JP5830177B2 - ガスタービンエンジンのための直列の軸受支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、転動体軸受に関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの中へそのような軸受を取り付けることに関する。

ガスタービンエンジンは、１つまたは複数のシャフトを含み、１つまたは複数のシャフトは、いくつかの軸受（通常は、転動体タイプのもの）の中で回転するように取り付けられている。軸受は、「サンプ」と呼ばれるエンクロージャーの中に囲まれており、「サンプ」は、加圧されており、かつ、潤滑および冷却のための油フローが供給されている。ガスタービンエンジンの中の軸受は、通常、ころ軸受およびボール軸受の組み合わせである。ころ軸受は、シャフトのラジアル荷重に対応し、ボール軸受は、ラジアル荷重およびスラスト荷重に対応している。一般に、軸受は、対になって取り付けられており、ボール軸受およびころ軸受は、単一の軸受サンプの中において、軸線方向に隣接した位置にある。

ボール軸受は、典型的に、エンジンの中で最も信頼性の低い軸受である。ボール軸受は、軸線方向の荷重およびラジアル荷重の組み合わせにさらされているときに、故障の影響を受けやすく、一方、半径方向の荷重下にあるころ軸受は、ローラースキッディング損傷によって故障することが多い。ころ軸受の上のラジアル荷重の増加は、ケージ速度を増加させ、そのことは、そのような損傷のリスクを減少させる。したがって、そのような軸受構成は、荷重の分離を必要とし、スラスト荷重が、ボール軸受に向けられており、ラジアル荷重が、可能な限り、ころ軸受に向けられている。先行技術の軸受支持設計は、単に、ラジアル荷重の大部分を分離している。

いくつかの既存のエンジンは、ボール軸受およびダンパーころ軸受に隣接する支持部に「並列（ｐａｒａｌｌｅｌ）」スプリングフィンガーハウジングを組み込むことによって、荷重分離の問題に対処してきた。この設計は、ボール軸受からラジアル荷重を分離することにおいて、完全には効果的でなく、加えられるラジアル荷重の典型的に１０〜３０％が、ボール軸受を通して伝達される。

他の知られている既存のエンジンは、プリロードされた中心が合っていないダンパーころ軸受に「並列」に、ボール軸受スプリングフィンガーを含むことによって、荷重分離に対処している。この設計は、荷重分離に効果的であるが、製造をすること、および、動作させることが複雑である。

したがって、ラジアル荷重およびスラスト荷重を適当な軸受に分離し、かつ、機械的に簡単である、ボール軸受ところ軸受の組み合わせのための軸受支持に対する要求が存在している。

英国特許第２３２６６７９Ａ号

この要求は、本発明によって対処され、本発明は、ボール軸受およびころ軸受が、スプリングエレメントによって直列に（ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ）取り付けられ、ボール軸受からラジアル荷重を分離するようになっている、軸受支持装置を提供する。

本発明の１つの態様によれば、ガスタービンエンジンのための軸受支持装置は、第１の環状の部材と、第１の環状の部材の中に配設されている第２の環状の部材と、第１および第２の環状の部材の間に配設され、第１および第２の部材の相対的な回転を可能にするようになっている、軸線方向に離間された第１および第２の転動体軸受と、第１の軸受を第１の部材に取り付けている第１のスプリングエレメントと、第１のスプリングエレメントを通して第２の軸受を第１の部材に取り付ける第２のスプリングエレメントであって、第１および第２の軸受が、第１の部材に対して、物理的に直列に支持されるようになっている、第２のスプリングエレメントとを含む。

本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジンのための軸受装置は、環状の静止フレームと、軸線方向に延在する第１のスプリングフィンガーの環状アレイによって相互接続されている環状の前方リングおよび後方リングを含む第１の軸受ケージであって、前方リングは、フレームに取り付けられている、第１の軸受ケージと、軸線方向に延在する第２のスプリングフィンガーの環状アレイによって相互接続されている環状の前方リングおよび後方リングを含む第２の軸受ケージであって、後方リングが、第１の軸受ケージの後方リングに取り付けられている、第２の軸受ケージと、第２の軸受ケージの後方リングによって担持されているころ軸受と、第２の軸受ケージの前方リングによって担持されているボール軸受と、ころ軸受およびボール軸受の中に取り付けられているシャフトとを含む。

本発明は、添付の図面を伴って、以下の説明を参照することによって、最良に理解することが可能である。

本発明の態様にしたがって組み立てられている軸受支持装置を組み込んでいるガスタービンエンジンの片側断面図である。 図１のガスタービンエンジンの一部分の拡大図であり、軸受支持装置を示す図である。 ガスタービンエンジンの一部分の片側断面図であり、代替的な軸受支持装置を示す図である。 ガスタービンエンジンの一部分の片側断面図であり、２つのシャフトの間に配設されている別の代替的な軸受支持装置を示す図である。 ガスタービンエンジンの一部分の片側断面図であり、２つのシャフトの間に配設されているさらなる別の代替的な軸受支持装置を示す図である。

