JP2010255737A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、種々の運転速度又は種々の伝達トルクで遊星歯車装置を運転する際に、遊星歯車に不均一な荷重が作用するのを抑制し、共振時の遊星歯車の振動振幅を低減させる信頼性を向上した遊星歯車装置を提供する。
【解決手段】本発明の遊星歯車装置は、太陽歯車軸を備えた太陽歯車と、太陽歯車と噛み合う複数個の遊星歯車と、遊星歯車と噛み合う内歯車と、前記内歯車に備えられた内歯車軸と、遊星歯車を回転支持する片持ち構造の遊星歯車軸と、遊星歯車軸を保持するプラネットキャリア部材とを備えた遊星歯車装置において、遊星歯車軸は軸心側に配置された片持構造のインナー軸と、このインナー軸に固定され該インナー軸の外周側に配置された片持構造のアウター軸とを備えた二重の片持ち構造によって構成され、アウター軸の一端をプラネットキャリア部材に設けた振動減衰機能を有する支持部材で支持するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は原動機を減速または増速して発電機や給水ポンプ等の産業機械の駆動に使用される減速または増速用の遊星歯車装置に関する。

原動機の回転を減速または増速して発電機や給水ポンプ等の産業機械の駆動に使用される減速または増速用の遊星歯車装置に設置された歯車部分は、太陽歯車と、太陽歯車の周りに配置されて該太陽歯車と噛み合う複数個の遊星歯車と、太陽歯車と回転中心を同じにして、且つ複数個の遊星歯車と噛み合う環状の内歯車とで構成されている。

遊星歯車装置では、複数個の遊星歯車が太陽歯車の周りに等間隔で配置され、これらの遊星歯車に均一に荷重が作用するように構成することが望ましいが、加工や組立による機械的な誤差に起因して、これらの遊星歯車に不均一な荷重が作用する場合がある。

このような不均一な荷重が遊星歯車に作用した場合に、遊星歯車の歯に設計値以上の荷重が働いて歯の損傷に至る恐れがあるので、遊星歯車に作用する不均一な荷重は遊星歯車装置の信頼性に大きく係わる問題である。

この対策として、遊星歯車装置の太陽歯車、遊星歯車、内歯車の支持方法を工夫することで、遊星歯車の歯に作用する不均一な荷重を解消または軽減し、遊星歯車装置の信頼性を向上させる方法が提案されている。

遊星歯車の支持方法として、実開平５−４５２９７号公報には、遊星歯車軸と遊星歯車軸受との間に形成した環状すき間を油膜で満たすことで遊星歯車が遊星歯車軸に対して浮動状態にした構造の遊星歯車装置が開示されている。

また、遊星歯車の他の支持方法として、特表２００６−５１６７１３号公報には、遊星キャリアに固定された片持ち構造の軸と、この軸を覆う円筒状の軸が、内部の軸の自由端側において部分的に嵌合することで、二重の片持ち構造を構成する遊星歯車装置が開示されている。

実開平５−４５２９７号公報 特表２００６−５１６７１３号公報

しかしながら、近年、原動機を減速または増速して発電機や給水ポンプ等の産業機械の駆動に使用される遊星歯車装置は、原動機の性能や出力の向上に伴なって前記した実開平５−４５２９７号公報や、特表２００６−５１６７１３号公報に開示されたような遊星歯車装置が種々の運転速度又は種々の伝達トルクで使用されるために、遊星歯車装置に設置された遊星歯車に共振が生じ、特定の負荷域において遊星歯車装置に異常な振動が発生するという問題がある。

前記した実開平５−４５２９７号公報、または特表２００６−５１６７１３号公報に開示された遊星歯車装置では、種々の運転速度又は種々の伝達トルクによって遊星歯車装置を運転した場合に、遊星歯車に生じる共振に起因して遊星歯車装置に過大な振動が発生することを抑制するのは困難であった。

本発明の目的は、種々の運転速度又は種々の伝達トルクで遊星歯車装置を運転する際に、遊星歯車に不均一な荷重が作用するのを抑制し、共振時の遊星歯車の振動振幅を低減させることで信頼性を向上した遊星歯車装置を提供することにある。

本発明の遊星歯車装置は、太陽歯車軸を備えた太陽歯車と、前記太陽歯車の周囲に配置され該太陽歯車と噛み合う複数個の遊星歯車と、前記太陽歯車と回転中心を同じにして、且つ該遊星歯車と噛み合う内歯車と、前記内歯車に備えられた内歯車軸と、前記遊星歯車を回転支持する遊星歯車軸と、前記遊星歯車軸を保持するプラネットキャリアとを備えた遊星歯車装置において、
前記遊星歯車軸は、軸心側に配置された片持構造のインナー軸と、このインナー軸に固定され該インナー軸の外周側に配置された片持構造のアウター軸とを備えた二重の片持ち構造によって構成され、前記アウター軸の一端をプラネットキャリアに設けた振動減衰機能を有する支持部材で支持するように構成したことを特徴とする。

