JP2014506973A - ターボジェットエンジンの補機のギアボックス用ドライブシャフト - Google Patents

Abstract

半径方向アームを有する中間ケーシングと、ターボジェットエンジンの補機用ギアボックスのドライブシャフトとを備えるターボジェットエンジン、特に、マルチフロー式ターボジェットエンジンにして、前記ドライブシャフトは中間ケーシングの半径方向アーム内に取り付けられ、中間ケーシングの前記半径方向アームはドライブシャフトを支承する中間軸受（１１０）を備え、前記中間軸受（１１０）はドライブシャフトを支承する複数の転がり軸受（１１５）を備え、ドライブシャフトは一端がターボジェットエンジンのエンジンシャフトに機械式に動力を伝達する手段と連結される第１のシャフト要素（１０１）と、一端が前記ボックスに機械式に動力を伝達する手段と連結される第２のシャフト要素（１０２）とを備え、第１のシャフト要素（１０１）と第２のシャフト要素（１０２）は、複数のスプライン（１０７）を備える接続部（１０５）によって結合されるターボジェットエンジンであって、一平面が複数のスプライン（１０７）および複数の転がり軸受（１１５）を横断することを特徴とするターボジェットエンジン。

Description

本発明は、多軸およびマルチフロー式航空機ターボジェットエンジンの分野に関する。本発明は、このようなターボジェットエンジンの中間ケーシングの半径方向アーム内のドライブシャフトの特有の構造を目的とする。

ターボジェットエンジンに取り付けられる補機、例えば、取り付けられるターボジェットエンジンまたは航空機の動作に必要な発電機またはオイルポンプもしくは燃料ポンプを駆動するために、必要な動力は、通常、メインシャフトから取り出される。２軸式ターボジェットエンジンは、２つの同軸のシャフト、つまり、１つは、低圧圧縮機を低圧タービンに連結してＬＰスプールを形成する低圧シャフトもしくはＬＰシャフトと、他方は、高圧圧縮機を高圧タービンに連結してＨＰスプールを形成する高圧シャフトもしくはＨＰシャフトとを備える。このようなエンジンの場合、動力は、通常、中間ケーシングのアーム内に収容された半径方向アームによって補機に伝達され、半径方向アームの一端は、高圧スプールと剛接続されたピニオンと相互作用する円錐ピニオンを備える。他端は、複数の歯車を備え補機の支承部を形成すると同時に補機を駆動するボックスに機械的に接続される。エンジンがターボファンエンジンンである場合、補機を駆動するギアボックス（ＡＧＢ（アクセサリギアボックス）とも呼ばれる）が二次流を生成するファンのケーシングに取り付けられるので、半径方向伝達シャフトもしくはドライブシャフトは、２つの流れ、つまり一次流と二次流の中を通る。

周知のドライブシャフトは、プライマリシャフトとセカンダリシャフトとして周知の２つの要素で形成されている。第１のシャフト要素もしくはプライマリシャフトの一端は、ターボジェットエンジンのエンジンシャフトに機械式に動力を伝達する手段と連結される。第２のシャフト要素もしくはセカンダリシャフトの一端は、補機を駆動するギアボックスに機械式に動力を伝達する手段と連結される。ドライブシャフトを支承する中間軸受が、半径方向アームの一部に設けられてもよい。このタイプの中間軸受は、通常、ドライブシャフトが旋回する時にドライブシャフトを支承する複数の転がり軸受を備える。

中間ケーシングの半径方向アームは、動作時に、空気力学的な力を受ける。これらの空気力学的な力によって引き起こされる半径方向アームの変形により、第１のシャフト要素と第２のシャフト要素との接続部の領域におけるドライブシャフトの第１の芯ずれと、中間軸受の領域におけるドライブシャフトの第２の芯ずれとが生じる。このように、これらの芯ずれは異なるゾーンで発生して、半径方向アーム内のドライブシャフトのアンバランスおよび振動、ひいては、特に、瞬時に、中間軸受の転がり軸受の領域におけるアンバランスおよび振動を発生させるので、シャフトの駆動効率が低下してしまう。

