JP2011111160A - 予圧プロペラ羽根組体 - Google Patents

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Abstract

【課題】動作中に遠心荷重が加わった場合に発生する遊びを排除するプロペラ羽根組立体を提供する。
【解決手段】プロペラ羽根組体１は、少なくとも１つの軸受組体３，４を介してハブにそれぞれ接続された複数のプロペラ羽根１０を具備する。各プロペラ羽根及び軸受組体は予圧を与えられ、予圧は、各プロペラ羽根の羽根基部１１及び軸受組体を含む予圧経路を介して与えられ、且つ予圧経路にばね６が設けられる。プロペラ羽根組体の構成要素が摩耗した場合、ばねは予圧力を維持する。プロペラ羽根組体に予圧を与える方法も開示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロペラ羽根組体及びその製造方法に関する。
長手方向軸に関する各プロペラ羽根の回転を調整可能にし且つプロペラ羽根を所定の位置に保持することを容易にする内側軸受及び外側軸受を介して可変ピッチプロペラ羽根をハブに装着することは知られている。動作中に大きな遠心力及び推力を受けた場合にプロペラ羽根及び軸受の安定性を維持するために、プロペラ羽根及び軸受に予圧を与えることも周知である。
英国特許出願公開第２２４４５２５号明細書は、予圧プロペラ羽根ハブ組体の一実施例を開示する。組体は内側レース部材及び外側レース部材を具備する。組体の外側軸受の外レース部材に形成されたねじ面に螺合するように構成された対応するねじ面を有する予圧リングによって予圧は与えられる。予圧リングを締め付けると、外側軸受に予圧力が加えられる。この力は羽根の基部を介して内側軸受に伝達され、その結果、組体は引っ張られた状態になり、予圧力は動作中の遠心力及び推力に抗して組体を支持する。
予圧軸受組体の使用にはいくつかの欠点がある。第１に、軸受のいずれかが円錐ころ形の軸受である場合、予圧が正しく与えられるように保証するために、予圧を与えている間、ハブ組体を連続回転させておくことが必要である。第２に、組体で摩耗が起こるにつれて予圧は急速に失われ、軸受の早期摩耗及び障害が発生する。また、時間が経過するにつれて予圧リング又は予圧ナットがゆるむこともありうる。第３に、プロペラ羽根ハブなどの回転組体に軸受が収納されている場合、軸受の軸は組体の回転軸に対して垂直であるので、多段構成において羽根軸が受ける遠心力は１つ以上の軸受を無荷重状態にする。それにより、軸受の内レース及び外レースのずれが起こることがある。これら３つの影響は、すべて予圧ループ又は予圧経路における部品の相対運動による組体の予圧の弛緩が原因であり、小さな相対運動であっても、保持されている予圧に重大な影響を及ぼす。
軸受の無荷重状態の補償は、摩耗の影響を補償するために更に予圧を与えることにより通常実現される。同様に、組み立て中に軸受を連続回転させておくことが不可能である場合、補償予圧を与えるという同様の考えが採用されてもよい。現在、摩耗による予圧の損失は考慮されていない。
英国特許出願公開第２２４４５２５号明細書
本発明は、少なくとも１つの軸受組体を介してハブにそれぞれ接続された複数のプロペラ羽根を具備し、各プロペラ羽根及び各軸受組体は予圧を与えられ、予圧力は、軸受組体及びプロペラ羽根の基部を含む予圧経路を介して加えられ、且つ予圧経路に弾性偏向手段が設けられるプロペラ羽根組体を提供する。
本発明によれば、動作中に遠心荷重が加わった場合に本発明を取り入れていない組体では発生すると考えられる遊びが弾性偏向手段により排除されるという利点が得られる。従って、本発明はプロペラ羽根及び軸受組体に与えられた予圧を維持する。遊びは、軸受組体の摩耗、予圧リングのゆるみ又はプロペラ羽根組体で起こりうる他の任意のゆるみによって起こると考えられる。本発明に係るプロペラ羽根組体は高い強度及び優れた耐久性を有する。必要とされる最小限の予圧を与えるように偏向手段のばね率を設定することにより、プロペラ羽根組体を回転する必要なく予圧を与えられることは、本発明の更なる大きな利点である。
