JP2011094714A

JP2011094714A - 遊星歯車減速装置

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Publication number: JP2011094714A
Application number: JP2009249695A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Imai; 秀幸今井; Tetsuya Matsuoka; 哲也松岡; Hiroyasu Nishikawa; 弘泰西川; Toru Nishida; 徹西田; Hirofumi Akahori; 広文赤堀; Tatsuhiko Goi; 龍彦五井
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: EP2317176B1; CA2718682A1; JP4975081B2; CA2718682C; US8398525B2; EP2317176A1; US20110105270A1

Abstract

【課題】ミスアライメントの発生が効果的に抑制され、寿命性能に優れる遊星歯車減速機構を提供する。
【解決手段】サンギア（５）と、プラネットギア（７）と、リングギア（９）と、前記プラネットギアの回転軸であるプラネット軸（１３）の一端部を支持するフロントプレート（１７）、他端部を支持するバックプレート（２１）および両プレートを連結するドラム（２１）を有するプラネットキャリア（１１）とを備える遊星歯車減速装置（１）において、前記フロントプレート（１７）の、前記プラネット軸（１３）を支持する支持部（２７）の外周領域に、プラネット軸の軸心（Ｃ２）同士を結ぶプラネットピッチ円（Ｐｃ）の外側からピッチ円近傍まで延びる切欠部（５３）が形成され、前記フロントプレート外周の連結部（４１ａ）の径方向内側で、かつ隣接する支持部（２７）の間に、前記ピッチ円（Ｐｃ）の外側から内側まで延びる切欠溝（５５）が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、主として航空機の動力伝達機構に用いられる遊星歯車減速装置に関する。

従来、この種の遊星歯車減速装置は、外歯を有する歯車であるサンギアと、外歯を有して前記サンギアに噛合する歯車である複数のプラネットギアと、各プラネットギアの回転軸を支持して複数のプラネットギアの相対位置決めをする共通のプラネットキャリアと、内歯を有して複数のプラネットギアに噛合するリングギアとを備えている。ガスタービンエンジンなどの動力源で発生した動力は、例えば、まずサンギアに入力され、その後プラネットギアに伝達される。プラネットギアに伝達された動力は、２種類の異なる出力として取り出すことができる。すなわち、プラネットギアの自転によるリングギアの回転動力、およびプラネットギアのサンギアに対する公転によるプラネットキャリアの回転動力としてそれぞれ取り出すことができる（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第５４６６１９８号明細書

この遊星歯車減速装置が設置される航空機の運転中に、プラネットキャリアに作用する駆動トルクの影響によって、プラネットギアの回転軸であるプラネット軸に曲げ変形が発生する場合がある。この曲げ変形により、プラネットギアとプラネットギアに噛合するサンギアおよびリングギアとの平行度がずれた状態、すなわちミスアライメントが生じる。ミスアライメントが生じると、歯車や軸受の片あたりが発生するので、遊星歯車減速装置の寿命が低下する。

本発明は、プラネット軸の曲げ変形に起因するミスアライメントの発生が効果的に抑制され、寿命性能に優れる遊星歯車減速機構を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するために、本発明に係る遊星歯車減速装置は、外歯を有するサンギアと、外歯を有して前記サンギアに噛合する複数のプラネットギアと、内歯を有して前記プラネットギアに噛合するリングギアと、前記複数のプラネットギアの回転軸であるプラネット軸の一端部を支持するフロントプレート、複数の前記プラネット軸の他端部を支持するバックプレートおよび両プレートを連結するドラムを有するプラネットキャリアと、を備え、前記フロントプレートは、前記プラネット軸を支持する支持部の外周領域に、前記プラネット軸の軸心同士を結ぶプラネットピッチ円の外側からこのピッチ円の近傍まで延びる切欠部が形成され、前記フロントプレート外周の、前記ドラムに連結される連結部の径方向内側で、かつ隣接する支持部の間で、前記プラネットピッチ円の外側から内側まで延びる切欠溝が形成されている。

