JP2021505825A

JP2021505825A - 遊星歯車組

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Publication number: JP2021505825A
Application number: JP2020530996A
Authority: JP
Inventors: シモン，アドリアン・ルイ; ルフェーベル，シモン・ロイク・クレマン; ロビネ，ギヨーム・ジャン・ピエール
Original assignee: サフラン・トランスミッション・システムズ
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2021-02-18
Also published as: FR3074871A1; CN111433492A; US20200386299A1; EP3721118A1; WO2019110892A1; CN111433492B; EP3721118B1; US11028902B2; FR3074871B1

Abstract

本発明は、第１の遊星歯車（２）、第２の遊星歯車（３）、第１の遊星歯車（２）および第２の遊星歯車（３）と噛み合うピニオン歯車（４）を有し、各ピニオン歯車（４）がシャフト（５）の周囲に回転可能に取り付けられ、ピニオン歯車キャリア（６）が各シャフト（５）を支持し、各シャフト（５）は軸線に沿って延在し、ピニオン歯車キャリア（６）に取り付けられた半径方向内側円筒部（１８）と、ピニオン歯車（４）が回転可能に取り付けられた半径方向外側円筒部（１９）と、半径方向外側円筒部（１９）から半径方向に延在するフランジ（２９）とを備え、フランジ（２０）の半径方向外側周縁部がピニオン歯車キャリア（６）に取り付けられ、半径方向外側円筒部（１９）および半径方向内側円筒部（１８）が、半径方向に延在する連結領域（２４）によって互いに連結することを特徴とする。

Description

本発明は、例えば航空機のターボジェットエンジンまたはターボプロップエンジンのようなターボ機械用の遊星歯車組に関する。

発明の背景
ターボジェットエンジンの場合、遊星歯車組は、特に、圧縮機および／またはタービンのロータと一体の送風機とシャフトとを結合することを可能にすることができる。このようにしてタービンロータの回転速度と異なるように送風機の回転速度を適応させることができる。

遊星歯車組を使用して、ターボプロップエンジンのプロペラをタービンのロータに連結されたシャフトに連結することもでき、その結果、プロペラの回転速度を必要に応じて調整することができる。

ターボ機械におけるこのような遊星歯車装置の使用は、特に米国特許第９０３８７７９号明細書から知られている。本文献では、遊星歯車組は、内側遊星歯車、外側遊星歯車、内側遊星歯車、外側遊星歯車と噛み合うピニオン歯車およびピニオン歯車キャリアからなり、各ピニオン歯車はシャフトの周囲に回転可能に取り付けられ、ピニオン歯車キャリアは各シャフトを支持する。

動作中、高トルクが遊星歯車組を介して伝達され、これがピニオン歯車キャリアを変形させて、内側および外側の太陽歯車に対するピニオン歯車の不整合を発生させ、歯の噛み合い性能の劣化および摩耗をもたらす。動作中のピニオン歯車の不整合を避けるために、国際公開第２０１４／０４６９６０号は、力を担うようにピニオンギヤ間にシムを配置し、太陽歯車のシャフトが内側の遊星歯車と外側の遊星歯車の軸と平行に保たれるようにすることを提案している。

追加のシムの使用は、遊星歯車組の複雑さ、コストおよび質量を増加させる。

米国特許第９０３８７７９号明細書国際公開第２０１４／０４６９６０号

発明の概要
本発明は、このような欠点を確実かつ安価な方法で改善することを目的とする。

この目的のために、本発明は、
第１の太陽歯車と、
第２の太陽歯車と、
シャフトの周りに回転可能に取り付けられ、第１の太陽歯車および第２の太陽歯車と噛み合うピニオン歯車と、
各シャフトを支持するピニオン歯車キャリアと、を備え、
各シャフトは、軸線に沿って延在し、ピニオン歯車キャリア上に取り付けられた半径方向内側円筒部と、ピニオン歯車が回転可能に取り付けられた半径方向外側円筒部と、ピニオン歯車が回転可能に取り付けられた半径方向外側円筒部と、半径方向外側円筒部から半径方向に延在するフランジとを備え、フランジの半径方向外側周縁部は、ピニオン歯車キャリア上に取り付けられ、半径方向外側円筒部と半径方向内側円筒部とは、半径方向に延在する連結領域によって互いに連結されることを特徴とする、遊星歯車組に関する。