本発明の目的は、上述の欠点を克服することである。本発明は、半径方向アームを有する中間ケーシングと、中間ケーシングの半径方向アーム内に取り付けられたターボジェットエンジンの補機用ギアボックスのドライブシャフトとを備えるターボジェットエンジン、特に、マルチフロー式ターボジェットエンジンに関する。中間ケーシングの半径方向アームは、ドライブシャフトを支承する中間軸受を備える。中間軸受は、ドライブシャフトを支承する複数の転がり軸受を備える。ドライブシャフトは、一端がターボジェットエンジンのエンジンシャフトに機械式に動力を伝達する手段と連結される第１のシャフト要素と、一端が補機用ギアボックスに機械式に動力を伝達する手段と連結される第２のシャフト要素とを備える。第１のシャフト要素と第２のシャフト要素とは、第２のシャフト要素の一端が第１のシャフト要素の中空円筒状端部に嵌合される形で、第１のシャフト要素および第２のシャフト要素上に配置された複数の相補的スプラインで形成される接続部によって結合される。このタービンエンジンは、一平面が複数のスプラインおよび複数の転がり軸受を横断することが特徴である。このことにより、特に、２つの半径方向シャフト要素の芯ずれによる中間軸受の拘束を低減し、接続部の領域および中間軸受の領域の遊びを低減することができる。接続部は、中間軸受の転がり軸受の領域に位置するゾーンであって、半径方向アームを支承するゾーンで連接される、第１のシャフト要素と第２のシャフト要素とを結合する。また、このことにより、中間ケーシングの半径方向アームの偏向の影響を受けた状態で第１のシャフト要素と第２のシャフト要素との旋回が容易になる。したがって、接続部のスプラインに対して中間軸受の転がり軸受を位置決めすることで、部品間の重心の数を減らすことができるので、第１のシャフト要素と第２のシャフト要素との間のずれがより小さくなる。

本発明の一特徴によれば、第１のシャフト要素と第２のドライブシャフト要素とは旋回の中心で連接され、一平面が前記旋回の中心および複数の転がり軸受を横断する。さらに、このことにより、中間ケーシングの半径方向アームの偏向の影響を受けた状態で第１のシャフト要素と第２のシャフト要素の旋回が容易になる。このことにより、第１のシャフト要素と第２のシャフト要素との接続部の領域、特に、接続部のスプラインの領域に位置するドライブシャフトの旋回の中心が中間軸受の領域、すなわち、ドライブシャフトの旋回面に戻されることから、ドライブシャフトのアンバランスおよび振動を低減することができる。

有利には、一平面が旋回の中心および複数の転がり軸受の各々の転がり軸受の中心を横断する。さらに、このことにより、中間ケーシングの半径方向アームの偏向の影響を受けた状態で第１のシャフト要素と第２のシャフト要素の旋回が容易になる。このことにより、第１のシャフト要素と第２のシャフト要素との接続部の領域、特に、接続部のスプラインの領域に位置するドライブシャフトの旋回の中心が、中間軸受の転がり軸受の中心を通る中央平面、すなわち、中間軸受の転がり軸受によってドライブシャフトの支承部の中央平面の領域に戻されることから、ドライブシャフトのアンバランスおよび振動を低減することができる。

本発明の一特徴によれば、一平面は、複数のスプラインの各々のスプラインの中心および複数の転がり軸受の各々の転がり軸受の中心を横断する。このことにより、接続部の旋回の中心が各々のスプラインの中心を含む横断面に位置する時に、この旋回の中心をドライブシャフトの支承部の中央平面に配置することができる。接続部の旋回運動がドライブシャフトの支承部の中央平面で発生することにより、さらに、ドライブシャフトのアンバランスおよび振動を低減することができると同時に、第２のシャフト要素に対する第１のシャフト要素の旋回の中心がスプラインの領域に位置することから、第２のシャフト要素に対する第１のシャフト要素の旋回範囲を広げることができる。

