JP2008542668A - ティルトロータハブのための改良された等速ジョイント - Google Patents

ティルトロータハブのための改良された等速ジョイント Download PDF

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ヘイニー、デイビッド・エイ
ローバー、リチャード・イー
キャンベル、トーマス
ティスデール、パトリック・アール
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Abstract

この等速ジョイントは、少なくとも1つのエンジンを備えた回転翼航空機に用いるように構成される。或る軸線周りに回転可能な駆動部材が、エンジンの出力軸に結合される。ヨークが、駆動部材に対して、前記軸線上に位置する第1の回転軸線周りに少なくとも部分的に回転可能に設けられる。複数の直立リンクが、ヨークを駆動部材に対して結合し、これら直立リンクは、ヨーク、駆動部材又はその両者に対して平行移動可能にされる。各直立リンクは、また、ヨーク、駆動部材又はその両者に対して、第2の回転軸線周りに回転可能にされる。
【選択図】 図6

Description

本発明は、一般にトルク伝達装置の技術分野に関し、特に回転翼航空機のための等速ジョイントに関する。
航空機のためのロータ及びプロペラの設計は、しばしば極めて複雑である。大きな負荷条件下に於けるロータの曲げ変形、駆動機構に対する必要とされるロータブレードの運動等の多数の要素を考慮しなければならない。ティルトロータ航空機等のように、ロータ及びプロペラの両者の機能を果たすプロップロータについての考慮は、特に高度に複雑である。ナセル15A、15B内に設けられたエンジンにより駆動される、3枚のブレードを有するプロップロータ13A、13Bを備えた航空機11が図1に示されている。
ティルトロータ航空機の出現により、その飛行原理が複雑であることにより、ハブアセンブリが、特に高い性能のものであることが求められるようになった。ティルトロータ航空機のプロップロータは、通常の航空機のプロペラに比較して、特に大型であって、そのサイズ自体が問題となる。軽度或いは中程度のサイズのティルトロータ航空機の設計の或るものに於いては、必要な部品を収容するのに十分なスペースを確保するために、設計的に特別な考慮を要する。
標準的な設計のロータハブは、比較的大型であって、ロータに関連する機械構造に、対応する影響を及ぼす。例えば、大型のロータハブは、比較的長寸のマストを必要とする。ハブ自体の重量も大きく、コントロールロッドなどの、それに関連する部品も長寸かつ大重量である。また、その機構も、制御システムと干渉しないように設計されなければならない。
等速ジョイントは、エンジンからのトルクを伝達するドライブシャフトと、ブレードを駆動するヨークとの間に設けられることから、比較的複雑なハブアセンブリを構成する。3枚羽根のプロップロータに用いられるこのようなアセンブリの一例が特許文献1に開示され、これがアセンブリ16として図2に分解斜視図により示されている。駆動ハブ17は、ドライブシャフト19を固定結合するためのスプラインを備えた開口を有し、駆動ハブ17が、プロップロータのブレードを支持する図示されない別のハブに、ピボットリンク機構を介して結合されている。ピボットリンク機構は、3対の部材を含み、各対の部材はリンク21及びクレビス23を有する。リンク21の各端には、球面状の積層エラストマベアリングが設けられ、各リンク21のリーディング端ベアリングはハブ17に結合され、各リンク21のトレーリング端ベアリングは、クレビス23に結合されている。クレビス23は、図示されないハブに結合されていることにより、駆動ハブ17から、リンク21及びクレビス23を経て、ブレードを支持する図示されないハブに至るトルクの伝達経路を形成し、ブレードを駆動する。この等速ジョイントアセンブリ16は、3枚羽根のプロップロータに用い得るような十分なトルク伝達特性を提供し、現在用いられているエンジンの出力トルクに耐えるものであるが、ティルトロータ航空機の将来の構成に於いて要求されるエンジンのトルクの増大に対応したり、そのような航空機のプロップロータの回転慣性に対応することはできない。
米国特許第4,804,352号
このように、プロップロータ航空機の設計の要請に適合するような、あるいは増大するトルクの要求に対応し得るような等速ジョイントを提供することが望まれる。等速ジョイントは、ブレードに対する十分な支持能力を備えるとともに、従来の設計に比較して小型であることが必要とされる。
従って、本発明の目的は、増大するトルク入力を取り扱う能力を備え、4枚以上のブレードを備えるプロップロータなどのようなプロップロータの回転慣性の増大に対応し得るような等速ジョイントを提供することにある。
このような目的は、本発明によれば、増大するトルク入力を取り扱う能力を備え、4枚以上のブレードを備えるプロップロータなどのようなプロップロータの回転慣性の増大に対応し得るような等速ジョイントを提供することにより達成される。
この等速ジョイントは、少なくとも1つのエンジンを備えた回転翼航空機に用いるように構成される。或る軸線周りに回転可能な駆動部材が、エンジンの出力軸に結合される。ヨークが、駆動部材に対して、前記軸線上に位置する第1の回転軸線周りに少なくとも部分的に回転可能に設けられる。複数の直立リンクが、ヨークを駆動部材に対して結合し、これら直立リンクは、ヨーク、駆動部材又はその両者に対して平行移動可能にされる。各直立リンクは、また、ヨーク、駆動部材又はその両者に対して、第2の回転軸線周りに回転可能にされる。
本発明が提供する等速ジョイントには、いくつもの利点がある。そのようなものとしては、
(1)エンジンと、航空機のプロップロータとの間のトルク伝達能力を増大させ、
(2)等速ジョイントを小型化し、プロップロータハブアセンブリをコンパクトにすることができることが挙げられる。
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。本発明の更に別の目的、特徴及び利点は、以下の記載から自ずと明らかになろう。図面中、同様の部分には、同様の符合を付した。
