JP2016533459A - エピサイクリック減速歯車用遊星キャリア - Google Patents

Abstract

本発明は、ブリッジ（１６）によって連結された、半径方向に延在する２つの側面（９、１０）を備える環状ケージ（７）を備える、エピサイクリック減速歯車用の遊星キャリア（５）に関し、座部（６）は側面（９、１０）の間で軸方向に延在し、座部（６）の周りで回転しながら実装された遊星歯車を支持するように意図されている。ケージ（７）の側面（９、１０）のうちの１つ（９）は、単一の構造アセンブリを形成するように、トルク出力部材（８）に取り外し不可能に固定されている。

Description

本発明は、特にターボプロップまたは航空機タービンエンジンを装備するように意図される、エピサイクリック減速歯車に関する。

減速歯車は主に、例えばタービンシャフトなどの入力シャフトによって駆動される内側遊星歯車（太陽歯車とも称される）と、内歯車と同軸であって、内側および外側遊星歯車の両方と噛み合う遊星を有する、外側遊星歯車（クラウン歯車とも称される）と、その上に遊星が実装されて回転する遊星キャリアと、からなる。

このような減速歯車の減速比の変動は、内側遊星歯車、遊星、および外側遊星歯車の歯の数、ならびに減速歯車のアーキテクチャを変更することによって、得られる。実際には、２種類の減速歯車が存在する：
・遊星キャリアは静止していて外歯車またはクラウン歯車は自由に回転する、遊星減速歯車。このタイプの減速歯車の最適化された動作範囲は、１から３の範囲の減速比に相当する。

・クラウン歯車は静止していて遊星歯車は自由に回転する、エピサイクリック減速歯車。このタイプの減速歯車の最適化された動作範囲は、３より大きい減速比に相当する。

本発明はより具体的には、エピサイクリック減速歯車の分野に関する。

この特定の場合には、動作しているときに遊星キャリアが経験する変形にもかかわらず、遊星の正しい配置を遊星キャリアが維持できるようにすることが、重要である。

実際のところ、伝達されたトルクが重要であるとき、これは遊星キャリアを捻らせ、結果的に遊星軸のずれを生じる。加えて、遊星は強い遠心力を受ける可能性があり、これもまた遊星のずれを発生させる可能性がある。

このようなずれは特に、このような歯車および減速歯車の早期摩耗をもたらす可能性がある。

特にこの問題を解決するために、米国特許第５，３９１，１２５号明細書は、遊星キャリアがブリッジによって連結された２つの軸方向に延在する側面を備える環状ケージを備え、座部が側面の間で軸方向に延在し、座部の周りで回転しながら遊星を支持するように意図される、エピサイクリック減速歯車を提供している。遊星キャリアは、ピンによってケージの様々なブリッジに固定された軸アームがその一端に装備された、トルク出力部材をさらに備える。

本出願人名義の仏国特許発明第２８５３３８２号明細書は、球面継手の周りで指状部に対するケージの自由回転を局所的に許容し、動作中の遊星キャリアの変形をさらに低減するように、トルク出力部材のアームが指型球面継手を通じてブリッジに連結されている、類似のアーキテクチャを有する減速歯車を開示している。

このタイプの減速歯車は、以下の不都合を有する。

第１に、高応力集中の領域が存在するので、非常に高いトルクを伝達するように設計された減速歯車のため、遊星キャリアの寸法決めが複雑である。

加えて、遊星キャリアがピンなどの連結要素によって組み付けられた２つの要素（ケージおよびトルク出力部材）からなるということにより大きい質量を生じ、これは特定の実装問題、ならびにシステムの超弾性に起因する問題を引き起こす。

最後に、ケージとトルク出力部材との間の追加連結要素の存在は、システムの信頼性に影響を及ぼす。

このような不都合は、米国特許出願公開第２００３／０１１４２６７号明細書で言及される遊星キャリアにも存在し、これはプレスにより組み付けられたパッドを通じて組み付けられた多数の部品からなる。

遊星キャリアのいかなる変形もある程度まで補償するように、例えば球面ころ軸受などのいわゆる旋回軸受を用いて遊星キャリアに減速歯車を装備することも、知られている。

しかしながら、このような軸受は高い加重を掛けられない。

実際のところ、このような軸受は、通常採用される技術よりも低い耐荷重性を有する（ローラの体積に対する支持加重）。したがって、これらを使用するにはエピサイクリック減速歯車全体の体積を全体的に増加させる必要があり、これによりサイズおよび質量を犠牲にする。

