JP5850924B2 - タービンエンジン内のギアボックス - Google Patents

Description

本発明は、タービンエンジン内の装置に回転駆動を付与するためのギアボックスに関する。

タービンエンジン内では、特に、油圧エネルギーを生成し、燃料を供給し、または潤滑油を与えるためのポンプ、および電力を生成するための発電機などのさまざまな装置が、タービンエンジンのシャフトに接続されたギアボックスによって回転駆動される。

装置の各々は、ギアボックスの伝動シャフトに回転式に結合された回転シャフトを有する。各々の伝動シャフトは、その外側に、タービンエンジンの圧縮機シャフトにギア列によって結合された駆動ギアホイールと噛み合う歯付きホイールを担持する。

伝動シャフトは、その両端が、ギアボックスの壁に締め付けられているため、固定式である外側リングを有する２つの転がり軸受け内で、回転式に案内される。

ギアボックスのコストを低減するために、軸受けを標準化する手段がとられている。その結果、使用される軸受けは、必要とされる用途に対して過大に寸法設定されることが多い。意図された用途に特別に適応する軸受けを使用することにより、ギアボックスの重量を低減することが可能であるが、その低減はわずかなものであり、ギアボックス、さまざまな締結具要素、潤滑油手段などの寸法設定に対してほとんど、または全く影響を与えない。

ギアボックスの壁はまた、転がり軸受けを装着するための突出部も有する。ギアボックスのこれらの突出部はまた、これらが作動時に力を伝達することができるように強化され、それによってギアボックスの重量が増大する。さらに、各軸受けは、それ独自の潤滑油回路を必要とし、それによってギアボックスの設計がさらに複雑化する。

本発明の特定の目的は、簡単、効果的、また安価である、従来技術のこれらの問題に対する解決策を提供することである。

この目的のために、本発明は、たとえばオルタネータまたはポンプなどの回転装置の少なくとも１基に回転駆動を付与するための、タービンエンジン内のギアボックスにして、軸受け内で回転式に案内され、少なくとも１つの回転駆動ギアホイールと噛み合う歯付きホイールを担持する伝動シャフトを有する、ギアボックスであって、軸受けの一方が、歯付きホイールおよび駆動ギアホイールを含む半径方向平面内で歯付きホイールの内側に装着された転がり軸受けであり、他方の軸受けは、伝動シャフトを傾ける傾向がある力を吸収するための平滑軸受けであることを特徴とするギアボックスを提供する。

本発明によれば、伝動シャフトは、１つだけの転がり軸受けによって案内され、他方の軸受けは、転がり要素を有さない平滑軸受けである。転がり軸受けを、歯付きホイールおよび駆動ギアホイールを含む半径方向平面内に配置することにより、歯付きホイールと駆動ギアホイールの間の噛み合いによる半径方向の負荷のすべてを吸収することが可能になる。

平滑軸受けは、半径方向の力を吸収せずに、伝動シャフトを傾ける傾向がある力を吸収する役割だけを果たす。したがって、その寸法を大幅に低減することが可能になり、それによってギアボックスの重量の最適化を想定することが可能になる。

転がり軸受けを平滑軸受けに取り換えることは、ギアボックス内の高コスト部品の数を低減する役割を果たす。さらに、平滑軸受けが軽負荷のものである限り、これは本発明のギアボックス内にあるために、それ独自の油供給を必要とせず、また転がり軸受けよりも信頼高いことが見出され、平滑軸受けは周囲の油の噴霧によって潤滑可能である。

本発明の別の特徴によれば、２つの軸受けは、伝動シャフトのそれぞれの端部に装着される。

好ましくは、本発明のギアボックス内のシャフトの軸方向の移動は、２つの軸方向の当接部によって限定され、当接部の一方は、転がり軸受けの外側リングの後端部において環状リムによって形成され、他方は、平滑軸受けの固定式リングの後端部と共働する伝動シャフトの前部環状リムによって形成される。

これらの２つの当接部は、転がり軸受けがその軌道面を摺動することによる伝動シャフトの軸方向の移動を限定する役割を果たし、したがって、軸受けおよび歯付きホイールのための良好な半径方向の位置合わせを保証する役割を果たす。

本発明のさらに別の特徴によれば、歯付きホイールは、円錐台状の壁によって伝動シャフトに接続される。

好ましくは、平滑軸受けは、ギアボックスの壁内の穴内に装着されたリングを備える。

本発明の別の特徴によれば、平滑軸受け内で回転式に案内される伝動シャフトの端部は、回転装置の回転シャフトの溝付き端部を受け入れるための溝付きの内側表面を有するハブを形成する。

平滑軸受けは、青銅または複合材料から作製され得る。

本発明のさらに別の特徴によれば、転がり軸受けは、伝動シャフトの円筒状の軸受け表面上に装着された内側リングと、ギアボックスの壁に固定された円筒状の末端部によって担持された外側リングとを備える。