図面を参照すると、様々な図を通して、同一の参照番号は、同じエレメントを示しており、図１は、ガスタービンエンジン１０を示している。エンジン１０は長手方向軸線１１を有しており、ファン１２と、低圧圧縮機または「ブースター」１４と、低圧タービン（「ＬＰＴ」）１６と（集合的に、「低圧システム」と称される）を含む。ＬＰＴ１６は、内側シャフト１８（「ＬＰシャフト」とも称される）を通して、ファン１２およびブースター１４を駆動する。また、エンジン１０は、高圧圧縮機（「ＨＰＣ」）２０と、燃焼器２２と、高圧タービン（「ＨＰＴ」）２４と（集合的に、「ガス発生器」または「コア」と称される）を含む。ＨＰＴ２４は、外側シャフト２６（「ＨＰシャフト」とも称される）を通して、ＨＰＣ２０を駆動する。高圧システムおよび低圧システムは、一緒になって、知られている様式で作動可能であり、主要フローまたはコアフロー、および、ファンフローまたはバイパスフローを発生させる。図示されているエンジン１０は、高バイパスターボファンエンジンであるが、本明細書で説明されている原理は、ターボプロップ、ターボジェット、およびターボシャフトエンジン、ならびに、他の車両のために使用されるか、または、定置式の用途で使用されるタービンエンジンに、等しく適用可能である。

内側および外側シャフト１８および２６は、いくつかの転動体軸受の中で回転するように取り付けられている。軸受は、「サンプ」と称されるエンジン１０の囲まれた部分の中に位置付けされている。図２は、図１に示されているエンジンの１つのサンプの一部分を図示している。内側シャフト１８は、静止構造フレーム２８によって取り囲まれており、静止構造フレーム２８は、半径方向内向きに延在する環状のフランジ３０を有している。

第１の軸受ケージ３２が、フランジ３０に取り付けられている。第１の軸受ケージ３２は、スプリングサポートまたは弾性サポートであるということを考慮することが可能である。第１の軸受ケージ３２は、環状の前方リング３４と、環状の後方リング３６とを含み、それらは、スプリングアーム３８の環状アレイによって相互接続されている。スプリングアーム３８は、前方リング３４に対する後方リング３６の、制御された半径方向のたわみを許容しながら、後方リング３６の軸線方向のたわみに対して、本質的に剛体であるように構成されている。スプリングアーム３８の数、形状、間隔、および寸法は、特定の用途に適するように、とりわけ、第１の軸受ケージ３２の所望の半径方向の剛性を実現するように、修正することが可能である。本明細書で使用されているように、「剛性」の用語は、単位たわみ当たりに必要とされる力または単位荷重を参照している。後方リング３６は、概して円筒形状であり、スプリングアーム３８と直列になって軸線方向に延在している。前方リング３４は、半径方向に延在し、取り付けフランジを画定している。前方リング３４は、締結具４２を受け入れる複数の取り付け孔部４０を含み、締結具４２は、フレーム２８のフランジ３０に前方リング３４を固定している。

第２の軸受ケージ４４が、第１の軸受ケージ３２の後方リング３６に取り付けられている。第２の軸受ケージ４４は、第１の軸受ケージ３２の後方リング３６の中に受け入れられている環状の後方リング４６と、フランジ３０の前方に位置付けされている環状の前方リング４８とを含み、それらは、スプリングアーム５０の環状アレイによって相互接続されている。第２の軸受ケージ４４は、第１の軸受ケージ３２に固定されており、第２の軸受ケージ４４は、第１の軸受ケージ３２に対して移動しないようになっている。例えば、締まり嵌めによって、また、溶接、ラジアルピン、機械継ぎ手、または、他の同様の技法の使用によって、これを達成することが可能である。スプリングアーム５０は、後方リング４６に対する前方リング４８の、制御された半径方向のたわみを許容しながら、前方リング４８の軸線方向のたわみに対して、本質的に剛体であるように構成されている。スプリングアーム５０の数、形状、間隔、および寸法は、特定の用途に適するように、とりわけ、第２の軸受ケージ４４の所望の半径方向の剛性を実現するように、修正することが可能である。いくつかの適用例では、第２の軸受ケージ４４の半径方向の剛性は、第１の軸受ケージ３２よりもかなり小さくなるように選択することが可能である。

ころ軸受５２が、フレーム２８と内側シャフト１８との間に配設されている。ころ軸受５２は、環状のインナーレース５４と、一列の概して円筒形状のローラー５６と、環状のアウターレース５８と、リテーナー６０とを含む。ころ軸受５２のインナーレース５４は、内側シャフト１８に固定されており、内側シャフト１８に対して回転しないようになっており、ころ軸受５２のアウターレース５８は、第２の軸受ケージ４４の後方リング４６に固定されており、後方リング４６に対して回転しないようになっている。ころ軸受５２の固有の構成は、ローラー５６とレース５４および５８との間の摩擦によって伝達される小さな力以外は、軸線方向の荷重が、ころ軸受５２を通して伝達することができないようになっている。

