JP2008157451A - 一体型のオーバカップル保護を備える歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトが固定されたピニオンが、歯車毎の伝達イールドを維持するために、下流側ピニオンに回転運動を伝達することを可能にする。
【解決手段】本発明は、ピニオンとシャフトとの間のオーバカップルの場合に、シャフトからピニオンを切り離すように構成された、分離できる要素により支持体内に回転可能に取り付けられたシャフトと一体のピニオンを備える歯車に関し、保留状態のピニオンの案内モジュールが、シャフトからピニオンの切り離しの場合に、ピニオンを支持体の内部で回転状態に保持するように構成されることを特徴とする。ターボ機械において、このような歯車を備える歯車箱は、歯車箱内のシャフトの故障の場合に、補助機械の駆動を可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車分野、詳細にはターボ機械において補助機械を駆動するための歯車箱内にある歯車に関する。

歯車は、時計から重工業減速装置まで、運動を伝達する機構のすべての部分で使用されている。歯車は、それぞれ回転シャフトに取り付けられた、２つの歯付きピニオンから構成される。駆動シャフトは、ピニオンを回転駆動し、前記ピニオンは、シャフトと一体に取り付けられる。駆動するピニオンの歯は、駆動するシャフトから駆動されるシャフトに回転運動を伝達するために、駆動されるピニオンの歯と係合される。２つより多い歯付きピニオンが係合される場合、これは歯車列と称される。

歯車列は、運動連鎖を形成する複数の直列歯車を備える。運動連鎖から上流側に取り付けられるモータシャフトは、このシャフトが一体に構成されるピニオンを回転駆動する。運動連鎖においてモータシャフトから下流側に配置される、歯車列のピニオンは、モータシャフトの回転により段階的に回転駆動される。

所与のピニオンに対して運動連鎖の上流側および下流側にそれぞれ配置されるピニオンは、本明細書において以下では、上流側および下流側ピニオンと称され、上流側ピニオンは、所与のピニオンに回転動作を伝達し、下流側ピニオンは、所与のピニオンにより回転駆動される。

歯車列は、有利には、モータシャフトから複数のシャフトを回転駆動し、各駆動されるシャフトは、１つの機械をそれぞれ駆動する。本発明は、詳細には、補助機械を駆動するためのターボジェット内にある歯車列に関する。

歯車の直列取付けでは、駆動シャフトが動かなくなるかまたは固定された場合、シャフトと一体のピニオンは回転できない。運動連鎖のすべてのピニオンが、妨害される可能性がある。歯車列を、このような仮定においても作動を続行させるために、可融手段を提供することが知られている。

従来技術では、シャフトに搭載された矩形のウェッジが設けられたシャフトに取り付けられた２つのピニオンで形成された歯車がある。これらのピニオンは、それぞれウェッジの形状に対応して、内側リングに矩形のノッチを備える。作動中は、ピニオンが、シャフトに取り付けられ、ノッチは、ピニオンをシャフトと一体にするためにウェッジを保持する。

歯車列のシャフトの１つが動かなくなると、そのシャフトが固定されるピニオンは、上流側ピニオンにより生じるオーバカップルを受ける。オーバカップルは、ウェッジを壊し、それにより、ピニオンが、このシャフトから切り離されるという効果を有する。上流側ピニオンは、切り離されたピニオンをシャフトの周りに回転駆動する。運動連鎖は、維持されるが、非常に短いことがある期間の間である。なぜなら、ピニオンが、ずれかつ横断方向および径方向に動く傾向があり、これは、時には歯車停止にいたらせ、これにより、下流側に取り付けられた補助機械は、もはや供給されないからである。結合の損失は、歯車に、詳細にはこれら歯車に取り付けられる機械に発生する。

本発明の１つの目的は、そのシャフトが固定されたピニオンが、歯車毎の伝達イールド（ｙｉｅｌｄ）を維持するために、下流側ピニオンに回転運動を伝達することを可能にすることである。

