JP2007532891A - 航空機エンジンの軸の釣合いをとる装置および方法 - Google Patents

Abstract

取付プレート（２０）および標準留め具（３３）を使用することにより、組み立てられた航空機エンジン（１０）の軸（１２）の釣合いをとる装置。取付プレート（２０）は、組み立てられたエンジンの正面から接近されることができ、ノーズコーンアッセンブリ（１８）用の取付手段と、留め具（３３）によって釣合いおもりを付加することによる釣合い手段とを提供する。取付プレート（２０）は、留め具（３３）を収容するための第１群の孔（３２）および第２群の孔（３４）を備える。

Description

本発明は、一般に、釣合いをとる装置および方法に関し、より詳細には、航空機タービンエンジンの軸（ｓｈａｆｔ）の釣合いをとる装置および方法に関する。

航空機のガスタービンエンジンの主駆動軸は、製造のばらつきによる質量の不釣合いに陥りやすい。これらの軸は、エンジン動作中の軸の振動を低減するためにエンジン内に組み立てる前に釣合いをとられなければならない。

軸の不釣合いは、不釣合いの大きさおよび不釣合いの角方向によって特徴づけられる。偏心した回転質量によって引き起こされる不釣合いの大きさは、質量の重量と回転軸からの質量の径方向距離との関数である。不釣合いの角方向は、任意の基準方向に対する偏心質量の角位置によって決定される。

航空機タービンエンジンアッセンブリの後続の動作のため、エンジンが完成したときにさらに回転部品の釣合いをとる必要があることが多い。しかし、さらなる釣合いの調整は、回転部品に接近（ａｃｃｅｓｓ）できないため一般的に難しく、不釣合いがとてもひどいので再び釣合いをとるためにタービンエンジンを分解する必要があることが非常に多い。

したがって、正確にかつ簡単に軸の釣合いをとることを可能にし、航空機エンジンを完全に組み立てた後の簡略化された最終調整を可能にする、航空機タービンエンジンの軸用の改良型釣合い装置が必要である。

本発明の目的の一つは、簡単であり航空機エンジンを組み立てた後の簡略化された最終調整が可能である、航空機エンジンの軸の釣合いをとる装置および方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、円形プレートおよび複数の標準的な機械式留め具を備えた、航空機エンジンの軸の釣合いをとる装置が提供される。円形プレートは、円形プレートの内部を貫通して軸方向に延びる第１群の孔を画成する。この円形プレートは、軸に軸の前端部で同軸に取り付けられる。標準的な機械式留め具は、第１群の孔のうちの軸釣合い試験で決定された少なくとも１つの孔に選択的に係合し、それにより軸の釣合いをとるためにプレートの決定された孔に選択された釣合いおもりを付加するためのものである。

このプレートは、好ましくは、ノーズコーンを航空機エンジンに取り付ける取付ボルトを内部で受けるための、プレートを貫通して軸方向に延びる第２群の孔も備える。

本発明の他の態様によれば、航空機エンジンのノーズコーンと、少なくとも１つの釣合いおもり要素と、航空機エンジンの回転可能な軸の前端部に心合せして取り付けられるように適合された部材とを備える航空機エンジン用の装置が提供される。この部材は、複数の取付ポイントであって、ノーズコーンがその取付ポイントによってこの部材に取り付けられる複数の取付ポイントを含み、さらに、少なくとも１つの釣合いおもり要素と協働して、この部材に対して釣合いおもり要素を保持するための複数のアタッチメントポイントを含む。この少なくとも１つのおもり要素は、軸が回転の釣合いをとられるように、選択された１つのアタッチメントポイント内に保持される。

本発明のさらなる態様によれば、軸が、取付プレートであってノーズコーンをその取付プレートの片側に取り付ける取付プレートを含む、航空機エンジンの軸の釣合いをとる方法が提供される。この方法は、ノーズコーンが取り外された状態で軸の回転の不釣合いがあるか観察するステップと、航空機エンジンのケーシングの正面開口部から取付プレートに接近して、少なくとも１つの標準留め具を観察ステップ中に決定された取付プレートの複数の軸方向の孔のうち１つに設置し取り付け、それにより軸の回転の釣合いをとるステップと、を含む。

この方法は、好ましくは、プレートに付加される選択された釣合いおもりを提供するために、直径が同一で長さが異なる複数の標準留め具から少なくとも１つの標準留め具を選択するステップをさらに含む。