ボール軸受６２が、ころ軸受５２の軸線方向前方に、フレーム２８と内側シャフト１８との間に配設されている。ボール軸受６２は、環状のインナーレース６４と、一列の球形のボール６６と、環状のアウターレース６８と、リテーナー７０とを含む。ボール軸受５２のインナーレース６４は、内側シャフト１８に固定されており、内側シャフト１８に対して回転しないようになっており、ボール軸受６２のアウターレース６８は、第２の軸受ケージ４４の前方リング４８に固定されており、前方リング４８に対して回転しないようになっている。インナーレース６４は、凹面の内側シート７２を画定しており、アウターレース６８は、凹面の外側シート７４を画定しており、その両方が、半径方向にボール６６と重複している。インナーレース６４が、内側シャフト１８の軸受表面７６（または、それに取り付けられているコンポーネント）に当接しており、アウターレースが、第２の軸受ケージ４４の軸受表面７８（または、その上に取り付けられているコンポーネント）に当接している。この構成によって、軸線方向の荷重（スラスト荷重とも称される）が、内側シャフト１８から、ボール軸受６２を通って、ならびに、第１および第２の軸受ケージ３２および４４を通って、フレーム２８へ伝達されることが可能になる。

軸受支持装置は、随意的な環状のダンパーアーム８０を含む。ダンパーアーム８０は、前方部分８２を有しており、前方部分８２は、例えば、図示されているボルト８４、または、他の適切な締結具を使用して、フランジ３０に固定されている。ダンパーアーム８０は、フランジ３０から半径方向内向きにおよび軸線方向後方に延在している。ダンパーアーム８０の後方部分８５は、概して円筒形状であり、第１の軸受ケージ３２の後方リング３６に、軸線方向に整合して、および、半径方向に極めて接近して取り付けられている。

後方リング３６の外側表面、および、ダンパーアーム８０の後方部分８５の内側表面が、一緒になって、それらの間に、薄い環状のスクイーズ膜のスペース８６を画定している。圧力下の油などのような、ダンパー流体が、適当な導管または入口部（図示せず）を通して、スクイーズ膜のスペース８６の中へ導入されている。知られている原理によれば、任意のローターアンバランスが、内側シャフト１８およびころ軸受５２を半径方向に運動させ、スクイーズ膜のスペース８６の中の油を非常に高圧にさせる可能性があり、それによって、油の粘性フローを強制し、ならびに、ころ軸受５２および内側シャフト１８の上の減衰作用を強制する。この作用が、後方リング３６およびころ軸受５２のたわみを限定する。スクイーズ膜のスペース８６の中のダンパー油をシールするために、後方リング３６は、その外側表面に、一対の離間された溝部８８を含む。一対のシーリングリング（図示せず）が、溝部８８の中に嵌められ、ダンパーアーム８０の表面に係合するように適合されることが可能であり、それによって、スクイーズ膜のスペース８６の前方および後方の境界部をシールしている。

動作時には、内側シャフト１８が、フレーム２８に対して半径方向の移動にさらされ、内側シャフト１８およびフレーム２８を相互接続しているコンポーネントの中に、半径方向のたわみおよび荷重を生じさせる。ボール軸受６２およびころ軸受５２は、ラジアル荷重に対して、「直列に」、フレーム２８によって支持されているものとして説明することが可能である。すなわち、ころ軸受５２は、第１の軸受ケージ３２を通してフレーム２８に取り付けられており、ボール軸受６２は、第１の軸受ケージ３２に取り付けられている第２の軸受ケージ４４に取り付けられている。

第２の軸受ケージ４４は、スプリングエレメントであるので、ボール軸受６２に加えられる半径方向の圧縮荷重は、第２の軸受ケージ４４の前方リングおよび後方リング４８および４６の相対的な半径方向のたわみに対して、公知の関係を有している（すなわち、ボール軸受６２の上の半径方向の荷重は、スプリングアーム５０の曲げたわみに比例する）。フレーム２８に向けての内側シャフト１８のたわみを考慮すると、ボール軸受６２ところ軸受５２との間に相対的なたわみが存在する場合にのみ、ボール軸受６２が、半径方向の荷重を経験することとなる。

内側シャフト１８が実質的に剛体エレメントであると考えれば、内側シャフト１８の任意の半径方向のたわみは、一般的に、スプリングアーム５０の曲げがほとんどないか全くない状態で、ボール軸受６２およびころ軸受５２の等しいたわみを、結果として生じさせることとなる。

ボール軸受６２およびころ軸受５２の不均等なたわみ、または、ボール軸受６２の独立した半径方向のたわみは、異なる半径方向クリアランスもしくはプリロードの存在に基づいて、または、ころ軸受５２とボール軸受６２との間の異なる半径方向のベースラインの位置に基づいて、起こることが可能である。

しかし、任意の独立したラジアルボール軸受の移動の限界に到達すると、ボール軸受６２およびころ軸受５２のさらなる半径方向のたわみは、第１の軸受ケージ３２のスプリングアーム３８の曲げを伴って、一体になることとなる。第２の軸受ケージ４４の半径方向のたわみ、および、したがって、ボール軸受６２の上のラジアル荷重は、さらに増加することはできない。本質的に、ボール軸受６２は、軸受の対が動作中に経験する合計の半径方向のたわみおよびラジアル荷重から選択される小さい大きさを除いて、すべてから分離されている。ボール軸受６２からのラジアル荷重の最大の分離を実現するために、スプリングアーム５０が、依然として軸線方向の荷重を確実に伝達しながら、可能な限り低い半径方向の剛性を有するべきであるということが好ましい。ボール軸受６２の上の合計のラジアル荷重は、スプリングアーム５０の半径方向の剛性を操作することによって、ならびに、リング４８および４６の相対的な偏心を操作することによって、任意に選択される限界値に設定することが可能である。例として、合計のラジアル荷重は、容易に、０．４ｋＮ（１００ポンド）の十分に下に限定することが可能である。

