JP6621471B2 - コンパクトな脊柱状トランスミッション - Google Patents

Description

本発明は、タービンエンジンの分野に関する。本発明は具体的には、補助機器の取付け、および、タービンエンジンにおけるエンジンのシャフトと、この機器との間の、補機ギアボックス（ＡＧＢ）または伝達ギアボックス（ＴＧＢ）を使用しての動力の機械的伝達に関する。

換言すると、本発明は、いわゆる航空機の補助機器への、推進装置によって生成された動力からの供給を可能にする動力伝達構造、および、この機器の支持に関する。

補機ギアボックスは、エンジンに取り付けられ、エンジンの動作または航空機の動作に必要である、様々な補助機器、または補機を支持する。これら様々な補機は、具体的には、ジェネレータ、スタータ、交流発電機、燃料またはオイルの液圧ポンプ、多段潤滑ユニットなどが含まれ、各伝達シャフトにより、エンジンシャフトによって機械的に駆動される。補機を駆動するために必要な動力は、通常は、タービンエンジンのコンプレッサにおいて、機械的に引き出される。

ＡＧＢは、推進装置を備えた航空機において実施されるように適合されており、この推進装置は、前記航空機を作動させることを可能にする。推進装置は通常は、ターボプロップまたはターボジェットである。

現在、推進装置から動力を引き出す伝達シャフトＴＳから始まる平歯車Ｐ１、Ｐ２、…のカスケードが存在する。各歯車は、異なる出力速度を示す（図１参照）。

そのような解決策は、ＡＧＢを組み込むのに必要とされるコンパクトさ、または、機器に必要な減速比（通常は６０００ｒｐｍから２４０００ｒｐｍにわたる速度範囲）を提供しない。

さらに、各々がいくつかの異なる入力速度を必要とする特定のタイプの機器が存在する。たとえば、燃料ポンプは２つのポンプ段を有し、各ポンプ段が、異なる回転速度において効率が最適化されている。したがって、２つの段に同じ速度を課すことにより、ポンプの性能が低減され、システムの嵩が増大する。このため、ＡＧＢの２速出力により、機器のサイズを低減することが可能になる。

米国特許出願公開第２０１３／０２４７５３９号明細書の文献には、２つの出力速度のＡＧＢ１０が記載されている（図２参照）。低速推進シャフトＢＳおよび高速推進シャフトＨＳを有する推進装置２０は、かさ歯車を介して、ＡＧＢ１０全体にわたる同心伝達シャフトで構成された２出力列に動力を供給する。実際、第１の外側シャフトＥＳ１は、高速シャフトＨＳによって駆動され、第１の内側シャフトＩＳは、低速シャフトＬＳによって駆動される。その後に、第１の外側シャフトＥＳ１、内側シャフトＩＳ１はそれぞれ、第２の外側シャフトＥＳ２、内側シャフトＩＳ２をそれぞれ駆動し、それにより、機器の入力軸に沿う伝達の方向を定め直すようになっている。

前述のように、第１の外側シャフトＥＳ１と第１の内側シャフトＩＳ１、第２のシャフトＥＳ２とＩＳ２は、それぞれ同心であり、各々が異なる速度で回転する。この方式で、ＡＧＢ１０は、機器に動力を供給するために、効果的に２つの回転速度を伝達する。

そのような構造は、設計および寿命（整列の維持、伝達パワートレインの複製、ひいては部品の多数性、機械的負荷など）に関してやっかいなものである。さらに、そのような構造は、推進装置２０への適合を必要とし、それにより、その構造の、既存のユニット２０へ組み込む能力が制限される。

米国特許出願公開第２０１３／０２４７５３９号明細書

したがって、コンパクトさに関して完全に満足のいく解決策が存在しない。さらに、嵩を低減して、いくつかの速度において機器に動力を供給する場合の、完全に満足のいく解決策も存在しない。さらに、推進装置または機器の実質的な変更を伴わずに航空機に実施することが可能である解決策が好ましい。

さらに、ＡＧＢ１０の設計の方向性の１つは、図３に示されているような、ＡＧＢ１０、および機器３０、４０、５０、…を配置するためのコンパクトさに関して必要とする「コア」タイプのＡＧＢに向けられている。

