JP5529169B2 - 遊星歯車列を備える減速装置の潤滑および冷却 - Google Patents

Description

本発明は基本的に、特に航空機エンジンなどのターボ機械における、遊星ステップダウン歯車装置を潤滑および冷却するための装置に関する。

遊星ステップダウン歯車装置は、高レベルの動力を伝達するのに適している。ターボジェットエンジンにおいて、これは、プロペラよりもはるかに高速で回転している駆動軸から逆回転しているプロペラを駆動するために、使用されることが可能である。

従来の方法では、遊星歯車装置は中心または太陽歯車、外輪歯車、ならびに太陽歯車および輪歯車と噛み合う遊星歯車を含み、これら３つの部品のうちの１つの支持体は、歯車装置の動作を可能にするために、回転しないようになっていなければならない。遊星キャリアの回転が妨げられているとき、中心歯車および輪はそれぞれ駆動および従動しているか、またはその逆である。すると、歯車装置および遊星歯車の軸の潤滑および冷却は何ら困難を呈することなく、回転せずに、遊星歯車が中心歯車および輪と噛み合う領域に、および遊星歯車の軸に、連続的に油を噴霧することができるノズルによって、実行される。

ほとんどの一般的な構成において、回転中に静止しているのは外輪であり、駆動および従動しているのは中心歯車および遊星キャリアである。すると、遊星歯車の軸および噛み合い領域の潤滑によって問題が生じるが、これは従来技術において、加圧された油を搬送するための複雑な配管網によって解決され、これは摩耗に曝されて定期的に検査および交換される必要のある、運動用シールまたは回転継ぎ手を利用する。

本発明の具体的な目的は、このような歯車装置を連続的に、そして回転継ぎ手に関わる圧力がかかった油の複雑な配管網に頼ることなく、冷却および潤滑することである。

この目的のため、本発明は、中心歯車、外輪、ならびに中心歯車および外輪と噛み合う遊星歯車を含む遊星ステップダウン歯車装置であって、遊星歯車は遊星キャリア上に回転自在に装着されており、歯車装置は１組の歯および遊星歯車の軸に油を噴霧することによって動作する潤滑および冷却手段を含み、歯車装置は、潤滑および冷却手段が、遊星キャリアに固定されて油を回収するスコップを形成する円筒形ケーシングを含み、このケーシングが油を送達するための静止手段を包囲していることを特徴とする、遊星ステップダウン歯車装置を提供する。

遊星歯車の噛み合い領域およびその回転軸を潤滑および冷却するために、本発明において、油を送達するための静止手段を包囲する円筒形ケーシングに遊星キャリアを適合させれば十分である。これらの手段によって送達された油は、円筒形ケーシングにおける遠心効果によって回収され、そこから遊星歯車が噛み合う領域、および前記遊星歯車の軸の両方に、その目的のために回転継ぎ手を必ずしも使用することなく、送達されることが可能である。

したがって、これらの潤滑および冷却手段は、その単純性およびその信頼性によって、ならびにターボ機械において潤滑および冷却される必要のあるその他の機器に油を供給する手段との適合性によって、特徴付けられており、こうして歯車装置およびその他の機器のために共通の給油ポンプを設置することを可能にする。

本発明の別の特徴によれば、円筒形ケーシングは、遊星歯車の１組の歯および軸の方に向いているノズルに油を供給するための、放射状または実質的に放射状の導管を含む。

本発明の好適な実施形態において、油を送達するための静止手段は、中心歯車の軸と平行であって円筒形ケーシングの方に半径方向に向いているインジェクタを担持する、少なくとも１つのストリップを含み、ケーシングは半径方向隔壁によって分離された環状区画を含み、その各々は供給ノズル用の導管に接続されている。

この構成は、より均一で定常的なやり方で、潤滑および冷却される必要のある様々な領域に向けて油が送達され得るようにする。

現実的な方法において、円筒形ケーシングおよび遊星キャリアは、中心歯車の両側に軸方向に位置し、これらは遊星歯車の間に延在する軸方向アームによって互いに接続されている。

本発明はまた、航空機エンジン用ターボジェットなどのターボ機械も提供するが、これは、タービン軸を１つまたは２つのプロペラ駆動軸に接続する前記のタイプの遊星ステップダウン歯車装置を含むことを特徴とする。