上記に説明されているように、ボール軸受６２およびころ軸受５２は、静止条件において互いに同軸であり、または、換言すれば、それぞれの軸受の回転の軸線は、他の軸受の回転の軸線と一致している。しかし、いくつかの適用例では、ローラースキッディングを防止するために、ころ軸受５２に半径方向のプリロードを提供することが望ましい可能性がある。したがって、ボール軸受６２を、ころ軸受５２から外側にオフセットさせることが可能である。このことは、例えば、第２の軸受ケージ４４の前方リング４８の穴部を、第２の軸受ケージ４４の後方リング４６の穴部からわずかに偏心させることによって、または、スプリングアーム５０が長手方向軸線１１に対して正確に平行に延在しないように、スプリングアーム５０をオフセットさせることによって、達成することが可能である。エンジン動作の間のスラスト荷重の影響の下で、ボール軸受６２は、それ自身の回転軸線の上に、内側シャフト１８の中心を合わせるようにしようとすることとなり、それは、ボール軸受６２およびころ軸受５２の上に、限定された半径方向の力を及ぼすこととなる。

この技法は、一般的に、「オフセッティング」と称されており、スキッディングを防止するために最小のころ軸受荷重が存在するということを保証する効果的な手段である。本発明は、ころ軸受５２をエンジンの長手方向軸線１１と同軸に維持しながら、軸受６２および５２が互いからオフセットされることを可能にする。このことは、先行技術の「並列」軸受支持構成の設計では可能でない。何故なら、それは、ころ軸受５２がオイルフィルムダンパー装置の中で中心が合わなくなることを引き起こすこととなり、減衰有効性を減少させるからである。オフセッティングが実施されると、ボール軸受６２の上のラジアル荷重は、オフセッティングがないときよりも大きくなることとなり、しかし、ボール軸受の上のラジアル荷重は、依然として、十分なサービス信頼性に必要とされる限界値の十分に中に限定されることが可能であり、例えば、合計のラジアル荷重は、約２ｋＮ（５００ポンド）、または、それ以下であることが可能である。

図３は、フランジ３０を有するフレーム２８と内側シャフト１８との間に軸受を取り付けるための代替的な軸受支持装置を図示している。軸受ケージ１３２は、フランジ３０に取り付けられている。軸受ケージ１３２は、スプリングサポートまたは弾性サポートであるということを考慮することが可能である。軸受ケージ１３２は、環状の前方リング１３４と、環状の中間リング１３６と、環状の後方リング１３８とを含む。前方リング１３４および中間リング１３６は、前方スプリングアーム１４０の環状アレイによって、相互接続されている。中間リング１３６および後方リング１３８は、後方スプリングアーム１４２の環状アレイによって、相互接続されている。

前方スプリングアーム１４０は、前方リング１３４に対する中間リング１３６の、制御された半径方向のたわみを許容しながら、中間リング１３６の軸線方向のたわみに対して、本質的に剛体であるように構成されている。前方スプリングアーム１４０の数、形状、間隔、および寸法は、特定の用途に適するように、とりわけ、所望の半径方向の剛性を実現するように、修正することが可能である。

後方スプリングアーム１４２は、中間リング１３６に対する後方リング１３８の、制御された半径方向のたわみを許容しながら、後方リング１３８の軸線方向のたわみに対して、本質的に剛体であるように構成されている。後方スプリングアーム１４２の数、形状、間隔、および寸法は、特定の用途に適するように、とりわけ、所望の半径方向の剛性を実現するように、修正することが可能である。いくつかの適用例では、後方スプリングアーム１４２の半径方向の剛性は、前方スプリングアーム１４０の半径方向の剛性よりもかなり小さくなるように選択することが可能である。

中間リング１３６および後方リング１３８は、それぞれ、概して円筒形状であり、スプリングアーム１４０および１４２と直列になって軸線方向に延在している。前方リング１３４は、半径方向に延在し、取り付けフランジを画定している。また、前方リング１３４は、締結具１４６を受け入れる複数の取り付け孔部１４４を含み、締結具１４６は、フレーム２８のフランジ３０に前方リング１３４を固定している。

ころ軸受１５２が、フレーム２８と内側シャフト１８との間に配設されており、環状のインナーレース１５４と、一列の概して円筒形状のローラー１５６と、環状のアウターレース１５８と、リテーナー１６０とを含む。インナーレース１５４は、内側シャフト１８に固定されており、内側シャフト１８に対して回転しないようになっており、アウターレース１５８は、中間リング１３６に固定されており、中間リング１３６に対して回転しないようになっている。

ボール軸受１６２が、ころ軸受１５２の軸線方向後方に、フレーム２８と内側シャフト１８との間に配設されている。ボール軸受１６２は、環状のインナーレース１６４と、一列の球形のボール１６６と、環状のアウターレース１６８と、リテーナー１７０とを含む。インナーレース１６４は、内側シャフト１８に固定されており、内側シャフト１８に対して回転しないようになっており、アウターレース１６８は、後方リング１３８に固定されており、後方リング１３８に対して回転しないようになっている。ボール軸受１６２は、上記に説明されているように構成されており、軸線方向の荷重（スラスト荷重とも称される）が、内側シャフト１８から、ボール軸受１６２を通って、および、軸受ケージ１３２を通って、フレーム２８へ伝達され得るようになっている。

