JP2006300339A - ロータシャフトの支持・駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規なヘリコプタロータ支持・駆動装置を提供する。
【解決手段】ロータシャフトの支持・駆動装置は、ロータの振動を減衰するようにこのロータの周辺部に配置された複数の連通するオイルシリンダを含む軸受ダンパを有する。柔軟性のあるダイヤフラム継手が、駆動トルクを伝達するために設けられている。この柔軟性のあるダイヤフラム継手によって、ずれに対応する能力が改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータシャフトに関し、特にヘリコプタロータに適した支持・駆動装置に関する。

ロータシャフトを支持するとともにこれにトルクを伝達するために、これまで種々の装置が提案されてきた。

例えば、ヘリコプタのマストは、一般に、独立したロータトランスミッションを介してエンジンにより駆動され、このロータトランスミッションは、比較的複雑でかつ柔軟性のある関節式取付構造体によってヘリコプタの機体に取り付けられている。このような取付構造体は、ロータの飛行荷重および動的荷重が機体へ伝達されるのを制御するように設計する必要がある。トランスミッションが、エンジンに組み込まれ、かつ機体の振動を減少させる単純な取付構造体によって機体に取り付けられる新規な装置を提供することが有利である。

ロータが振動などによって径方向に変位する場合に、スクイーズフィルム軸受ダンパを使用して、高速ロータの動的変動によって生じる特定の径方向振動を吸収することが提案されてきた。典型的には、オイルなどの減衰流体が、ロータを支持する軸受を囲む環状のチャンバ内に注入される。環状のチャンバに対するロータおよび軸受の径方向振動によって、軸受の径方向振動とは反対向きの流体力学的な力が発生する。オイルで発生する剪断作用によって、径方向振動が効果的に減衰される。

このようなスクイーズフィルム軸受は、高周波数でかつ低エネルギーの振動を効果的に減衰するが、低周波数でかつ比較的高いエネルギーの振動を吸収する新規な流体ダンパが求められている。

また、ロータシャフトの径方向振動を吸収するとともに、ロータシャフトにトルクを確実に伝達するように設けられた新規なトランスミッション装置も求められている。

従って、本発明の目的は、減衰能が改善された新規な流体ダンパ軸受装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ロータのずれを補償するように設けられた新規なトランスミッション装置を提供することである。

本発明のまた他の目的は、新規なヘリコプタロータ支持・駆動装置を提供することである。

従って、本発明では、ロータシャフトを支持する軸受の径方向振動を吸収する流体ダンパが提供され、この流体ダンパは、流体が収容された複数のシリンダを有し、これらのシリンダは、軸受の周りに同心状に位置するように周方向に配置される。各々の流体シリンダは、軸受に対して径方向に方向づけられており、軸受の径方向運動を防ぐように、ピストンが減衰流体に対して摺動可能に内部に設けられているチャンバを画成する。

本発明の他の形態では、ロータシャフト用の駆動連結部が提供されており、この駆動連結部は、第１の噛合構造体を備える駆動部材と、第２の噛合構造体を備えるとともにロータシャフトと共に回転するように設けられた被駆動部材と、互いに対して柔軟に連結された第３および第４の噛合構造体を備えるとともに、ロータシャフトの周りに取り付けられるように設けられた中間ダイヤフラム継手と、を有する。第３および第４の噛合構造体は、第１および第２の噛合構造体とそれぞれ噛合係合して、被駆動部材が駆動部材と共に回転することを可能にする。