本発明は、プロペラ羽根組体を製造する方法を更に提供する。方法は、プロペラ羽根の基部及び軸受組体が予圧経路を形成するように、複数のプロペラ羽根を少なくとも１つの軸受組体を介してハブにそれぞれ接続することと、予圧経路に弾性偏向手段を配設することと、予圧経路を介して予圧力を加えることとから成る。
添付の図面を参照して、単なる例として挙げられる本発明の実施形態を以下に詳細に説明する。
図１は、組体の中心を通って切断されたプロペラ羽根組体を示した横断面図であり、線Ａ‐Ａの右側に本発明を取り入れていないプロペラ羽根組体を示し且つ線Ａ‐Ａの左側に本発明に係るプロペラ羽根組体を示す。
図１は、内側軸受組体３及び外側軸受組体４を介してハブ２に接続されたプロペラ羽根１０を具備するプロペラ羽根組体１を示した断面図である。羽根のエーロフォイルは、示されていないが、図１に示される構造の最上部にあると考えられる。線Ａ‐Ａは羽根の軸を示す。矢印１４はプロペラの動作中の遠心荷重の方向を示す。羽根１０の基部１１は内側軸受組体３と外側軸受組体４との間に固定係合される。ハブを介してすべての羽根に遠心荷重が伝達されるように、通常、ハブには４又は６枚の羽根がハブ２の周囲に沿って互いに等間隔で配置される。
内側軸受組体３は、玉軸受形であり、内レース部材１２及び外レース部材１５を具備する。内レース部材１２及び外レース部材１５は羽根の軸に沿って互いに位置がずれている。内側軸受組体３は羽根１０に加わる遠心荷重をハブ２に伝達できるような構造を有する。外側軸受組体４は内レース１３及び外レース７を有する円錐ころ軸受から構成される。外側軸受組体４は、矢印１６により示される方向のプロペラ羽根推力荷重をハブ２に伝達する。外側軸受組体４の内レース部材及び外レース部材は斜めの向きを有するので、軸方向の力も同様に伝達可能である。内側軸受組体３及び外側軸受組体４は、羽根を軸に関してねじることにより、羽根のピッチ角を変化させる。
予圧は、外側軸受組体４の外レース７の外面と係合する予圧リング又は予圧ナット５によって組体に与えられる。図示される実施形態において、ねじ山が形成された外レース７の外面に螺合するように、予圧リング５の内面５ａには対応するねじ山が形成されている。予圧リング５が外レース部材７にねじ込まれるにつれて、リングは弾性偏向手段６に当接する（又は図１の右側に示されるようにハブ２に直接当接する）。弾性偏向手段６は予圧リング５とハブ２との間に挿入される。更に予圧リング５をねじ込むと、外側軸受組体４の外レース部材７に予圧引っ張り力が加わる。その力は、外側軸受組体４を介して羽根の基部１１に伝達されることにより、基部１１を矢印１４の方向に偏向する。更に、力は、羽根の基部１１から内側軸受組体３に伝達され、ハブ２に戻される。これにより、内側軸受組体３、外側軸受組体４、弾性偏向手段６、羽根の基部１１及びハブ２を含む予圧経路が規定される。内側軸受組体３及びハブ２は圧縮された状態にあるが、基部１１は引っ張られた状態にある。外側軸受組体４の外レース部材７は引っ張られた状態にあるが、外側軸受組体４のその他の部品は圧縮状態にある。
弾性偏向手段６は、プロペラ羽根の周囲に沿って延出し且つ予圧リング５の直径と等しい直径を有するばね６から構成される。ばね６は座金形ばね、特に皿ばねである。図示される実施形態において、２つの皿ばねが互いに直列に、すなわち互いに逆方向に向くように配置される。複数のばね６及び／又はシム（図示せず）を使用することにより、ばね６のばね定数及びハブ２と予圧リング５との間隔が調整されてもよい。ばね定数は初期予圧を維持するのに十分な力を加えるように選択される。特に、予圧を与える過程の間にばねは完全に圧縮するように構成される。
