JP6450382B2 - 航空機タービンエンジンの補機ギアボックス用小型構造 - Google Patents

Description

本発明は、航空機内に存在するギアチェーン（または駆動チェーン）に関する。

これらのギアチェーンは、始動機によって駆動されるとき、その始動段階において、たとえばタービンエンジンの始動機または圧縮機などの駆動部材と、たとえば発電機または油圧ポンプのような補機などの従動部材との間で、機械動力を伝達するために使用される。補機ギアボックスすなわちＡＧＢは、補機を駆動するためのギアチェーンの一具体例である。このタイプの補機ギアボックス構造は、米国特許出願公開第２０１２／０００６１３７号明細書に記載されている。

増速機または減速機機能は通常、入力運動の回転速度を各駆動部材または従動部材の特定パラメータに適合させるために使用される。

たとえば、始動機は２つの部分を備える：羽根車と称される可動部材と、減速機である。

しかしながら、いくつかの具体的事例において、駆動部材および従動部材は分離していなければならない。たとえば、始動機の機能自体は、タービンエンジンの始動を支援するものである。タービンエンジンが所望の回転速度に到達すると、始動機は切断されなければならない。

米国特許出願公開第２０１２／０００６１３７号明細書

本発明は、増速機または減速機機能を統合し、駆動チェーンおよび／または補機の寸法を縮小するために接続を断つことが可能な、小型構造を提案することを目指す。

したがって本発明は、互いに噛合する複数のメインギアを含む、たとえばタービンエンジンの補機駆動チェーンなどの航空機駆動チェーンに関し、第一メインギアは内部空間を画定する壁を備え、外部セットのギア歯は壁の外表面上に配置され、外部セットのギア歯は少なくとも１つの第二メインギアと噛合し、複数のメインギアとは別のギアシステムが内部空間に組み込まれ、第一メインギアおよびギアシステムは、増速機または減速機を形成して駆動部材と従動部材との間の機械動力伝達を確保するように連帯して構成され、前記ギアシステムはデカップリング部材によって壁に実装されている。

本発明はさらに、たとえばタービンエンジンの補機駆動チェーンなどの航空機駆動チェーンに関し、駆動チェーンは互いに噛合する複数のギアを含み、駆動チェーンは、デカップリング部材のみならず、ギアシステムを形成する第二の複数のギアをさらに含み、第一の複数のギアおよび第二の複数のギアはデカップリング部材によって接続され、第一の複数のギアの第一ギアは内部空間を画定する壁を備え、外部セットのギア歯は壁の外表面上に配置され、外部セットのギア歯は第一の複数のギアの少なくとも１つの第二ギアと噛合し、ギアシステムは内部空間に組み込まれ、第一ギアおよびギアシステムは、増速機または減速機を形成して駆動部材と従動部材との間の機械動力を確保するように連帯して構成され、前記ギアシステムはデカップリング部材によって壁に実装されている。

本発明はこのように、駆動部材または従動部材自体の内部空間ではなく、航空機ギアチェーンのギアの内部空間において、航空機の増速機（および／または減速機）構造と駆動部材または従動部材のためのデカップリング部材との統合および関連付けを、可能にする。これにより、この補機によって占有される体積、ならびにカンチレバー位置にある重量を、減少させる。これは有利なことに、一方ではこの部材を支持する継手にかかる応力を低下させ、他方ではギアチェーンがその中に組み立てられるモジュールの内部体積を最適化する結果となる。さらに、この統合は、駆動チェーンの体積を増加させることなく、ギアによって画定された空間内で行われる。

ＡＧＢの具体的事例において、補機体積の減少は、タービンエンジン内のその統合を容易にする。

また、デカップリング部材は、運動入力および運動出力における特定の回転条件の下でのみ、駆動部材または従動部材が動作できるようにする。たとえば、先に説明されたようにその増速機がギアに統合されている航空機タービンエンジンの始動機は、タービンエンジン始動においてのみ有利に動作することができる。

１つの有利な特徴によれば、前記ギアシステムは、クラウンを形成する部材、少なくとも２つの遊星歯車、遊星キャリアを形成する部材、および太陽歯車歯セットを備え、太陽歯車歯セットは駆動部材または従動部材に接続された第一シャフト上に配置され、内部セットのギア歯はクラウンを形成する部材の内表面に配置され、遊星歯車は内部セットのギア歯および太陽歯車歯セットと噛合する。

有利なことに、クラウンを形成する部材は、デカップリング部材の内側軌道がその上に作られるリムを備え、遊星キャリアを形成する部材は航空機フレームに対して固定されている。