転がり軸受けは、ローラタイプまたはボールタイプの軸受けでよい。ローラ軸受けは、歯付きホイールの噛み合いによる半径方向の負荷のより良好な吸収をもたらすという、ボール軸受けに勝る利点を有する。

本発明はまた、ターボプロップまたはターボジェットなどの、上記で説明されたギアボックスを含むタービンエンジンも提供する。

非限定的な例として、また、添付の図を参照してなされる以下の説明を読み取ることにより、本発明はより良好に理解され得、本発明の他の詳細、利点、および特徴は明らかになる。

タービンエンジンの概略の軸方向断面図である。 従来技術のギアボックスの一部分の概略の軸方向断面図である。 本発明のギアボックスの一部分の概略の軸方向断面図である。 本発明のギアボックスの変形の実施形態の概略の軸方向断面図である。

最初にタービンエンジン１０を示す図１を参照し、タービンエンジン１０は、上流側から下流側にかけて、ファン１２と、低圧圧縮機１４と、中間ケーシング１６と、高圧圧縮機１８と、燃焼室２０と、高圧タービン２１と、低圧タービン２２とを備える。タービンエンジン内に入った空気は、低圧圧縮機１４および高圧圧縮機１８を通って燃焼室２０に向かい、次いで高圧タービン２１および低圧タービン２２を通り抜けて流れる一次空気流（矢印Ａ）と、圧縮機１４、１８、燃焼室２０、およびタービン２１、２２の周りを流れる二次（迂回）空気流（矢印Ｂ）とに分かれる。

中間ケーシング１６は、半径方向に外側に延びる構造アーム２４を有する。中間ケーシング１６のアーム２４の一方は、高圧圧縮機１８の駆動シャフト２８にかさ歯車の対を介して接続された内側端部を有する半径方向シャフト２６を含む。半径方向シャフト２６の半径方向に外側の端部は、たとえば、オイルポンプ、油圧ポンプ、燃料ポンプ、スタータ、および発電機などのさまざまな装置を駆動するギアホイールを有するギアボックス３２の入口にかさ歯車の別の対を介して接続される。

図２は、従来技術のギアボックス３２の一部分を示している。そのようなギアボックス３２は、前部側壁３４および後部側壁３６を有し、これらの間を、それぞれの回転装置４０に各々が結合された複数の伝動シャフト３８が延びる。

伝動シャフト３８は、その両端が２つの転がり軸受け内で回転式に案内され、軸受けの一方４２はボール軸受けであり、その他方４４はローラ軸受けである。各軸受け４２、４４は、伝動シャフト３８によって担持された内側リング４６と、前壁３４または後壁３６上の突出部５２にねじ５０によって締め付けられた外側リング４８とを備える。各々の軸受け４２、４４は、特定の潤滑油回路によって油が供給される。

伝動シャフト３８は、２つの転がり軸受け４２と４４の間に配置され、駆動ギアホイール５６と噛み合う歯付きホイール５４を担持する。

一装置のハウジング４０は、ねじまたは締結カラーによって前部側壁３４に締め付けられる。この装置は駆動シャフト５８を有し、シャフトの外側表面は、伝動シャフト３８の内側の相補的な軸方向の溝付けに係合される軸方向の溝付けを含んでいる。

作動時、歯付きホイール５４と駆動ギアホイール５６の間の噛み合いによる半径方向の負荷は、軸受け４２および４４の両方によって吸収される。

そうではあるが、このタイプの形態は、しばしば過大に寸法設定される２つの標準化された転がり軸受け４２および４４を使用する必要があるため、満足できるものではない。

本発明は、この欠点に対する、および上記で述べられた欠点にも対する解決策を、ボール軸受けを平滑軸受け６０に置き換え、ローラ軸受け６２を駆動ギアホイール５６によって占有される半径方向平面内へとずらすことによって提供する。

図３に示されるように、伝動シャフト６４は、平滑軸受け６０のリング６８内に係合され、それによって案内される端部を備えたほぼ円錐形の前部分６６を有する。このリングは、ギアボックス６１の前壁３４の孔内に装着され、ねじによって前壁３４に締め付けられたリム７０を含む。

伝動シャフト６４の後端部は、ローラ軸受け６２の内側リング７４を担持する円筒状の軸受け表面７２を有する。この軸受けの外側リング７６は、ギアボックス６１の後壁３６に固定された円筒状の末端部７８の前端部によって担持される。

末端部７８に固定された外側リング７６の後端部は、内向きに向けられた半径方向の環状リム７９を含む。シャフト６４は、リング８３の後端部が当たるショルダ８１を含み、リングの前端部は半径方向の環状リム８５を有する。リング８３は、環状リム８５が、ローラ軸受けと当接部７９の間の隙間と同一の隙間だけ、固定式リング６８の後端部から離間されるように軸方向に寸法設定される。２つの環状リム７９および８５は、ローラ軸受けがその軌道を摺動した結果のローターラインの移動を限定する軸方向の当接部を形成する。したがってこれらの当接部７９および８５は、軸受け６２が、歯付きホイール５６との位置合わせを保つことを可能にする。