本発明のさらに他の形態では、ヘリコプタロータの支持・駆動装置が提供され、この支持・駆動装置は、ヘリコプタの機体にしっかりと固定されるように設けられた固定ハウジングと、この固定ハウジングを通って延在するヘリコプタロータと、ヘリコプタロータを固定ハウジング内で回転可能に支持する軸受と、固定ハウジングに対するヘリコプタロータの径方向振動を吸収する流体ダンパ構造体と、固定ハウジング内に取り付けられるとともに第１の噛合構造体を備える駆動部材と、ヘリコプタロータと共に回転するとともに第２の噛合構造体を備える被駆動部材と、ヘリコプタロータの周りに取り付けられた中間ダイヤフラム継手と、を含み、中間ダイヤフラム継手は、軸方向に離間されるとともに互いに対して柔軟に連結された第３および第４の噛合構造体を備えており、これらの第３および第４の噛合構造体は、第１および第２の噛合構造体とそれぞれ噛合係合して駆動部材から被駆動部材およびヘリコプタロータにトルクを伝達する。

図１には、一体型のヘリコプタトランスミッションでの使用に適するメインロータシャフトの支持・駆動装置１０が示されている。このような一体型のヘリコプタトランスミッションでは、１９９９年９月３０日出願の米国特許出願第０９／４０９９９１号に開示されているように、ヘリコプタのエンジンとトランスミッションとが、ヘリコプタの機体にしっかりと固定された単一のユニットにモジュール式に組み込まれている。

支持・駆動装置１０は、一般に、頂部スラスト玉軸受１１と、球状のスラストころ軸受１２と、ヘリコプタの機体（図示省略）にしっかりと固定された固定ハウジングアセンブリ１８を通って上向きに延在するヘリコプタロータ１６を回転可能に支持するように協働する底部ころ軸受１４と、を含む。

頂部スラスト玉軸受１１は、ロータ１６の周囲に圧入されている。ベローズ２０が、反対側の端部でそれぞれ軸受１１と、ロータ１６の周囲でハウジングアセンブリ１８の頂部にはまったカバー２２と、に取り付けられている。ベローズ２０とカバー２２とは、溶接されているとともに、炭素製の端面シール要素を担持している。ベローズ２０とカバー２２とは、ハウジングアセンブリ１８にボルト留めすることができる。螺旋状の保持リング２４が、カバー２２の上部でロータ１６に固定されており、スリンガとして機能する。

球状のスラストころ軸受１２は、頂部スラスト玉軸受１１と一組の皿ばね２６によって予負荷を受ける。球状のスラストころ軸受１２は、ロータ１６とともに移動するようにロータ１６に固定された内側軌道輪２８と、ハウジングアセンブリ１８に固定された相補的な接触構造体２９と係合する外側軌道輪３０と、内側および外側の軌道輪２８，３０の間に設けられた複数の球状のころ３２とを含む。外側軌道輪３０と接触構造体２９とは、協働して、ヘリコプタの運転中にロータ１６が軸方向で分離するのを防止する。

図２，図３に示すように、流体軸受ダンパ３４が、ロータの動的変動による振動に対応してこれを吸収するように、底部ころ軸受１４の周りに設けられている。

流体軸受ダンパ３４は、ころ軸受１４を支持する円筒形の壁３８を有し、かつハウジング１８に固定された柔軟性のある支持体３６を含む。柔軟性のある支持体３６は、軸受の同心性を維持するとともに、軸受１４が、ロータ１６の中心軸Ａを中心としてロータ１６と共に軌道に沿って径方向で移動するのを許容するように所定の剛性を有する。

柔軟性のある支持体３６の円筒形の壁３８は、複数の接続されたオイルシリンダ４２を含む固定シリンダリング４０にはめ込まれている。リング４０は、柔軟性のある支持体３６の撓みを制限するスナッバとして機能する。リング４０は、固定ハウジング１８に固定された円筒状の支持体４４にしっかりとはまってこれに支持されている。