あるいは、クラウンを形成する部材は、航空機フレームに対して固定されているリング状の壁を備え、遊星キャリアを形成する部材は、デカップリング部材の内側軌道がその上に作られるリムを備える。

１つの有利な特徴によれば、第一メインギアに向かう運動は、外部セットのギア歯によって開始される。

あるいは、第一メインギアに向かう運動は、第一シャフトによって開始される。

１つの有利な特徴によれば、デカップリング部材は、第一メインギアの回転速度がクラウンを形成する部材の回転速度よりも速いとき、またはギアの回転速度が設定値に到達したときに遠心力によって生じる離脱によって、ギアシステムおよび第一メインギアの回転分離を許容するように構成されている。

特定の一実施形態によれば、デカップリング部材は、オーバーランニングクラッチ装置を備える。

特定の一実施形態によれば、ギアシステムの遊星歯車は各々、直径の異なるギア歯の第一および第二セットを有する。

このようなギア歯の二重セットは有利なことに、最小限の空間内の高変速範囲を提供する。

特定の一実施形態において、前記第一メインギアは、第一シャフトと同軸の第二シャフトを備える。

したがって本発明は有利なことに、２つの補機が互いに反対側に位置して、一方ではギアの寸法に応じて、他方ではギアボックスに応じて、非常に異なる速度で回転できるようにする。

１つの具体的構成において、第一メインギアは、リングおよびピニオンの一部を形成する。

たとえば、ＡＧＢの第一メインギアは圧縮機シャフトに最も近いギアであることが、可能である。

先に説明された駆動チェーンはたとえば、ＡＧＢ、ＰＧＢ（発電ギアボックス：Ｐｏｗｅｒ ＧｅａｒＢｏｘ）、ＲＧＢ（減速ギアボックス：Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ＧｅａｒＢｏｘ）、ＲＡＴ（ラムエアタービン：Ｒａｍ Ａｉｒ Ｔｕｒｂｉｎｅ）、またはＡＰＵ（補助動力装置：Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｔ）駆動装置を対象とする。

本発明はまた、先に説明されたような駆動チェーンを備える補機ギアボックスにも関する。

本発明はさらに、先に説明されたような駆動チェーンを備えるプロペラ用ギアボックスにも関する。

以下、本文献は、非限定例により、下記の添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

内部筐体を有するギアを示す斜視断面図である。 このギアと、内部筐体に組み込まれたデカップリング部材および増速機を組み合わせた装置を示す図である（増速機およびデカップリング部材は、この例において１つのユニットとして示されている）。 増速機およびデカップリング部材は示されていないが、２つのＡＧＢの例に続いて異なるギアチェーンに図１Ａおよび図１Ｂのギアを統合する可能性を示す、運動図である。 増速機およびデカップリング部材は示されていないが、２つのＡＧＢの例に続いて異なるギアチェーンに図１Ａおよび図１Ｂのギアを統合する可能性を示す、運動図である。 図１Ｂの装置の第一の実施形態の斜視断面図であり、デカップリング部材によってギアの内部筐体に組み込まれた増速機を示す。 図３の装置の要素間の相互作用を示す運動図である。 図１Ｂの装置の第二の実施形態の要素間の相互作用を示す運動図である。

図１Ａは、縦方向Ｘに配向された、全体的にじょうご型の形状を有するギア１０を示す。

ギア１０は、リング状のリム２１ａ、ホイールディスク２２、支柱２３、および外部セットのギア歯２４を備える。

リム２１ａおよび支柱２３は円筒形で同軸であり、円形断面を有しており、支柱２３の直径はリム２１ａの直径よりも小さい。支柱２３はこの例において中空シャフトである。あるいは、支柱２３は中実シャフトである。

この例のホイールディスク２２は、円錐台形状を有する。ホイールディスク２２は、第一円形縁２２ａによってリム２１ａの端縁に、そして第一縁２２ａよりも小さい直径を有する第二円形縁２２ｂによって支柱２３の端片に、接続されている。あるいは、図示されないが、ホイールディスク２２は平坦である。ホイールディスク２２はまた、その表面の一部に開口部を備えることもできる。

リム２１ａおよびホイールディスク２２は、連帯して内部筐体１２を画定する。

支柱２３は、内部筐体１２の反対側にホイールディスク２２から延在する。

外部セットのギア歯２４は、リム２１ａから径方向外向きに延在する。この例におけるギア歯のセット２４は、直歯を備える。あるいは、図示されないが、このギア歯のセットは、螺旋状またはその他のタイプのギア歯である。