本発明の装置は、簡単な構成であり、２重の機能を有する。プレートは、釣合いおもりを選択的に担持するための釣合い装置として使用されるとともに、ノーズコーンをその動作位置に支持するための取付プレートとして使用される。

本発明の他の利点は、特別に構成された釣合いおもりではなく、標準留め具が航空機エンジンの軸の釣合いをとるために使用され、その結果航空機エンジンの製造費用が低減される点にある。この利点は、本発明が小型の航空機タービンエンジンに適用される場合にはさらに意義がある。

本発明の他の特徴および利点は、以下に記載した好ましい実施形態を参照することによってより良く理解される。

次に、好ましい実施形態を図によって示した添付の図面が参照される。

図面、特に図１および図２を参照すると、全体が符号１０で示される航空機のタービンエンジンは、エンジンケーシング１４内に回転可能に支持されかつエンジンのタービンロータ（図示せず）によって駆動される主軸１２を含む。ファン一体型ブレードロータ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｂｌａｄｅ ｒｏｔｏｒ）（ＩＢＲ）アッセンブリ１６が、主軸１２の前端部に、それと一緒に回転駆動されるように取り付けられている。ノーズコーン１８が、エンジンケーシング１４の正面開口部２２においてエンジンケーシング１４とファンＩＢＲアッセンブリ１６ならびにノーズコーン１８の間に環状の空気流入口が画定されるように、取付プレート２０によって主軸１２の前端部に取り付けられている。ノーズコーン１８はその背面側で、その中に、主軸１２の前端部を収容するための中心キャビティ６６を画定し、ファン用保持ナット５２が、主軸１２の前端部に係合されている。

図１、図２および図３を参照すると、取付プレート２０は、中心開口２４を有する、好ましくは旋削加工された鋼鉄製の円形プレートである。正面環状リム２６が、円形プレート２０に対して同軸に配置され、プレート２０の正面側から軸方向前向きに延びる。正面環状リム２６は、プレート２０を中心部分２８と中心部分２８よりかなり厚みのある環状部分３０とに分ける。

プレート２０の環状部分３０に、プレート２０を通って軸方向に延びる第１群の孔３２が画成される。この第１群の孔３２は、本明細書で以下にさらに説明する、米軍標準規格（Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ）（ＭＳ）タイプのねじなど標準仕様規定の留め具３３と選択的に係合するための雌ねじをその中に形成するように、それぞれねじ切りされている。第１群の孔３２は、プレート２０の環状部分３０の周方向に配置され、好ましくは互いにほぼ等間隔である。第１群の孔３２は、釣合いおもりを取付プレート２０に付加するためのアタッチメントポイントとして使用される。したがって、選択された釣合いおもり要素を正確な角方向に配置することを可能にするために、多数の孔３２を互いに近接して配置させることが好ましい。ただし、孔３２の数は、エンジン動作中、特に飛行動作中にノーズコーン１８にかかる動的空気流負荷に安全に耐えるために取付プレート２０の所定の強度および安定性を脅かさないように制限されるべきである。

第２群の孔３４も、プレート２０の環状部分３０内で、周方向に互いに等間隔に画成される。この実施形態では、１２０度だけ間隔を空けた３つの孔３４が、それを通して取付ボルト３６を受けるようにプレート２０を貫通して軸方向に延びる。それぞれの孔３４は、プレート２０の背面側３８に画成されたその開口部において縮径部分３７を含む。クリンチナット４０がプレート２０の背面側３８において各孔３４に取り付けられ、その結果クリンチナット４０が取り付けられた孔３４が、図１のノーズコーン１８を取付プレート２０に取り付けるための複数の取付ポイントを形成するようになる。各クリンチナット４０は、縮径部分３７を通って孔３４に挿入される、薄い正面縁部を備えた縮径正面部分４２を有する。クリンチナット４０を孔３４に挿入する際、クリンチナット４０の正面部分４２の薄い正面縁部が、径方向に拡張され、それにより、孔３４の縮径部分３７内にクリンチナット４０の正面部分４２が係合される。