軸受支持装置は、随意的な環状のダンパーアーム１８０を含む。ダンパーアーム１８０は、前方部分１８２を有しており、前方部分１８２は、例えば、図示されているボルト１８４、または、他の適切な締結具を使用して、フランジ３０に固定されている。ダンパーアーム１８０は、フランジ３０から半径方向内向きにおよび軸線方向後方に延在している。ダンパーアーム１８０の後方部分１８５は、概して円筒形状であり、第１の軸受ケージ１３２の中間リング１３６に、軸線方向に整合して、および、半径方向に極めて接近して取り付けられている。

中間リング１３６の外側表面、および、ダンパーアーム１８０の後方部分１８５の内側表面が、一緒になって、それらの間に、薄い環状のスクイーズ膜のスペース１８６を画定している。圧力下の油などのような、ダンパー流体が、適当な導管または入口部（図示せず）を通して、スクイーズ膜のスペース１８６の中へ導入されている。知られている原理によれば、任意のローターアンバランスが、内側シャフト１８およびころ軸受１５２を半径方向に運動させ、スクイーズ膜のスペース１８６の中の油を非常に高圧にさせる可能性があり、それによって、油の粘性フローを強制し、ならびに、ころ軸受１５２および内側シャフト１８の上の減衰作用を強制する。スクイーズ膜のスペース１８６の中のダンパー油をシールするために、中間リング３６は、その外側表面に、一対の離間された溝部１８８を含む。一対のシーリングリング（図示せず）が、溝部１８８の中に嵌められ、ダンパーアーム１８０の表面に係合するように適合されることが可能であり、それによって、スクイーズ膜のスペース１８６の前方および後方の境界部をシールしている。

図３に示されている軸受装置の動作および性能は、上記に説明されているものと実質的に同じであり、ボール軸受１６２は、軸受ケージ１３２によって提供される直列の取り付け配置によって、小さい半径方向のたわみおよび荷重を除いて、すべてから分離されている。後方リング１３８は、上記に説明されているように、中間リング１３６に対してオフセットされ、ころ軸受１５２の上に所望のラジアル荷重を提供することが可能である。

図４は、別の代替的な軸受支持装置を図示している。装置は、動作原理について、上記に説明されているものと同様であるが、それは、２つの回転シャフトの間に、例えば、上記に説明されている内側シャフト１８と、外側シャフト２６との間に、軸受を取り付けるために構成されているという点で異なっている。軸受ケージ２３２は、例えば、締まり嵌めによって、内側シャフト１８に取り付けられており、内側シャフト１８とともに回転するようになっている。軸受ケージ２３２は、スプリングサポートまたは弾性サポートであるということを考慮することが可能である。軸受ケージ２３２は、環状の前方リング２３４と、環状の中間リング２３６と、環状の後方リング２３８とを含む。前方リング２３４および中間リング２３６は、前方スプリングアーム２４０の環状アレイによって、相互接続されている。中間リング２３６および後方リング２３８は、後方スプリングアーム２４２の環状アレイによって、相互接続されている。

前方スプリングアーム２４０は、前方リング２３４に対する中間リング２３６の、制御された半径方向のたわみを許容しながら、中間リング２３６の軸線方向のたわみに対して、本質的に剛体であるように構成されている。前方スプリングアーム２４０の数、形状、間隔、および寸法は、特定の用途に適するように、とりわけ、所望の半径方向の剛性を実現するように、修正することが可能である。

後方スプリングアーム２４２は、中間リング２３６に対する後方リング２３８の、制御された半径方向のたわみを許容しながら、後方リング２３８の軸線方向のたわみに対して、本質的に剛体であるように構成されている。後方スプリングアーム２４２の数、形状、間隔、および寸法は、特定の用途に適するように、とりわけ、所望の半径方向の剛性を実現するように、修正することが可能である。いくつかの適用例では、後方スプリングアーム２４２の半径方向の剛性は、前方スプリングアーム２４０の半径方向の剛性よりもかなり小さくなるように選択することが可能である。

中間リング２３６および後方リング２３８は、それぞれ、概して円筒形状であり、スプリングアーム２４０および２４２と直列になって軸線方向に延在している。前方リング２３４は、半径方向内向きに延在し、内側シャフト１８に係合している。

ころ軸受２５２が、内側シャフト１８と外側シャフト２６との間に配設されており、環状のインナーレース２５４と、一列の概して円筒形状のローラー２５６と、環状のアウターレース２５８と、リテーナー２６０とを含む。インナーレース２５４は、中間リング２３６と一体になっており（または、中間リング２３６に固定されており）、中間リング２３６に対して回転しないようになっており、アウターレース２５８は、外側シャフト２６に固定されており、外側シャフト２６に対して回転しないようになっている。