米国特許出願公開第２０１３／００１７９２４号明細書、欧州特許第０２７１４１６号明細書、および独国特許第１０２３９０８４号明細書は各々、ブリッジによって連結された、半径方向に延在する第１側面および第２側面を備える環状ケージを有する遊星キャリアを開示しており、遊星を支持するための座部は、側面の間で軸方向に延在している。これらの文献において、トルク出力が第１側面の内周面に形成されると、第１荷重経路が、座部の第１末端から第１側面の内周面まで第１側面を通る。第２荷重経路は、（座部の第２末端から第２側面とブリッジとの間の連結域まで）第２側面の一部を、ブリッジを、そして（ブリッジと第１側面との間の連結域から第１側面の半径方向内周面まで）第１側面を通る。このため、第１荷重経路は第１側面の剛性に依存する剛性を有し、その一方で第２荷重経路は第１側面、第２側面、およびブリッジの剛性に依存する剛性を有することに、気がつくだろう。両方の荷重経路の剛性は実質的に異なるので、座部のずれが生じ、これにより、遊星の位置の制御、ひいては関連する歯車の摩耗に影響を及ぼす。

米国特許第５３９１１２５号明細書 仏国特許発明第２８５３３８２号明細書 米国特許公開第２００３／０１１４２６７号明細書 米国特許公開第２０１３／００１７９２４号明細書 欧州特許第０２７１４１６号明細書 独国特許第１０２３９０８４号明細書

本発明はより具体的には、これらの問題に対する簡単で効果的で費用効率の高い解決策を提供することを、目的とする。

この目的のため、ブリッジによって連結された、半径方向に延在する２つの側面を備える環状ケージを有するエピサイクリック減速歯車用の遊星キャリアが提供され、座部は側面の間で軸方向に延在し、座部の周りで回転しながら遊星を支持するように意図されており、ケージの側面のうちの１つは、単一の構造アセンブリを形成するように、トルク出力部材に取り外し不可能に連結されていることを特徴とする。

ケージとトルク出力部材との間の取り外し不可能な接続は、いかなる実装問題も防止する。

本発明の一実施形態によれば、トルク出力部材およびケージの対応する側面は、一体として構築される。

本発明の別の実施形態によれば、トルク出力部材および側面は、溶接またはろう付けによって互いに組み付けられた少なくとも２つの異なる部品からなる。

当然ながら、別の組み付け方法が使用されてもよい。

いずれの場合も、追加要素の存在、したがってこのような追加要素に関連する実装、重量、および空間制限は、回避される。

好ましくは、ブリッジは、側面の半径方向外周面から軸方向に延在する。

この場合、トルク出力部材は、前記側面のみの半径方向外周面上に位置する環状域に沿って、対応する側面に連結されている。

第１荷重経路はこのように、遊星の座部の対応する末端から第１側面とトルク出力部材との間の連結域、そして出力部材まで、第１側面と（すなわち、トルク出力部材に直接連結された側面）を通る。第２荷重経路は、（遊星の座部の対応する末端から第２側面とブリッジとの間の連結域まで）ケージの第２側面、ブリッジ、そしてトルク出力部材を通る。このため２つの荷重経路の各々の剛性は、高トルクの伝達および座部のずれから生じる変形を制御するように調整されることが可能である。これにより、遊星歯車位置、および減速歯車内の歯車の摩耗の、より良い制御を可能にする。この場合においても、荷重経路は離れている。

環状の、好ましくは連続的な連結域は、応力集中の影響を回避し、動作中の高トルクの伝達に起因する変形がもしあったとしても、これを均一に分布させることを目指す。これはまた、ケージとトルク出力部材との間の連結の剛性を増加させるのにも役立つ。