角を取って丸くしたスプラインを使用することで、ドライブシャフトの柔軟な旋回が得られるので、第２のシャフト要素に対する第１のシャフト要素の旋回範囲を広げることができると同時に、本発明の構造によりアンバランスおよび振動を低減することができる。

本発明の別の特徴によれば、第１のドライブシャフト要素は第１のスリーブに収容され、第２のドライブシャフト要素は第２のスリーブに収容される。

このことにより、中間軸受の潤滑油が中間ケーシングのアームを満たすことはなく、さらにエンジン軸受の空気／油エンクロージャを補機用ギアボックスの空気／油エンクロージャと連通させることができる。

本発明の別の態様によれば、中間軸受は、一次流と二次流とを隔てる半径方向アームのスペースに収容される。

本発明の一特徴によれば、本発明は、複数のスプラインおよび複数の転がり軸受を横断する平面の領域に潤滑油を噴射する構造である潤滑油噴射装置を備える。このことにより、潤滑油の供給を最適化することができるので、潤滑油が従来のようにシャフトを介して送られた場合に、潤滑油によりアンバランスが生じないようにする、もしくは旋回中のシャフトをアンバランスな状態にする質量が発生しないようにすることができる。

本発明の別の特徴によれば、ターボジェットエンジンはさらに、ケーシング内で心出しされた中間軸受の外輪を備える。このことにより、シャフトラインの位置決めを改善すると同時に、公差のスタックアップを最小限に抑えることができる。このことで、ケーシングによって形成される油エンクロージャを閉鎖することができ、ケーシングの首部に装着されたシールを押し付けることによって油エンクロージャを封止するのに役立つ。また、このことにより、第２のスリーブを心出しして封止することができる。

以下に、本発明の非限定的な実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。

本発明を適用することができる２軸式ターボファンエンジンの軸方向断面全体図である。 平行な中間ケーシングを備えるターボジェットエンジンの後面図である。 ドライブシャフトが収容される中間ケーシングの半径方向アームの概略図である。 本発明のターボジェットエンジンのドライブシャフトが収容される中間ケーシングの半径方向アームの断面図である。 本発明のターボジェットエンジンのドライブシャフトが収容される中間ケーシングの半径方向アームの中間軸受の断面図である。 ドライブシャフトが収容される中間ケーシングの半径方向アームの中間軸受の概略断面図である。

図１は、２軸式ターボファンエンジン１０およびその種々の主な構成部品の概略図である。前記エンジンは、図面の左側のファンロータ５および第１の圧縮機段７を低圧タービン９に連結する第１のシャフト３を備え、このアセンブリは低圧スプールもしくはＬＰスプールを形成する。第１のシャフトと同軸上にあるドラム状の第２のシャフト１１が圧縮機の高圧段１３を高圧タービン１５に連結し、このアセンブリが燃焼室（図示せず）と一緒になって高圧スプールもしくはＨＰスプールを形成する。シャフト３は、上流側は、中間ケーシングと呼ばれるケーシング３０に取り付けられた軸受３ａおよび３ａ´によって支承され、下流側は、排気ケーシング２１に取り付けられた軸受３ｃによって支承される。ＨＰシャフトは、この場合、中間ケーシング３０の軸受３ｂによって、シャフト間軸受３ｄを介してシャフト３の後方で支承される。