この構成によれば、プラネット軸を支持するフロントプレートの、特に支持部周辺に切欠部分を設けて、剛性をバックプレート側に対して低下させることにより、プラネット軸の曲げ変形が抑制されるので、プラネット軸の軸心の倒れが効果的に抑制される。したがって、プラネット軸に支持されるプラネットギアとサンギアとのミスアライメント、およびプラネットギアとリングギアとのミスアライメントが低減され、その結果、遊星歯車減速装置の寿命性能が向上する。さらには、切欠部分を設けることにより、遊星歯車装置の軽量化が可能となる。

本発明に係る遊星歯車減速装置において、前記切欠溝は、前記連結部の径方向内側から径方向内方へ向かって延びる縦溝部と、該縦溝部の径方向内端から隣接する２つの前記支持部に近づくように周方向斜め内側へ延びる１対の傾斜溝部とを有することが好ましい。この構成によれば、支持部の周辺の剛性を効果的に低下させつつ、フロントプレート全体に要求される強度を確保することにより、遊星歯車装置の寿命がさらに向上する。

本発明に係る遊星歯車減速装置において、前記切欠溝の少なくとも一部分が、複数のプラネット軸を連ねる環状の占有帯に含まれて、この占有帯の径方向幅の５０％以上を占めていることが好ましい。このように構成することにより、支持部の周方向側方の剛性を効果的に低下させることができる。

本発明に係る遊星歯車減速装置において、前記連結部が前記支持部に対して軸方向に偏位していることが好ましい。この構成によれば、連結部と支持部との間のモーメントアームが増大するので、一層効果的に支持部周辺の剛性を低下させてミスアライメントを低減することができる。

本発明に係る遊星歯車減速装置において、前記フロントプレートが、前記ドラムと別体に形成されて連結部材によりドラムに連結されていてもよい。この構成によれば、上述のようにフロントプレートの剛性を低下させることができるとともに、遊星歯車減速装置の組立作業が簡単になる。

本発明に係る遊星歯車減速装置において、前記連結部は周方向に間欠的に配置されており、隣接する２つの連結部の周方向中間位置にプラネット軸支持部が配置されていてもよい。このように構成することにより、プラネット軸支持部の径方向外側のの剛性がきわめて効果的に低減され、ミスアライメントの発生が抑制される。

このように、本発明の遊星歯車減速装置によれば、簡単な構造によって効果的にミスアライメントの発生が抑制され、寿命性能が大幅に向上する。

本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速装置を示す部分破断斜視図である。図１の遊星歯車装置の縦断面図である。図１の遊星歯車装置に用いられるプラネットキャリアの分解斜視図である。図１の遊星歯車減速装置に使用されるフロントプレートを前方から見た正面図である。図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速装置１を示す斜視図である。この遊星歯車減速機構１は、ヘリコプターまたは航空機エンジンに設置されて、図示しないガスタービンエンジンに入力軸３を介して連結されており、このガスタービンエンジンの動力を、図示しない２つのロータに、それぞれ互いに独立の出力として伝達する。なお、以下の説明において、軸方向の、ガスタービンエンジンが配置されている側（図１の左下側）を前側と呼び、その反対側を後側と呼ぶ。

図２は、図１の遊星歯車減速装置１の要部を示す縦断面図である。同図に示すように、遊星歯車減速装置１は複列の歯車機構として構成されており、サンギア５、プラネットギア７、リングギア９、プラネットキャリア１１、およびプラネット軸１３を備えている。サンギア５は、互いに逆方向に傾斜した複列のはすば歯車からなる外歯を有する歯車であり、回転軸となる入力軸３の外周に嵌合されている。プラネットギア７は、サンギア５に対応したはすば歯車からなる複列の外歯を有する歯車であり、回転軸となる中空のプラネット軸１３の外周に複列の軸受１５を介して回転自在に取付けられた状態で、サンギア５に噛合している。本実施形態では、後に詳しく説明するように、５つのプラネットギア７が、サンギア５の円周方向に等間隔に配置されている。リングギア９は、複列のはすばからなる内歯を有する歯車であり、５つのプラネットギア７に噛合している。