このようにして、半径方向内側円筒部と半径方向外側円筒部との間に環状空間が存在する。このような構造は、ピニオン歯車キャリアの変形を補償するために、フランジ、円筒部品または接続領域におけるシャフトの制御された変形を可能にする。このようにして、歯の早期摩耗を避けながら、ピニオン歯車と遊星歯車との間の噛み合いの良好な性能が維持される。

ピニオン歯車キャリアは、第１の半径方向に延びる環状の第１のフランジと、第２の半径方向に延びる環状の第２のフランジとを有してもよく、第１および第２のフランジは、互いに軸線方向にオフセットしており、軸線方向に延びる接続部分によって互いに接続されている。

各シャフトのフランジは、ピニオン歯車キャリアの第１の側面に取り付けることができ、各シャフトの半径方向内側円筒部は、ピニオン歯車キャリアの第２の側面に取り付けることができる。

第１の太陽歯車は、ピニオン歯車の半径方向内側に配置されてもよく、第２の遊星歯車は、ピニオン歯車の半径方向外側に配置されてもよい。

第１の遊星歯車、第２の遊星歯車および太陽歯車は、それぞれ、互いに軸線方向にオフセットした第１の環状歯および第２の環状歯を有してもよく、各太陽歯車の第１の歯は、第１の遊星歯車の第１の歯および第２の遊星歯車の第１の歯と噛み合い、各太陽歯車の第２の歯は、第１の遊星歯車の第２の歯および第２の遊星歯車の第２の歯と噛み合う。

外側遊星歯車は、第１の歯を有する第１のリングと、第２の歯を有する第２のリングとを有することができる。

遊星キャリアは、シャフトと同じ材料、または２つの異なる材料で作ることができる。

遊星キャリアおよびシャフトは、例えば、鋼またはチタン製である。

遊星歯車組は、ピニオン歯車キャリア、ピニオン歯車およびシャフトが少なくとも部分的に収容されるカバーを有することができる。

カバーは、第１の環状部分と第２の環状部分とを備え、前記体積を区切ることができる。

内側および外側の太陽歯車は回転することを意図しており、ピニオン歯車キャリアおよびシャフトは、動作中に静止状態に保持されることを意図している。

内側歯遊星歯車は、太陽歯車と呼ぶこともできる。外側遊星歯車は、クラウン歯車とも呼ばれる。

半径方向内側円筒部および半径方向外側円筒部は管状であってもよく、半径方向内側円筒部の厚さは、半径方向外側円筒部の厚さ未満である。

ｋｃをピニオン歯車キャリアの剛性定数、ｋｐを各シャフトの剛性定数とし、ピニオン歯車キャリアおよびシャフトを、０．５．ｋｃ＜ｋｐ＜２ｋｃとなるように寸法を決めることができる。剛性定数の定義を以下で示す。

本発明はまた、上述した形式の遊星歯車組を備えた、航空機用ターボジェットまたはターボプロップエンジンのようなターボ機械に関する。

本発明は、添付の図面を参照して、非限定的な例として与えられる以下の説明を読むと、より良く理解され、本発明の他の詳細、特徴、および利点が明らかになるであろう。

本発明の一実施形態に係る遊星歯車組の分解斜視図である。遊星歯車組の軸方向断面図である。図２の一部の詳細図である。ピニオン歯車軸の斜視図である。第１の側面の開口部の縁部に力ｆｃが加わったときの、ピニオン歯車キャリアの第１の側面の変形を模式的に示す。軸に力ｆｐが加わったときの軸の変形ｋｐを模式的に示す。