このため、本発明は、航空機および機器を駆動するためのギアボックスを備えたアセンブリであって、前記ギアボックスが、航空機の推進装置の動力を機器に伝達するように適合されており、ギアボックスが、
推進装置によって駆動されるように適合された接続シャフトと、
接続シャフトによって駆動されるように適合されたメインシャフトと、
メインシャフトと一体の２つのかさ歯車であって、前記歯車が異なる直径を有する、２つのかさ歯車と、
を備え、
機器が、
かさ歯車を備えた高速機器シャフトと、
かさ歯車を備えた低速機器シャフトと、
を備え、
機器シャフトの各歯車がそれぞれ、メインシャフトの２つのかさ歯車の一方と噛み合いっており、それにより、２つの機器シャフトが互いに異なる速度で回転するようになっていることを特徴とする、アセンブリを提案する。

したがって、提案される構造は、トランスミッションのパワートレインの、異なる２つの速度への、下流側の分割のために、コンパクトである。さらに、２つの入力速度を必要とする機器への動力の供給を可能にする。

本発明は、単一または組合せで取られる、
かさ歯車が相互に対面して配置され、それにより、２つの機器シャフトの駆動が逆方向に行われるようになっていることと、
接続シャフトがメインシャフトに対して傾けられていることと、
機器が多段燃料ポンプであることと、
機器が多段潤滑ユニットであることと、
の特徴をも有している。

本発明は、前述のアセンブリを備えたシステムであって、推進システムをさらに備え、前記推進システムが接続シャフトを駆動する、システムをも提案する。

さらに、前述のアセンブリまたはシステムは、少なくとも２つの機器を備え得、２つの機器は、ギアボックスの同じかさ歯車によって駆動される。

さらに、前述のアセンブリまたはシステムは、曲がり歯かさ歯車である、少なくとも１つのかさ歯車を有する。

本発明は、前述の提案に係るシステムを備えた航空機であって、推進システムがターボプロップである航空機をも提案している。

他とは別に、本発明は、航空機および機器を駆動するためのギアボックスを備えたアセンブリであって、前記ギアボックスが、推進装置の動力を機器に伝達するように適合され、
ギアボックスが、
推進装置によって駆動されるように適合された接続シャフトと、
接続シャフトによって駆動されるように適合されたメインシャフトと、
メインシャフトと一体のかさ歯車と、
を備え、
機器が、
高速機器シャフトと、
低速機器シャフトと、
を備え、
遊星歯車列が入力シャフトを備え、出力シャフトがメインシャフトと機器との間に配置され、入力シャフトが、メインシャフトのかさ歯車に接続されたかさ歯車を備えるとともに、２つの機器シャフトの一方と回転が一体であり、かつ、出力シャフトが他方の機器シャフトと回転が一体であり、それにより、２つの駆動シャフトが異なる回転速度であるようになっていることを特徴とする、アセンブリをも提案している。

他とは別に、本発明は、推進装置の動力を、少なくとも１つの機器に伝達するのに適合された、航空機の機器を駆動するためのギアボックスであって、トランスミッションギアボックスが、
かさ歯車を備えた、推進装置によって駆動されるように適合された接続シャフトと、
接続シャフトのかさ歯車によって駆動されるように適合された、第１のかさ歯車の形態の受領部材と、
機器を駆動するように適合された第２のかさ歯車と、
を備えたメインシャフトと、
メインシャフト上に同軸かつ、回転が独立して取り付けられた二次シャフトであって、
接続シャフトのかさ歯車によって駆動されるように適合された、第１のかさ歯車と、
別の機器を駆動するように適合された第２のかさ歯車と、
を備えた二次シャフトと、
を備え、
接続シャフトの軸とメインシャフトの軸とが一致し、非直角の角度を形成し、メインシャフトのかさ歯車と二次シャフトのかさ歯車とは、両方が接続シャフトのかさ歯車によって駆動されるように適合しており、異なる幾何学形状を有し、それにより、メインシャフトの回転速度と二次シャフトの回転速度とが異なるようになっている、ギアボックスをも提案する。

本発明は、高速機器シャフトおよび低速機器シャフトを備えた機器をさらに備えた、前述のギアボックスを備えたアセンブリであって、２つのシャフトが同軸であることと、２つのシャフトの各々がかさ歯車を有し、
２つの歯車の一方が二次シャフトの第２のかさ歯車によって駆動し、
他方の歯車がメインシャフトの第２のかさ歯車によって駆動し、
それにより、２つの機器シャフトが異なる速度で回転するようになっていることを特徴とする、アセンブリをも提案する。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、純粋に例示的ものであり、非限定的な、添付図面を参照して読む必要がある、以下の説明によって明らかになる。