５つのプラネットギア７の各プラネット軸１３は、その前端部が、入力軸３と同一の軸心Ｃ１を有する環状のフロントプレート１７に支持されている。図３の分解斜視図に示すように、フロントプレート１７は、同心状に配置された円筒状のドラム１９の内周部に、複数のボルト２０によって連結されている。ドラム１９は、その前端部を形成する円筒状のドラム本体１９ａと、ドラム本体１９ａに一体に形成されて、ドラム本体１９ａから後方に延びる複数のドラム支柱１９ｂとを有している。ドラム支柱１９ｂは、径方向外側から内側に向かって幅狭となるほぼ台形の断面形状を有しており、プラネット軸１３（図２）間の円周方向位置に等間隔に配置されている。ドラム１９の後端部、つまりドラム支柱１９ｂの後端部にはバックプレート２１が一体的に形成されており、このバックプレート２１に、図２に示すプラネット軸１３の後端部が支持されている。このように、ドラム１９と、ドラム１９を介して互いに連結されたフロントプレート１７およびバックプレート２１が、プラネット軸１３およびプラネットギア７を支持するプラネットキャリア１１を構成しており、このプラネットキャリア１１によって、各プラネット軸１３間の相対位置、すなわち各プラネットギア７間の相対位置が決められる。

ドラム１９の前端部は、入力軸３と同心の前方出力軸２３にボルト連結されており、５つのプラネットギア７の、軸心Ｃ１回りの公転による動力は、ドラム１９および前方出力軸２３を介して駆動力として前側のロータ（図示せず）に出力される。一方、リングギア９の外周部は、入力軸３と同心に配置されるフレックスサポート２５に連結されており、プラネットギア７の自転軸心Ｃ２回りの回転による動力は、リングギア９およびフレックスサポート２５を介して駆動力として後側のロータ（図示せず）に出力される。なお、リングギア９を回転不能に設定するか、またはプラネットキャリア１１を回転不能に設定することにより、前方または後方のいずれか一方に動力を出力するように構成してもよい。

プラネット軸１３の軸方向前端部の外周面には、段差状に小径となる被支持部１３ａが形成されている。一方、フロントプレート１７の外周側には、プラネット軸１３を支持するための支持貫通孔２７ａを有する支持部２７が設けられており、支持貫通孔２７ａにプラネット軸１３の前端部の被支持部１３ａが嵌合されている。同様に、プラネット軸１３の後端部に形成された小径の被支持部１３ｂが、パックプレート２１の支持部２９の支持貫通孔２９ａに嵌合されている。この状態で、さらに、長軸の固定支軸３１によってフロントプレート１７、プラネット軸１３およびバックプレート２１が軸方向に締め付け固定されている。

具体的には、固定支軸３１は、中空の軸部３１ａと、軸部３１ａの前端部に一体形成された、軸部よりも大径の円板状の前端頭部３１ｂと、軸部３１ａの後端部内周面に嵌合する、軸部３１ａよりも大径の円板状の後端頭部３１ｃとを有している。プラネット軸１３の中心部の貫通孔１３ｃに軸部３１ａを前方から挿通して、前端頭部３１ｂによってプラネット軸１３およびフロントプレート１７の前端面を覆い、かつ、軸部３１ａの後端部に後端頭部３１ｃを嵌合させて、プラネット軸１３およびフロントプレート１７の後端面を覆った状態で、長軸のボルト３３によって前端頭部３１ｂと後端頭部３１ｃとが軸方向に締め付けられる。このようにして、ブラネット軸１３がフロントプレート１７およびバックプレート２１によって支持されている。

図４は、遊星歯車減速装置１のフロントプレート１７を前方から見た正面図である。同図に示すように、フロントプレート１７は、円板形状の中心部に入力軸３を挿通させるための入力軸挿通孔が形成された中央ボス３７を有しており、この中央ボス３７の径方向外側のドーナツ形状のプレート部の剛性を適切に低下させるための各種切欠部分が設けられている。フロントプレート１７の外径は、ドラム１９の円筒状部分であるドラム本体１９ａの内径にほぼ合致している。以下、このフロントプレート１７の形状について詳細に説明する。

