JP6775579B2 - 遊星減速機用のリングギヤ - Google Patents

Description

本発明は、遊星減速機に取り付けられるリングギヤを得ることに関する。

遊星減速機は、動力伝達経路とプロペラとの間で減速を可能にするために、航空機ターボプロップエンジンの減速ユニットに使用されることが多い。

歯は、動力を入力軸から出力軸に伝達するので、減速機の主要な要素である。

典型的には、遊星減速機は、同軸要素の組み合わせを備え、その１つまたは複数は、リングギヤ、共通軸の周りを回転し、１つまたは複数のサンギヤと噛み合う１つまたは複数の遊星を運ぶ、遊星キャリアである。

そして、場合によっては、１つまたは複数のリングギヤが、組み立てられる２つの部分に分けて製造されることが有用である。

したがって、遊星歯車列では、やまば歯部、すなわち、軸方向の力を打ち消すように対向設置された２つのはすば歯車から構成される歯部において、サンギヤ、遊星ギヤ、またはリングギヤ、これらの要素のうちの１つが２つの部分からなることが必要である。

製造上の理由で、リングギヤが、２つの部分、すなわち、２つのハーフリングギヤからなることが好ましく、「２つのハーフリングギヤ」という表現とは、推測的に同一または本質的に同一であるが、各々が、ハーフリングギヤの共通軸と結合し、２つのハーフリングギヤの同軸組立てによって得られる最終的なリングギヤの厚さに対してより小さい厚さを有する、２つの環状リングを意味することを理解されたい。

ここでは本発明の目的が、当該の２つのハーフリングギヤの間のゼロ径方向隙間を確実にすることであり、これがこれらの間に締まり嵌めを強いるものであり、また、一方のハーフリングギヤの歯が第２のハーフリングギヤの対応する歯と整列しないことがあり得ることを考えると、したがって、互いに対するハーフリングギヤの歯のずれに関して課題が発生し、それは、その歯の整列を確実にしながら、これらの組み立てられたハーフリングギヤをどのように組み立てるかということである。

本発明によれば、前記歯部の歯を整列させるために、以下の工程、すなわち、
ハーフリングギヤに互いに対する角度位置合わせピンが設けられる工程であって、ピンが前記第１および第２のハーフリングギヤのそれぞれの第１および第２の穴に収容され、穴がそれぞれ、ピンに適合された最終断面を有しなければならない、角度位置合わせピンが設けられる工程と、
予め構築された製造図面を参照して、第１の穴が第１のハーフリングギヤ上の前記最終断面よりも小さい第１の断面を有し、第２の穴が第２のハーフリングギヤ上の前記最終断面に等しい第２の断面を有するように、第１および第２の穴が穴あけされる工程と、
各ハーフリングギヤについて、
他の歯よりもそのそれぞれのハーフリングギヤの穴により近い第１の歯を有する、互いに等間隔のいくつかの歯が指標付けされて、両方のハーフリングギヤに共通のフレームを画定し、
指標付けされた各歯において、ハーフリングギヤの中心に対する（少なくとも）基準点の多次元座標が求められ、
求められた多次元座標が、予め構築された製造図面からのこれらの同じ点の理論座標と比較され、
前記点の位置ずれを明確にするために、求められた座標と理論座標との間の差が示される、工程と、
第１の穴が前記最終断面に再穴あけされ、それを、各ハーフリングギヤの基準点の位置ずれに基づいて、組立中に、第１のハーフリングギヤに指標付けされた各歯が、共通フレームに従って、前記軸に平行に、第２の（反対側の）ハーフリングギヤから指標付けされた歯に対向するように、位置合わせまたは心出しする工程と、
前記角度位置合わせピンを第１および第２の穴にしっかりと係合することによって、またハーフリングギヤの互いの締まり嵌めによって、第１および第２のハーフリングギヤが組み立てられる工程と、
が従われるべきであるのは、（応答時間の点で）低減されたコストでの連続生産という状況の中で、この課題に対する解決策を提供することを目的としてである。

この締まり嵌め、および２つのハーフリングギヤ間で同一でない角度位置を有する歯部によるずれを考慮することは、その２つの半歯部の軸方向のずれのない完全なリングギヤの実現を確実にすることになる。