本発明は、ティルトロータ航空機のプロップロータアセンブリのための等速ジョイントの改良に関し、このジョイントは航空機のエンジンに機能的に結合されたドライブシャフトからのトルクを、ヨークに伝達し、ヨーク及び、それに結合されたプロップロータブレードを回転させるべく構成されている。等速ジョイントは、ヨークをドライブシャフトに対してティルト可能とし、しかもプロップロータへのトルク伝達を継続するためのリンクを含んでいる。リンクは長寸であって、その長手方向が概ねドライブシャフトの回転軸線に対して平行であることにより、従来技術に於いて用いられているリンクに比べて、同じスペース内により多数のリンクをパッケージすることができる。
本発明の等速ジョイントの部品間の限定された相対回転を可能にするために、球面及びラジアルベアリングが用いられる。他の任意のベアリングを用いることもできるが、剛性の高い材料とエラストマ材料とを互いに交互するように接合したものからなる複数の層をなすような、従来技術に於いて積層エラストマベアリングと呼ばれているようなベアリングを用いるのが好ましい。例えば、一般的な材料の組み合わせとしては、金属層とゴム層とを交互に配置したものがある。このようなベアリングは、いずれの曲率半径方向に対しても極めて限定された圧縮能力を示すのに対し、エラストマ層の剪断方法の弾性的な変形により、平行移動運動が可能であるように構成されている。
図3〜8には、本発明に基づく等速ジョイント25の好適実施例が示されている。図3は、ティルトロータ航空機の図示されないエンジンの出力軸に機能的に結合されたマスト27を備えた等速ジョイント25の斜視図であって、エンジンより発生したトルクは、回転軸線28の周りのマスト27の回転を引き起こす。マスト27は、複数の高い剛性を有する直立リンク29を介して、被駆動部材、すなわちヨーク31に結合され、ヨーク31は図示されないプロップロータブレードに機能的に結合され、それによりマスト27がヨーク31を駆動し、航空機の飛行のために必要となる推力をヨーク31に結合されたブレードにより発生するようになっている。図示された実施例に於いては、等速ジョイント25は、矢印32に示された回転方向に回転するように構成されているが、等速ジョイント25を逆方向に回転するように構成することもできる。また、図示された実施例は、マスト27をヨーク31に結合する8本のリンク29を有するが、より多数のあるいはより少数のリンク29を有するように構成することもできる。例えば、等速ジョイント25の寸法あるいは質量を低減する必要がある場合には、より少ない数のリンク29を用いることができ、トルク伝達能力を向上させたり、他のパッケージングの要請がある場合には、より多数のリンク29を用いることもできる。
図4は、等速ジョイント25の分解斜視図である。マスト27は、シャフト33と、それと一体的に回転するようにシャフト33に固定された円盤状の駆動部材すなわちディスク35を有する。ディスク35及びシャフト33は、マスト27の一体的な部分として構成することもできるが、別体として構成した後に互いに結合することもできる。シャフト33のディスク35に対する結合は、溶接などによる永久的なものであってもよいが、スプライン、その他の結合要素を用いることにより、ディスク35をシャフト33から取り外し得るようにした形式のものであってもよい。所望に応じて、等速ジョイント25はシャフト33に沿って軸線方向に変位し得るようにスプラインその他の結合部を用いることもできる。
ヨーク31は、円筒形の側壁37と、上側及び下側ベアリングプレート39A、39Bとを有する高い剛性の部材からなる。側壁37及び両プレート39A、39Bは、ジョイント25を組み立てたときに、マスト27のディスク35を収容するハウジングを構成し、通常、ヨーク31は2つ以上の部分の組み合わせとして構成される。両プレート39A、39Bは、それぞれマスト27のシャフト33が貫通するための中心開口41を有し、それにより、シャフト33がヨーク31を貫通する。各ベアリングプレート39A、39Bは、それぞれ上側及び下側ラジアルベアリング45A、45Bを受容するべくその寸法が定められたラジアルベアリング用の一連のポケット43を備えている。
ヨーク31は、好ましくはシャフト33の回転軸線28上に位置するベアリング焦点47(図6,7)に位置する回転中心の周りをマスト27に対して限られた範囲で回転し得るように構成されている。ベアリング焦点47とは、マスト27をヨーク31に対して結合する上側球面ベアリング49A及び下側球面ベアリング49Bの焦点である。球面ベアリング49A、49Bは、積層球面ベアリングであるのは好ましいが、他の形式のベアリングを用いることもできる。各球面ベアリング49A、49Bの一端はマスト27に結合され、その他端はそれぞれベアリングプレート39A、39Bの内面に結合されている。ヨーク31の開口41の寸法は、シャフト33の外径よりも大きくされ、ヨーク31が焦点47の周りを回転するときに開口41がシャフト33に対して横方向に変位し得るようにされている。
図5にも示されるように、各リンク29は、1つのリーディングカプラ51と、好ましくは2つのトレーリングカプラ53A、53Bとを有する剛性の高い部材からなるが、そのうちの1つ、または複数のリンク29が、唯1つのトレーリングカプラ53A、53Bを有するように構成されていてもよい。リーディングカプラ51が球体をなすように図示されているが、他の適宜な形状を用いることもできる。同様に、トレーリングカプラ53A、53Bは、円筒形をなすものとして示されているが、他の適宜な形状を用いることもできる。各リーディングカプラ51は、対応する球面ベアリング55と協働し、リンク29が、図7、8に示されるベアリング焦点57に於ける回転中心の周りを、ディスク35に対して回転可能にしている。このベアリング焦点57は、リーディングカプラ51の中心に位置するものであるのは好ましい。ディスク35は、球面ベアリング55を支持するのに適する寸法の球面ベアリングポケット59の列を有する。球面ベアリング55は、リンク29が、回転中心61の周りを、ディスク35に対して限られた範囲で回転し得るようにする。ラジアルベアリング45A、45Bは、それぞれトレーリングカプラ53A、53Bが、回転中心63の周りをヨーク31に対して限られた範囲で回転し得るようにする。
図6から8には、等速ジョイント25をなすアセンブリの内部の詳細を示すためにジョイント25を、その一部を省略して斜視図により示している。上記したように、マスト27のシャフト33は、プレート39A、39Bの開口41を貫通し、ディスク35がヨーク31の内部に配置されている。図6、7に於いて、等速ジョイント25は偏移していない中立位置に於いて示されており、シャフト33は開口41の概ね中心に位置し、ディスク35はヨーク31内に於いて上下方向及び水平方向の両方向についてほぼ中心に位置している。図8は、等速ジョイント25が中立位置から偏移した状態を示しており、これは、フラッピング負荷が、図示されないブレードからヨーク31に伝達され、ヨーク31が焦点47を中心としてマスト27に対して回転する場合に対応する。