フロントプレート１７には、フロントプレート１７を別体のドラム１９に連結するための連結片４１が設けられている。連結片４１は、フロントプレート１７の外周部で周方向に間欠的に配置された複数（本実施形態では５つ）の連結部４１ａと、連結部４１ａを支持部２７に連結するアーム部４１ｂとを有している。各連結部４１ａには、ほぼ周方向に沿って等間隔に配置された複数（図４の例では３つ）のボルト挿通孔４３が設けられている。図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である図５に示すように、ドラム１９の内周面には、鍔状のドラム内側連結部４５が径方向内側に突設されており、このドラム内側連結部４５に、軸心方向に貫通する複数のボルト挿通孔４７が設けられている。連結部材であるボルト２０を、フロントプレート１７のボルト挿通孔４３およびドラム１９のボルト挿通孔４７を介して、ナット５１に螺合させることにより、フロントプレート１７がドラム１９に連結されている。

図４に示すように、隣接する２つの連結部４１ａ，４１ａの周方向中間位置に、プラネット軸１３の前端部を支持する支持部２７が配置されている。つまり、複数の連結部４１ａの周方向中間位置に、連結部４１ａと同数の支持部２７が、円周方向に等間隔に配置されている。各支持部２７のフロントプレート１７の径方向外側には、プラネット軸１３の外周に沿った円弧状の外側縁部２７ｂが形成されており、この外側縁部２７ｂが、ドラム１９の内側連結部４５に形成された円弧状の切欠部に、隙間４９を存して径方向に対向している。支持部２７の径方向外側に連結部４１ａが存在する形状としてもよいが、上記のように構成することにより、支持部２７の径方向外側部分の剛性がきわめて効果的に低減される。

フロントプレート１７の支持部２７の外周領域には、プラネット軸１３の軸心Ｃ２同士を結ぶプラネットピッチ円Ｐｃの外側からこのピッチ円Ｐｃの近傍まで延びる切欠部５３が形成されている。具体的には、切欠部５３は、円弧状の隙間４９の周方向の両端近傍に形成された、外側縁部２７ｂの周方向端部と、連結片４１の周方向の端部との隙間から、ピッチ円Ｐｃに向かってピッチ円Ｐｃの近傍まで延びている。換言すれば、支持部２７の、ピッチ円Ｐｃの円周に沿った両側部近傍に切欠部５３が形成されている。

さらに、フロントプレート１７の連結部４１ａの径方向内側には、隣接する支持部２７，２７の間で、ピッチ円Ｐｃの外側から内側まで延びる切欠溝５５が形成されている。より詳細には、この切欠溝５５は、連結部４１ａの径方向内側から径方向内方へ向かって延びる縦溝部５５ａと、この縦溝部５５ａの径方向内端から隣接する２つの支持部２７，２７に近づくように周方向斜め内側へ延びる１対の傾斜溝部５５ｂ、５５ｂとを有している。換言すれば、支持部２７の側部の、ピッチ円Ｐｃよりも若干径方向内側に位置する部分から、周方向斜め外側に向かって連結部４１ａまで湾曲しながら延びる前記アーム部４１ｂが形成されており、このアーム部４１ｂの内側縁に沿って切欠溝５５が形成されている。切欠溝５５をこのような形状とすることにより、支持部２７の周辺の剛性を効果的に低下させつつ、フロントプレート１７全体に要求される強度が確保される。

切欠溝５５の傾斜溝部５５ｂの径方向内側には、中央ボス３７の外周から径方向斜め後方に延びる補強用の第１リブ５６が形成され、支持部２７と中央ボス３７との間には、径方向に延びる第２リブ５７が形成されている。

切欠溝５５は、少なくともその一部分が、フロントプレート１７の環状の占有帯５９に含まれている。ここで、環状の占有帯５９とは、フロントプレート１７上の、プラネット軸１３を連ねる環状の領域のことであり、複数のプラネット軸１３の外接円Ｏｃと内接円Ｉｃとによって囲まれる範囲を指している。切欠溝５５は、占有帯５９の径方向幅の５０％以上を占めていることが好ましく、７０％以上を占めていることがより好ましい。このように設定することにより、支持部２７の周方向側方の剛性を効果的に低下させることができる。

また、図５に示すように、連結部４１ａの軸方向位置は、破線で示す支持部２７の軸方向位置に対して前側に偏位している。連結部４１ａと支持部２７の軸方向位置を同一となるように設定してもよいが、このように軸方向に偏位させることにより、連結部４１ａと支持部２７との間の直線距離が増し、モーメントアームが大きくなるので、フロントプレート１７の剛性を効果的に低下させることができる。