そして、仕上がり寸法に対して小さい穴の穴あけを、両方のハーフリングギヤでこの作業を行うのではなく、２つのハーフリングギヤの一方のみにおいて単に行うことには、角度リセットを可能にし、こうしたリセットにおける精度の喪失につながるいかなる手段も増やすことがないという利点がある。

遊星減速機の最適化された性能のための主要なゼロ径方向隙間の達成をさらに確実するために、第１および第２のハーフリングギヤの組立工程が焼き嵌め組立てを含むことが、さらに推奨される。これにより、ハーフリングギヤの歯の間の起こり得る角度ずれを考慮することがさらにいっそう有用になり、それによって上記方法を妥当なものにする。実際、いったん焼き嵌めされると、
取り出す材料を回転させるリスクがあり、
後に続くツールおよび方法が複雑である（下記参照）。

考慮された別の課題は、安全に、再現性を、またできる限り簡単かつ確実に、第１および／または第２のハーフリングギヤ上の前記点の位置ずれを、どのように決定するかに関してであった。

この目的のために、当該のハーフリングギヤの作用歯面およびピッチ円の両方に各基準点を設置することが望ましい。

歯の作用歯面は、歯の側面として、または噛み合い歯車の歯と接触するこうした面の一部だけとして、
ピッチ円は、ピッチ円筒の直線部分（その直径はピッチ円直径）として、
定義する。

各基準点の座標が３次元であり、そして、前記基準点が当該の歯の中間（軸方向）延在平面上にあることが、等しく推奨される。

これにより、案内ピンの穴に対する歯の位置を測定する領域を定める難しさが解決することになる。実際、この領域は測定装置にとって十分に到達可能であるべきであり、この測定は反復的であるべきであり、測定値は本当に信頼性が高くあるべきである。

さらに、各指標付けされた歯において、基準点の多次元座標を求める前に、他の歯から等間隔の少なくとも３つの歯が定められるべきであり、好ましくは、互いに等間隔の４つの歯が定められて、２つ１組で９０°に分布するべきであることが望ましい。

有利には、次いで、各ハーフリングギヤにおいて測定値が平均される。

このようにして、最終組立体の精密度および品質が、最適化された測定精度によって確保されることになる。

添付図面を参照して、以下の説明を包括的でない例として読むことにより、本明細書で提示される解決策の種々の態様が、必要に応じてよりよく理解され、その他の詳細、特徴、および利点が明らかになるであろう。

タービンエンジンプロペラ用の減速機内の歯の状態の図であり、フレームに対して固定された遊星ギヤキャリアは図示されていない。 遊星減速ギヤボックスの内部の概略を示す。 第１および第２のハーフリングギヤ間の同軸組立て（リングギヤの軸１９０）の最初の工程である。 ハーフリングギヤを互いに角度押し込みする組立ピンの概略を示す。 両方のハーフリングギヤを部分的に示す。 両方のハーフリングギヤを部分的に示す。 両方のハーフリングギヤを部分的に示す。 組み立てられ、焼き嵌めされた完全なリングギヤを示す。 ２つのハーフリングギヤ間の起こり得る製造上の差を取るために記号を付された特徴的な歯を示す。

タービンとプロペラ軸との間に配置され、減速機の役割はプロペラの回転速度を減速することである。したがって、図１は、遊星減速機１を極めて図式的に示す。フレームに対して固定された遊星キャリアは、以下の図面に示されていない。図１は、３でタービン（入力）シャフトを、５および７で、それぞれ遊星減速機１の遊星ギヤおよびリングギヤを示す。プロペラの（出力）シャフトは９にある。

図２は、タービンシャフト３、中央サンギヤ１１、遊星ギヤのゾーン５、およびここでははすばである内歯を有する外周リングギヤ７を示す。

この例では、それはやまば歯部を有する遊星歯車列である。

製造上の理由で、リング７が、２つの部分、すなわち、図３に図示されるように、２つのハーフリングギヤ７ａ、７ｂからなることが好ましいと考えられた。

図５の詳細図は、これらのハーフリングギヤ７ａ、７ｂのそれぞれの実施形態の概略を等しく示す。このように、これらのそれぞれは、図１に同じフレームで示されているのと全く同じように、少なくともある特定の遊星ギヤの外歯１５と噛み合うように、その全内周にわたって、ここでははすばである内歯１３を備える。

