさとの組み合わせにより決まる。概して、スペーサ２０が軸方向に薄いほど、より大きい変形が可能となり、第１の組の隆起領域２５および第２の組の隆起領域２８間の間隔が大きいほど、より大きい変形が可能となる。

また、スペーサ２０の周上にある隆起領域２５および２８の範囲が小さいほど、より大きい変形が可能となる。

したがって、スペーサ２０は、加えられる締め付け力に対する所定の抗力を維持しつつ、最大の面外変形が可能になるように「チューニング（適合）」しうる。これによりスペーサ２０が機械要素１１と機械要素１２間をわずかに動いても一定の締め付け力を維持することができる。

説明した例では、第１の平坦面２２と第２の平坦面２３との間のスペーサ２０の呼び厚さは約１５ｍｍとすることができ、第１の組の隆起領域２５および第２の組の隆起領域２８はそれぞれ、スペーサ２０の軸方向に各平坦面２２および２３から約０．５ｍｍ隆起することができる。スペーサ２０は鋼からできていてよく、第１の組の隆起領域２５および第２の組の隆起領域２８がそれぞれ１０個である場合、スペーサ２０は約０．１ｍｍの最大面外変形が可能であり、それにより、軸受１４への予荷重を維持するためにほぼ一定の締め付け力を維持しつつ、第１の機械要素１１と第２の機械要素１２との間に動きを生じさせることができる。

本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変更を行うことができる。

例えば、上述のように、スペーサ２０の形状を変更して、スペーサ２０に与えられる最大変形およびスペーサ２０の弾性を変えることができる。スペーサは、別の組立体１０では、環状の形状ではなく、隆起領域２５および２８をそれぞれ備えた対向する平坦面２２および２３を有する、別の形状であってもよい。

各平坦面２２および２３の隆起領域２５および２８は、数または形状が同一である必要はない。

第１の機械要素１１および第２の機械要素１２の表面１８ａと表面１８ｂとの間の塞がれるべき空間１８が、１つのスペーサ２０が占めるよりも大きい場合、ともに用いられた時、使用時に変わり得る機械要素１１と機械要素１２との間の必要な距離に一致するように構成された、２つ以上のスペーサ２０、例えば、スペーサ２０のスタックが必要に応じ設けられてもよい。

本発明によるコンプライアントスペーサを組み込んだ機械要素の組立体の例示的な部分断面図である。図１の組立体のコンプライアントスペーサの例示的な拡大斜視図である。

符号の説明

１０組立体、１１第１の機械要素，１２第２の機械要素、２２第１の平坦面、２３第２の平坦面、１８ａ，１８ｂ表面、２０コンプライアントスペーサ、２５，２８隆起領域、３０支持表面、３１エッジ部。

Claims

使用時にともに締め付けられて組立体となる２つの機械要素の平坦表面の間に、使用時に配置されるコンプライアントスペーサであって、
第１のほぼ平坦な面と、該第１のほぼ平坦な面にほぼ平行に対向する第２のほぼ平坦な面とを有し、前記第１のほぼ平坦な面および前記第２のほぼ平坦な面はそれぞれ、複数の隆起領域を有し、前記第１の面の前記隆起領域は、前記第２の面の前記隆起領域に対してずれており、それにより、前記２つの機械要素が該スペーサを介してともに締め付けられると、該スペーサは使用時の締め付け荷重を維持するように面外変形し、
前記隆起領域はそれぞれ、支持表面と、前記隆起領域が該スペーサの前記平坦面それぞれとつながるエッジ部とを含み、前記支持表面は、ほぼ平坦でかつ前記第１の平坦面および前記第２の平坦面とほぼ平行であり、前記隆起領域の前記エッジ部は、急激な不連続部を伴わずに該スペーサの前記平坦面それぞれと滑らかにつながる、コンプライアントスペーサ。
前記第１の平坦面および前記第２の平坦面それぞれには、同数の前記隆起領域が設けられ、前記第１の面の前記隆起領域は、前記第２の面の前記隆起領域間に介在する、請求項１に記載のコンプライアントスペーサ。
前記第１の平坦面の前記隆起領域は、前記第２の面の前記隆起領域間の中間にある、請求項２に記載のコンプライアントスペーサ。
前記第１の面および前記第２の面それぞれには、３つ以上の、すなわち６つ以上の前記隆起領域が設けられる、請求項１に記載のコンプライアントスペーサ。
ほぼ環状である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のコンプライアントスペーサ。
前記隆起領域はそれぞれ、該スペーサの軸を中心として周上に延在する、請求項５に記載のコンプライアントスペーサ。
前記隆起領域はそれぞれ、環状の該スペーサの周上で、環の周りに３°〜１２°の範囲にわたって、好ましくは約６°の範囲にわたって延在する、請求項６に記載のコンプライアントスペーサ。
前記平坦面それぞれの前記隆起領域はそれぞれ、前記平坦面間の該スペーサの呼び厚さの２％〜５％だけ前記平坦面から隆起する、請求項１に記載のコンプライアントスペーサ。
前記平坦面それぞれの前記隆起領域はそれぞれ、前記平坦面間の該スペーサの呼び厚さの約３％だけ前記平坦面から隆起する、請求項８に記載のコンプライアントスペーサ。
前記平坦面間の該スペーサの呼び厚さは約１５ｍｍである、請求項１に記載のコンプライアントスペーサ。
使用時にスペーサを間に介してともに締め付けられる第１の機械要素および第２の機械要素の組立体であって、
第１のほぼ平坦な面と、該第１のほぼ平坦な面にほぼ平行に対向する第２のほぼ平坦な面とを有し、前記第１のほぼ平坦な面および前記第２のほぼ平坦な面はそれぞれ、複数の隆起領域を有し、前記第１の面の前記隆起領域は、前記第２の面の前記隆起領域に対してずれており、それにより、前記２つの機械要素が前記スペーサを介してともに締め付けられると、前記スペーサは使用時の締め付け荷重を維持するように面外変形し、
前記隆起領域はそれぞれ、支持表面と、前記隆起領域が前記スペーサの前記平坦面それぞれとつながるエッジ部とを含み、前記支持表面は、ほぼ平坦でかつ前記第１の平坦面および前記第２の平坦面とほぼ平行であり、前記隆起領域の前記エッジ部は、急激な不連続部を伴わずに前記スペーサの前記平坦面それぞれと滑らかにつながる、組立体。
前記第１の機械要素は、ヘリコプターのロータシステムのロータヘッドの部品であり、前記第２の機械要素は、ヘリコプターのギアボックスの部品であり、該組立体は、前記第１の機械要素と前記第２の機械要素との間の相対回転を可能にする軸受を含み、前記スペーサは、前記第１の機械要素および前記第２の機械要素が前記軸受に荷重力を与えるようにともに締め付けられることを可能にする、請求項１１に記載の組立体。