ボルト３６が締め付けられる間にクリンチナット４０が図１の取付ボルト３６と一緒に回転するのを防止するために、クリンチナット４０の一部がその片側で（図４に示すように）切り取られ、その結果、切取側４４がプレート２０の背面環状リム４６の一部と近接して構成され配置される。この環状リム４６は、プレート２０の背面側３８から径方向後方へ延び、好ましくは孔３４とプレート２０の中心との径方向距離より短い半径を有する。環状リム４６は、好ましくはプレート２０と同軸に配置される。

プレート２０はさらに、その背面側３８から軸方向後方へ延びる、同軸に配置された背面環状リム４８を含む。環状リム４８の直径は、環状リム４６の直径より小さい。環状リム４８の内側表面は、取付プレート２０が主軸１２の前端部に取り付けられているときに取付プレート２０の位置を心合せするように、図１に示すようにファンＩＢＲアッセンブリ１６のフランジ５０にぴったり嵌まる。取付プレート２０の中心開口２４の直径は、取付プレートが主軸１２の前端部に取り付けられファンＩＢＲアッセンブリ１６の環状フランジ５０を取り囲む環状リム４８によって心合せされたときに取付プレート２０と主軸１２の間に隙間ができるように、主軸１２の直径より大きくなっている。

図１に示すように、取付プレート２０は、主軸１２の前端部に取り付けられたとき、主軸１２の前端部のねじ山と係合し取付プレート２０をファンＩＢＲアッセンブリ１６の環状フランジ５０の径方向壁部に軸方向に押し付けるために締められるファン用保持ナット５２によって、主軸１２の前端部に固定される。したがって、取付プレート２０は、軸方向にファン用保持ナット５２とＩＢＲアッセンブリ１６の間に拘束される。本発明のさらなる利点として、取付プレート２０は、ファン用保持ナット５２にそれを締めるためのトルクが加えられたときにファンＩＢＲアッセンブリ１６を損傷しないようにするためのワッシャとして働く。

図１、図５および図６を参照すると、ノーズコーン１８は、取付プレート２０に取り付けられたとき、全体的に、ファンＩＢＲアッセンブリ１６の滑らかな先細延長部分となる外形の中空円錐構成を含む。ノーズコーン１８は、例えば、その正面外側に３つの凹部５４を画定し、各凹部５４の底部である、径方向表面（図示せず）の小部分を形成している。凹部５４は、各凹部５４の底部を貫通して軸方向に延びる取付孔５６が取付プレート２０の対応する取付孔３４と位置合わせされるように、取付プレート２０のそれぞれの孔３４に対応して配置されている。取付ボルト３６は、ノーズコーン１８の位置合わせされた取付孔５６および取付プレート２０の取付孔３４を通って、さらに取り付けられているクリンチナット４０中まで挿入されることができ、クリンチナット４０にねじ係合するように締められることができる。凹部５４は、ボルト３６を締める工具を配置するための空間を提供し、径方向に延びる凹部５４の底部表面は、取付ボルト３６の頭部が当接する平坦な基部を提供する。

ノーズコーン１８は、その後方内側に、ノーズコーン１８がファンＩＢＲアッセンブリ１６の正面端部を覆い、それによりエンジンケーシング１４の開口部２２において空気流入口の滑らかな環状内壁を形成するようにファンＩＢＲアッセンブリ１６と接触するべきまたは近接した位置関係になるべき第１の外側環状径方向表面５８を画定する。ノーズコーン１８は、その内側の後方端部に、さらに第２の環状径方向表面６０および環状リム６２を含む。環状リム６２の径方向頂部表面は、ノーズコーン１８が取付プレート２０に取り付けられたとき、環状リム６２の径方向頂部表面と第２の環状径方向表面６０の両方が、外側環状部分３０で取付プレート２０の前側に当接するように、好ましくは第２の環状径方向表面６０によって決められる径方向平面内に配置される。ノーズコーン１８の環状リム６２は、その内側直径が取付プレート２０の環状リム２６の外側直径と一致し、主軸１２に関してノーズコーン１８を心合せするように取付プレート２０のリム２６の周りにぴったり嵌まる。

環状凹部６４が、第２の環状径方向表面６０と環状リム６２の間に画定され、取付孔５６が環状凹部６４の底部を貫通して軸方向に延びる。環状凹部６４は、取付プレート２０の孔３２の位置（図２を参照）に対応するように、かつ主軸１２の回転釣合い調整のために１つまたは複数のねじ孔３２内に選択的に係合される１つまたは複数の標準留め具３３を収容するように構成される。環状凹部６４は、さらに好ましくは、留め具３３が取付プレート２０のねじ孔３２内に係合するとき、留め具３３の軸方向の動きを抑制するように寸法設定される。