この目的のために、本出願人は、ピニオンとシャフトとの間のオーバカップルの場合にシャフトからピニオンを切り離すように構成された、分離できる（ｃｌｅａｖａｂｌｅ）要素によって、支持体内に回転可能に取り付けられたシャフトと一体のピニオンを備える歯車を提供し、保留状態にあるピニオン案内モジュールは、シャフトからピニオンの切り離しの場合に、ピニオンを支持体の内側で回転可能に保持するように構成されることを特徴とする。

有利には、歯車列から補助ピニオンと一体化されるシャフトが、動かなくなるかまたは固定される場合、重要な結合を受けるピニオンは、「ヒューズ」としての機能を果たす分離できる要素によりシャフトから切り離される。その時点まで保留状態である案内モジュールが、作動される。この案内モジュールにより、切り離されたピニオンが、支持体の内部で回転して案内されることを可能にする。故障にも関わらず、歯車レベルにおけるイールドは、維持される。

好ましくは、分離できる素子は、ピニオンとシャフトとの間に取り外し可能に取り付けられる。

さらに好ましくは、分離できる素子は、ピニオンとシャフトとの間で輪形になっている１つのディスクにより形成され、ディスクは、複数の径方向アームを備える。

さらにより好ましくは、案内モジュールは、案内ローラを備え、この案内ローラの回転軸は、シャフトの回転軸と垂直または平行に向けられる。

案内ローラは、有利には、切り離されたピニオンの軸方向および／または横断方向の運動を、強制的に生じさせることにより、支持体内のピニオンの回転を案内可能にする。

さらにより好ましくは、ピニオンは、案内ローラと協働する表面部分を備える。

本発明の別の態様によれば、補助歯車の箱は、複数の歯車を備え、少なくとも１つの歯車は、本発明による歯車である。

好ましくは、歯車箱は、ターボ機械の補助機械を駆動する。

本発明の別の態様によれば、ターボ機械は、このような歯車箱を備える。

本発明は、添付図面に関連する以下の説明からより詳細に理解されるであろう。

図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態では、ターボジェット（図示せず）は、歯車箱１００を備える。歯車箱１００は、箱１００内で支持される歯車列のシャフトに取り付けられる補助機械を駆動するように作用する。このような箱１００は、一般に、「アクセサリ歯車箱」に対する文字記号ＡＧＢと称される。

図１を参照すると、歯車列は、本明細書では、歯１１、２１、３１をそれぞれ有する３つのピニオン１０、２０、３０を備える。ピニオン１０、２０、３０は、直列に配置され、運動連鎖を形成する。モータシャフトは、ピニオン１０を回転駆動する。回転運動は、歯２１と係合する歯１１によりピニオン２０に伝達され、ピニオン１０、２０は、第１の歯車を形成し、ピニオン２０、３０は、第２の歯車を形成する。

ピニオン２０は、回転可能なシャフト２０１に一体に取り付けられる。ピニオン２０が、上流側ピニオン１０により回転駆動されると、ピニオン２０は、それ自体によりシャフト２０１を駆動する。

シャフト２０１は、箱１００内でシャフト２０１の回転を案内するために、ピニオン２０の各側面にそれぞれ配置される軸受７１、７２により支持される。軸受７１、７２は、本明細書ではローラ軸受として示される。

ピニオン２０は、外側面２８１、内側面２８３、および２つの端部横断方向面２８２を有する円筒リング２８を備える。外側面２８１は、３つのストリップ、すなわち１つの中心ストリップおよび２つの側面ストリップから構成される。歯２１は、中心ストリップ上に配置され、両側のストリップには歯がない。

ディスク４０は、シャフト２０１とリング２８との間に取り付けられ、シャフト２０１をピニオン２０と一体にし、ディスクは、有利にはフーピング（ｈｏｏｐｉｎｇ）により取り付けられる。ディスク４０は、２つの同軸リング４４、４５を備え、外側リング４４は、径方向アーム４２により内部リング４５に連結される。