ボール軸受２６２が、ころ軸受２５２の軸線方向後方に、内側シャフト１８と外側シャフト２６との間に配設されている。ボール軸受２６２は、環状のインナーレース２６４と、一列の球形のボール２６６と、環状のアウターレース２６８と、リテーナー２７０とを含む。インナーレース２６４は、後方リング２３８に固定されており、後方リング２３８に対して回転しないようになっており、アウターレース２６８は、外側シャフト２６に固定されており、外側シャフト２６に対して回転しないようになっている。ボール軸受２６２は、上記に説明されているように構成されており、軸線方向の荷重（スラスト荷重とも称される）が、内側シャフト１８から、軸受ケージ２３２を通って、および、ボール軸受２６２を通って、外側シャフト２６へ伝達され得るようになっている。

軸受支持装置は、随意的な環状のダンパーリング２８０を含む。ダンパーリング２８０は、概して円筒形状であり、軸受ケージ２３２の中間リング２３６に、軸線方向に整合して、および、半径方向に極めて接近して、内側シャフト１８に取り付けられている。

中間リング２３６の内側表面、および、ダンパーリング２８０の外側表面が、一緒になって、それらの間に、薄い環状のスクイーズ膜のスペース２８６を画定している。圧力下の油などのような、ダンパー流体が、適当な導管または入口部２８７を通して、スクイーズ膜のスペース２８６の中へ導入されている。スクイーズ膜のスペース２８６の中のダンパー油をシールするために、中間リング２３６は、その外側表面に、一対の離間された溝部２８８を含む。一対のシーリングリング２８９が、溝部２８８の中に嵌められ、ダンパーリング２８０の表面に係合するように適合されることが可能である。

図４に示されている軸受装置の動作および性能は、上記に説明されているものと実質的に同じであり、ボール軸受２６２は、軸受ケージ２３２によって提供される直列の取り付け配置によって、小さい半径方向のたわみおよび荷重を除いて、すべてから分離されている。後方リング２３８は、上記に説明されているように、中間リング２３６に対してオフセットされ、ころ軸受２５２の上に所望のラジアル荷重を提供することが可能である。

図５は、別の代替的な軸受支持装置を図示しており、それは、２つの回転シャフトの間に、例えば、上記に説明されている内側シャフト１８と、外側シャフト２６との間に、軸受を取り付けるために構成されている。装置は、動作原理について、図４に示されている装置と同様であるが、スプリングエレメントの配置の点において異なっている。軸受ケージ３３２は、例えば、締まり嵌めによって、内側シャフト１８に取り付けられており、内側シャフト１８とともに回転するようになっており、環状の前方リング３３４と、環状の中間リング３３６と、環状の後方リング３３８とを含む。中間リング３３６および後方リング３３８は、内側スプリングアーム３４０の環状アレイによって、相互接続されている。前方リング３３４および後方リング３３８は、外側スプリングアーム３４２の環状アレイによって、相互接続されている。

内側スプリングアーム３４０は、中間リング３３６に対する後方リング３３８の、制御された半径方向のたわみを許容しながら、後方リング３３８の軸線方向のたわみに対して、本質的に剛体であるように構成されている。内側スプリングアーム３４０の数、形状、間隔、および寸法は、特定の用途に適するように、とりわけ、所望の半径方向の剛性を実現するように、修正することが可能である。

外側スプリングアーム３４２は、後方リング３３８に対する前方リング３３４の、制御された半径方向のたわみを許容しながら、前方リング３３４の軸線方向のたわみに対して、本質的に剛体であるように構成されている。外側スプリングアーム３４２の数、形状、間隔、および寸法は、特定の用途に適するように、とりわけ、所望の半径方向の剛性を実現するように、修正することが可能である。いくつかの適用例では、外側スプリングアーム３４２の半径方向の剛性は、内側スプリングアーム３４０の半径方向の剛性よりもかなり小さくなるように選択することが可能である。

前方リング３３４および後方リング３３８は、それぞれ、概して円筒形状であり、スプリングアーム３４０および３４２と平行に軸線方向に延在している。中間リング３３６は、半径方向内向きに延在し、内側シャフト１８に係合している。

ころ軸受３５２が、内側シャフト１８と外側シャフト２６との間に配設されており、環状のインナーレース３５４と、一列の概して円筒形状のローラー３５６と、環状のアウターレース３５８と、リテーナー３６０とを含む。インナーレース３５４は、後方リング３３８と一体になっており（または、後方リング３３８に固定されており）、後方リング３３８に対して回転しないようになっており、アウターレース３５８は、外側シャフト２６に固定されており、外側シャフト２６に対して回転しないようになっている。

ボール軸受３６２が、ころ軸受３５２の軸線方向前方に、内側シャフト１８と外側シャフト２６との間に配設されている。ボール軸受３６２は、環状のインナーレース３６４と、一列の球形のボール３６６と、環状のアウターレース３６８と、リテーナー３７０とを含む。インナーレース３６４は、前方リング３３４に固定されており、前方リング３３４に対して回転しないようになっており、アウターレース３６８は、外側シャフト２６に固定されており、外側シャフト２６に対して回転しないようになっている。ボール軸受３６２は、上記に説明されているように構成されており、軸線方向の荷重（スラスト荷重とも称される）が、内側シャフト１８から、軸受ケージ３３２を通って、および、ボール軸受３６２を通って、外側シャフト２６へ伝達され得るようになっている。