両方のハーフリングギヤ７ａ、７ｂの精密な相対位置合わせを確実にしなければならない。

図５に図示されるように、ハーフリングギヤの互いに対する案内ピン１７または角度位置合わせピンがこの目的のために設けられている。それは、両方のハーフリングギヤの歯の整列を可能にすることになる。

このピンによってもたらされる効果を完全なものにするために、歯１３が整列した状態で、タービンシャフトおよびプロペラ９の（この例におけるように共通の）軸１９と共に、いったん互いに対して良好に位置合わせされると、これらの第１および第２のハーフリング７ａ、７ｂが、締まり嵌め、この場合は焼き嵌めによって組み立てられることが推奨される。

焼き嵌めが、「包囲部品」と呼ばれる外側部品によって、「被包囲部品」と呼ばれる内側部品を包むことからなることが想起されるべきである。組立ては、その手動またはプレス嵌めによる組立てさえ阻害する機械加工公差で行われる。１つの解決策は、材料を劣化させることなく実行可能な場合に、被包囲部品に配置する前に包囲部品を加熱して、これを膨張させることである。

こうした焼き嵌め組立ては、ハーフリングギヤの相対角度位置合わせについて、いったん焼き嵌めされると、これらをその中心軸を中心に互いに対して回転させることはもはや不可能であることを示唆している。実際、焼き嵌めにより、取り出す材料を回転させるリスクがあり、したがって、ハーフリングギヤ間の相対回転を確実にするのに必要な力が大きいので、実現すべきツーリングが複雑である。その上、最初の位置合わせ後は修正回転が弱いので、この方法は、移動の精密な制御を必要とすることになる。

提案される解決策は、要約すれば、ピン１７のために、計画の寸法よりも小さい穴を２つのハーフリングギヤの一方にあけて、両方のハーフリングギヤ７ａ、７ｂのそれぞれの歯の角度ずれを測定し、最終組立前に、最終的に穴を仕上がり寸法に再穴あけすることである。

より詳細には、提案される方法は以下の工程を含む。

最初に、ハーフリングギヤ７ａ、７ｂの互いに対する角度位置合わせピン１７を検討することにし、これは、これらの穴がそれぞれ、ピンに適合された最終断面を有しなければならないので、ピン１７が前記第１および第２のハーフリングギヤのそれぞれの第１および第２の穴２１ａ、２１ｂに収容されなければならないことになる。

穴２１ａ、２１ｂはそれぞれ、第１および第２のハーフリングギヤの共通軸１９０に平行な軸に沿って配置されることになる。

有利には、これらはそれぞれ、内歯部１３をそれに略垂直に取り囲む、当該のハーフリングギヤの外周径方向部分２３に配置されることになる。

特殊性は、
第１の穴２１ａが、図６のＳ１などの、第１のハーフリングギヤ７ａ上の前記最終断面よりも小さい第１の断面を有し、
第２の穴２１ｂが、第２のハーフリングギヤ７ｂ上の前記最終断面に等しい第２の断面を有する
ように、第１および第２の穴２１ａ、２１ｂが穴あけされることにある。

典型的には、上述の断面は直径であってよい（円形断面を有する穴）。

両方の穴２１ａ、２１ｂは、同じ理論上の位置に穴あけされている。

所与の歯について図６に示されるように、１３ａが指標付けされたものなどの各歯は、作用歯面２５を有することになり、第１および第２のハーフリングギヤのそれぞれの全ての歯は、Ｄ１が指標付けされた同じ理論上のピッチ円直径を有する内端部１３０のその領域まで、半径方向に延びることになる。

その上で、各歯部において、図９の１３ａ１、１３ａ２、１３ａ３、１３ａ４などの、他の歯よりもそのハーフリングギヤの穴（図９の２１ａ）に近い第１の歯を有する互いに等間隔のいくつかの歯を定め、記号を付し、それにより、両方のハーフリングギヤに共通のフレームを画定する。実際、両方のハーフリングギヤの最終組立時に、これらが、同軸に、向かい合わせに、前記「指標付けされた歯」の同じ相対角度位置で配置されることが重要である。