従来技術に適合するＡＧＢを示す図である。 従来技術に適合するＡＧＢを示す図である。 本発明に適合するＡＧＢの３Ｄ図である。 第１の実施形態に適合するＡＧＢ構造の概略図である。 幾何学的実現可能性の概略図である。 第２の実施形態を示す図である。 第２の実施形態を示す図である。 第３の実施形態を示す図である。 第３の実施形態を示す図である。 単一のかさ歯車によって駆動されるいくつかの機器を示す図である。 同じＡＧＢと一体の、第１の実施形態と第３の実施形態とを示す図である。

第１の実施形態
図３および図４を参照すると、ＡＧＢ１０は、第１に、
推進装置と噛み合うように適合された接続シャフト１１０であって、前記接続シャフト１１０が先導噛合部材１１１を備えている、接続シャフト１１０と、
受領噛合部材１２１を備えたメインシャフト１２０と、を備えている。先導噛合部材１１１と受領噛合部材１２１とは、第１のベルクランクＲ１を形成している。

メインシャフト１２０は、その回転に起因して、機械的動力を機器３０、４０、…、６０に伝達する。この目的のために、メインシャフト１２０は、このメインシャフト１２０と一体の第１のかさ歯車１２２および第２のかさ歯車１２３をさらに備えている。一体（ｉｎｔｅｇｒａｌ）によって意味することは、ねじ、溶接、または把持接続に起因して、回転が一体であることである。２つのかさ歯車１２２、１２３は、それぞれの異なる直径ｄ_１２２、ｄ_１２３、および、異なるピッチ角δ_１２２、δ_１２３を有している。ピッチ角は、かさ歯車が取り付けられたシャフトに対して規定されている（図５参照）。

ピッチ角δ_１２２、δ_１２３は、１つのポイントＰで一致する軸Δ_１２２とΔ_１２３とを規定している。

第１のかさ歯車１２２はＺ_１２２の歯を備え、第２のかさ歯車はＺ_１２３の歯を備えている。歯数が、歯車の直径と直接的相関関係にあることがよく理解されている。

第１の変形形態によれば、かさ歯車１２２と１２３とは、相互に対面して配置されている。換言すると、ポイントＰは、２つのホイール１２２と１２３との間に位置している（図４参照）。または、方向付けられる方式で規定されたピッチ角δ_１２２とδ_１２３とが異なる符号である。

第２の変形形態によれば、かさ歯車１２２と１２３とは直列に配置されている。換言すると、ポイントＰは、２つの歯車１２２、１２３の外側に位置している（図には示されていない）。または、方向付けられる方式で規定されたピッチ角δ_１２２とδ_１２３とが同じ符号である。

この方式で、かさ歯車１２２、１２３は、２つの入力速度を必要とする機器３０を受領するように適合されている。このため、機器３０は第１の機器シャフト３１と第２の機器シャフト３２とを備えており、これら２つのシャフトは同軸である。機器３０がＡＧＢ１０に設置されると、２つの機器シャフトによって規定された軸は、前に規定されたポイントＰを通って延びている。

第１の機器シャフト３１は、Ｚ_３１０の歯を有するかさ歯車３１０を備えている。かさ歯車３１０は、メインシャフト１２０の第１のかさ歯車１２２と噛み合っている。前記２つのかさ歯車１２２と３１０とは、こうして、第２のベルクランクＲ２を形成している。

第２の機器シャフト３２は、Ｚ_３２０の歯を有するかさ歯車３２０を備えている。かさ歯車３２０は、メインシャフト１２０の第２のかさ歯車１２３と噛み合っている。前記２つのかさ歯車１２３と３２０とは、こうして、第３のベルクランクＲ３を形成している。

機器３０が組み立てられることを可能にするために、当然、機器シャフト３１のかさ歯車３１０のピッチ角δ_３１０によって規定された軸と、機器シャフト３２のかさ歯車３２０のピッチ角δ_３２０によって規定された軸とが、前記ポイントＰにおいて交わっている必要がある。

機器シャフト３１、３２は、メインシャフト１２０に対して直角であることが好ましいが、そのような条件は必要ではない。

図５は、構造の幾何学的寸法の実現可能性と、様々なシャフトの回転速度とを示している。

部品ｉの回転速度は、ω_ｉで示されている。ｄ_１２２＞ｄ_１２３（したがって、Ｚ_１２２＞Ｚ_１２３）と設定し、δ_１２２＋δ_３１０＝δ_１２３＋δ_３２０ａ＝９０°（各シャフトの直交性）として、任意にδ _１２２ ＞δ _１２３ と設定する。