以下の添付図面を参照した例示によってなされる以下の記載を読むことで、本発明がより良く理解され、本発明のその他の特徴、詳細、および利点がより明らかとなる。

従来技術のターボ機械における遊星ステップダウン歯車装置の軸方向断面における片側の模式図である。 図１の歯車装置の前面模式図である。 本発明のステップダウン歯車装置の前面模式図である。 このステップダウン歯車装置の模式的軸方向断面図である。 ターボ機械に装着された本発明のステップダウン歯車装置の軸方向断面における片側の模式図である。

まず、図１を参照するが、これは、タービン軸１０とともに回転するように制約される中心または太陽歯車１４、ターボ機械の静止要素１８上に装着された静止第一外輪１６、エンジンのプロペラのうちの１つを回転駆動するために軸２２の末端に固定された可動第二外輪２０、を基本的に含む遊星ステップダウン歯車装置１２を通じてタービン軸１０から回転駆動される２つの逆回転しているプロペラを有する航空機ターボジェットなどのターボ機械に装着される公知の遊星ステップダウン歯車装置を示す図であり、前記軸は下流方向に延在してエンジンの静止構造要素２６上の軸受２４によって回転的に案内されており、歯車装置はまた、中心歯車１４、静止第一外輪１６、および可動第二外輪２０と噛み合う遊星歯車であって、エンジンの第二プロペラを回転駆動するために下流方向に延在する軸３１に固定されている遊星キャリア３０上に回転自在に装着されている遊星歯車２８も、含む。

より正確には、各遊星歯車２８は、第二外輪２０の内側の１組の歯と噛み合う第一周囲組の歯３２、および第一組の歯と同じ軸上にあって遊星歯車２８の上流末端に形成されている第二組の歯３４を含み、この第二組の歯３４は、静止第一輪１６の内側の組の歯と噛み合っている。

各歯車２８はまた、例えばローラ軸受などの軸受３８によって、遊星キャリア３０の円筒形支持体３６上に回転的に装着および案内されている。

ステップダウン歯車装置１２は、図１に模式的に示されるように、エンジンの静止要素によって担持され、それぞれ遊星歯車２８の外側の組の歯３２および第二外輪２０、遊星歯車２８の外側の組の歯３４および第一外輪１６、ならびに遊星歯車２８の周囲組の歯３２および中心歯車１４の間の噛み合いが発生する領域の方に向けられている、ノズル４０、４２、４４によって、潤滑および冷却される。

その他のノズル４６および４８は、軸１０を回転的に案内するための軸受５０、および第二外輪２０に固定された軸２２を回転的に案内するための軸受２４を潤滑および冷却するために、使用される。

図２は、ステップダウン歯車装置１２の必須要素、すなわち中心歯車１４、静止第一外輪１６、軸２２に固定された第二外輪２０、および遊星歯車２８を示しており、本実施形態には遊星歯車２８が４つ存在し、矢印は歯車、可動外輪２０、および遊星キャリア３０の回転方向を示している。

中心歯車１４が反時計回り方向に回転駆動されているとき、遊星歯車２８および可動外輪２０は時計回り方向に回転駆動されており、その一方で遊星キャリア３０は反時計回り方向に回転していることが、わかる。

この知られている実施形態において、ノズル４０、４２、および４４は回転せず、輪の内側の遊星歯車２８の軌道運動を追跡することができないので、遊星歯車の各組の歯が中心歯車１４と噛み合う領域、およびこれらが輪１６および２０と噛み合う領域は、断続的にのみ潤滑および冷却されることが可能である。さらに、従来技術は、遊星歯車の軸受３８を潤滑および冷却するためのいかなる解決策も提供しない。

本発明は、図３および図４に模式的に示される装置によって、単純な、信頼性の高い、そして安価な方法で、この問題を解決することができ、この装置は基本的に、ステップダウン歯車装置１２の上流側で、静止外輪１６の内側に位置する円筒形ケーシング５２を含み、円筒形ケーシング５２は、遊星歯車２８の間でステップダウン歯車装置１２の内部に延在する軸方向アーム５４によってこれが固定されている遊星キャリア３０とともに回転するように制約される。

円筒形ケーシング５２は、中心歯車１４を担持する軸に沿ってステップダウン歯車装置１２に向かって上流から延在し、その内部半径方向隔壁６０によって円筒形ケーシング５２の内部に形成された隣接する環状区画内に油を噴霧するインジェクタ５８に取り付けられている、２つの直径方向に対向するストリップ５６によって送達される油を回収するための遠心スコップを形成する。円筒形ケーシング５２の各環状区画は、外向きに延在して、潤滑および冷却されるべき領域の方へ、すなわち遊星歯車２８のボール軸受３８の方へ、および遊星歯車２８が静止外輪１６と、可動外輪２０と、および場合によっては中心歯車１４と噛み合う領域の方へ向いているノズル６８とその自由端において取り付けられている、放射状または実質的に放射状の導管６２、６４、６６に接続されている。