詳細な説明
図１〜図４は、本発明の一実施形態による遊星歯車組１を示す。これは、内側遊星歯車２または太陽歯車と、外側太陽歯車３またはリング歯車と、シャフト５に回転可能に取り付けられたピニオン歯車４と、ピニオン歯車６のシャフト５が取り付けられたピニオン歯車キャリア６とからなる。遊星歯車組１はまた、カバー７又はリング歯車キャリアを有する。

内側遊星歯車２は、軸線Ａを有する環状であり、第１の環状で半径方向に外側の、軸線方向にオフセットした第１の歯９ａと、第２の環状で半径方向外側の歯９ｂとを有する。

各ピニオン歯車４は環状であり、半径方向内側円筒面１０を有する。各ピニオン歯車４は、さらに、互いに軸方向にオフセットし、内側太陽歯車２の第１および第２の歯９ａ、９ｂとそれぞれ噛み合う第１の歯１１ａおよび第２の歯１１ｂを備える。

ピニオン歯車キャリア６は、第１の環状側面１２と、第２の環状側面１３とを有し、これらは互いに軸方向にオフセットし、軸方向に延在する連結部品１４によって連結されている。第１の側面１２は、軸線Ｂの円形開口部１５を有する。第２の側面１３は、第１の側面の円形開口部１５に軸線方向の反対側に位置する、軸線Ｂの穴１６を有する。連結部１４は、ピニオン歯車４の実装に使用されるスロット１７を区切る。前記ハウジング１７は、ピニオン歯車キャリア６の前記ハウジング１７にピニオン歯車４を半径方向に取り付けることができるように径方向外側に開口している。

各シャフト５は、対応する軸線Ｂに沿って延在しており、半径方向内側円筒部１８と、ピニオン歯車４が回転可能に取り付けられる半径方向外側円筒部１９と、半径方向外側円筒部１９から半径方向に延びるフランジ２０とを備えている。フランジ２０の半径方向外周は、円筒形のフランジ２０ａを有し、その一端は、前端部と呼ばれ、半径方向フランジ２０ｂによって延長され、略Ｌ字状の断面を有するようになっている。円筒形フランジ２０ａの外面は、遊び無しに、またはほとんど遊び無しに、ピニオン歯車キャリア６の第１のフランジ１２の開口部１５に取り付けられる。半径方向フランジ２０ｂは、第１の側面１２の半径方向前面に軸方向に支持される。

前記内側円筒部１８は、より詳細には、第２の領域２２または後部領域よりも小さい直径の第１の領域２１または前部領域を有する。後方領域２２は、遊び無しで、または遊びがほとんど無しにピニオン歯車キャリア６の第２の側面１３の孔１６に取り付けられる。第２の領域２２は、その半径方向外面に環状溝２３を有する。

前記第２の領域２２の外径がｄ０で示される。第１の領域２１の厚さ、すなわち第１の領域２１の内面と外面との半径方向距離がｅ０と表記される。第１の領域２１の外径がｄ３で示されている。第１の領域２１の寸法は、第１の領域２１に柔軟性を与えるように定められる。

径方向外側の円筒部１９の外径には符号ｄ１が付されている。半径方向外側円筒部１９の厚さ、すなわち外面と内面との半径方向距離をｅ１とする。

フランジの半径方向環状部２０の幅、すなわち前記半径方向環状部２０の軸方向寸法は、符号ｌ２と表記されている。フランジ２０ａの外径はｄ４で示される。幅Ｉ２は、フランジ２０において柔軟性を提供するように画定される。

外径方向円筒部１９と内径方向円筒部１８とは、径方向に延びる環状連結領域２４によって互いに連結されている。特に、連結領域２４は、内筒部１８の一端、特に前端と、外筒部１９の中間領域とを連結する。環状空間２５は、半径方向内側円筒部１８と半径方向外側円筒部１９との間に画定される。連結領域２４の最小幅、すなわち連結領域２４からの最小軸方向距離は、符号Ｉ３と表記される。