こうして、
ω_３１＝Ｚ_３１０／Ｚ _１２２ ・ω _１２０ ＝ｔａｎ（δ_１２２）
ω_３２＝Ｚ_３２０／Ｚ _１２３ ・ω _１２０ ＝ｔａｎ（δ_１２３）
であるが、δ_１２２＞δ_１２３であり、このため、ω_３１＞ω_３２となる。

異なる速度で回転する２つの同軸の機器シャフト３１と３２とがこうして得られる。２つのシャフト３１と３２との速度はこのため、独立している。すなわち、２つの機器シャフト３１と３２とが同じメインシャフト１２０によって駆動されている場合であっても、適切なパラメータを選択することにより、速度を互いに対して独立して調整することができる。

実際、減速比は、メインシャフト１２０のかさ歯車１２２、１２３と、機器３０のかさ歯車３１０、３２０との歯数によって直接的に決まる。

第２の実施形態
ＡＧＢの構造は、接続シャフト１１０およびメインシャフト１２０と第１のベルクランクＲ１に関して、第１の実施形態のＡＧＢの構造に類似している。

メインシャフト１２０は、かさ歯車１２４を備えている。

遊星歯車列１３は、かさ歯車１２４と噛み合っている。遊星歯車列１３は、入力太陽歯車１３１、出力太陽歯車１３２、少なくとも１つの遊星歯車１３３、および遊星キャリア１３４を備えている。出力太陽歯車は、出力シャフト１３２ａをも備えている。

第１の代替形態（図６参照）によれば、遊星キャリア１３４は、シャフト１３４ａと、メインシャフト１２０のかさ歯車１２４と噛み合うかさ歯車１３４ｂとを備えている。機器シャフト３１と３２とは、遊星キャリア１３４と出力太陽歯車１３２とのそれぞれ（またはその逆）と回転が一体になっており、それらの役割に関して、同じ軸に沿って異なる速度で回転している。

第２の代替形態（図７参照）によれば、入力太陽歯車１３１は、シャフト１３１ａと、メイン歯車１２０のかさ歯車１２４と噛み合うかさ歯車１３１ｂとを備えている。機器シャフト３１と３２とは、入力太陽歯車１３１と出力太陽歯車１３２とのそれぞれ（またはその逆）と回転が一体になっており、それら自体が同じ軸上で異なる速度で回転している。

これら代替形態は限定的ではなく、当業者には困難性なく、異なるタイプの遊星歯車列に適合させることが可能である。実際、遊星歯車列は、角回転の３つの値（入力太陽歯車１３１の角回転と、出力太陽歯車１３２の角回転と、遊星キャリア１３３の角回転）によって規定される。したがって、複数の代替形態が存在する。

より一般的には、２つの機器シャフト３１と３２との一方とそれぞれ回転が一体である、入力シャフト１３１ａ、１３４ａと出力シャフト１３２ａとが規定される。さらに、入力シャフト１３１ａは、メインシャフトのかさ歯車１２４によって駆動されるかさ歯車１３１ｂ、１３４ｂを備えている。

第３の実施形態
図８を参照すると、ベルクランクＲ１は、厳密に０度から９０度の間に含まれている。すなわち、伝達シャフト１１０の軸とメインシャフト１２０の軸とが直角を規定していない。このため、接続シャフト１１０の先導噛合部材１１１は、ピッチ角δ_１１１のかさ歯車であり、メインシャフトの受領噛合部材１２１は、ピッチ角δ_１２１、直径ｄ_１２１のかさ歯車である。ピッチ角が、かさ歯車が取り付けられたシャフトに対して規定されていることを想起されたい。

ピッチ角δ_１１１、δ_１２１は、ポイントＱで一致する軸Δ_１１１とΔ_１２１とを規定している。

接続シャフト１１０はメインシャフト１２０に対して傾けられており、このことは、ピッチ角の合計δ_１１１＋δ_１２１が９０度に等しくないことを意味している。

この実施形態では、二次シャフト１５０は、メインシャフト１２０と同軸に組み立てられる。この二次シャフト１５０は、直径ｄ_１５１の第１のかさ歯車１５１を備えている。第１のかさ歯車１５１は、接続シャフト１１０のかさ歯車１１１と噛み合っている。幾何学形状の理由から、ピッチ角δ_１５１によって規定される軸Δ_１５１も、ポイントＱを通って延びている。

接続シャフト１１１およびメインシャフト１２０が非直角であることに起因して、直径ｄ_１２１は、直径ｄ_１５１よりも小である。したがって、かさ歯車１２１と１５１とが、共通の噛合部分であるかさ歯車１１１と噛み合う場合、メインシャフト１２０の回転速度と、二次シャフト１５０の回転速度とは異なっている。回転の向きが異なることにも留意されたい。