主軸１２の釣合い調整中は、取付ボルト３６が取り除かれ、ノーズコーン１８が取付プレート２０から取り外される。次いで、エンジン１０は、当業界で知られており詳細をさらには説明しないが、エンジンの主軸１２の回転の不釣合いがあるか観察するために始動される。主軸１２の不釣合いの大きさおよび不釣合いの角方向が観察されたとき、１つまたは複数のねじ孔３２が釣合いおもりアタッチメントポイントとして決定され、加えられるおもりの量も決定される。

次のステップは、決定された１つまたは複数のねじ孔３２内に係合するための釣合いおもりとして働く、１つまたは複数の標準留め具３３を選択することである。標準留め具３３は、好ましくは同一の直径およびねじ山を有するが、長さが異なる。適切な長さの標準留め具３３を選択することにより、決定された釣合いおもりの量と一致するようになる。

軸の釣合い調整のさらなるステップは、決定された１つまたは複数のねじ孔３２内に選択された１つまたは複数の標準留め具３３を設置し取り付けるために、エンジンケーシング１４の正面開口部２２を通って取付プレート２０に接近することである。標準留め具３３の選択された長さにかかわらず、取付プレート２０の背面側から延び出る選択された１つまたは複数の標準留め具３３の後部を収容するための、ファンＩＢＲアッセンブリ１６内で画定される環状キャビティ（図示せず）が、取付プレート２０の後部側に配設される。選択された１つまたは複数の標準留め具３３は、決定された１つまたは複数のねじ孔３２内にねじ係合される。それでも、孔３２の留め具３３を追加的に保持するために、選択された１つまたは複数の標準留め具３３および／または決定された１つまたは複数のねじ孔３２に接着剤を塗布することが好ましい。

主軸１２が釣合いをとられるとき、ノーズコーン１８は、取付プレート２０およびファンＩＢＲアッセンブリ１６の正面端部全体を覆うように元の適切な位置に配置され、次いで例えば３本の取付ボルト３６によって取付プレート２０に固定される。各取付ボルト３６は、ノーズコーン１８の位置合わせされた取付孔５６および取付プレート２０の取付孔３４を通って軸方向に延び、取付ボルト３６が締められるとき、クリンチナット４０とねじ係合される。環状凹部６４の底部は、留め具３３をさらに追加的に保持するように、それぞれの取付留め具３３の頭部に直接接触しているか、あるいはそれと近接した位置関係にある。

本発明の上述の実施形態の改変形態および改良形態が、当業者にとって明らかになり得る。前述の説明は、限定ではなく例示を意図したものである。例えば、取付ボルト３６は、取付孔３４に取り付けられたクリンチナット４０ではなく取付孔３４に直接画定されるねじ山によって取付プレート２０の取付孔３４内で係合されることができる。孔３４に取り付けられたクリンチナット４０は、この実施形態では、リム４６の一部分によって回転を防止されるように拘束される。しかし、それは、その回転を防止するように、取付プレート２０に取り付けられクリンチナット４０に接触する、ピンまたは他のよく知られた制止部材など、当技術分野で知られた他のどんな手段によっても拘束することができる。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

本発明の一実施形態による釣合いプレートとして使用されるノーズコーン取付プレートを示す、航空機のタービンエンジンの部分断面図。 図１の実施形態で使用されるノーズコーン用取付プレートの正立正面図。 取付プレートの構造細部を示す、Ａ−Ａ線に沿って取った図２の取付プレートの部分断面図。 ナットの回転を制止するための切欠部を示す、図３の取付プレートの背面側に取り付けられたクリンチナットの正立背面図。 ノーズコーン上の取付凹部を示す、図１のノーズコーンの正立正面図。 取付プレートの内側構造を示す、図１の取付プレートの正立背面図。

Claims (19)