図３に示すように、各々のオイルシリンダ４２は、リング４０の外側環状面４８に画成されたチャンバ４６と、ロータ１６の中心軸Ａに対して径方向に移動するようにチャンバ４６内に摺動可能に設けられたピストン５０と、を含む。チャンバ４６は、反対側に位置する第１および第２の端部５２，５４をそれぞれ有する。各々のチャンバ４６の第１の端部５２は、支持体４４の内側円筒面５６によって閉鎖されている。各々のピストン５０は、関連するチャンバ４６の第２の端部５４を通って外向きに延在するピストンロッド５８を含む。これらのピストンロッド５８は、リング４０の径方向内側に延在して柔軟性のある支持体３６の外側円筒面６０と接触しており、これにより、各々のピストン５０が、軸受１４およびロータ１６の径方向運動を防ぐように、柔軟性のある支持体３６によって減衰流体すなわちオイルに対して押し付けられることが可能になっている。

オイルシリンダ４２を流体的に連通させるように、それぞれのチャンバの間に流路６２が設けられている。各々の流路６２は、支持体４４の内側円筒面５６と、リング４０の外側面４８に形成された溝６４と、によって形成される。連通する流路６２は、必ずしも同じ寸法でなくてもよい。しかし、流路６２は、全て流体入口６８と流体出口６６とを有する。流体出口６６は、チャンバ４６の第一の端部５２に設けられており、流体入口６８は、軸受荷重によってピストン５０がチャンバ４６内に押し込まれたときに、これらのピストン５０によって閉鎖されるように、第一の端部５２から離れて設けられている。このような流路６２の構成によって、オイルは、関連するピストン５０が押し込まれるチャンバ４６を起点として、主に各々のチャンバ４６を連続的に通って所定の方向で確実に流れるようになる。さらに、ロータ１６の回転方向に対応するチャンバ４６の側面に流体入口６８を設けることで、オイルの流れがシャフトの回転方向と同じになる。

オイルの流れは、支持体４４に画成されるとともに流路６２と連通する複数の供給孔７０によって調整される。ピストン５０とチャンバ４６との間の間隙からオイルが漏れる。

流体軸受ダンパ３４は、軸受荷重およびロータの回転によってオイルフィルムが圧縮（剪断）されることによってエネルギが吸収される従来のスクイーズフィルムダンパと同様に動作する。しかし、本発明では、オイルフィルムの代わりにシリンダ４２が用いられ、オイルの圧縮によってより高い荷重および振動エネルギに対応する抗力が発生する。

図１を参照すると、駆動アセンブリ７２の一部を構成するベベルギア７６が、ヘリコプタエンジン（図示省略）によって発生した機械的動力をロータ１６に伝達するように減速ベベルギア８０と噛合係合している。

ベベルギア７６は、適切な軸受７８によってハウジングアセンブリ１８に対して回転可能に支持されている。減速ベベルギア８０は、適切な手段によってハウジングアセンブリ１８と支持体４４とにそれぞれ固定された転がり軸受８２，８４を介してロータ１６の周りに取り付けられた中央管状部分７４を備える。

太陽ギア構造体８６が、ロータ１６の周りに配置されるとともに、その下端部で自由スプラインを介してベベルギア８０の中央管状部分７４の内側面に接続されている。太陽ギア構造体８６は、遊星ギア８８と噛み合っており、この遊星ギアは、太陽ギア８６の周りに同心状に配置されるとともにハウジング１８に位置９２などで固定された固定内部リングギア９０とも噛み合っている。遊星ギア８８は、遊星キャリア９４に坦持されており、この遊星キャリア９４は、最大のずれを許容するように設計された柔軟性のある自由スプライン継手９６を介してロータ１６に動作可能に接続されている。

柔軟性のある自由スプライン継手９６は、軸方向に離間された２つのディスク部材９８，１００の形態で提供されており、これらのディスク部材９８，１００は、ロータ１６の周りにはまっているとともに、ディスク部材９８，１００の内径に設けられた円筒形のウェブ１０２によって互いに連結され、曲げ剛性が低いダイヤフラム構造体を構成する。これにより、使用時にディスク部材９８，１００が互いに対して撓んで、ロータ１６の傾きを補償することができるようになっている。