二次シャフト１５０は、少なくとも１つの第２のかさ歯車１５２を備えており、この第２のかさ歯車１５２は、機器シャフト４１および、前記シャフト４１上のかさ歯車４２を通じて機器４０に動力を供給する。この場合では、機器４０は、単一速度で供給しなければならないことのみが要求される。

補足的な方式では、メインシャフト１２０は、別の機器５０と噛み合う少なくとも１つの他のかさ歯車１２５を備えている。

したがって、提案の構造により、様々な機器に動力を供給するのに様々な速度とすることが可能になる。

第３の実施形態の変形形態によれば、第１の実施形態に規定された機器３０に、第３の実施形態によって動力を供給することができる。図９に示すように、この変形形態では、二次シャフト１５０のかさ歯車１５２は、機器シャフト３１のかさ歯車３１０と噛み合い、メインシャフトのかさ歯車１２５は、機器シャフト３２のかさ歯車３２０と噛み合う。

この方式で、第３の実施形態により、２つの入力速度を必要とする機器への動力の供給も可能になる。

前述の説明では、メインシャフト１２０の各かさ歯車は、１つの機器３０、４０、５０のみを駆動している。空間および嵩を最適化する理由のために、メインシャフト１２０の各かさ歯車は、いくつかの機器をシャフト周りに配置し、さらに複数の噛合を介して規則的な角度間隔（たとえば、３０度から１８０度の間、図３および図１０を参照）とすることで、これらいくつかの機器を駆動することができる。

最後に、３つの実施形態は排他的ではなく、２つずつ、または３つすべてを同じＡＧＢ１０に実施することができる。図１１はこのため、たとえば、１つのＡＧＢ１０上の第１の実施形態および第３の実施形態（２つの変形形態を伴う）を示している。

有利には、異なる要素を駆動するのに使用されるかさ歯車は、曲がり歯かさ歯車、またはＺｅｒｏｌ（Ｒ）タイプの歯車、またはハイポイド歯車、またはより一般的には螺旋状の歯車装置である。

異なるタイプの歯車装置の組合せを、動力伝達のタイプ、回転速度、および機械的制限に応じて考慮することができる。

Claims (7)

1. 航空機（１）の補機ギアボックス（１０）と、多段ポンプまたは多段潤滑ユニットの中から選択される機器（３０）とを備えたアセンブリであって、
   前記ギアボックス（１０）が、航空機の推進装置（２０）の動力を機器（３０）に伝達するように適合されており、
   ギアボックス（１０）が、
   推進装置（２０）によって駆動されるように適合された接続シャフト（１１０）と、
   接続シャフト（１１０）によって駆動されるように適合されたメインシャフト（１２０）と、
   メインシャフト（１２０）と一体の２つのかさ歯車（１２２、１２３）であって、前記歯車が異なる直径（ｄ_１２２、ｄ_１２３）を有する、２つのかさ歯車（１２２、１２３）と、
   を備え、
   機器（３０）が、
   かさ歯車（３１０）を備えた高速機器シャフト（３１）と、
   かさ歯車（３２０）を備えた低速機器シャフト（３２）と、
   を備え、
   機器シャフト（３１、３２）の各歯車（３１０、３２０）がそれぞれ、メインシャフト（１２０）の２つのかさ歯車（１２２、１２３）の一方と噛み合っており、それにより、２つの機器シャフト（３１、３２）が互いに異なる速度で回転するようになっていることを特徴とする、アセンブリ。
2. かさ歯車（１２２、１２３）が相互に対面して配置され、それにより、２つの機器シャフト（３１、３２）の駆動が逆方向に行われるようになっている、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 接続シャフト（１１０）がメインシャフト（１２０）に対して傾けられている、請求項２に記載のアセンブリ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のアセンブリを備えたシステムであって、推進システムをさらに備え、前記推進システムが接続シャフト（１１０）を駆動する、システム。
5. 少なくとも２つの機器（３０、４０、５０）を備え、２つの機器（３０、４０、５０）が、ギアボックス（１０）の同じかさ歯車によって駆動される、請求項１から４のいずれか一項に記載のアセンブリ、または、システム。
6. 少なくとも１つのかさ歯車が曲がり歯かさ歯車であるか、ハイポイド歯車である、請求項１から５のいずれか一項に記載のアセンブリ、または、システム。
7. 推進システム（２０）がターボプロップである、請求項６に記載のシステムを備えた航空機。

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