図１Ｂは、増速機１１ａおよびデカップリング部材１１ｂが先に説明されたギア１０の内部筐体１２の中に実装されている、機械装置９を示す。図１Ｂにおいて、増速機１１ａおよびデカップリング部材１１ｂは、シリンダを半分にして簡素化された形で示されている。

図３および図４に示される装置９において、増速機１１ａは、クラウン３０、遊星歯車４０（または遊星）、遊星キャリア４１、およびシャフト４２を備える。

クラウン３０は、リング状のリム２１ｂおよび内部セットのギア歯２５を備える。リム２１ｂは円形断面を有する。ギア歯のセット２５は、リム２１ｂの内表面上を径方向に延在する。この例のギア歯のセット２５は直歯を備える。あるいは、図示されないが、このギア歯のセットは螺旋状またはその他のタイプのギア歯である。

遊星４０はこの例において、２セットの直歯４９ａおよび４９ｂを有するギアである。より正確には、遊星４０は２つの異なる外部セットのギア歯を備える、一方のセット４９ａはこの例において他方のセット４９ｂよりも大きい直径を有する。この例には、４つの遊星４０がある。あるいは、図示されないが、ギア歯のセット４９ａおよび４９ｂは螺旋状またはその他のタイプのギア歯であり、および／または遊星歯車４０の数はたとえば４まで様々であり、たとえば２または３である。

この例において、ギア歯のセット４９ｂは、クラウン３０のギア歯のセット２５と噛合する。

図示される実施形態において、遊星キャリア４１は、２つのシェル４１ａおよび４１ｂならびに４つのシャフト４４を備える。

ホイールディスク２２から最も遠くに位置する第一シェル４１ａは、壁４３ａ、円筒形部分４５ａ、および継手４８を備える。壁４３は平坦フランジである。円筒形部分４５ａは、支柱２３の反対側で、壁４３ａから縦に延在する。円錐台形部分４７は、円筒形部分４５ａの突起の中に向かって収縮することによって延在する。最後に、遊星キャリア４１の支柱４８は、縦配向Ｘに対して直角に、円錐台形部分４７の遠位末端に位置決めされる。継手４８は、たとえばギアボックス４ａまたは４ｂのうちの１つなど、固定フレームに関連して所定位置に遊星キャリア４１を保持する。

ホイールディスク２２に最も近い位置にある第二シェル４１ｂは、壁４３ｂおよび円筒形部分４５ｂを備える。壁４３ｂは平坦フランジである。あるいは、壁４３ａおよび／または４３ｂは、図示されるものとは異なる形状を有する。たとえば、これらの壁のいずれかは、開口部を含むことができ、または平坦要素とは異なってもよい。円筒形部分４５ｂは、支柱２３に向かって壁４３ｂから縦に延在する。

２つの軸受４６ｂ、この例ではころ軸受は、クラウン３０のリム２１ｂと円筒形部分４５ａおよび４５ｂとの間に機械的な回転連結を提供する。

壁４３ａおよび４３ｂは、互いに平行である。これらの壁４３ａおよび４３ｂは、その上に遊星歯車４０が実装されて回転運動することができるシャフト４４を、連帯して支持する。

シャフト４２は、遊星キャリア４１内に収容された末端の中に、直線的なギア歯のセット５０を有する。図示されないバージョンでは、このギア歯のセットは螺旋状またはその他のタイプのギア歯である。このギア歯のセット５０は、４つの遊星４０の各々のギア歯のセット４９ａと噛合する。この例のシャフト４２は、支柱２３およびリム２１ａと同軸である。

この例のデカップリング部材１１ｂは、オーバーランニングクラッチ装置５１および２つの軸受４６ａ、この例では玉軸受を、備える。

オーバーランニングクラッチ装置５１および２つの軸受４６ａはギア１０のリム２１ａとクラウン３０のリム２１ｂとの間に挿入され、オーバーランニングクラッチ装置５１は２つの軸受４６ａの間に位置決めされる。

オーバーランニングクラッチ装置５１は、１つのリング状ユニットによって簡素化された形で図３および図４に示される。一般的なやり方では、オーバーランニングクラッチ装置５１は２つのリング状の軌道を備える。外側軌道は、リム２１ａ内に、またはリム２１ａ内に実装された別のリング内に、形成される。内側軌道は、リム２１ｂ内に、またはリム２１ｂの周りに実装された別のリング内に、形成される。