中間ケーシング３０は、軸受３ａ、３ａ´、および３ｂを支承するハブ３０ａと、航空機に前方締結し、備えファンケーシングを支承する手段を備える外側シェル３０ｂと、図２に示されるように、ハブ３０ａをシェル３０ｂに連結する半径方向アーム３０ｃとから成る。中間ケーシング３０は、少なくとも一部は、半径方向アームが任意で取り付けられた鋳造物から成る。発電機や燃料ポンプもしくはオイルポンプのような補機は、周知のように、当分野ではＡＧＢと呼ばれるギアボックス２０に取り付けられる。このギアボックスは、ファンケーシングの外側に、メンテナンスのためにアクセスすることができる位置で取り付けられる。歯車は、図３に概略的に示されるように、中間ケーシング３０の半径方向アーム３０ｃに収容された半径方向ドライブシャフト１００によってエンジンシャフトに機械的に接続される。

アーム３０ｃは、中空であり、図４に示されるような３つの半径方向の別個の部分、３０ｃ１、３０ｃ２、３０ｃ３で形成されている。空気力学的な力学的にプロファイルされた部分３０ｃ３は、ＬＰ圧縮機とＨＰ圧縮機（図示せず）との間の一次流Ｐの流れの中を通る。アーム３０ｃの部分３０ｃ３は、中間ケーシング３０のハブ３０ａに隣接している。半径方向アーム３０ｃは、二次流Ｓの流れの中を通る部分３０ｃ２を備える。部分３０ｃ２は、シェル３０ｂに隣接している。アーム３０ｃは、最初の２つの部分の間に部分３０ｃ１を備える。この部分は、環状スペースのセクタを形成し、片側は、一次流と二次流との間のスプリッタが延び、反対側は、一次流と二次流との間の環状スペース１２９が延びる。

このタイプのエンジンは、動作時に、ファンで空気を吸込み、ファンが空気を圧縮して、圧縮段、燃焼室、およびタービン段を通過する一次流と、燃焼室を迂回しながら大気中に排気される二次流とを形成する。タービンは、それぞれＬＰシャフトおよびＨＰシャフトによって圧縮手段を駆動する。

図３から図６に概略的に示されるように、中間軸受１１０により、ターボジェットエンジン１０のエンジンシャフト３に機械式に動力を伝達する手段と連結される端部と、補機を駆動するギアボックス２０に機械式に動力を伝達する手段と連結される端部との間で、ドライブシャフト１００を支承することができる。

軸受１１０は、ケーシング１１０ａと、ケーシング１１０ｂと、複数の転がり軸受１１５とを備える。これらの転がり軸受１１５により、ドライブシャフト１００を支承すると同時に、ドライブシャフト１００の旋回を容易にすることができる。これらの転がり軸受は、当業者に周知の球面転がり軸受としてもよい。

図３から図６に示されるように、ドライブシャフト１００は、第１のシャフト要素もしくはプライマリシャフト１０１を備える。第１のシャフト要素１０１は、中間軸受１１０のケーシング１１０ａに連結されて中間ケーシング３０の半径方向アーム３０ｃに収容された第１のスリーブ５１内に配置される。第１のシャフト要素１０１は、半径方向内側端部が第１の円錐ピニオンに連結される。この円錐ピニオンは、ＨＰスプールに剛接続された円錐ピニオンと噛み合う。

図３から図６に示されるように、ドライブシャフト１００はさらに、第２のシャフト要素もしくはセカンダリシャフト１０２を備える。第２のシャフト要素１０２は、一端がシェル３０ｂに連結され他端が中間軸受１１０のケーシング１１０ｂに連結され中間ケーシング３０の半径方向アーム３０ｃ内に収容されている第２のスリーブ５２内に配置される。この第２のシャフト要素１０２は、半径方向外側端部が第２のピニオンに連結され、ギアボックス２０の入力シャフトと噛み合う。

適切なシールにより、確実に中間ケーシング３０と２つのスリーブ５１および５２との間を密閉状態にすることができる。同様にして、２つのスリーブ５１および５２の他方の２つの端部にもシールが装着される。シャフト１００は、中間ケーシングのシェル３０ｂを貫通し、シャフト１００の半径方向外側端部は、例えば、スプライン接続によって、図４に示される１組の円錐ピニオン１２６に機械的に接続される。