トルク出力部材は、軸方向に延在する管状部を備えてもよく、その一端は、半径方向に延在してケージの対応する側面に連結された、環状連結部によって延在させられる。

前記環状連結部は、好ましくは座部の半径方向外側に、より具体的にはブリッジの反対側に、位置する。

この場合、連結部は、軸方向に延在する環状リムを含んでもよく、その自由端は、対応する側面に連結されている。

好ましくは、ブリッジおよび側面は１つの固体片である。

加えて、いずれの側面も、実質的に同じ半径方向剛性を有することができる。

遠心力の影響下で、２つの側面はこうして同じように変形し、これにより、遊星の座部における適切なアライメント、したがって遊星の正しい位置を、維持できるようにする。

本発明はさらに、上述のタイプの遊星キャリアを備える。具体的には航空機タービンエンジン用の、エピサイクリック減速歯車に関する。

以下の添付図面を参照しつつ、非限定例によって示される以下の説明を読むと、本発明がより良く理解され、本発明のその他の詳細、特徴、および利点が明らかとなるだろう。

エピサイクリック減速歯車の概略正面図である。 エピサイクリック減速歯車の運動図である。 本発明による遊星キャリアの概略図である。 トルク出力部材および図３の遊星キャリアの斜視図である。 図３の遊星キャリアのケージの斜視図である。 図３の遊星キャリアの軸断面図である。

図１および図２は、エピサイクリック減速歯車１の全体構造を示す。このような減速歯車は従来、遊星４が内側２および外側３遊星歯車の両方と噛み合う、例えばタービンシャフトなどの入力シャフトによって駆動される内側遊星歯車２（太陽歯車とも称される）と、内歯車と同軸の外側遊星歯車３（クラウン歯車とも称される）と、その周りで遊星４が回転するように実装される座部６を備える遊星キャリア５と、からなる。

図２に示されるように、エピサイクリック減速歯車１において、クラウン３は静止しており、遊星キャリア５は自由に回転する。このタイプの減速歯車の最適化された動作範囲は、３より大きい減速比に対応する。遊星キャリア５は、例えば羽根車（ターボプロップの場合）またはファンホイール（タービンエンジンの場合）に回転的に結合される。

この特定の場合、動作しているときに遊星キャリアが経験する変形にもかかわらず、遊星の正しい配置を遊星キャリア５が維持できるようにすることが、重要である。

実際のところ、歯車１を通じて伝達されたトルクが重大であるとき、これは遊星キャリアを捻らせ、結果的に遊星軸のずれを生じる可能性がある。加えて、遊星は、遊星キャリア５の変形も発生させる可能性があり、これはその後遊星４のずれを再び発生させる可能性がある。

このようなずれは、より具体的には歯車の、および減速歯車１の早期摩耗を生じる可能性がある。

本発明は、この問題を解決するための、エピサイクリック減速歯車用の遊星キャリア５を提供する。

図３から図６に示されるように、本発明の遊星キャリア５は、環状ケージ７およびトルク出力部材８を備える。

環状ケージ７は、２つの半径方向に延在する側面９、１０を有し、それぞれは前面９および背面１０である。各側面９、１０は、円形の外周縁および内周縁を有する。前面９には孔が設けられており、その各々は、その周りに遊星歯車４が回転しながら実装されるように意図される座部６を形成する中空シャフトの一端１２を実装するために使用される。背面１０は、各々が後から前への対応するシャフトの挿入を可能にする、開口１３を有する。蓋１４は各開口１３を閉鎖し、対応するシャフト６の第２末端１５は、前記蓋１４の開口の１つの中に実装される。

各シャフト６はこうしてケージ７の２つの側面９、１０の間に固定されて保持される。図３から図６に示される実施形態において、遊星キャリア５は、側面９、１０およびカバー１４に固定された、５つの中空シャフト６を備える。

側面９、１０の半径方向外周面は、中空シャフト６の間に周方向に挿入されて外周にわたって規則的に分布する、軸方向に延在するブリッジ１６によって連結される。

側面９、１０およびブリッジ１６は、一片で、すなわち固体片でできている。

前面９の半径方向外周面は、前面９の全周にわたって連続的に延在し、背面から離れる方へ軸方向に延在する、環状リム１７（図５）を有する。

トルク出力部材８は、ケージ７に固定されている。より具体的には、トルク出力部材８は、軸方向に延在する全体的に円筒形または円錐台形の中空部１８を有し、その一端は、半径方向外向きに延在する環状連結部１９によって延在させられる。

連結部１９の半径方向外側部は、連結部１９の全周にわたって連続的に延在し、前面９に向かって軸方向に延在する、環状リム２０（図４）を有する。

本発明の一実施形態によれば、連結部１９のリム２０の自由端は、溶接またはろう付けによって、前面９のリム１７の自由端に固定されている。その他の組み付け方法も使用可能である。