ヨーク31及びディスク35は、ラジアルベアリングポケット43が、球面ベアリングポケット59に対してトレーリング側に位置するように、軸線21に対する互いの相対角度位置を占めており、回転方向が矢印32により示されている。この位置に於いては、各リンク29のリーディングカプラ51がベアリングポケット59内に位置しているときに、トレーリングカプラ53A、53Bを受容するようにポケット43が配置される。各リンクについて、リーディングカプラ51の外側球面は、球面ベアリング55の内側球面に結合され、ベアリング55の外側球面はベアリングポケット59の内側球面に結合される。このように、各リンク29は、球面ベアリング55のエラストマ層の弾性的変形により、図7、8に示される焦点57を中心として、ディスク35に対して限られた範囲で回転することができる。この回転は、ディスク35の面内の水平軸線周りばかりでなく、図2に示されるように垂直軸線61の周りについても可能である。
同様に、各リンクについて、トレーリングカプラ53A、53Bの外側円筒面は、ラジアルベアリング45A、45Bの内側円筒面に結合され、ラジアルベアリング45A、45Bの外側円筒面はラジアルベアリングポケット43の内側円筒面に結合される。このように、各リンク29は、ベアリング45のエラストマ層の弾性的変形により、軸線63(図2)の周りに、ヨーク31に対して限られた範囲で回転することができる。軸線63周りの回転に加えて、ベアリング45A、45Bは、ベアリング45A、45Bのエラストア層の弾性変形により、トレーリングカプラ53A、53B及びラジアルベアリング45A、5Bの内側層が、軸線63に沿ってヨーク31に対して限られた範囲で平行移動することを可能にする。このような相対運動が図8に示され、かつ以下に詳しく説明される。
ヨーク31に取り付けられたブレードの上下方向のフラッピング運動により、ヨーク31に対して上下方向の負荷が伝達され、このような負荷がヨーク31の焦点47を中心とする回転及びその結果生ずる球面ベアリング49A、49B、55及びラジアルベアリング45A、45Bのエラストマ層の弾性変形により放散される。図8は、ヨーク31が図7に示された中立位置から約3度下向きに回転したときのヨーク31の一部を示す。ヨーク31が球面ベアリング49A、49Bにより回転するに伴い、ベアリング49A、49Bはその外端が、ヨーク31と共に変位することにより、ベアリング49A、49Bの弾性変形が引き起こされる。
ヨーク31の外側部分がリンク29に対して上下に変位するに伴い、ラジアル軸受45A、45Bは、その外側層がヨーク31と共に変位することから、軸線方向に弾性変形する。ベアリング45A、45Bの内側層は、図7に示される外側部分に対する中立位置から図8に示される位置に引き伸ばされる。ヨーク31が回転するに伴い、トレーリングカプラ53A、53Bがラジアルベアリング45A、45Bの作用を受けることから、リンク29が焦点57を中心として回転する。リンク29の回転は、リーディングカプラ51のマスト27のディスク35に対する回転により、球面ベアリング55を弾性的に変形させる。ベアリング55の内側部分がカプラ51に結合されていることから、ベアリング55の内側部分がリンク29の回転方向に回転する。球面ベアリング49A、49B、55及びラジアルベアリング45A、45Bの弾性変形は、ヨーク31のマスト27に対する運動に抗する力を発生し、かつその運動を減衰させ、ヨーク31が焦点47を中心とする減衰されない振動を行うのを防止する。
等速ジョイント25の利点の1つは、マスト27とヨーク31との間に伝達し得るトルクの量を増大させるために、小さなハウジング内にリンク29のようなトルク伝達部材を多数収容し得ることにある。図3から8に示された実施例に於いては、ジョイント25は8本のリンク29を有するが、用途によってはより多数のあるいはより少数のリンク29を用いることもできる。
図9,10は、本発明の等速ジョイントの別実施例を示す部分断面図である。この等速ジョイント65の多くの部分は、上記した等速ジョイント25と同様に構成されている。等速ジョイント65は、ティルトロータ航空機の図示されないエンジンの出力軸に機能的に結合されたマスト67を備える。マスト67は、複数の高い剛性を有する直立リンク69を介して、ヨーク71に結合され、ヨーク71は図示されないプロップロータブレードに機能的に結合され、それによりマスト67がヨーク71を駆動し、航空機の飛行のために必要となる推力をヨーク71に結合されたブレードにより発生するようになっている。図示された実施例に於いては、等速ジョイント65は、何れの回転方向にも回転し得るように構成されている。
マスト67は、シャフト73と、それと一体的に回転するようにシャフト73に固定された円盤状の駆動部材すなわちディスク75を有する。ディスク75及びシャフト73は、マスト67の一体的な部分として示されているが、別体として構成した後に互いに結合することもできる。シャフト73のディスク75に対する結合は、溶接などによる永久的なものであってもよいが、スプライン、その他の結合要素を用いることにより、ディスク75をシャフト73から取り外し得るようにした形式のものであってもよい。所望に応じて、等速ジョイント65はシャフト73に沿って軸線方向に変位し得るようにスプラインその他の結合部を用いることもできる。
ヨーク71は、円筒形の側壁77と、上側及び下側ベアリングプレート79A、79Bとを有する高い剛性の部材からなる。側壁77及び両プレート79A、79Bは、ジョイント65を組み立てたときに、マスト67のディスク75を収容するハウジングを構成し、通常、ヨーク71は2つの部分の組み合わせとして構成される。両プレート79A、79Bは、それぞれマスト67のシャフト73が貫通するための中心開口81を有し、それにより、シャフト73がヨーク71を貫通する。各ベアリングプレート79A、79Bは、それぞれリンク69の上下端を受容固定するべくその寸法が定められた一連の開口83を備えている。下側プレート79Bは、プロップロータブレードを取り付けるための半径方向延出部85を有する。