航空機タービンエンジン始動機の具体的な非限定例において、航空機の始動時に、動力はまず、始動機のタービンからＡＧＢを介して航空機のモータまで伝達される。オーバーランニングクラッチ装置５１は、トルクがクラウン３０からメインギア１０まで伝達される際に噛合する。一旦モータが始動すると、
トルクが航空機のモータから始動機まで伝達されるまでトルク伝達方向が逆転されるとき、または
ギア１０の回転速度が設定値に到達したときに遠心力によって生じる離脱によって、
オーバーランニングクラッチ装置５１はクラウン３０およびギア１０を回転中に分離させることができる。

図２Ａおよび図２Ｂに見られるように、ギア１０は、ギアチェーン（または運動リンケージ）内に異なるやり方で統合されることが可能である。

図２Ａにおいて、ギア１０はギアボックス４ａの第一運動リンケージ５内に実装される。より正確には、ギア１０は、２４ａ内の上流でははめば歯車１３と、および下流２４ｂでははめば歯車１４と、噛合する。用語「上流」は、はめば歯車１３が、運動リンケージ５の中で、そこから機械的運動が生じる圧縮機シャフトに最も近いことを意味するものとして、理解される。こうしてはめば歯車１３の回転は、ギア１０および下流に実装されたはめば歯車１４を駆動する。

図２Ｂにおいて、ギア１０は、ギアボックス４ｂの第二運動リンケージ６内に実装される。この例において、ギア１０は２４ｃ内ではめば歯車１５と噛合し、運動リンケージ６の末端に実装されている。

あるいは、圧縮機シャフトからのギアボックス４ａ内の運動はギア１０によって開始され、すなわちギア１０は、それぞれギア１３および１４（図２Ａ）または１５（図２Ｂ）を備える、ギアチェーン５または６に動力を供給する。

図２Ａおよび図２Ｂの例は限定的ではなく、ギア１０は、図２Ａおよび図２Ｂに示されるものとの運動リンケージ内の、または図とは異なる運動リンケージ内の様々な場所に、実装されることが可能である。

あるいは、図示されないが、ギアはリングおよびピニオンの一部であり、外部セットのギア歯はたとえば円錐形または円錐台形のリム上に形成される。

ギア１０は、たとえばころ軸受または滑り軸受などの軸受を介して支柱２３に実装された継手によって、航空機の固定フレームに対して所定位置に保持される（固定フレーム、継手、および軸受は、ここでは図示されない）。

図３および図４に示される装置９は、駆動システムの上流部が支柱２３、ギア歯のセット２４、またはシャフト４２に最も近い側に位置しているか否かに応じて、ギアボックスとして、または減速機として、使用されることが可能である。

増速機１１ａは複合遊星歯車システム（すなわち、２セットのギア歯４９ａおよび４９ｂを有する遊星４０を備える）の形態で本例に存在し、ここでクラウン３０は内部セットのギア歯２５を介した外側遊星歯車であり、シャフト４２上に位置決めされたギア歯のセット５０は内側可動遊星歯車（または太陽歯車）の役割を果たし、遊星キャリア４１は固定フレームに固定されている。２セットのギア歯を有する遊星の使用は、単一ギアよりも大きい変速範囲を生じる。それでもなお、本発明はまた、単一ギアの形態の、すなわちクラウンおよびシャフト４２のギア歯のセット５０の両方と噛合した同じギア歯のセットを有する、遊星歯車の実現にも及ぶ。

有利なことに、本発明はさらに、２つの部材が互いに反対側に位置決めされて異なる速度で回転し、１つはシャフト４２に回転可能に接続され、他方は支柱２３または支柱２３に接続されたシャフトに接続されることを、可能にする。

図５に示される装置２０９は、図３および図４を参照して記載された装置９の代替例である。装置９および２０９に共通の部品は、同じ参照番号を付されており、再度記載されることはない。

装置２０９は、ギア２１０、クラウン２４１、および壁２４３を備える。

壁２４３は、シャフト４４およびひいては遊星歯車４０が実装される遊星キャリアを形成する。壁２４３は、オーバーランニングクラッチ装置５１の内側軌道がそこに作られる、リム２４１ｂを有する。

クラウン２４１は、ギア２１０のリム２１ａと同軸のリング状部分２２１ｂを揺する。このリング状部分２２１ｂは、ギア歯のセット４９と噛合する内部セットのギア歯２２５を有する。クラウン２４１はこの例において、継手４８を介して固定されたギアボックスのフレームに固定されている。