図４から図６に示されるように、ドライブシャフト１００の第１のシャフト要素１０１および第２のシャフト要素１０２は、接続部１０５で連結される。接続部１０５は、第２のシャフト要素１０２の一端が第１のシャフト要素１０１の中空円筒状端部に嵌合される形で、第１のシャフト要素１０１および第２のシャフト要素１０２に配置された相補的スプライン１０７で形成される。この複数の相補的スプライン１０７により、第２のシャフト要素１０２を第１のシャフト要素１０１に入れ子にすることができると同時に、第１のシャフト要素１０１と第２のシャフト要素１０２とを共回転するように連結することができる。

第１のシャフト要素１０１は、下端がスプライン接続によって、ＨＰスプールのジャーナル（図示せず）と噛み合う１組の円錐ピニオン１２６に連結される。第２のシャフト要素１０２の半径方向端部は、１組の円錐ピニオン（図示せず）によって、ギアボックス２０の入力シャフトに機械的に接続される。したがって、ＨＰスプールの回転運動は、１組の円錐ピニオン１２６とドライブシャフト１００とによって形成された伝達手段によって、ギアボックス２０の入力シャフトに伝達される。

本発明のターボジェットエンジン１０では、一平面が複数のスプライン１０７および複数の転がり軸受１１５を横断する。したがって、複数の転がり軸受１１５で形成される支承ゾーンの領域で、接続部１０５の連接が行われる。

本発明のターボジェットエンジン１０の実施形態では、ターボジェットエンジン１０が動作時に受ける空気力学的な力によって形成される接続部１０５の連接は、図６に示されるように、旋回点２１０を中心に行われる。

図４から図６に示されている実施形態は、一平面が旋回の中心２１０と複数の転がり軸受１１５を横断することにより、複数の転がり軸受１１５の領域に接続部１０５の旋回を心出しすることができる、ひいては、半径方向アーム３０ｃ内でのドライブシャフト１００の遊びを低減することができる例を示している。

同様に、図４から図６に示されている実施形態では、一平面２００が旋回の中心２１０および複数の転がり軸受１１５の各々の転がり軸受の中心を横断する。このことにより、接続部１０５の旋回を転がり軸受１１５を横断する中央平面に連接することができ、例えば、動作時のターボジェットエンジン１０によって生じる遊びを低減することもできる。

図示されている実施形態では、一平面が複数のスプライン１０７各々のスプラインの中心および複数の転がり軸受１１５の各々の転がり軸受の中心を横断する。これは、旋回の中心が複数のスプライン１０７の各々のスプラインの中心を通る横断面に位置する特別な例に相当する。

スプライン１０７は、接続部１０５の旋回を改善するために角を取って丸くしてもよい。

このタイプのドライブシャフト１００は、潤滑油の注入が必要である。この潤滑油注入の必要量は、補機のドライブシャフト用の既存の手段を大きく上回る。

したがって、中間軸受１１０は、中間ケーシング３０の半径方向アーム３０ｃの妨げにならない回路を経由してドライブシャフト１００および機械式動力伝達要素の潤滑に必要な油を送るためのケーシング１２０を備えてもよい。

油は、中間軸受１１０を潤滑するために中間軸受１１０の領域に直接噴射できるように、ケーシング１２０に取り付けられた専用の装置１２２によって送られる。

本発明の転がり軸受１１５に対するスプライン１０７の構造により、スプライン１０７および転がり軸受１１５の領域に直接油を送ることができるので、転がり軸受１１５の効率を改善し、ひいては、接続部１０５によるドライブシャフト１００の支承を改善することができる。

中間軸受１１０の外輪１２５は、ケーシング１２０内で直接心出しされるので、シャフトラインの位置決めを改善すると同時に、公差のスタックアップを最小限に抑えることができる。外輪は、複数のボルト１３０によってボックス１２０に固定される。外輪の特有の形状により、ケーシング１２０によって形成される油エンクロージャを閉鎖することができ、ケーシング１２０の首部に装着されたシール１３５を押し付けることによって油エンクロージャを封止するのに役立つ。また、このことにより、第２のスリーブ５２を心出しして封止することができる。それと同時に、ボックス１２０が第１のスリーブ５１を心出しして封止する。