ヨーク71は、マスト67をヨーク71に対して結合する上側球面ベアリング87A及び下側球面ベアリング87Bの焦点86の周りをマスト67に対して限られた範囲で回転し得るように構成されている。球面ベアリング87A、87Bは、積層球面ベアリングであるのは好ましいが、他の形式のベアリングを用いることもできる。各球面ベアリング87A、87Bの一端はマスト67に結合され、その他端はそれぞれベアリングプレート79A、79Bの内面に結合されている。ヨーク71の開口81の寸法は、シャフト73の外径よりも大きくされ、ヨーク71が焦点86の周りを回転するときに開口81がシャフト73に対して横方向に変位し得るようにされている。
各リンク69は、好ましくは、真直であって、剛性の高い部材からなる円筒形の部材をなすものであるが、他の適宜な断面形状を有し、或いは、上記したリンク29のようなリーディング或いはトレーリング部分を有するものであっても良い。各リンク69の両端部は、ベアリングプレート79A、79Bの開口83内に嵌入され、ヨーク71が、マスト67に対して回転するに伴い、リンク69は、ヨーク71と共に変位する。ラジアルベアリング89及び球面ベアリング91を含む複合ベアリング88が、各リンク69を、ディスク75に結合し、かつリンク69をディスク75に対して変位可能とする。球面ベアリング91は、リンク69が、ベアリング焦点93の周りを回転し得るようにし、必要に応じて、回転中心97の周りを回転し得るようにする。一方、ラジアルベアリング89は、リンク69が、回転中心97に沿って、ディスク75に対して平行移動し得るようにする。ディスク75は、複合ベアリング88を受容するような寸法を有し、かつ列をなすように配置された複数の球面ベアリングポケット95を有する。
図9に於いて、等速ジョイント65は偏移していない中立位置に於いて示されており、シャフト73は開口81の概ね中心に位置し、ディスク75はヨーク71内に於いて上下方向及び水平方向の両方向についてほぼ中心に位置している。図10は、等速ジョイント65が中立位置から偏移した状態を示しており、これは、フラッピング負荷が、図示されないブレードからヨーク71に伝達され、ヨーク71がベアリング87A、87Bの焦点86を中心としてマスト67に対して回転する場合に対応する。
各リンク69について、外側円筒面は、ラジアルベアリング89の内側円筒面に結合され、球面ベアリング91の外側球面は、ベアリングポケット95の内側球面に結合される。このようにして、各リンク69は、球面ベアリング91のエラストマ層の弾性的変形により、焦点93を中心として、ディスク75に対して限られた範囲で回転することができる。更に、各リンク69の各端の外側円筒面は、ベアリングプレート79A、79Bの開口83の内側円筒面に結合されている。ラジアルベアリング89は、そのエラストマ層の弾性的変形により、各リンク69が、回転中心97に沿って、ディスク75に対して平行移動し得るようにする。そのような相対運動が、図10に示され、以下に詳しく説明される。
ヨーク71に取り付けられたブレードの上下方向のフラッピング運動により、ヨーク71に対して上下方向の負荷が伝達され、このような負荷がヨーク71の焦点86を中心とする回転及びその結果生ずる球面ベアリング87A、87B、91及びラジアルベアリング89のエラストマ層の弾性変形により放散される。図10は、ヨーク71が図9に示された中立位置から約3度下向きに回転したときのヨーク71の一部を示す。ヨーク71が球面ベアリング87A、87Bにより回転するに伴い、ベアリング87A、87Bの外端が、ヨーク31と共に変位することにより、ベアリング87A、87Bの弾性変形が引き起こされる。
ヨーク71が、焦点86を中心として回転するに伴い、ヨーク71の外側部分がディスク75に対して上下に変位する。リンク69の両端が、ヨーク71の開口83に固定されていることから、リンク69はヨーク71と共に変位し、リンク69は、ディスク75に対して回転及び平行移動する。リンク69の平行移動は、ラジアルベアリング89の内側層がリンク69と共に変位させ、ベアリング89を、図9に示された中立位置から引き伸ばし、かつ軸線97に沿って弾性的に変形させる。また、リンク69の回転も、球面ベアリング91を弾性的に変形させる。球面ベアリング87A、87B、91及びラジアルベアリング89の弾性的変形は、ヨーク71のマスト67に対する運動に抗する力を発生し、かつその運動を減衰させ、ヨーク71が焦点67を中心とする減衰されない振動を行うのを防止する。
図11,12は、本発明の等速ジョイントの更に別実施例を示す部分断面図である。この等速ジョイント99の多くの部分は、上記した等速ジョイント65と同様に構成されている。等速ジョイント99は、ティルトロータ航空機の図示されないエンジンの出力軸に機能的に結合されたマスト101を備える。マスト101は、複数の高い剛性を有する直立リンク103を介して、ヨーク105に結合され、ヨーク105は図示されないプロップロータブレードに機能的に結合され、それによりマスト101がヨーク105を駆動し、航空機の飛行のために必要となる推力をヨーク105に結合されたブレードにより発生するようになっている。図示された実施例に於いては、等速ジョイント99は、何れの回転方向にも回転し得るように構成されている。
マスト101は、シャフト107と、それと一体的に回転するようにシャフト107に固定された円盤状の駆動部材すなわちディスク109を有する。ディスク109及びシャフト107は、マスト101の一体的な部分として示されているが、別体として構成した後に互いに結合することもできる。シャフト107のディスク109に対する結合は、溶接などによる永久的なものであってもよいが、スプライン、その他の結合要素を用いることにより、ディスク109をシャフト107から取り外し得るようにした形式のものであってもよい。
ヨーク105は、円筒形の側壁111と、上側及び下側ベアリングプレート113A、113Bとを有する高い剛性の部材からなる。側壁111及び両プレート113A、113Bは、ジョイント99を組み立てたときに、マスト101のディスク109を収容するハウジングを構成し、通常、ヨーク105は2つの部分の組み合わせとして構成される。両プレート113A、113Bは、それぞれマスト101のシャフト107が貫通するための中心開口115を有し、それにより、シャフト107がヨーク105を貫通する。各ベアリングプレート113A、113Bは、それぞれリンク103の上下端を受容固定するべくその寸法が定められた一連の開口123を備えている。