寸法ｄ０、ｄ１、ｄ３およびｄ４は、ｄ３＜ｄ０＜ｄ１＜ｄ４となるように定義される。さらに、寸法ｅ０およびｅ１は、ｅ０≦ｅ１となるように定義される。

シャフト５およびピニオン歯車キャリア６は、例えば、鋼又はチタン製である。

図５は、ピニオン歯車キャリア６の第１の側面１２の、開口部１５の縁部に力ｆｃが加えられ、第２の側面１３が固定と定義された場合の、変形ｄｃを概略的に示す。開口部１２の数ｎに対して、各開口部１２に加えられる力の値はｆｃ／ｎに等しく、力は異なる開口部１２に亘って均等に分配される。この力ｆｃは、各開口部１２の変位ｄｃをもたらす。前記変位の後、開口部１２は点線で示されている。ピニオン歯車キャリア６の剛性定数ｋｃは、式ｋｃ＝ｆｃ／ｄｃで定義される。

図６は、シャフトに力ｆｐが加えられ、フランジ２０の外周および内側部分１８の第２の領域２２が固定されていると考えられる場合のシャフト５の変形ｄｐを模式的に示している。フランジ２０および内側部分１８の第１の領域２１は、その柔軟性または柔軟性のため、バネとして示されている。点線で示した部分は、変形後の当該部分を示している。シャフト５の剛性定数ｋｐは式ｋｐ＝ｆｐ／ｄｐで定義される。

ピニオン歯車キャリア６とシャフト５の異なる部分は、シャフト５の不整合が許容可能であると考えられるように、０．５ｋｃ＜ｋｐ＜２ｋｃとなるような寸法にする必要があると計算されている。

外側遊星歯車３は、第１のリング２６と、第２のリング２７とを含み、これらは一方が他方から軸方向にオフセットしている。図３により良く見られるように、各リング２６、２７は、半径方向内側の歯２６ｂ、２７ｂを有する半径方向内側の環状部分２６ａ、２７ａを有する。第１のリング２６は、各ピニオン歯車４の第１の歯１１ａに噛み合う第１の歯２６ａを担持している。第２のリング２７は、各ピニオン歯車４の第２の歯１１ｂに噛み合う第２の歯２７ｂを担持している。各リング２６、２７はまた、半径方向に延びる半径方向外側フランジ２６ｃ、２７ｃを有する。最後に、各リング２６、２７は、外側フランジ２６ｃ、２７ｃと内側環状部分２６ａ、２７ａとを接続する傾斜した接続壁２６ｄ、２７ｄを有する。第１のリング２６の接続壁２６ｄは、第２のリング２７に向かって拡幅している。第２のリング２７の接続壁２７ｄは、第１リング２６に向かって拡幅している。第１のリング２６のフランジ２６ｃの半径方向内周は、第２のリング２７のフランジ２７ｃの対応する形状の凹部２９に係合する環状の中心位置合わせフランジ２８を有する。２つのフランジ２６ｃ、２７ｃは、互いに軸方向に支持されている。カバー７は、第１および第２のリング２６，２７のフランジ２６ｃ，２７ｃに取り付けられている。カバー７は、第１の部分３０または前方部分と、第２の部分３１または後方部分とからなり、各部分３０、３１は、半径方向外周に半径方向環状フランジ３０ａ、３１ａを有する。カバー７の部分３０、３１のフランジ３０ａ、３１ａは、ブッシュのフランジ２６ｃ、２７ｃの両側に、例えば溶接またはボルト止めによって軸方向に固定されている。カバー７の第１および第２の部分３０，３１は、少なくとも一部がピニオン歯車４、シャフト５およびピニオン歯車キャリア６を収容する環状の内部体積ハウジングを区画している。