ディスク部材９８，１００の周辺部には、周方向に配列された第１および第２の歯列１０４，１０６が設けられている。第１および第２の歯列１０４，１０６は、それぞれ第１および第２のスプラインを構成する。第１の歯列１０４は、遊星キャリア９４の内側環状面に周方向に設けられた対応する歯列１０８と噛合係合する。同様に第２の歯列１０６は、ロータ１６に接続されたディスク部材１１２の内側環状面に周方向に設けられた対応する歯列１１０と噛合係合する。柔軟性のある自由スプライン継手９６は、遊星キャリア９４とディスク部材１１２との間でロータの周りに自由にはまっており、これらの間でトルクを伝達するとともに、遊星キャリア９４とディスク部材１１２すなわちロータ１６との間の制限された相対的な角運動を許容する。

ディスク部材１１２は、ロータ１６に設けられた軸方向に延在する歯１１６と噛合係合する周方向に設けられた内側の歯列１１４を備えており、これにより、ディスク部材１１２からロータ１６にトルクが伝達可能となっている。ディスク１１２は、固定されたスプラインなどによってロータ１６に取り付けることもできる。

図１に示すように、球状のころ軸受１２の外側軌道輪３０は、ヘリコプタロータの中心軸Ａと自由スプライン継手９６の対称平面との交点に対応する中心を有する仮想の球体上に設けられており、この交点では、ロータ１６の径方向の撓みが最小であり、すなわち自由スプライン継手９６の径方向のずれが最小である。

本発明は、ヘリコプタロータに関して説明したが、他の用途のロータシャフトの支持および駆動にも使用可能である。

ヘリコプタロータの支持・駆動装置の断面図である。 図１のヘリコプタロータの支持・駆動装置の底部の拡大断面図である。 図２のの３−３線に沿った断面図である。

Claims (30)