ヨーク105は、マスト101をヨーク105に対して結合する上側球面ベアリング119A及び下側球面ベアリング119Bの焦点117の周りをマスト101に対して限られた範囲で回転し得るように構成されている。球面ベアリング119A、119Bは、積層球面ベアリングであるのは好ましいが、他の形式のベアリングを用いることもできる。各球面ベアリング119A、119Bの一端はマスト101に結合され、その他端はそれぞれベアリングプレート113A、113Bの内面に結合されている。ヨーク105の開口115の寸法は、シャフト101の外径よりも大きくされ、ヨーク105が焦点117の周りを回転するときに開口115がシャフト107に対して横方向に変位し得るようにされている。
各リンク103は、好ましくは、球状部121を有する、真直であって、剛性の高い部材からなる円筒形の部材をなすものであるが、他の適宜な断面形状を有し、或いは、上記したリンク29のようなリーディング或いはトレーリング部分を有するものであっても良い。各リンク103の両端部は、ベアリングプレート113A、113Bの開口123内に嵌入され、ヨーク105が、マスト101に対して回転するに伴い、リンク103は、ヨーク105と共に変位する。ラジアルベアリング127及び球面ベアリング129を含む複合ベアリング125が、各リンク103を、ディスク109に結合し、かつリンク103をディスク109に対して変位可能とする。球面ベアリング129は、リンク103が、ベアリング焦点131の周りを回転し得るようにし、必要に応じて、回転中心133の周りを回転し得るようにする。一方、ラジアルベアリング127は、リンク103が、回転中心133に沿って、ディスク109に対して平行移動し得るようにする。ディスク109は、複合ベアリング125を受容するような寸法を有し、かつ列をなすように配置された複数の球面ベアリングポケット135を有する。
図11に於いて、等速ジョイント99は偏移していない中立位置に於いて示されており、シャフト107は開口115の概ね中心に位置し、ディスク109はヨーク105内に於いて上下方向及び水平方向の両方向についてほぼ中心に位置している。図12は、等速ジョイント99が中立位置から偏移した状態を示しており、これは、フラッピング負荷が、図示されないブレードからヨーク105に伝達され、ヨーク105が焦点117を中心としてマスト101に対して回転する場合に対応する。
各リンク103について、その球状部121の外側球面は、球面ベアリング129の内側球面に結合され、ラジアルベアリング127の外側円筒面は、ベアリングポケット135の内側円筒面に結合される。このようにして、各リンク103は、球面ベアリング129のエラストマ層の弾性的変形により、焦点131を中心として、ディスク109に対して限られた範囲で回転することができる。更に、各リンク103の各端の外側円筒面は、ベアリングプレート113A、113Bの開口123の内側円筒面に結合されている。ラジアルベアリング127は、そのエラストマ層の弾性的変形により、各リンク103が、回転中心133に沿って、ディスク109に対して平行移動し得るようにする。そのような相対運動が、図12に示され、以下に詳しく説明される。
ヨーク105に取り付けられたブレードの上下方向のフラッピング運動により、ヨーク105に対して上下方向の負荷が伝達され、このような負荷がヨーク105の焦点117を中心とする回転及びその結果生ずる球面ベアリング119A、119B、129及びラジアルベアリング127のエラストマ層の弾性変形により放散される。図12は、ヨーク105が図11に示された中立位置から約3度下向きに回転したときのヨーク105の一部を示す。ヨーク105が球面ベアリング119A、119Bにより回転するに伴い、ベアリング119A、119Bの外端が、ヨーク105と共に変位することにより、ベアリング119A、119Bの弾性変形が引き起こされる。
ヨーク105が、焦点117を中心として回転するに伴い、ヨーク105の外側部分がディスク109に対して上下に変位する。リンク103の両端が、ヨーク105の開口123に固定されていることから、リンク103はヨーク105と共に変位し、リンク103は、ディスク109に対して回転及び平行移動する。リンク103の平行移動は、それにより、ラジアルベアリング127の内側層がリンク103と共に変位するに伴い、ラジアルベアリング127を軸線133に沿って弾性的に変形させ、かつ複合ベアリング125を、図11に示された中立位置から引き伸ばす。また、リンク103の回転も、球面ベアリング129を弾性的に変形させる。球面ベアリング119A、119B、129及びラジアルベアリング127の弾性的変形は、ヨーク105のマスト101に対する運動に抗する力を発生し、かつその運動を減衰させ、ヨーク105が焦点117を中心とする減衰されない振動を行うのを防止する。
図13,14は、本発明の等速ジョイントの更に別実施例を示す部分断面図である。等速ジョイント137は、ティルトロータ航空機の図示されないエンジンの出力軸に機能的に結合されたマスト139を備える。マスト139は、複数の高い剛性を有する直立リンク141を介して、ヨーク143に結合され、ヨーク143は図示されないプロップロータブレードに機能的に結合され、それによりマスト139がヨーク143を駆動し、航空機の飛行のために必要となる推力をヨーク143に結合されたブレードにより発生するようになっている。図示された実施例に於いては、等速ジョイント137は、何れの回転方向にも回転し得るように構成されている。
マスト139は、シャフト145と、それと一体的に回転するようにシャフト145に固定された円盤状の上側プレート147A及び下側プレート147Bを有する。上側プレート147A、下側プレート147B及びシャフト145は、マスト139の一体的な部分として示されているが、別体として構成した後に、他の実施例について上記したような手段により、互いに結合することもできる。
ヨーク143は高い剛性の部材からなり、マスト139のシャフト145が貫通するための円筒形の中心開口149を有する。ヨーク143は、更に、列をなす複数のベアリングポケット151を有し、これらのポケット151は、球面ベアリング153を受容するべく、その寸法が定められ、球面ベアリング153の外側球面は、ポケット151の内側球面に結合されている。ヨーク143は、ヨーク143をマスト139に結合する図示されない球面ベアリングのベアリング焦点である焦点155を中心として、マスト139に対して限られた範囲で回転することができる。ヨーク143の開口149の寸法は、シャフト145の外径よりも大きくされ、ヨーク143が焦点155の周りを回転するときに開口149がシャフト145に対して回転し得るようにされている。