軸受支持装置は、随意的な環状のダンパーリング３８０を含む。ダンパーリング３８０は、概して円筒形状であり、軸受ケージ３３２の後方リング３３８に、軸線方向に整合して、および、半径方向に極めて接近して、内側シャフト１８に取り付けられている。

後方リング３３８の内側表面、および、ダンパーリング３８０の外側表面が、一緒になって、それらの間に、薄い環状のスクイーズ膜のスペース３８６を画定している。圧力下の油などのような、ダンパー流体が、適当な導管または入口部３８７を通して、スクイーズ膜のスペース３８６の中へ導入されている。スクイーズ膜のスペース３８６の中のダンパー油をシールするために、後方リング３３８は、その内側表面に、一対の離間された溝部３８８を含む。一対のシーリングリング３８９が、溝部３８８の中に嵌められ、ダンパーリング３８０の表面に係合するように適合されることが可能である。

図５に示されている軸受装置の動作および性能は、上記に説明されているものと実質的に同じであり、ボール軸受３６２は、軸受ケージ３３２によって提供される直列の取り付け配置によって、小さい半径方向のたわみおよび荷重を除いて、すべてから分離されている。前方リング３３４は、上記に説明されているように、後方リング３３８に対してオフセットされ、ころ軸受３５２の上に所望のラジアル荷重を提供することが可能である。

一般的に、本明細書で説明されている任意の軸受レースは、その軸受を支持する軸受ケージのリングのうちの１つと一体に作製することが可能であるということが留意される。

先行技術の軸受支持と比較して、本明細書で説明されている装置は、ボール軸受をラジアル荷重から分離するという利点を有している。このことは、その設計を簡単化し、内部幾何学形状が、純粋なスラスト荷重に対して最適化されることを可能にし、より長い寿命、および、信頼性の改善を、結果として生じさせることとなる。それと同時に、隣接するころ軸受の上のラジアル荷重を増加させることは、ケージ速度を増加させ、それによって、ローラースキッディング損傷のリスクを減少させる。また、本発明は、ボール軸受をラジアル荷重から分離するために使用されている先行技術の設計よりも、簡単および安価である。

先述のものは、ガスタービンエンジンのための軸受支持装置を説明してきた。本発明の特定の実施形態が説明されてきたが、それに対する様々な修正例を、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、作製することが可能であるということが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の好適な実施形態、および、本発明を実施するための最良の形態の先述の説明は、例示の目的のためだけに提供されており、限定の目的のために提供されているのではなく、本発明は、請求項によって定義されている。

１０ ガスタービンエンジン
１１ 長手方向軸線
１２ ファン
１４ 低圧圧縮機、ブースター
１６ 低圧タービン
１８ 内側シャフト
２０ 高圧圧縮機
２２ 燃焼器
２４ 高圧タービン
２６ 外側シャフト
２８ 静止構造フレーム
３０ フランジ
３２ 第１の軸受ケージ
３４ 環状の前方リング
３６ 環状の後方リング
３８ スプリングアーム
４０ 取り付け孔部
４２ 締結具
４４ 第２の軸受ケージ
４６ 環状の後方リング
４８ 環状の前方リング
５０ スプリングアーム
５２ ころ軸受
５４ インナーレース
５６ ローラー
５８ アウターレース
６０ リテーナー
６２ ボール軸受
６４ インナーレース
６６ ボール
６８ アウターレース
７０ リテーナー
７２ 内側シート
７４ 外側シート
７６ 軸受表面
７８ 軸受表面
８０ 環状のダンパーアーム
８２ 前方部分
８４ ボルト
８５ 後方部分
８６ スクイーズ膜のスペース
８８ 溝部
１３２ 軸受ケージ
１３４ 環状の前方リング
１３６ 環状の中間リング
１３８ 環状の後方リング
１４０ 前方スプリングアーム
１４２ 後方スプリングアーム
１４４ 取り付け孔部
１４６ 締結具
１５２ ころ軸受
１５４ インナーレース
１５６ ローラー
１５８ アウターレース
１６０ リテーナー
１６２ ボール軸受
１６４ インナーレース
１６６ ボール
１６８ アウターレース
１７０ リテーナー
１８０ ダンパーアーム
１８２ 前方部分
１８４ ボルト
１８５ 後方部分
１８６ スクイーズ膜のスペース
１８８ 溝部
２３２ 軸受ケージ
２３４ 環状の前方リング
２３６ 環状の中間リング
２３８ 環状の後方リング
２４０ 前方スプリングアーム
２４２ 後方スプリングアーム
２５２ ころ軸受
２５４ インナーレース
２５８ アウターレース
２６２ ボール軸受
２６４ インナーレース
２６６ ボール
２６８ アウターレース
２７０ リテーナー
２８０ 環状のダンパーリング
２８６ スクイーズ膜のスペース
２８７ 入口部
２８８ 溝部
２８９ シーリングリング
３３２ 軸受ケージ
３３４ 環状の前方リング
３３６ 環状の中間リング
３３８ 環状の後方リング
３４０ 内側スプリングアーム
３４２ 外側スプリングアーム
３５２ ころ軸受
３５４ インナーレース
３５６ ローラー
３５８ アウターレース
３６０ リテーナー
３６２ ボール軸受
３６４ インナーレース
３６６ ボール
３６８ アウターレース
３７０ リテーナー
３８０ 環状のダンパーリング
３８６ スクイーズ膜のスペース
３８７ 入口部
３８８ 溝部
３８９ シーリングリング