図５に示される装置２０９は、単一の遊星ギアセットの形態で存在し、ここでギア２１０は、オーバーランニングクラッチ装置５１によって可動遊星キャリアの役割を果たす。

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、ギアチェーン５および６は、補機ギアボックス４ａまたは４ｂ（またはＡＧＢ）内に実装されるものとして記載されている。あるいは、プロペラ用ギアボックス（ＰＧＢ）は、５または６などのギアチェーンを備える。この場合、たとえば、トルクは支柱２３によって開始され、プロペラはシャフト４２に実装され、補機はギア歯のセット２４を介して動力供給される。あるいは、補助動力装置（ＡＰＵ）またはラムエアタービン（ＲＡＴ）は、ギアチェーン５または６を備え、これにトルクを供給する。

なお、本発明は航空機始動機に限定されるものではなく、特定の回転条件の下で２つの要素間の分離を要する、ギアおよび増速機または減速機装置を実現するいずれの機械装置にも適用可能であることは、特筆すべきである。

Claims (11)

1. 互いに噛合する複数のメインギア（１０；１３；１４；１５）を含む航空機駆動チェーンであって、第一メインギア（１０）は内部空間（１２）を画定する壁（２１ａ、２２）を備え、外部セットのギア歯（２４）は壁（２１ａ、２２）の外表面上に配置され、外部セットのギア歯（２４）は少なくとも１つの第二メインギア（１３；１４；１５）と噛合し、ギアシステム（１１ａ）は内部空間（１２）に組み込まれ、第一メインギア（１０）およびギアシステム（１１ａ）は増速機または減速機を形成して駆動部材と従動部材との間の機械動力伝達を確保するように連帯して構成され、
   ギアシステム（１１ａ）が、クラウンを形成する部材（３０；２４１）、少なくとも２つの遊星歯車（４０）、遊星キャリアを形成する部材（４１；２４３）、および太陽歯車歯セット（５０）を備え、太陽歯車歯セット（５０）が駆動部材または従動部材に接続された第一シャフト（４２）上に配置され、内部セットのギア歯（２５；２２５）がクラウ
   ンを形成する部材（３０；２４１）の内表面に配置され、遊星歯車（４０）が内部セットのギア歯（２５；２２５）および太陽歯車歯セット（５０）と噛合し、
   前記ギアシステム（１１ａ）はデカップリング部材（１１ｂ）によって壁（２１ａ、２２）に実装されており、
   クラウンを形成する部材（３０）が、デカップリング部材（１１ｂ）の内側軌道がその上に作られるリム（２１ｂ）を備え、遊星キャリアを形成する部材（４１）は航空機フレームに対して固定されている、または、
   クラウンを形成する部材（２４１）が、航空機フレームに対して固定されているリング状の壁（２２１ｂ）を備え、かつ遊星キャリアを形成する部材（２４３）は、デカップリング部材（１１ｂ）の内側軌道がその上に作られるリム（４２１ｂ）を備える、駆動チェーン。
2. 第一メインギア（１０）に向かう運動が、外部セットのギア歯（２４）によって開始される、請求項１に記載の駆動チェーン。
3. 第一メインギア（１０）に向かう運動が、第一シャフト（４２）によって開始される、請求項１に記載の駆動チェーン。
4. デカップリング部材（１１ｂ）が、第一メインギア（１０）の回転速度がクラウンを形成する部材（３０）の回転速度よりも早いとき、またはギア（１０）の回転速度が設定値に到達したときに遠心力によって生じる離脱によって、ギアシステム（１１ａ）および第一メインギア（１０）の回転分離を許容するように構成されている、請求項１に記載の駆動チェーン。
5. デカップリング部材（１１ｂ）が、オーバーランニングクラッチ装置（５１）を備える、請求項４に記載の駆動チェーン。
6. ギアシステム（１１ａ）の遊星歯車（４０）が各々、直径の異なるギア歯の第一（４９ａ）および第二（４９ｂ）セットを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動チェーン。
7. 前記第一メインギアが、第一シャフト（４２）と同軸の第二シャフト（２３）を備える、請求項４に記載の駆動チェーン。
8. 第一メインギア（１０）が、リングおよびピニオンの一部を形成する、請求項１から７のいずれか一項に記載の駆動チェーン。
9. ＡＧＢ、ＰＧＢ、ＲＧＢ、ＲＡＴ、またはＡＰＵ駆動装置を対象とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動チェーン。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動チェーンを備える、補機ギアボックス（ＡＧＢ）。
11. 請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動チェーンを備える、プロペラ用ギアボックス（ＰＧＢ）。

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