次いで、各指標付けされた歯において、ハーフリングギヤの中心（軸１９０）に対する基準点の多次元座標が決定されることになる。

２次元座標（特にｘ、ｙ）よりも３次元座標（正規直交座標系ｘ、ｙ、ｚ）が推測的に好ましい。

これらの得られた多次元座標は、次いで、予め構築された製造図面からのこれらの同じ点の理論座標と比較される。

実際には、理論座標のこの計算は、予め構築された製造図面からの３次元調査によってもっと早くに得られたはずである。

上述の事項を別の方法で提示するために、両方のハーフリングギヤのやまば歯部間の起こり得るずれを測定するために、以下を考慮することができる。

案内ピンの穴２１ａが仕上がり寸法よりも小さく穴あけされた第１のハーフリングギヤ７ａにおいて、
ａ／上述の歯１３ａ１、１３ａ２、１３ａ３、１３ａ４が指標付けされる。したがって、第１の歯は、案内ピンの穴２１ａに最も近い歯である。

ｂ／３次元位置決定機械（Ｓｐｏｔｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）２８で、点（歯１３ａ１、１３ａ３に対するそれぞれ図６および図９の記号２７ａ１、２７ａ３）が、これらの歯のそれぞれにおいて指標付けまたは特定され、したがって、作用歯面に、ピッチ円（Ｄ１）上に、また歯の中央に、すなわち、図に示されるように（図９における当該の歯の中間（軸方向）延在平面３４を参照）軸長中央ｄ／２に、有利に配置される。

ｃ／機械メモリ３２に保存され、最初に前記ハーフリングギヤの予め構築された製造図面を参照して行われる３次元読取りのおかげで、データ記録機械２８に接続された関連付けられたコンピュータ３０において、前記歯の座標がｘ１、ｙ１、ｚ１で表されることを考慮すれば、上述の記号を付されたそれぞれの点（２７ａ１など）の理論上の位置もまた得られ、その理論上の３次元座標がｘ２、ｙ２、ｚ２で表される。

ｄ／したがって、計算機３０を使用して、座標ｘ１、ｙ１、ｚ１とｘ２、ｙ２、ｚ２との間の差を計算することにより、理論上の位置と実際の位置との間の（ここで説明された例の３つの軸ｘ、ｙ、ｚにおける）座標のずれＥが求められることができる。

穴２１ｂが仕上がり寸法の第２のハーフリングギヤにおいて、上記の工程ａ）からｄ）が再現される。

このようにして、当該の歯（または半歯）について、理論上の位置、すなわち製造図面によって想定される位置に対する、各ハーフリングギヤにおける前記ずれＥが分かることになる。

そして、次いで、ハーフリングギヤ間に所望のずれＥを有するように移動させることによって、第１のハーフリングギヤの穴２１ａが、仕上がり寸法に再穴あけされることができる。

重なり合う場合に、穴２１ａ、２１ｂの上述の位置が両方のハーフリングギヤ７ａ、７ｂにおいて「同じ」だとしても、したがって、実際にはよくあるそのそれぞれの歯の形削りの非同一性を考慮することが可能になる。

これが終わると、前記ピン１７を第１および第２の穴２１ａ、２１ｂにしっかりと係合するによって、またハーフリングギヤのこれらの間の外周締まり嵌め、有利には焼き嵌めによって、第１および第２のハーフリングギヤが共通軸１９０に沿って組み立てられる。

ハーフリングギヤ７ａ、７ｂの内歯１３の品質を確実にするために、いかなる穴あけも行われる前に、これらの歯部の修正が各ハーフリングギヤにおいて個別に行われるべきことが、さらに推奨される。したがって、歯は精密で完全な外観を有することになる。

最重要点は、穴あけされるべき穴の位置合わせ、したがってハーフリングギヤの互いに対する位置合わせにおける正確度または精度を追求することであり、角度について言えば、最初にずれＥを計算して、
各ハーフリングギヤにおいて、３つの歯、好ましくは２つ１組で９０°分離した（少なくとも）４つの歯から測定を行い、
次いで、算術平均を計算することにより、各ハーフリングギヤ７ａ、７ｂにおいてこれらの測定値を平均する
ことが望ましいことが理解されるべきである。