別の実施形態（図６）によれば、ケージ７およびトルク出力部材８は、単一片として形成される。

先に示されたように、動作中、第１荷重経路は、（遊星歯車４の座部６の対応する末端１２からリム１７まで）前面９を、そして出力部材８を通る。第２荷重経路は、（遊星歯車４の座部６の対応する末端１５から背面１０とブリッジ１６との間の連結領域まで）背面１０、ブリッジ１６、および最終的にトルク出力部材８を通る。

好ましくは、２つの側面９、１０は、実質的に同じ半径方向剛性を有する。このため動作中、２つの側面９、１０は、遠心力の影響下で同じ変形を受ける。

ブリッジ１６はまた、これらに著しい捻れ剛性を付与するようにも意図されている。このため、それぞれ第１および第２荷重経路による影響を受けた変形は、実質的に同一である。

実際に、第２荷重経路は、第１荷重経路よりもわずかに小さい捻れ剛性を有するが（ブリッジ１６の剛性は無限ではない）、このような剛性の差は、遊星４および／または内側および外側遊星２、３の歯の適切な修正によって、容易に保証される。

これは、遠心力の影響、ならびに伝達される高トルクの結果により、前面および背面９、１０が動作中に同じように全体的に変形することを、保証する。これにより、シャフト６の末端１２、１５の適切なアライメント、すなわちエピサイクリック減速歯車１の内側遊星歯車２および外側遊星歯車３に対する遊星の適切なアライメントを、維持する。するとこのような減速歯車１の歯車の摩耗は、著しく低減する。

出力部材８と前面９との間の連結領域が環状、好ましくは連続的であるという事実は、応力集中の影響を防止できるようにし、動作中の高トルクの伝達によるいかなる歪みも均一に分布させることを目指す。このような連結もまた、高い剛度を有する。

最終的に、遊星キャリア５は単一の構造アセンブリを形成し、これは追加連結部材によっていくつかの片を組み付けることに関する問題、つまり連結部材の信頼性および寸法決め、アセンブリ公差によって生じる不平衡、部品の不静定による実装問題、または部品点数の多さに起因する付加質量の問題を、解消する。

Claims (10)

1. 半径方向に延在し、ブリッジ（１６）によって連結された２つの側面（９、１０）を備える環状ケージ（７）を備える、エピサイクリック減速歯車用の遊星キャリア（５）であって、座部（６）は側面（９、１０）の間で軸方向に延在し、座部（６）の周りで回転しながら実装された遊星歯車（４）を支持するように意図されており、ケージ（７）の側面（９、１０）のうちの１つ（９）は、単一の構造アセンブリを形成するように、トルク出力部材（８）に取り外し不可能に固定されていること、およびトルク出力部材（８）は軸方向に延在する管状部（１８）を備え、その一端は、半径方向に延在して例えば溶接またはろう付けによって、ケージ（７）の対応する側面（９）に連結された環状連結部（１９）によって延在させられることを特徴とする、遊星キャリア（５）。
2. 前記環状連結部（１９）が、座部の半径方向外側、好ましくはブリッジ（１６）の反対側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の遊星キャリア（５）。
3. トルク出力部材（８）の環状連結部（１９）および側面（９）が、溶接またはろう付けによって互いに組み付けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の遊星キャリア（５）。
4. ブリッジ（１６）が側面（９、１０）の半径方向外周面から軸方向に延在することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の遊星キャリア（５）。
5. トルク出力部材（８）が、前記側面（９）のみの半径方向外周面上に位置する環状域（１７、２０）に沿って対応する側面（９）に連結されることを特徴とする、請求項４に記載の遊星キャリア（５）。
6. 連結部（１９）が軸方向に延在する環状リム（２０）を有し、その自由端は対応する側面（９）に連結されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の遊星キャリア（５）。
7. ブリッジ（１６）および側面（９、１０）が一片でできていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の遊星キャリア（５）。
8. 両方の側面（９、１０）が実質的に同じ半径方向剛性を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の遊星キャリア（５）。
9. ケージ（７）の側面（９、１０）の捻れ剛性が実質的に同一であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の遊星キャリア（５）。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の遊星キャリア（５）を備える、より具体的には航空機タービンエンジン向けの、エピサイクリック減速機（１）用の遊星キャリア。

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