ディスク４０のリング４４の外側面は、リング２８の内側面２８３に当接し、リング４５の内側面は、シャフト２０１と一体である。

ディスク４０のアーム４２は、所定のしきい値を超える、シャフト２０１とピニオン２０との間の結合値に屈するように構成される、「分離できる」部分４２２を有するように形成される。

図１を参照すると、案内モジュール５０は、シャフトともはや一体ではないとき、箱１００の内部の回転運動でピニオン２０を案内するように構成される。保留状態にあるモジュール５０は、ピニオン２０と平行に配置される。

案内モジュール５０は、案内ローラ５１〜５８のための支持体を形成する円筒部分５９を備え、案内ローラは、円筒部分５９の各横断方向面にそれぞれ配置される、２組の４つの案内ローラ５１〜５４、５５〜５８に分割されている。

４つのローラ５１〜５４は、最も近いピニオンの各横断方向面に配置され、ローラ５１〜５４の回転軸は、シャフトの軸２０１と平行に向けられている。ローラ５１〜５４は、ディスク４０が、もはやシャフト２０１と一体ではないとき、その上をリング２８の外側面２８１が案内されるトラックを備える。

４つのローラ５５〜５８は、ローラ５１〜５４に対向する横断方向面に配置され、ローラ５５〜５８の回転軸は、シャフト２０１の軸に垂直の方向に向けられる。ローラ５５〜５８は、ディスク４０が、もはやシャフトとは一体ではないとき、その上をリング２８の側面２８２が案内されるトラックを備える。

図２を参照すると、箱は、切り離されているとき、回転運動でピニオン２０を案内するように構成される第２の案内モジュール６０を備える。保留状態の案内モジュール６０は、箱１００の内部でピニオン２０と平行に配置される。

案内モジュール６０は、案内ローラ６１〜６８のための支持体を形成する円筒部分６９を備え、案内ローラは、円筒部分６９の各横断方向面にそれぞれ配置される、２組の４つの案内ローラ６１〜６４、６５〜６８に分割される。

４つのローラ６１〜６４は、最も近いピニオンの各横断方向面に配置され、ローラ６１〜６４の回転軸は、シャフトの軸２０１と平行に向けられる。ローラ６１〜６４は、ディスク４０が、もはやシャフト２０１と一体ではないとき、リング２８の外側面２８３が案内されるトラックを備える。

４つのローラ６５〜６８は、ローラ６１〜６４と対向する横断方向面に配置され、ローラ６５〜６８の回転軸は、シャフトの軸２０１に垂直に向けられる。ローラ６５〜５８は、ディスク４０が、もはやシャフト２０１と一体ではないとき、リング２８の側面２８２が案内されるトラックを備える。

歯車列の通常動作において、上流側ピニオン１０は、ピニオン２０を回転駆動し、受けられる結合は、しきい値より低い。

回転運動が、ピニオン２０により下流側ピニオン３０に伝達される。案内モジュール５０、６０は、保留状態、すなわち非作動状態であり、ピニオン２０から間隔を空けて停止している。

シャフト２０１が動かなくなると、回転運動は乱される。しきい値を超えるオーバカップルが、ピニオン２０とシャフト２０１との間で生じ、アーム４２が屈する。各アーム４２の「可融」部分４２２は、シャフト２０１からピニオン２０を切り離すように屈し、ピニオン２０は回転駆動され、動かなくなったシャフト２０１は固定状態に留まる。

ピニオン２０の切り離し後、このピニオンは、軸方向および横断方向に自由に動かない。ピニオン２０が、横断方向に上流側ピニオン１０により駆動されると、リング２８の外側面２８１は、平行軸５１〜５４、６１〜６４を有する案内ローラの少なくとも１つに接触する。ピニオン２０の横断方向運動が強制され、シャフト２０１に対するピニオン２０の回転は、箱１００の内部で案内される。