本発明の遊星歯車装置は、原動機の回転軸と連結した太陽歯車軸を備えた太陽歯車と、前記太陽歯車の周囲に配置され該太陽歯車と噛み合う複数個の遊星歯車と、前記太陽歯車と回転中心を同じにして、且つ該遊星歯車と噛み合う内歯車と、前記内歯車に備えられ原動機の回転が伝達される負荷装置の回転軸と連結された内歯車軸と、前記遊星歯車を回転支持する片持ち構造の遊星歯車軸と、前記遊星歯車軸を保持するプラネットキャリア部材とを備えた遊星歯車装置において、 前記遊星歯車軸は、軸心側に配置された片持構造のインナー軸と、このインナー軸に固定され該インナー軸の外周側に配置された片持構造のアウター軸とを備えた二重の片持ち構造によって構成され、前記アウター軸の一端をプラネットキャリア部材に設けた振動減衰機能を有する支持部材で支持するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、種々の運転速度又は種々の伝達トルクで遊星歯車装置を運転する際に、遊星歯車に不均一な荷重が作用するのを抑制し、共振時の遊星歯車の振動振幅を低減させる信頼性を向上した遊星歯車装置が実現できる。

本発明の一実施例である遊星歯車装置の概略構造を示す分解図。 図１に記載した実施例の遊星歯車装置をガスタービン装置と発電機とを連結する減速器として設置したガスタービン発電設備を示す概略構造図。 図１に記載した実施例の遊星歯車装置の一部を構成する遊星歯車を支持する二重片持ち構造の遊星軸を示す構造図。

次に、本発明の実施例である産業用に用いられる遊星歯車装置について図面を参照して以下に説明する。

本発明の実施例である、原動機の回転を減速して、負荷装置である発電機や給水ポンプ等の産業機械に伝達する遊星歯車装置について図１乃至図３を用いて説明する。

図２は、原動機であるガスタービン装置１０の回転を負荷装置である発電機１１に伝達するために、両者の間に本発明の実施例である遊星歯車装置９を設置した構成のガスタービン発電設備を示す概略構成図である。

図２において、ガスタービン装置１０は、図示されていない空気を加圧する圧縮機と、圧縮機で加圧された高圧空気を供給して燃料を燃焼して燃焼ガスを発生させる燃焼器と、燃焼器で発生した高温の燃焼ガスで駆動されるタービンとから構成されている。

そしてガスタービン装置１０に備えられたタービンの回転を遊星歯車装置９により減速して、負荷装置である発電機１１を回転駆動し、該発電機１１で発電している。

次に、発電機１１とガスタービン装置１０との間に設置され、ガスタービン装置１０の回転を減速して伝達し、負荷装置の発電機１１を回転させる本発明の実施例であるスター型の遊星歯車装置９について説明する。

図１及び図２において、本実施例のスター型の遊星歯車装置９に備えられた歯車部分は、原動機であるガスタービン装置１０のタービンの回転軸にカップリング１６を介して接続されている太陽歯車軸７と、この太陽歯車軸７と同軸で、且つ一体に設けられている太陽歯車１と、太陽歯車１の周囲に配置されており、太陽歯車１と噛み合う複数個(本実施例では３個)の遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃと、太陽歯車１と回転中心を同じにして、これら３個の遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃと噛み合う円筒の内側に歯が形成されている円環状の内歯車３とから構成されている。

３個の遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃは、プラネットキャリア６に固定された遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃによってそれぞれ回転自在に支持されている。

また、遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃと噛み合う円環状の内歯車３は、その中心に内歯車軸８が設置されており、これらの遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃの回転に伴なって前記内歯車３が内歯車軸８と共に回転する。尚、前記内歯車軸８は、遊星歯車装置９に設置した図示していない軸受によって回転自在に軸支されている。

前記内歯車３の中心に設置された内歯車軸８は発電機１１の回転軸にカップリング１７を介して連結されており、ガスタービン装置１０の運転によるタービンの回転は前記遊星歯車装置９によって減速され、前記内歯車軸８を通じて発電機１１の回転軸を回転駆動するように構成されている。

ところで、本実施例の遊星歯車装置９において、遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃを回転自在に支持する遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃは、図３に示すように、軸心側のフレキシブルなインナー軸４１と、このインナー軸４１の自由端に固定され、該インナー軸４１の外周側に設置されたアウター軸４２とが、それぞれ片持ち構造となる二重の片持ち構造によって構成されており、前記アウター軸４２の外周側に前記遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃを回転自在に支持している。