各リンク141は、好ましくは、剛性の高い部材からなる中心球状部157を有する円筒形の部材をなすものであるが、他の適宜な断面形状を有し、或いは、上記したリンク29のようなリーディング部分或いはトレーリング部分を有するものであっても良い。各球面ベアリング153は、球状部157を受容するべく構成され、球状部157の外面は、球面ベアリング153の内面に結合されている。リンク141は、ヨーク143に対して、ベアリング焦点158の周りを回転し得る。変形実施例では、リンク141は、上記したリンク29(図5)と同様に構成され、リンク141の両端部がリーディング部分をなし、球状部157がトレーリング部分をなす。
プレート147A、147Bは、列をなす複数のラジアルベアリングポケット159を有し、これらのポケット159は、ラジアルベアリング161A、161Bを受容するべく、その寸法が定められ、ラジアルベアリング161A、161Bの外側円筒面は、ポケット159の内側円筒面に結合されている。各ラジアルベアリング161A、161Bは、対応するリンク141の一端を受容するべく、その寸法が定められ、リンク141の各端の外側円筒面は、対応するラジアルベアリング161A、161Bの内側円筒面に結合されている。ラジアルベアリング161A、161Bは、ヨーク143が焦点155を中心として回転するに伴い、リンク141が、軸線163に沿ってプレート147A、147Bに対して平行移動し得るようにする。
図13に於いて、等速ジョイント137は偏移していない中立位置に於いて示されており、シャフト145は開口149の概ね中心に位置し、ヨーク143は、上下方向について両プレート147A、147Bのほぼ中心に位置している。図14は、等速ジョイント137が中立位置から偏移した状態を示しており、これは、フラッピング負荷が、図示されないブレードからヨーク143に伝達され、ヨーク143が焦点155を中心としてマスト139に対して回転する場合に対応する。
各リンク141は、対応する球面ベアリング153のエラストマ層の弾性的変形により、焦点158を中心として、ヨーク143に対して限られた範囲で回転することができる。更に、各リンク141は、対応するラジアルベアリング161A、161Bのエラストマ層の弾性的変形により、軸線163に沿って、ヨーク143に対して限られた範囲で平行移動することができる。そのような相対運動が、図14に示され、以下に詳しく説明される。
ヨーク143に取り付けられたブレードの上下方向のフラッピング運動により、ヨーク143に対して上下方向の負荷が伝達され、このような負荷がヨーク143の焦点155を中心とする回転及びその結果生ずる球面ベアリング153及びラジアルベアリング161A、161Bのエラストマ層の弾性変形により放散される。図12は、ヨーク143が図13に示された中立位置から約10度下向きに回転したときのヨーク143の一部を示す。
ヨーク143が、焦点155を中心として回転するに伴い、ヨーク143の外側部分がディスクプレート147A、147Bに対して上下に変位する。リンク141の球状部157が、球面ベアリング153に結合されていることから、リンク141がヨーク143と共に変位する。この運動の間に、ヨーク143はリンク141に対して回転し、リンク141はプレート147A、147Bに対して平行移動する。リンク141の平行移動は、ラジアルベアリング161A、161Bの内側層をリンク141と共に変位させ、ラジアルベアリング161A、161Bを、軸線163に沿って弾性的に変形させ、ベアリング161A、161Bを、図13に示された中立位置から引き伸ばす。また、ヨーク143のリンク141に対する回転も、球面ベアリング153を弾性的に変形させる。球面ベアリング153及びラジアルベアリング161A、161Bの弾性的変形は、ヨーク143のマスト139に対する運動に抗する力を発生し、かつその運動を減衰させ、ヨーク143が焦点153を中心とする減衰されない振動を行うのを防止する。
図15,16は、本発明の等速ジョイントの更に別の実施例を示す部分断面図である。図15は、等速ジョイントを、その内部を示すために一部破断して示す斜視図であり、図16は、等速ジョイントの部分図である。等速ジョイント165は、ティルトロータ航空機の図示されないエンジンの出力軸に機能的に結合されたマスト167を備える。マスト167は、複数の高い剛性を有する直立リンク169を介して、ヨーク171に結合され、ヨーク171は図示されないプロップロータブレードに機能的に結合され、それによりマスト167がヨーク171を駆動し、航空機の飛行のために必要となる推力をヨーク171に結合されたブレードにより発生するようになっている。図示された実施例に於いては、等速ジョイント165は、矢印173により示される方向に回転するものとされているが、その逆方向に回転するものとして構成することもできる。
マスト167は、シャフト175と、それと一体的に回転するようにシャフト175に固定された円盤状の駆動部材すなわちディスク177を有する。ディスク177は、シャフト175の一体的な部分として構成することもできるが、別体として構成した後に互いに結合することもできる。上記したように、シャフト175のディスク177に対する結合は、溶接などによる永久的なものであってもよいが、スプライン、その他の結合要素を用いることにより、ディスク177をシャフト175から取り外し得るようにした形式のものであってもよい。
ヨーク171は、上記したヨーク31と同様に、円筒形の側壁179と、上側及び下側ベアリングプレート181A、181Bとを有する高い剛性の部材からなる。側壁179及び両プレート181A、181Bは、ジョイント165を組み立てたときに、マスト167のディスク177を収容するハウジングを構成し、通常、ヨーク171は2つ以上の部分の組み合わせとして構成される。両プレート181A、181Bは、それぞれシャフト175が貫通するための中心開口183を有し、それにより、シャフト175がヨーク171を貫通する。各ベアリングプレート181A、181Bは、それぞれ上側及び下側ラジアルベアリング187A、187Bを受容するべくその寸法が定められたラジアルベアリング用の一連のポケット185を備えている。ラジアルベアリング187A、187Bは、上記実施例のものと同様に、積層エラストマベアリングからなるものであると良い。