動作中、本発明による遊星歯車組１は高いトルクを伝達することができ、このトルクは、特に第２の側面１３において、ピニオン歯車キャリア６をわずかに変形させる効果を有することができる。シャフト５の構造は、ピニオン歯車キャリア６の変形を補うために、フランジ２０、円形部１８、１９または連結部２４において変形することができる。このようにして、歯９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ、２７ａ、２７ｂの早期磨耗を回避しながら、ピニオン歯車４と遊星歯車２、３との間の噛み合いの良好な性能が維持される。

Claims

遊星歯車組（１）であって、
第１の遊星歯車（２）と、
第２の遊星歯車（３）と、
シャフト（５）の周りに回転可能に取り付けられ、第１の遊星歯車（２）および第２の遊星歯車（３）と噛み合うピニオン歯車（４）と、
各シャフト（５）を支持するピニオン歯車キャリア（６）と、
を備え、
各シャフト（５）は軸線に沿って延在し、ピニオン歯車キャリア（６）上に取り付けられた半径方向内側円筒部（１８）と、ピニオン歯車（４）が回転可能に取り付けられた半径方向外側円筒部（１９）と、半径方向外側円筒部（１９）から半径方向に延在するフランジ（２０）と、を備え、フランジ（２０）の半径方向外側周縁部がピニオン歯車キャリア（６）上に取り付けられ、半径方向外側円筒部（１９）と半径方向内側円筒部（１８）とが、半径方向に延在する連結領域（２４）によって互いに連結されることを特徴とする、遊星歯車組（１）。
ピニオン歯車キャリア（６）が、半径方向に延在する第１の環状フランジ（１２）と、半径方向に延在する第２の環状フランジ（１３）とを有し、第１および第２のフランジ（１２、１３）が、互いに軸方向にオフセットされ、軸方向に延在する接続部品（１４）によって互いに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の遊星歯車組（１）。
各シャフト（５）のフランジ（２０）がピニオン歯車キャリア（６）の第１の側面（１２）に取り付けられ、各シャフト（５）の半径方向内側円筒部（１８）がピニオン歯車キャリア（６）の第２の側面（１３）に取り付けられることを特報とする、請求項２に記載の遊星歯車組（１）。
第１の遊星歯車（２）がピニオン歯車（４）の径方向内側に位置し、第２の遊星歯車（３）がピニオン歯車（４）の径方向外側に位置していることを特徴とする、請求項１〜3のいずれか１項に記載の遊星歯車組。
前記第１の遊星歯車（２）、前記第２の遊星歯車（３）および前記ピニオン歯車（４）が、それぞれ、互いに軸線方向にオフセットされた第１の環状歯（９ａ、１１ａ、２７ａ）および第２の環状歯（９ｂ、１１ｂ、２７ｂ）を有し、各ピニオン歯車（４）の第１の歯（１１ａ）が第１の遊星歯車（２）の第１の歯（９ａ）および第２の遊星歯車（３）の第１の歯（２７ａ）と噛み合い、各ピニオン歯車（４）の第２の歯（１１ｂ）が第１の遊星歯車（２）の第２の歯（９ｂ）および第２の遊星歯車（３）の第２の歯（２７ｂ）と噛み合うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の遊星歯車組（１）。
前記ピニオン歯車キャリア（６）が前記シャフト（５）と同じ材料で作製されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の遊星歯車組（１）。
前記半径方向内側円筒部（１８）および前記半径方向外側円筒部（１９）は管状であり、前記半径方向内側円筒部（１８）の厚さ（ｅ０）は、前記半径方向外側円筒部（１９）の厚さ（ｅ１）よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の遊星歯車組（１）。
前記ピニオン歯車キャリア（６）の剛性定数ｋｃと、前記各シャフト、前記ピニオン歯車キャリア（６）および前記シャフト（５）の剛性定数ｋｐとのいずれかが、０．５ｋｃ＜ｋｐ＜２ｋｃとなるように寸法決めされていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の遊星歯車組（１）。