前記遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃを構成する各アウター軸４２の自由端側の外周にはスラスト軸受１８ａ、１８ｂ、１８ｃが夫々設置されており、各アウター軸４２の外周に回転可能に設置した遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃのスラスト荷重を受けるようになっている。

このインナー軸４１とアウター軸４２とから構成される二重の片持ち構造の遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃにおいて、アウター軸４２の自由端側に設けたスラスト軸受１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、前記遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃを保持するプラネットキャリア６に形成した円筒状の穴６ａ、６ｂ、６ｃの内周側にそれぞれ設けた防振ゴムの振動減衰部材５ａ、５ｂ、５ｃによって保持されており、遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃを構成するアウター軸４２の自由端側はこのスラスト軸受１８ａ、１８ｂ、１８ｃを介して前記プラネットキャリア６の穴６ａ、６ｂ、６ｃに設けた振動減衰部材５ａ、５ｂ、５ｃによって支持される構成となっている。

なお、図示されていないが、前記円筒状の穴６ａ、６ｂ、６ｃが形成されたプラネットキャリア６はインナー軸４１を支持している側のプラネットキャリア６と一体に構成されている。

そして上記構成を採用したことによって、このインナー軸４１に固定されたアウター軸４２の外周側に回転可能に設置された遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃが共振した場合でも、アウター軸４２の自由端の端部を保持する前記プラネットキャリア６の穴６ａ、６ｂ、６ｃに設置された振動減衰部材５ａ、５ｂ、５ｃが有する振動減衰機能によって、遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃ及び遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃに作用する運動エネルギーを、振動減衰部材５ａ、５ｂ、５ｃの変形に伴う熱エネルギーに変換して遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃ及び遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃに生じる振動振幅を効果的に吸収して減少させるので、遊星歯車装置の異常な振動発生を抑制することができる。

また、遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃに不均一な荷重が働いた場合でも、遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃを回転自在に支承するアウター軸４２が固定されたフレキシブルなインナー軸４１が軸撓みすることによって、二重の片持ち構造の一方を構成するアウター軸４２に設置した遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃの位置や姿勢が、ある程度変化することを許容することによって、遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃに作用する不均一な荷重を抑制することができる。

尚、本実施例の遊星歯車装置９における遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃを回転自在に支持する片持ち構造の遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃは、インナー軸４１とその外周側のアウター軸４２とから二重の片持ち構造を構成し、前記アウター軸４２の自由端を支持する防振ゴムの振動減衰部材５ａ、５ｂ、５ｃがプラネットキャリア６に形成した穴６ａ、６ｂ、６ｃの内周側に設置した構造について説明したが、前記振動減衰部材５ａ、５ｂ、５ｃに替えて、又は前記振動減衰部材５ａ、５ｂ、５ｃに加えて、図３に示したように前記アウター軸４２の反自由端側に振動減衰部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃを設置して前記アウター軸４２を支持する構造にしても、前記した本実施例の遊星歯車装置と同様の効果を奏することが可能である。

次に本実施例の遊星歯車装置を減速機として適用したガスタービン発電設備について説明すると、前記構成の遊星歯車装置９を減速機にしたガスタービン発電設備において、ガスタービン装置１０を運転してタービンが駆動すると、このタービンの回転軸と連結した遊星歯車装置９に備えられた太陽歯車軸７が駆動して、この太陽歯車軸７に一体に取り付けられた太陽歯車１が回転する。

太陽歯車１が回転すると、この太陽歯車１と噛み合った３個の遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれの遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃの周りに回転し、これらの遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃの回転に伴って該遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃと噛み合った歯車をその内周側に形成した円環状の内歯車３が回転して該内歯車３の軸心に設置された内歯車軸８を回転駆動させる。

内歯車軸８の回転によって発電機１１の回転軸が駆動され、該発電機１１による発電が行われる。即ち、ガスタービン装置１０のタービンの回転が遊星歯車装置９によって減速されて発電機１１を所望の回転数で駆動することになる。

前記した本実施例の遊星歯車装置９において、遊星歯車２ａ、２ｂ、２ｃに設けられた遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃの二重片持ち構造を構成するアウター軸４２の自由端に設けたスラスト軸受１８ａ、１８ｂ、１８ｃの外周側に設置してこのアウター軸４２を支持する支持部材として、プラネットキャリア６の穴６ａ、６ｂ、６ｃに設置した振動減衰部材５には防振ゴムや樹脂などを用いるのが良い。

また、前記振動減衰部材５として防振ゴムや樹脂に代えて、粘度の高い潤滑油で内部を満たした容器と、容器が変形時に潤滑油の流体抵抗が大きくなるように該容器の内部に設けたオリフィスから構成される構造の振動減衰器を用いて、アウター軸４２を支持する場合でも、振動減衰部材５の支持部材と同様の振動減衰機能を得ることができる。