ヨーク171は、好ましくはシャフト175の回転軸線189上に位置するベアリング焦点(図示せず)に位置する回転中心の周りをマスト167に対して限られた範囲で回転し得るように構成されている。ベアリング焦点とは、マスト167をヨーク171に対して結合する上側球面ベアリング191及び下側球面ベアリング(図示せず)の焦点である。球面ベアリング191は、積層球面ベアリングであるのは好ましいが、他の形式のベアリングを用いることもできる。ヨーク171の開口183の寸法は、シャフト175の外径よりも大きくされ、ヨーク171がベアリング191の焦点の周りを回転するときに、開口183がシャフト175に対して横方向に変位し得るようにされている。
図16にも示されるように、各リンク169は、1つのリーディングカプラ193と、1つのトレーリングカプラ195とを有する剛性の高い部材からなる。リーディングカプラ193が平坦な形状をなすように図示されているが、他の適宜な形状を用いることもできる。同様に、トレーリングカプラ195は、円筒形をなすものとして示されているが、他の適宜な形状を用いることもできる。各リーディングカプラ193は、対応する球面ベアリング197と協働し、リンク169が、球面ベアリング197の焦点に於ける回転中心の周りを、ディスク177に対して回転可能にしている。各リンク169は、リーディングカプラ193内に、積層球面ベアリング197を受容するための球面ベアリングポケット199を有する。ディスク177の円筒形側壁203から、円筒形コネクタ201が半径方向に延出し、球面ベアリング197の中心孔に受容されるべく、その寸法が定められている。この構成によれば、トルクを、ディスク177からコネクタ201に、更に、球面ベアリング197を介して、リンク169に伝達することができる。
トレーリングカプラ195は、軸線189(図15)に概ね平行な方向に延出するシャフト205を有する。図示された実施例では、シャフト205は、トレーリングカプラ195に対して平行移動することができないが、トレーリングカプラ195に対して回転可能とし、回転可能とするために、シャフト205をトレーリングカプラ195内の1つ又は複数のベアリング207により支持されるものとすると良い。
再び、図15に示されるように、図示された実施例では、シャフト205の両端は、対応するラジアルベアリング187A、187Bの内面に結合されている。ラジアルベアリング187A、187Bは、ヨーク171が球面ベアリング197の焦点155を中心として回転するに伴い、ヨーク171がリンク169に対して平行移動し得るようにする。ヨーク171が回転するに伴い、ヨーク171がシャフト205に対して相対変位し、ラジアルベアリング187A、187Bが弾性変形する。ヨーク171が変位するに伴い、リンク169が、球面ベアリング197の焦点155を中心として、コネクタ201に対して回転し、球面ベアリング197のエラストマ層を弾性変形させる。
図示されていないが、第2の変形実施例としての等速ジョイント165は、シャフト205をトレーリングカプラ195に対して変位可能に支持するリンク169を有する。この実施例では、シャフト205の両端は、ヨーク171の開口に結合され、トレーリングカプラ195のベアリングが、好ましくは積層ラジアルベアリングからなる。
本発明が提供する等速ジョイントには、いくつもの利点がある。そのようなものとしては、
(1)エンジンと、航空機のプロップロータとの間のトルク伝達能力を増大させ、
(2)等速ジョイントを小型化し、プロップロータハブアセンブリをコンパクトにすることができることが挙げられる。
以上、本発明を特定の実施例について説明したが、これは本発明の概念を何ら限定するものではない。当業者であれば、本明細書に開示した態様から様々に変形、変更して実施することができる。
従来の等速ジョイントを備えたティルトロータ航空機の斜視図である。 図1に示された等速ジョイントの分解斜視図である。 本発明に基づく等速ジョイントの斜視図である。 図3に示された等速ジョイントの分解斜視図である。 図3に示された等速ジョイントのリンクの1つの斜視図である。 図3に示された等速ジョイントを、その内部を示すために一部破断して示す斜視図である。 図3に示された等速ジョイントの、中立位置から偏移していない状態を示す部分断面図である。 図3に示された等速ジョイントの、中立位置から偏移した状態を示す部分断面図である。 本発明に基づく等速ジョイントの別の実施例を示す部分断面図である。 図9に示された等速ジョイントの、中立位置から偏移した状態を示す部分断面図である。 本発明に基づく等速ジョイントの第2の別実施例を示す部分断面図である。 図11に示された等速ジョイントの、中立位置から偏移した状態を示す部分断面図である。 本発明に基づく等速ジョイントの第3の別実施例を示す部分断面図である。 図13に示された等速ジョイントの、中立位置から偏移した状態を示す部分断面図である。 本発明に基づく等速ジョイントの第4の別実施例を、その内部を示すために一部破断して示す斜視図である。 図15に示された等速ジョイントのディスク及びリンクを示す部分斜視図である。
符号の説明
25 ジョイント
27 マスト
29 リンク
31 ヨーク
33 シャフト
35 ディスク
39A、B プレート
45A、B ラジアルベアリング
49A、B 球面ベアリング
51、53 カプラ
55 球面ベアリング

Claims (20)

  1. 少なくとも1つのエンジンを備えた回転翼航空機のための等速ジョイントであって、
    前記少なくとも1つのエンジンの出力軸に結合される、或る軸線周りに回転可能な駆動部材と、
    前記駆動部材に対して、前記軸線上に位置する第1の回転軸線周りに少なくとも部分的に回転可能なヨークと、
    前記ヨークを前記駆動部材に対して結合する複数の直立リンクとを有し、
    前記直立リンクが、前記ヨーク及び前記駆動部材の少なくとも一方に対して平行移動可能にされ、かつ前記ヨーク及び前記駆動部材の一方に対して、第2の回転軸線周りに回転可能であることを特徴とする等速ジョイント。
  2. 前記直立リンクの少なくとも1つが、1つのリーディングカプラ及び1つのトレーリングカプラを有し、各カプラが、それぞれ、当該直立リンクを前記ヨーク及び前記駆動部材の一方に結合することを特徴とする請求項1に記載の等速ジョイント。