1. 内部を貫通して軸方向に延びる第１群の孔を画成するプレートであって、前記円形プレートが軸に該軸の前端部で同軸に取り付けられたプレートと、
   前記第１群の少なくとも１つの前記孔に選択的に係合し、それにより釣合いおもりを前記プレートに付加する少なくとも１つの標準留め具と、
   を備えることを特徴とする、航空機エンジンの軸の釣合いをとる装置。
2. 前記プレートは、ノーズコーンを該プレートに取り付ける取付システムをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記取付システムは、取付ボルトを内部で受けるための、前記プレートを貫通して軸方向に延びる第２群の孔を備えることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記プレートは、その前部表面上に、前記ノーズコーンを前記軸と同軸に位置合わせする位置決め要素を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記プレートは、その後部表面上に、前記プレートを前記軸と同軸に位置合わせする位置決め要素を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記プレートは、前記プレートの後部表面の前記第２群の前記それぞれの孔に取り付けられた、前記それぞれの取付ボルトと係合する複数のクリンチナットを備えることを特徴とする請求項３記載の装置。
7. 前記プレートは、その前記後部表面に、前記それぞれのクリンチナットの回転を抑制する手段を備えることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 前記標準仕様の大きさの留め具は、同一の直径を有するが長さが異なる様々な標準ねじを備え、その結果、選択された長さを有する前記ねじの１つが、前記プレートに付加された前記選択された釣合いおもりとして前記少なくとも１つの前記第１群の孔に係合されることができることを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 前記プレートは、前記軸と前記プレートの間に隙間をおいて貫通して延びる前記軸を受ける中心開口を備え、前記軸の前端部に固定されたファン用保持ナットによって前記軸に取り付けられ、前記ファン用保持ナットと前記航空機エンジンのファンロータの径方向壁部との間に軸方向に拘束され、前記プレートを前記軸と同軸に位置合わせする前記プレートの前記後部表面上の前記位置決め要素は、前記ファンロータの軸方向表面と接触することを特徴とする請求項５記載の装置。
10. 航空機エンジンのノーズコーンと、
    少なくとも１つの釣合いおもり要素と、
    前記航空機エンジンの回転可能な軸の前端部に心合せして取り付けられた部材と、
    を備え、前記部材は、取付装置であって前記ノーズコーンが該取付装置によって前記部材に取り付けられる取付装置を含み、また前記部材は、前記おもり要素を前記部材に保持して前記軸の回転の釣合いをとるために前記少なくとも１つの釣合いおもり要素と協働するように適合されることを特徴とする、航空機エンジン用の装置。
11. 前記部材は複数のアタッチメントポイントを含む請求項１０記載の装置。
12. 前記少なくとも１つのおもり要素および前記アタッチメントポイントのそれぞれが、前記少なくとも１つのおもり要素が前記部材の前側から前記部材に保持されることが可能になるように構成されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 前記ノーズコーンおよび前記取付ポイントのそれぞれが、前記ノーズコーンを前記部材の前側から前記部材に取り付けて前記ノーズコーンによって少なくとも前記釣合いおもり要素を覆うことを可能にするように構成されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
14. 前記部材は、前記部材を前記軸に対して心合せして取り付けるために前記部材を前記軸と位置合わせする前記部材の第１の位置決め要素を備えることを特徴とする請求項１１記載の装置。
15. 前記部材は、前記ノーズコーンを前記部材と同軸に位置合わせする前記部材の第２の位置決め要素を備えることを特徴とする請求項１１記載の装置。
16. 航空機エンジンの軸の釣合いをとる方法であって、前記軸が、取付プレートであってノーズコーンを該取付プレートの片側に取り付ける取付プレートを含み、
    前記ノーズコーンが取り外された状態で前記軸の回転の不釣合いがあるか観察するステップと、
    前記航空機エンジンのケーシングの正面開口部から前記取付プレートに接近して、少なくとも１つの標準留め具を前記観察ステップ中に決定された前記取付プレートの複数の軸方向の孔のうちの１つに設置し取り付け、それにより前記軸の回転の釣合いをとるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
17. 前記プレートに付加される選択された釣合いおもりを提供するために、直径が同一で長さが異なる複数の標準留め具から前記少なくとも１つの標準留め具を選択するステップを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 前記留め具を前記孔内に追加的に保持するために、前記選択された少なくとも１つの標準留め具と、前記取付プレート上の前記決定された少なくとも１つの位置にある前記孔との間に接着剤を塗布するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
19. 前記軸の回転の釣合いがとられた後に前記ノーズコーンを前記取付プレートに取り付けるステップをさらに含み、前記ノーズコーンの壁部が、前記孔内で受けられる前記留め具を追加的に保持することを特徴とする請求項１７記載の方法。

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