図３に模式的に示されるように、ノズル６８は、遊星歯車２８の回転方向に対してこれらの歯車から上流方向に位置するような方法で、およびその油のジェットを、歯車が第一輪１６、第二輪２０、および中心歯車１４の組の歯とそれぞれ噛み合い始める領域において歯車の歯の組の上に接線方向に向けるような方法で、遊星歯車２８に対して角度を付けて位置決めされる。

図４は、本発明のステップダウン歯車装置１２がどのようにして図１に示されるタイプのターボ機械に組み込まれるかを模式的に示す。

中心歯車１４は、円筒形ケーシング５２の内部に油を供給するためのストリップ５６の下流末端に装着されたノズル４４によって、潤滑および冷却されることが可能である。中心歯車１４は輪１６および２０の内径よりもはるかに小さい外径を有しているので、静止している２つの直径方向に対向する点で遊星歯車２８の周囲組の歯３２が中心歯車１４と噛み合う領域を潤滑することは、十分であって、遊星歯車２８の周囲組の歯３２および３４が外輪２０および１６とそれぞれ噛み合う領域の断続的な潤滑よりもはるかに少ない問題を生じさせる。

あるいは、図５は、図１のターボ機械の部品と関連する、図４と同じ要素を示す。

本発明はまた、外輪を１つしか有していない遊星ステップダウン歯車装置にも適用可能である。このような状況の下で、例えば、第二外輪２０は保存されたままで、省略されるのは第一外輪１６であってもよい。プロペラのピッチ、すなわちプロペラを形成する羽根の角度設定を調整することによって、両者が平衡状態に到達するまで他方を加速する役割を果たす１つのプロペラを制止しながら、他方に対する１つのプロペラの速度を決定することが可能である。

Claims (8)

1. 中心歯車（１４）、外輪（１６、２０）、ならびに中心歯車（１４）および外輪（１６、２０）と噛み合う遊星歯車（２８）を含む遊星ステップダウン歯車装置であって、遊星歯車が遊星キャリア（３０）上に回転自在に装着されており、歯車装置が遊星歯車（２８）の１組の歯（３２、３４）および軸に油を噴霧することによって動作する潤滑および冷却手段を含み、歯車装置は、潤滑および冷却手段が、遊星キャリア（３０）に固定されて油を回収するスコップを形成する円筒形ケーシング（５２）を含み、このケーシングが油を送達するための静止手段を包囲していることを特徴とする、遊星ステップダウン歯車装置。
2. 円筒形ケーシング（５２）が、遊星歯車（２８）の組の歯および軸の方に向いているノズル（６８）に油を供給するための放射状導管（６２、６４、６６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の歯車装置。
3. 油を送達するための静止手段が、中心歯車（１４）の軸と平行で、円筒形ケーシング（５２）の方に半径方向に向いているインジェクタ（５８）を担持する、少なくとも１つのストリップ（５６）を含み、ケーシングは、その各々がノズルに油を供給するための導管（６２、６４、６６）に接続されている、半径方向隔壁によって分離されている環状区画を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の歯車装置。
4. 油を送達するための静止手段が、円筒形ケーシング（５２）の環状区画の方に向いているインジェクタ（５８）を担持する、２つの直径方向に対向する平行なストリップ（５６）を含むことを特徴とする、請求項３に記載の歯車装置。
5. ノズル（６８）が、遊星歯車からその回転方向に対して上流に位置し、遊星歯車の組の歯に対して接線方向に、前記組の歯が外輪（１６、２０）と噛み合う領域の方に向いていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の歯車装置。
6. 円筒形ケーシング（５２）および遊星キャリア（３０）が、中心歯車（１４）の両側に軸方向に位置しており、これらが遊星歯車（２８）の間に延在する軸方向アーム（５４）によって互いに接続されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の歯車装置。
7. ２つの同軸外輪（１６、２０）を含み、輪の組の歯が遊星歯車（２８）の周囲組の歯と噛み合っており、輪のうちの１つが静止していてもう一方が回転的に可動であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の歯車装置。
8. タービン軸（１０）を１つまたは２つのプロペラ駆動軸に接続する、請求項１から７のいずれかに記載の遊星ステップダウン歯車装置を含むことを特徴とする、ターボ機械または航空機エンジン。

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