後壁３６方向のシャフト６４の摺動を限定する当接部８５を組み込むことは、平滑軸受け６０が、従来技術では、第２の軸方向当接部を形成する半径方向リムを組み込んでいた転がり軸受けの代わりに使用されるという事実によって必要とされる。

シャフト６４によって担持された歯付きホイール７８は、その外側周囲を介して駆動ギアホイール５６と噛み合う。歯付きホイールおよびギアホイールの噛み合い歯は、ローラ軸受け６２を通り抜ける半径方向平面内に存在する。歯付きホイール７８は、円状の対称壁を介して円筒状の軸受け表面７２の前端部に接続され、この円状の対称壁は、ほぼ半径方向である外側の第１の部分８２と、円錐台状であり、円筒状の軸受け表面７２に接続された内側の第２の部分８４とを有する。この円錐台状の壁部分８４は、ローラ軸受け６２を駆動ギアホイール５６に位置を合わせて装着するために使用され得る利用可能な空間をシャフト６４に沿って作り出す。

図４に示される本発明の変形の実施形態では、外側リング７６を担持する末端部８６は、ギアボックスの前壁３４に固定される。この実施形態では、シャフト６４の後端部に接続された歯付きホイール８８は、ギアホイール５６の歯の組と噛み合う歯の組を担持する円錐台状の外側の第１の部分９０と、ほぼ半径方向の内側の第２の部分９２とを有する。この形態では、シャフト６４ならびに２つの軸受け６０および６２は、ギアボックスの前壁３４によって担持され、それによって上記で説明された組み立てよりも簡単な方法で前部から組み立てを実施することが可能になる。シャフト６４は、図３を参照して説明されたものと同一の方法で定位置に軸方向に保持される。

本発明の形態により、半径方向負荷は、ローラ軸受け６２によってすべて吸収されることが可能になり、平滑軸受け６０は、伝動シャフト６４が傾くことを防ぐ役割を果たす。平滑軸受け６０の半径方向の寸法は、ボール軸受けのものと比較して小さくなり得る。そのような平滑軸受け６０はまた、ボール軸受けよりも信頼高く、特定の潤滑油回路を必ずしも必要としない。

本発明は、図３および４を参照して説明されたようなローラ軸受けを使用することに限定されず、ローラ軸受けをボール軸受けに置き換えることも可能である。

１つだけの装置４０を図３に見ることができるが、本発明は、ギアボックスの伝動シャフトのすべてに適用可能であることが明確である。

Claims (11)

1. 回転装置の少なくとも１つに回転駆動を付与するための、タービンエンジンのギアボックス（６１）にして、２つだけの軸受け（６０、６２）の中に回転式に係合され、少なくとも１つの回転駆動ギアホイール（５６）と噛み合う歯付きホイール（７８）を担持する伝動シャフト（６４）、を有するギアボックスであって、
   ２つの軸受けのうちの一方が、歯付きホイール（７８）および駆動ギアホイール（５６）を含む半径方向平面内において歯付きホイール（７８）の内側に装着された転がり軸受け（６２）であり、
   前記２つの軸受けのうちの他方が、伝動シャフトを傾ける傾向のある力を吸収するための滑り軸受け（６０）であることを特徴とする、ギアボックス。
2. ２つの軸受け（６０、６２）が、伝動シャフト（６４）のそれぞれの端部に装着されることを特徴とする、請求項１に記載のギアボックス。
3. 滑り軸受け（６０）が、ギアボックスの壁（３４）内の孔内に装着されたリング（６８）を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のギアボックス。
4. 伝動シャフト（６４）の一方の端部が、滑り軸受け（６０）内で回転式に案内されることを特徴とする、請求項３に記載のギアボックス。
5. 滑り軸受け（６０）が、青銅または複合材料から作製されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のギアボックス。
6. 転がり軸受け（６２）が、伝動シャフト（６４）上に装着された内側リング（７４）と、ギアボックス（６１）の壁（３４、３６）に固定された円筒状の末端部（７８）によって担持された外側リング（７６）とを備え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ギアボックス。
7. シャフト（６４）の軸方向の移動が、２つの軸方向の当接部（７９、８５）によって限定され、当接部の一方は、外側リング（７６）の後端部において環状リムによって形成され、その他方は、滑り軸受け（６０）の固定式リング（６８）の後端部と共働する伝動シャフト（６４）の前部の環状リムによって形成されることを特徴とする、請求項６に記載のギアボックス。
8. 歯付きホイール（７８）が、円錐台状の壁（８４、９０）によって伝動シャフト（６４）に接続され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ギアボックス。
9. 滑り軸受け（６０）によって案内される伝動シャフト（６４）の端部が、回転装置の回転シャフト（５８）の溝付き端部を受け入れるための溝付けされた内側表面を有するハブを形成す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ギアボックス。
10. 転がり軸受けが、ローラタイプまたはボールタイプの軸受けであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のギアボックス。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項に記載のギアボックス（６１）を含むことを特徴とする、タービンエンジン。

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