プロペラ羽根組体の製造中、プロペラ羽根組体が静止している間に予圧力を加える過程が実行されてもよい。言い換えれば、予圧を与える過程の間に組体を回転する必要はない。
プロペラが回転するにつれてプロペラ羽根１０に遠心荷重が加わるので、内側軸受組体３に対する荷重は増加し且つ外側軸受組体４に対する荷重は減少する。外側軸受組体４に与えられる予圧が不十分である場合、軸受が周期的に推力を受けると、荷重状態は不安定になり、軸受レースところとの間に横方向の相対運動が起こる。その結果、軸受は早期に摩耗し、最終的にはレース又はころに障害が起こる。ばね６はこの問題を軽減する。プロペラ羽根に全遠心荷重が加えられた場合、組体の遊びによって発生する予圧の損失がばね６の伸長により完全に相殺されるように、ばね６のばね率は設定される。外側軸受組体４を安定させるために必要とされる予圧をばねの残留荷重が超えた場合でも、予圧は維持される。
本発明の更なる態様において、使用中にばね６の伸張が監視されてもよい。これにより、組体における遊びの量を示す手段及びプロペラ羽根組体１の保守を実施する時期を示す手段が提供される。
１ プロペラ羽根組体
２ ハブ
３ 内側軸受組体
４ 外側軸受組体
５ 予圧リング
５ａ 予圧リングの内面
６ ばね（弾性偏向手段）
７ 外レース部材
１０ プロペラ羽根
１１ 羽根の基部
１２ 内レース部材
１３ 内レース部材
１４ 遠心荷重の方向
１５ 外レース部材
１６ プロペラ羽根推進荷重の方向

Claims (12)

  1. 少なくとも１つの軸受組体を介してハブにそれぞれ接続された複数のプロペラ羽根を具備し、各プロペラ羽根及び前記軸受組体は予圧を与えられ、前記予圧は、各プロペラ羽根の羽根基部及び前記軸受組体を含む予圧経路を介して与えられ、且つ前記予圧経路に弾性偏向手段が設けられることを特徴とするプロペラ羽根組体。
  2. 各プロペラ羽根の前記基部は、内レース部材及び外レース部材を有する内側軸受組体及び外側軸受組体に接続され、且つ前記予圧は、前記外側軸受組体の前記外側レース部材と係合する予圧リングによって与えられる請求項１記載のプロペラ羽根組体。
  3. 前記弾性偏向手段は前記予圧リングと前記ハブとの間に挿入される請求項２記載のプロペラ羽根組体。
  4. 前記弾性偏向手段は、初期予圧を維持するのに十分な力を供給するように選択されたばね定数を有する請求項１記載のプロペラ羽根組体。
  5. 前記弾性偏向手段はばねから構成される請求項１記載のプロペラ羽根組体。
  6. 前記ばねは座金形ばねである請求項５記載のプロペラ羽根組体。
  7. 前記ばねは、所望のばね率を提供するために並列に又は直列に配列された１つ以上の皿ばねである請求項６記載のプロペラ羽根組体。
  8. 前記弾性偏向手段は完全に圧縮される請求項１記載のプロペラ羽根組体。
  9. プロペラ羽根組体を製造する方法において、プロペラ羽根の基部及び軸受組体のうち少なくとも１つが予圧経路を形成するように、複数のプロペラ羽根を少なくとも１つの軸受組体を介してハブにそれぞれ接続することと、前記予圧経路に弾性偏向手段を配設することと、前記予圧経路を介して予圧力を加えることとから成る方法。
  10. 前記予圧力を加える過程は、前記プロペラ羽根組体が静止している間に実行される請求項９記載の方法。
  11. 前記予圧力を加える過程において前記弾性偏向手段は完全に圧縮される請求項９記載の方法。
  12. 前記予圧力は、外側軸受組体の外レースに予圧リングをねじ留めすることにより加えられる請求項９記載の方法。
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