上記の実施形態に係る遊星歯車減速装置１によれば、以下の効果が得られる。

図１の遊星歯車減速装置１が設置されるヘリコプターの運転時に、入力軸３が矢印Ｑの方向に回転しており、この入力軸３のサンギア５の駆動力が、プラネットギア７に矢印Ｆ１方向に作用する。プラネットギア７の駆動力はリングギア９に伝達されるので、プラネットギア７にはその反力が矢印Ｆ２方向に作用する。前記Ｆ１方向およびＦ２方向が同一であることから、プラネット軸１３に曲げ変形が発生する。従来の遊星歯車減速装置の場合には、このプラネットキャリアの曲げ変形により、プラネット軸の回転軸心方向の平行度が低下し、プラネットギアと他のギアとの間にミスアライメントが生じる。しかしながら、本実施形態では、図４に示すフロントプレート１７において、プラネット軸１３を支持する支持部２７の周辺に上記の切欠部５３、切欠溝５５を形成したので、フロントプレート１７の、プラネット軸１３を支持する部分である支持部２７の周辺の剛性が低く、柔軟である。

その結果、プラネット軸１３の曲げ変形が抑制されるので、プラネット軸１３の、軸心Ｃ１に対する平行度が大きく低下することがなく、プラネットギア７とサンギア５とのミスアライメント、およびプラネットギア７とリングギア９とのミスアライメントが低減される。すなわち、前方出力軸に連結されているフロントプレート１７の剛性、特に支持部２７周辺の剛性を低減したことにより、プラネットギア７と、これに噛合する各歯車５，９との間のミスアライメントが極めて効果的に低減され、遊星歯車減速装置１の寿命が向上する。また、切欠部分を設けることにより、遊星歯車装置１の軽量化が可能となる。しかも、上記のような効果を、簡易な構造によって得ることができるので、大幅な設計変更やコストの増加を要しない。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１遊星歯車減速装置
５サンギア
７プラネットギア
９リングギア
１１プラネットキャリア
１３プラネット軸
１７フロントプレート
１９ドラム
２１バックプレート
２７支持部
４１連結片
４１ａ連結部
５３切欠部
５５切欠溝
Ｐｃプラネットピッチ円

Claims

外歯を有するサンギアと、
外歯を有して前記サンギアに噛合する複数のプラネットギアと、
内歯を有して前記プラネットギアに噛合するリングギアと、
前記複数のプラネットギアの回転軸であるプラネット軸の一端部を支持するフロントプレート、複数の前記プラネット軸の他端部を支持するバックプレートおよび両プレートを連結するドラムを有するプラネットキャリアと、
を備え、
前記フロントプレートは、前記プラネット軸を支持する支持部の外周領域に、前記プラネット軸の軸心同士を結ぶプラネットピッチ円の外側からこのピッチ円の近傍まで延びる切欠部が形成され、
前記フロントプレート外周の、前記ドラムに連結される連結部の径方向内側で、かつ隣接する支持部の間で、前記プラネットピッチ円の外側から内側まで延びる切欠溝が形成されている遊星歯車減速装置。
請求項１において、前記切欠溝は、前記連結部の径方向内側から径方向内方へ向かって延びる縦溝部と、該縦溝部の径方向内端から隣接する２つの前記支持部に近づくように周方向斜め内側へ延びる１対の傾斜溝部とを有する遊星歯車装置。
請求項１または２において、前記切欠溝の少なくとも一部分が、複数のプラネット軸を連ねる環状の占有帯に含まれて、この占有帯の径方向幅の５０％以上を占めている遊星歯車減速装置。
請求項１から３のいずれか一項において、前記連結部が前記支持部に対して軸方向に偏位している遊星歯車装置。
請求項１から４のいずれか一項において、前記フロントプレートが、前記ドラムと別体に形成されて連結部材によりドラムに連結されている遊星歯車減速装置。
請求項１から５のいずれか一項において、前記連結部は周方向に間欠的に配置されており、隣接する２つの連結部の周方向中間位置にプラネット軸支持部が配置されている遊星歯車減速装置。