Claims (9)

1. 半径方向アーム（３０ｃ）を有する中間ケーシング（３０）と、ターボジェットエンジン（１０）の補機用ギアボックス（２０）のドライブシャフト（１００）とを備えるマルチフローターボジェットエンジン（１０）にして、前記ドライブシャフト（１００）は中間ケーシング（３０）の半径方向アーム（３０ｃ）内に取り付けられ、中間ケーシング（３０）の前記半径方向アーム（３０ｃ）はドライブシャフト（１００）を支承する中間軸受（１１０）を備え、前記中間軸受（１１０）はドライブシャフト（１００）を支承する複数の転がり軸受（１１５）を備え、ドライブシャフト（１００）は一端がターボジェットエンジン（１０）のエンジンシャフトに機械式に動力を伝達する手段と連結される第１のシャフト要素（１０１）と、一端が前記ボックス（２０）に機械式に動力を伝達する手段と連結される第２のシャフト要素（１０２）とを備え、第１のシャフト要素（１０１）と第２のシャフト要素（１０２）は、第２のシャフト要素（１０２）の一端が第１のシャフト要素（１０１）の中空円筒状端部に嵌合される形で、第１のシャフト要素（１０１）および第２のシャフト要素（１０２）上に配置された複数の相補的スプライン（１０７）で形成された接続部（１０５）によって結合されるターボジェットエンジン（１０）であって、一平面が複数のスプライン（１０７）および複数の転がり軸受（１１５）を横断することを特徴とするターボジェットエンジン（１０）。
2. ドライブシャフト（１００）の第１のシャフト要素（１０１）と第２のドライブシャフト要素（１０２）とが、旋回の中心（２１０）で連接され、一平面が前記旋回の中心（２１０）および複数の転がり軸受（１１５）を横断する、請求項１に記載のターボジェットエンジン（１０）。
3. 一平面（２００）が、旋回の中心（２１０）および複数の転がり軸受（１１５）の各々の転がり軸受の中心を横断する、請求項２に記載のターボジェットエンジン（１０）。
4. 一平面（２００）が、複数のスプライン（１０７）の各々のスプラインの中心および複数の転がり軸受（１１５）の各々の転がり軸受の中心を横断する、請求項１〜３のうちのいずれかに記載のターボジェットエンジン（１０）。
5. 複数のスプライン（１０７）のスプラインが、角を取って丸くしてある、請求項１〜４のうちのいずれかに記載のターボジェットエンジン（１０）。
6. ドライブシャフト（１００）の第１のシャフト要素（１０１）が、第１のスリーブ（５１）に収容され、ドライブシャフト（１００）の第２のシャフト要素（１０２）は、第２のスリーブ（５２）に収容される、請求項１〜５のうちのいずれかに記載のターボジェットエンジン（１０）。
7. 中間軸受（１１０）が、一次流と二次流とを隔てる半径方向アーム（３０ｃ）のスペースに収容される、請求項１〜６のうちのいずれかに記載のターボジェットエンジン（１０）。
8. 前記ターボジェットエンジン（１０）が、複数のスプライン（１０７）および複数の転がり軸受（１１５）を横断する平面の領域に潤滑油を噴射する構造である潤滑油噴射装置（１２２）をさらに備える、請求項１〜７のうちのいずれかに記載のターボジェットエンジン（１０）。
9. 前記ターボジェットエンジン（１０）が、中間軸受（１１０）用の外輪（１２５）をさらに備え、外輪（１２５）はケーシング（１２０）内で心出しされる、請求項１〜８のうちのいずれかに記載のターボジェットエンジン（１０）。

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