したがって、実際には、各ハーフリングギヤにおいて、９０°の４つの歯の理論上の位置とこれらの同じ歯の実際の位置（図９参照）との間のずれを測定し、次いで、得られた４つの差を算術的に平均することが好ましく、それによって、小さめに穴あけされていたハーフリングギヤ上の案内ピンの穴の（必要に応じて「修正された」）再穴あけが、いかなる角度誤差もキャンセルする。

いったん穴２１ａ、２１ｂが正しく穴あけされると、ピン１７を部分的にこれらの穴のそれぞれにしっかりと係合させ、次いで、軸方向の締まり嵌めによって第１および第２のハーフリングギヤを組み立てることが可能になる。

図８は、２つの外周径方向部分２３を包囲し、軸方向に互いに締め付け、したがって、同軸に接合されて（軸１９０）、最終的な単一のリングギヤ７を形成する、包囲部を３１で表した図である。

Claims (7)

1. 予め構築された製造図面に従って製造された第１および第２のハーフリングギヤ（７ａ、７ｂ）を共通軸に従って組み立てるための方法であって、前記共通軸（１９０）に沿って歯（１３）を整列させるために、
   ハーフリングギヤに互いに対する角度位置合わせピン（１７）が設けられる工程であって、ピンが前記第１および第２のハーフリングギヤのそれぞれの第１および第２の穴に収容され、穴がそれぞれ、ピンに適合された最終断面を有しなければならない、角度位置合わせピン（１７）が設けられる工程と、
   予め構築された製造図面を参照して、第１の穴（２１ａ）が第１のハーフリングギヤ（７ａ）上の前記最終断面よりも小さい第１の断面を有し、第２の穴（２１ｂ）が第２のハーフリングギヤ（７ｂ）上の前記最終断面に等しい第２の断面を有するように、第１および第２の穴（２１ａ、２１ｂ）が穴あけされる工程と、
   各ハーフリングギヤについて、
   他の歯よりもそのそれぞれのハーフリングギヤの穴（２１ａ、２１ｂ）に近い第１の歯（１３ａ１）を有する、互いに等間隔のいくつかの歯（１３ａ１、１３ａ２・・・）が指標付けされまたは定められて、両方のハーフリングギヤに共通の指標記号を定め、
   指標付けされた各歯において、ハーフリングギヤの中心に対する基準点（２７ａ３）の多次元座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）が求められ、
   求められた多次元座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）が、予め構築された製造図面からのこれらの同じ点の理論座標（ｘ２、ｙ２、ｚ２）と比較され、
   前記点の位置ずれ（Ｅ）を明確にするために、求められた座標と理論座標との間の差が示される、工程と、
   第１の穴（２１ａ）が前記最終断面に再穴あけされ、それを、各ハーフリングギヤの基準点の位置ずれに基づいて、組立中に、第１のハーフリングギヤに指標付けされた各歯が、共通フレームに従って、前記軸（１９０）に平行に、第２のハーフリングギヤから指標付けされた歯に対向するように、位置合わせする工程と、
   前記角度位置合わせピン（１７）を第１および第２の穴にしっかりと係合することによって、またハーフリングギヤの互いの締まり嵌めによって、第１および第２のハーフリングギヤ（７ａ、７ｂ）が組み立てられる工程と、
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 各基準点（２７ａ３）が、当該のハーフリングギヤの作用歯面（２５）およびピッチ円（Ｄ１）の両方に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 各基準点の座標が３次元であり、前記基準点が、当該の歯の中間延在平面（３４）にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 第１および第２のハーフリング（７ａ、７ｂ）の組立工程が、締まり嵌め組立てを含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 第１および第２の穴（２１ａ、２１ｂ）を穴あけする前に、各ハーフリングギヤの歯部（１３）が個別に修正されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 各ハーフリングギヤ（７ａ、７ｂ）について、互いに等間隔の少なくとも３つの歯が定められることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 各ハーフリングギヤ（７ａ、７ｂ）について、互いに等間隔の４つの歯が定められ、したがって、２つ１組で９０°に分布していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

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