ピニオン２０が、上流側ピニオン１０により長手方向に駆動されると、リング２８の側面は、垂直軸５５〜５８、６５〜６８を有する案内ローラの少なくとも１つに接触する。ピニオン２０の軸方向動作が強制され、シャフト２０１に対するピニオン２０の回転が案内される。

両方の案内モジュール５０、６０により、ピニオン２０の軸方向および横断方向運動が強制され、シャフト２０１を中心とするピニオン２０の回転のみが許容される。その結果、切り離されたピニオンは、箱１００と接触せず、箱の内部で案内される。シャフト２０１の故障状態にも関わらず、歯車のイールドは最適化され、運動連鎖は保存される。

図３を参照すると、案内モジュール５０、６０は、平行軸を有するローラと同数の垂直軸を有するローラを備える。しかしながら、径方向軸を有するローラの数は、平行軸を有するローラの数と比較して増加されることができ、あるいは所望の案内機能に応じ、逆にできる。

単一の案内モジュール５０は、ピニオン２０を案内するには十分であり得るが、２つの案内モジュール５０、６０が、ピニオン２０の各面に結合されると、案内は最適化される。

ピニオン２０とシャフト２０１との間に配置されるディスク４０は、故障後に容易に取り外し可能である。交換は、迅速、簡単、および安価である。シャフト２０１が動かなくなると、オーバカップルにより提供されるエネルギは、ディスク４０により吸収され、シャフト２０１およびピニオン２０などの高価な部品を交換する必要がない。

ターボ機械のレベルでは、本発明により、歯車箱は、歯車列のシャフトの故障に関わらず、補助機械を駆動することができる。

１つの案内モジュールのみを備える本発明の歯車の斜視図である。 ２つの案内モジュールを備える図１の歯車の斜視図である。 図２の歯車の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、歯車箱の断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０ ピニオン
２１ 歯
２８ リング
４０ 分離できる要素
４２ アーム
４４、４５ 同軸リング
５０ 案内モジュール
５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８ 案内ローラ
５９、６９ 円筒部分
６０ 第２の案内モジュール
７１、７２ 軸受
１００ 支持体
２０１ シャフト
２８１、２８２ 表面部分

Claims (8)

1. ピニオン（２０）とシャフト（２０１）との間のオーバカップルの場合に、シャフト（２０１）からピニオン（２０）を切り離すように構成された、分離できる要素（４０）によって支持体（１００）内に回転可能に取り付けられたシャフト（２０１）と一体のピニオン（２０）を備える歯車であって、
   保留状態のピニオン（２０）の案内モジュール（５０）が、シャフト（２０１）からピニオン（２０）の切り離しの場合に、ピニオン（２０）を支持体（１００）の内側で回転可能に保持するように構成されることを特徴とする、歯車。
2. 分離できる要素（４０）が、ピニオン（２０）とシャフト（２０１）との間に取り外し可能に取り付けられる、請求項１に記載の歯車。
3. 分離できる要素（４０）が、ピニオン（２０）とシャフト（２０１）との間に配置されたディスク（４０）により形成され、ディスク（４０）が、複数の分離できる径方向アーム（４２）を備える、請求項１または２に記載の歯車。
4. 案内モジュール（５０）が、案内ローラ（５１〜５８）を備え、該案内ローラの回転軸が、シャフト（２０１）の回転軸と垂直または平行に向けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の歯車。
5. ピニオン（２０）が、案内ローラ（５１〜５８）と協働する表面部分（２８２、２８１）を備える、請求項４に記載の歯車。
6. 複数の歯車を備える歯車箱であって、少なくとも１つの歯車が、請求項１から５のいずれか一項に記載の歯車である、歯車箱。
7. ターボ機械の補助機械を駆動する、請求項６に記載の歯車箱。
8. 請求項７に記載の補助機械の歯車箱を備える、ターボ機械。

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