  3. 前記直立リンクの少なくとも1つが、1つのリーディングカプラ及び、該リーディングカプラの両端に設けられた2つのトレーリングカプラを有し、各カプラが、それぞれ、当該直立リンクを前記ヨーク及び前記駆動部材の一方に結合することを特徴とする請求項1に記載の等速ジョイント。
  4. 前記各リンクが、前記ヨーク及び前記駆動部材の少なくとも一方に、積層エラストマベアリングを介して結合されていることを特徴とする請求項1に記載の等速ジョイント。
  5. 前記各リンクが、前記駆動部材に対して、少なくとも部分的に回転可能で、かつ少なくとも部分的に平行移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の等速ジョイント。
  6. 前記各リンクが、前記駆動部材に対して、少なくとも部分的に回転可能で、かつ前記ヨークに対して、少なくとも部分的に平行移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の等速ジョイント。
  7. 前記各リンクが、前記ヨークに対して、少なくとも部分的に回転可能で、かつ前記駆動部材に対して、少なくとも部分的に平行移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の等速ジョイント。
  8. 少なくとも1つのエンジンを備えた回転翼航空機のための等速ジョイントであって、
    前記少なくとも1つのエンジンの出力軸に結合される、或る軸線周りに回転可能な駆動部材と、
    前記駆動部材に対して、前記軸線上に位置する第1の回転軸線周りに少なくとも部分的に回転可能なヨークと、
    前記ヨークを前記駆動部材に対して結合する複数の直立リンクとを有し、
    前記直立リンクが、前記駆動部材に結合された少なくとも1つのリーディングカプラと、前記ヨークに結合された少なくとも1つのトレーリングカプラとを有し、
    前記各リーディングカプラが、前記駆動部材に対して、第2の回転軸線周りに回転可能であって、前記各トレーリングカプラが、前記ヨークに対して、平行移動可能にされていることを特徴とする等速ジョイント。
  9. 前記各直立リンクが、対応する前記リーディングカプラの両端に設けられた2つのトレーリングカプラを有することを特徴とする請求項8に記載の等速ジョイント。
  10. 前記各トレーリングカプラが、対応する前記リーディングカプラに対して上下方向に間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項8に記載の等速ジョイント。
  11. 前記各リーディングカプラが、前記第2の回転軸線にベアリング焦点を有する球面ベアリングを介して、前記駆動部材に結合されていることを特徴とする請求項8に記載の等速ジョイント。
  12. 前記各トレーリングカプラが、ラジアルベアリングを介して、前記ヨークに結合されていることを特徴とする請求項8に記載の等速ジョイント。
  13. 少なくとも1つのエンジンを備えた回転翼航空機のための等速ジョイントであって、
    前記少なくとも1つのエンジンの出力軸に結合される、或る軸線周りに回転可能な駆動部材と、
    前記駆動部材に対して、前記軸線上に位置する第1の回転軸線周りに少なくとも部分的に回転可能なヨークと、
    前記ヨークを前記駆動部材に対して結合する複数の直立リンクとを有し、
    前記直立リンクが、前記駆動部材に結合された少なくとも1つのリーディングカプラと、前記ヨークに結合された少なくとも1つのトレーリングカプラとを有し、
    前記各リーディングカプラが、前記駆動部材に対して、平行移動可能にされ、前記各トレーリングカプラが、前記ヨークに対して、第2の回転軸線周りに回転可能であることを特徴とする等速ジョイント。
  14. 前記各直立リンクが、対応する前記リーディングカプラの両端に設けられた2つのトレーリングカプラを有することを特徴とする請求項13に記載の等速ジョイント。
  15. 前記各トレーリングカプラが、対応する前記リーディングカプラに対して上下方向に間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項13に記載の等速ジョイント。
  16. 前記各トレーリングカプラが、ラジアルベアリングを介して、前記駆動部材に結合されていることを特徴とする請求項13に記載の等速ジョイント。
  17. 前記各リーディングカプラが、前記第2の回転軸線にベアリング焦点を有する球面ベアリングを介して、前記ヨークに結合されていることを特徴とする請求項13に記載の等速ジョイント。
  18. ティルトロータ航空機のための、エンジンの出力軸から航空機のプロップロータアセンブリにトルクを伝達するための等速ジョイントであって、
    前記出力軸からトルク伝達されるように、前記出力軸に機能的に結合されたマストと、
    前記マストの回転軸線に対して、半径方向に或る距離をおいて結合され、前記マストに対して、前記回転軸線に交差する軸線周りに少なくとも部分的に回転可能なリーディング部分及び、前記リーディング部分から延出し、前記回転軸線を通過する平行軸線に対してオフセットした平行移動の軸線を有するトレーリング部分を有する複数の直立リンクと、
    前記各トレーリング部分が相対的に少なくとも部分的に平行移動可能であるように結合されたヨークとを有し、
    前記マストの回転軸線に対して概ね直交するフラップ軸線の周りに、前記ヨークを、前記マストに対してティルトさせることにより、前記各直立リンクを、対応する軸線周りに、前記マストに対して回転させ、前記各トレーリング部分を、前記ヨークに対して平行移動させるようにしたことを特徴とする等速ジョイント。
  19. 前記各リーディング部分が球状部材を有し、前記各球状部材が、対応する回転軸線上にベアリング焦点を有する第1の球面ベアリングを介して、前記マストに支持されていることを特徴とする請求項18に記載の等速ジョイント。
  20. 前記各トレーリング部分が、対応する回転軸線に対して同軸をなすベアリング軸線を有するラジアルベアリングを介して、前記ヨークに支持されていることを特徴とする請求項18に記載の等速ジョイント。
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