同様に、振動減衰部材５として剛性可変機能を有する支持部材を用いて遊星歯車軸４ａ、４ｂ、４ｃの二重片持ち構造を構成するアウター軸４２を支持するようにしてもよい。この剛性可変機能を有する支持部材としては、その内部を粘度の高い潤滑油で満たされた容器と、この容器と連通して容器内の潤滑油の圧力を増強させる油圧ジャッキから構成されるものである。このような構造の剛性可変機能を有する支持部材であっても同様の振動減衰機能を得ることができる。

また、本実施例の遊星歯車装置として、遊星歯車の遊星歯車軸を支持するプラネットキャリアが固定されたスター型の遊星歯車装置について説明したが、スター型以外にも内歯車が固定されたプラネタリー型の遊星歯車装置にも適用することが可能である。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、種々の運転速度又は種々の伝達トルクで遊星歯車装置を運転する際に、遊星歯車に不均一な荷重が作用するのを抑制し、共振時の遊星歯車の振動振幅を低減させる信頼性を向上した遊星歯車装置が実現できる。

本発明は、ガスタービン発電設備におけるスター型の遊星歯車装置に適用できるだけでなく、プラネタリー型の遊星歯車装置にも適用可能である。

１：太陽歯車、２ａ、２ｂ、２ｃ：遊星歯車、３：内歯車、４ａ、４ｂ、４ｃ：遊星歯車軸、５ａ、５ｂ、５ｃ：振動減衰部材、６：プラネットキャリア、６ａ、６ｂ、６ｃ：穴、７：太陽歯車軸、８：内歯車軸、９：遊星歯車装置、１０：ガスタービン装置、１１：発電機、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ：振動減衰部材、１６、１７：カップリング、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ：スラスト軸受、４１：インナー軸、４２：アウター軸。

Claims (7)

1. 太陽歯車軸を備えた太陽歯車と、前記太陽歯車の周囲に配置され該太陽歯車と噛み合う複数個の遊星歯車と、前記太陽歯車と回転中心を同じにして、且つ該遊星歯車と噛み合う内歯車と、前記内歯車に備えられた内歯車軸と、前記遊星歯車を回転支持する遊星歯車軸と、前記遊星歯車軸を保持するプラネットキャリアとを備えた遊星歯車装置において、
   前記遊星歯車軸は、軸心側に配置された片持構造のインナー軸と、このインナー軸に固定され該インナー軸の外周側に配置された片持構造のアウター軸とを備えた二重の片持ち構造によって構成され、前記アウター軸の一端をプラネットキャリアに設けた振動減衰機能を有する支持部材で支持するように構成したことを特徴とする遊星歯車装置。
2. 原動機の回転軸と連結した太陽歯車軸を備えた太陽歯車と、前記太陽歯車の周囲に配置され該太陽歯車と噛み合う複数個の遊星歯車と、前記太陽歯車と回転中心を同じにして、且つ該遊星歯車と噛み合う内歯車と、前記内歯車に備えられ原動機の回転が伝達される負荷装置の回転軸と連結された内歯車軸と、前記遊星歯車を回転支持する片持ち構造の遊星歯車軸と、前記遊星歯車軸を保持するプラネットキャリア部材とを備えた遊星歯車装置において、
   前記遊星歯車軸は、軸心側に配置された片持構造のインナー軸と、このインナー軸に固定され該インナー軸の外周側に配置された片持構造のアウター軸とを備えた二重の片持ち構造によって構成され、前記アウター軸の一端をプラネットキャリア部材に設けた振動減衰機能を有する支持部材で支持するように構成したことを特徴とする遊星歯車装置。
3. 請求項１に記載の遊星歯車装置において、
   前記遊星歯車装置はスター型の遊星歯車装置であることを特徴とする遊星歯車装置。
4. 請求項１に記載の遊星歯車装置において、
   前記遊星歯車装置はプラネタリー型の遊星歯車装置であることを特徴とする遊星歯車装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の遊星歯車装置において、
   前記遊星歯車軸を構成する前記アウター軸の一端を支持する振動減衰機能を有する支持部材として、防振ゴムが用いられていることを特徴とする遊星歯車装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の遊星歯車装置において、
   前記遊星歯車軸を構成する前記アウター軸の一端を支持する振動減衰機能を有する支持部材として、その内部を粘度の高い潤滑油で満たされた容器と、この容器の変形時に潤滑油の流体抵抗を増すように容器内に設けたオリフィスとから構成される振動減衰器が用いられていることを特徴とする遊星歯車装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の遊星歯車装置において、
   前記遊星歯車軸を構成する前記アウター軸の一端を支持する振動減衰機能を有する支持部材として、その内部を粘度の高い潤滑油で満たされた容器と、この容器と連通して容器内の潤滑油の圧力を増強させる油圧ジャッキとから構成される剛性可変器が用いられていることを特徴とする遊星歯車装置。

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