1. ロータシャフトを支持する軸受の径方向振動を吸収する流体ダンパであって、この流体ダンパは、流体が収容された一連のシリンダを有し、これらのシリンダは、前記軸受の周りに同心状に位置するように周方向に配置されており、前記各々の流体シリンダは、前記軸受に対してそれぞれ径方向に方向づけられているとともに、該軸受の径方向運動を防ぐように、ピストンが減衰流体に対して摺動可能に設けられているチャンバを画成していることを特徴とする流体ダンパ。
2. 前記各々のチャンバは、流体的に連通していることを特徴とする請求項１記載の流体ダンパ。
3. 前記各々のチャンバは、これらのチャンバの間に延在する流路によってループ状に連続して接続されており、前記流路は、前記の関連するピストンが押し込まれるチャンバを起点として、減衰流体が各々のチャンバを通って所定の方向で連続的に流れるように設けられていることを特徴とする請求項２記載の流体ダンパ。
4. 前記流路は、流体入口と流体出口とをそれぞれ有し、前記流体入口は、前記ピストンが前記チャンバ内に所定の挿入深さまで押し込まれたときに、該ピストンによって閉鎖されるように設けられていることを特徴とする請求項３記載の流体ダンパ。
5. 前記各々のピストンは、対応するチャンバの第２の端部とは反対側の第１の端部から外向きに延在するピストンロッドをそれぞれ有しており、前記流体出口は、前記チャンバの第２の端部の高さに設けられていることを特徴とする請求項４記載の流体ダンパ。
6. 前記チャンバは、固定リング部材に設けられており、前記各々のピストンは、前記軸受の径方向振動に応答して個々に動作可能となるように、前記固定リング部材の径方向内側に延在するピストンロッドを含むことを特徴とする請求項１記載の流体ダンパ。
7. 前記固定リング部材は、円筒形の支持体の内部にはめ込まれており、この円筒形の支持体は、前記固定リング部材の外側面を密に取り囲んで前記各々のチャンバを閉鎖する内側面を有することを特徴とする請求項６記載の流体ダンパ。
8. 支持体をさらに含み、この支持体は、前記の周方向に設けられた一連のシリンダ内で前記軸受を同心状に支持し、かつ軸受荷重による該軸受の抑制された径方向振動を許容するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の流体ダンパ。
9. 前記シリンダは、リングに設けられており、前記各々のピストンは、前記軸受の径方向振動に応答して、前記シリンダが該軸受によって個々に動作可能となるように、前記リングの径方向内側に延在するピストンロッドを含むことを特徴とする請求項１記載の流体ダンパ。
10. ロータシャフト用の駆動連結部であって、この駆動連結部は、第１の噛合構造体を備える駆動部材と、第２の噛合構造体を備えるとともに前記ロータシャフトと共に回転するように設けられている被駆動部材と、互いに対して柔軟に連結された第３および第４の噛合構造体を含むとともに前記ロータシャフトの周りに取り付けられるように設けられている中間ダイヤフラム継手と、を有し、前記第３および第４の噛合構造体は、前記被駆動部材が前記駆動部材と共に回転可能となるように、前記第１および第２の噛合構造体とそれぞれ噛合係合していることを特徴とする駆動連結部。
11. 前記第３および第４の噛合構造体は、軸方向に離間された一対のディスク状部材の周辺部に周方向で設けられた第３および第４の歯列をそれぞれ含み、前記ディスク状部材は、互いに対して撓んで前記ロータシャフトのずれを補償することができるように、ウェブによって内径で連結されていることを特徴とする請求項１０記載の駆動連結部。
12. 前記ダイヤフラム継手は、前記駆動部材と前記被駆動部材との間で前記ロータシャフトの周りに自由にはまるように設けられていることを特徴とする請求項１０記載の駆動連結部。
13. 前記第１の噛合構造体は、前記駆動部材の内径に周方向で設けられた第１の歯列を含み、前記第２の噛合構造体は、前記被駆動部材の第１の内径に周方向で設けられた第２の歯列を含むことを特徴とする請求項１１記載の駆動連結部。
14. 前記被駆動部材は、該被駆動部材の第１の内径の内側で同心状に設けられた第２の内径を有し、この第２の内径には、前記ロータシャフトの対応する歯列と噛合係合するように第５の歯列が周方向で設けられていることを特徴とする請求項１３記載の駆動連結部。
15. ヘリコプタロータの支持・駆動装置であって、この支持・駆動装置は、ヘリコプタの機体にしっかりと固定されるように設けられた固定ハウジングと、この固定ハウジングを通って延在するヘリコプタロータと、前記ヘリコプタロータを前記固定ハウジング内に回転可能に支持する軸受と、前記固定ハウジングに対する前記ヘリコプタロータの径方向振動を吸収する流体ダンパ構造体と、前記固定ハウジング内に取り付けられるとともに第１の噛合構造体を備える駆動部材と、前記ヘリコプタロータと共に回転するとともに第２の噛合構造体を備える被駆動部材と、前記ヘリコプタロータの周りに取り付けられ、かつ軸方向に離間されるとともに互いに対して柔軟に連結された第３および第４の噛合構造体を備える中間ダイヤフラム継手と、を含み、前記第３および第４の噛合構造体は、前記駆動部材から前記被駆動部材および前記ヘリコプタロータにトルクを伝達するために、前記第１および第２の噛合構造体とそれぞれ噛合係合していることを特徴とする支持・駆動装置。