Claims (20)

1. ガスタービンエンジンのための軸受支持装置であって、
   第１の環状の部材と、
   前記第１の環状の部材の中に配設されている第２の環状の部材と、
   前記第１および第２の環状の部材の間に配設され、前記第１および第２の部材の相対的な回転を可能にするようになっている、軸線方向に離間された第１および第２の転動体軸受と、
   前記第１の軸受を前記第１の部材に取り付けている第１のスプリングサポートと、
   前記第１のスプリングサポートを通して前記第２の軸受を前記第１の部材に取り付ける第２のスプリングサポートであって、前記第１および第２の軸受が、前記第１の部材に対して、物理的に直列に支持されるようになっている、第２のスプリングサポートと
   を含み、
   前記第１のスプリングサポートが、第１の半径方向の剛性を有しており、前記第２のスプリングサポートが、前記第１の半径方向の剛性よりも実質的に低い第２の半径方向の剛性を有している、
   軸受支持装置。
2. 前記第１の軸受が、ころ軸受である、請求項１記載の軸受支持装置。
3. 前記第２の軸受が、ボール軸受である、請求項１記載の軸受支持装置。
4. 前記第１の軸受が、前記第２の軸受に対して半径方向外側にオフセットされている、請求項１記載の軸受支持装置。
5. 前記第２の軸受が、前記第１および第２の部材の間で軸線方向の荷重を伝達するように構成されている、請求項１記載の軸受支持装置。
6. 前記第１のスプリングサポートが、第１の軸受ケージであり、前記第１の軸受ケージが、第１の部材に取り付けられており、前記第１の軸受を担持している、請求項１記載の軸受支持装置。
7. 前記第１の軸受ケージが、環状の前方リングおよび後方リングを含み、前記環状の前方リングおよび後方リングは、軸線方向に延在するスプリングアームの環状アレイによって相互接続されている、請求項６記載の軸受支持装置。
8. 前記第２のスプリングサポートが、ケージであり、前記ケージは、前記第１のスプリングサポートに取り付けられており、前記第２の軸受を担持している、請求項１記載の軸受支持装置。
9. 前記第２の軸受ケージが、環状の前方リングおよび後方リングを含み、前記環状の前方リングおよび後方リングは、軸線方向に延在するスプリングアームの環状アレイによって相互接続されている、請求項８記載の軸受支持装置。
10. 前記第１および第２のスプリングサポートが、軸線方向に平行に延在するように配置されている、請求項１記載の軸受支持装置。
11. 前記第１および第２のスプリングサポートが、環状の前方、中間、および後方リングを有する単一の部材の一体部分であり、前記前方リングおよび中間リングが、軸線方向に延在する前方スプリングアームの環状アレイによって相互接続されており、前記中間リングおよび後方リングが、軸線方向に延在する後方スプリングアームの環状アレイによって相互接続されている、請求項１記載の軸受支持装置。
12. 前記第１の部材と前記スプリングサポートのうちの１つとの間に配設されているスクイーズ膜ダンパーをさらに含む、請求項１記載の軸受支持装置。
13. 前記第１および第２のスプリングサポートが、機械的に一緒に連結されている別々の部材である、請求項１記載の軸受支持装置。
14. 前記第１の部材が、静止フレームである、請求項１記載の軸受支持装置。
15. 前記第２の部材が、フレームの中で回転するように取り付けられているシャフトである、請求項１３記載の軸受支持装置。
16. ガスタービンエンジンのための軸受装置であって、
    環状の静止フレームと、
    軸線方向に延在する第１のスプリングアームの環状アレイによって相互接続されている環状の前方リングおよび後方リングを含む第１のスプリングサポートであって、前記前方リングは、前記フレームに取り付けられている、第１のスプリングサポートと、
    軸線方向に延在する第２のスプリングアームの環状アレイによって相互接続されている環状の前方リングおよび後方リングを含む第２のスプリングサポートであって、前記後方リングが、前記第１のスプリングサポートの前記後方リングに取り付けられている、第２のスプリングサポートと、
    前記第２のスプリングサポートの前記後方リングによって担持されているころ軸受と、
    前記第２のスプリングサポートの前記前方リングによって担持されているボール軸受と、
    前記ころ軸受およびボール軸受の中に取り付けられているシャフトと
    を含み、
    前記第１のスプリングサポートが、第１の半径方向の剛性を有しており、前記第２のスプリングサポートが、前記第１の半径方向の剛性よりも実質的に低い第２の半径方向の剛性を有している、
    軸受装置。
17. 前記ボール軸受が、前記フレームと前記シャフトとの間に軸線方向の荷重を伝達するように構成されている、請求項１６記載の軸受装置。
18. 前記第１および第２のスプリングサポートが、軸線方向に平行に延在するように配置されている、請求項１６記載の軸受装置。
19. 前記ボール軸受が、前記ころ軸受に対して半径方向外側にオフセットされている、請求項１６記載の軸受装置。
20. 前記フレームと前記第１のスプリングサポートとの間に配設されているスクイーズ膜ダンパーをさらに含む、請求項１６記載の軸受装置。