16. 前記第３および第４の噛合構造体は、軸方向に離間された一対のディスク状部材の周辺部に周方向で設けられた第３および第４の歯列をそれぞれ含み、前記ディスク状部材は、互いに対して撓んで前記ロータシャフトのずれを補償することができるように、ウェブによって内径で連結されていることを特徴とする請求項１５記載の支持・駆動装置。
17. 前記ダイヤフラム継手は、前記駆動部材と前記被駆動部材との間で前記ロータシャフトの周りに自由にはまるように設けられていることを特徴とする請求項１５記載の支持・駆動装置。
18. 前記第１の噛合構造体は、前記駆動部材の内径に周方向で設けられた第１の歯列を含み、前記第２の噛合構造体は、前記被駆動部材の第１の内径に周方向で設けられた第２の歯列を含むことを特徴とする請求項１６記載の支持・駆動装置。
19. 前記被駆動部材は、該被駆動部材の第１の内径の内側で同心状に設けられた第２の内径を有し、この第２の内径には、前記ヘリコプタロータの対応する歯と噛合係合するように第５の歯列が周方向で設けられていることを特徴とする請求項１８記載の支持・駆動装置。
20. 前記軸受は、頂部軸受と底部軸受とを含み、前記流体ダンパ構造体は、前記底部軸受の周りに設けられていることを特徴とする請求項１５記載の支持・駆動装置。
21. 前記流体ダンパ構造体は、周方向に配置されるとともに前記底部軸受の周りに同心状に位置する一連の流体シリンダを有し、前記各々の流体シリンダは、前記底部軸受に対してそれぞれ径方向に方向づけられているとともに、該底部軸受の径方向運動を防ぐように、ピストンが減衰流体に対して摺動可能に設けられているチャンバを画成していることを特徴とする請求項２０記載の支持・駆動装置。
22. 前記各々のチャンバは、流体的に連通していることを特徴とする請求項２１記載の支持・駆動装置。
23. 前記各々のチャンバは、これらのチャンバの間に延在する流路によってループ状に連続して接続されており、前記流路は、前記の関連するピストンが押し込まれるチャンバを起点として、減衰流体が各々のチャンバを通って所定の方向で連続的に流れるように設けられていることを特徴とする請求項２２記載の支持・駆動装置。
24. 前記流路は、流体入口と流体出口とをそれぞれ有し、前記流体入口は、前記ピストンが前記チャンバ内に所定の挿入深さまで押し込まれたときに、該ピストンによって閉鎖されるように設けられていることを特徴とする請求項２３記載の支持・駆動装置。
25. 前記各々のピストンは、対応するチャンバの第２の端部とは反対側の第１の端部から外向きに延在するピストンロッドをそれぞれ有しており、前記流体出口は、前記チャンバの第２の端部の高さに設けられていることを特徴とする請求項２４記載の支持・駆動装置。
26. 前記チャンバは、固定リング部材に設けられており、前記各々のピストンは、前記底部軸受の径方向振動に応答して個々に動作可能となるように、前記固定リング部材の径方向内側に延在するピストンロッドを含むことを特徴とする請求項２１記載の支持・駆動装置。
27. 前記固定リング部材は、円筒形の支持体にはめ込まれており、この円筒形の支持体は、前記固定ハウジング内にしっかりと支持されているとともに、前記固定リング部材の外側面を密に取り囲んで前記各々のチャンバを閉鎖する内側面を有することを特徴とする請求項２６記載の支持・駆動装置。
28. 支持体をさらに含み、この支持体は、前記の周方向に配置された一連の流体シリンダ内で前記底部軸受を同心状に支持するように前記固定ハウジングに固定されており、かつ前記ヘリコプタロータに伴う前記底部軸受の抑制された径方向振動を許容するように設けられていることを特徴とする請求項２１記載の支持・駆動装置。
29. 前記シリンダは、リングに設けられており、前記各々のピストンは、前記底部軸受の径方向振動に応答して、前記シリンダが該底部軸受によって個々に動作可能となるように、前記リングの径方向内側に延在するピストンロッドを含むことを特徴とする請求項２１記載の支持・駆動装置。
30. 前記頂部軸受は、内側軌道輪と外側軌道輪の間に設けられた複数のころを有する球状のスラストころ軸受を含み、前記外側軌道輪は、前記ヘリコプタロータの中心軸Ａと前記ダイヤフラム継手の対称平面との交点に中心を有する仮想の球体上に設けられていることを特徴とする請求項２０記載の支持・駆動装置。

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