JP6799598B2 - ターボプロップエンジン用の２つの中間ラインを有する減速機、前記減速機を備えるターボプロップエンジン - Google Patents

Description

本発明は、航空機の一般的な分野に関する。より詳細には、本発明は、ターボプロップエンジンなどのタービンエンジン用の２つの中間ラインを有する減速機に関する。

ターボプロップエンジンは、空気流入口、圧縮機、燃焼室、タービン、プロペラ、および減速機を備える。タービンとプロペラ軸との間に配置され、減速機は、プロペラの回転速度を、前記プロペラに供給するには速すぎるタービン軸の回転速度に比べて減速するために使用される。

特に遊星歯車列減速機、チェーン減速機、ウォームスクリュ減速機、中間駆動系減速機など、多数のタイプの減速機が存在する。

ターボプロップエンジンでは、２つの中間ラインを有する減速機を使用することは、こうした減速機により、狭い空間において、制御された質量で、重要な減速が可能になるので、特に興味深い。図１には、２つの中間ラインを有する減速機１が概略的に示されている。図１に関して、減速機１は、
入力軸ａ_１によって駆動される入力歯車１０を備える入力ライン１６と、
第１の中間軸ａ_２によって駆動される第１の中間歯車１１および第３の中間歯車１３を備える第１の中間ライン１７と、
第２の中間軸ａ_３によって駆動される第２の中間歯車１１および第４の中間歯車１４を備える第２の中間ライン１８と、
出力軸ａ_４によって駆動される出力歯車１５を備える出力ライン１９と、
を備える。

減速機１がターボプロップエンジンに使用されるとき、出力ライン１９の出力軸ａ_４はプロペラ軸であり、入力ラインの入力軸ａ_１はタービン軸である。したがって、出力軸ａ_４の回転速度は、入力軸ａ_１の回転速度に比べて低下する。そのためには、入力軸の動力の半分が中間軸ａ_２およびａ_３のそれぞれを通過して、最終的に出力軸ａ_４に伝達されなければならない。動力の伝達は、互いに噛み合う歯車によって行われる。

しかしながら、こうした減速機は不静定システムであり、すなわち、特定の配置がなければ、一方の中間ラインがエンジン動力の大部分を伝達し、他方の中間ラインが事実上動力を一切伝達しないことがあり得る。実際、歯車の互いの最適な噛み合い、およびそれによって、第１の中間歯車１１と第２の中間歯車１２との間の、したがって第３の中間歯車１３と第４の中間歯車１４との間の、入力歯車１０の動力の等配分を保証するのは難しい。図２は、図１に示された２つの中間ラインを有する減速機１の正面図を示す。図２に関して、入力歯車１０が、それぞれ点Ａおよび点Ｂの高さで第１の中間歯車１１および第２の中間歯車１２と接触する場合でも、点Ｃおよび点Ｄの高さに遊びが存在しないことを保証するのは難しい。点Ｃおよび点Ｄがそれぞれ、第３の中間歯車１３と出力歯車１５との接触点、および第４の中間歯車１４と出力歯車１５との接触点に対応することに留意されたい。

したがって、動力の半分が中間ライン１７および１８のそれぞれを介して通過することを確実にするために、いわゆる「負荷配分」システムまたは「トルク配分」システムが必要である。

たとえば、米国特許出願第１３５１３２１号明細書は、垂直に摺動することができる長方形部分により、入力歯車に垂直自由度を追加することによる負荷配分システムについて説明している。前記自由度により、前記入力歯車が、垂直軸に沿ってそれ自体を自由に位置決めし、それによって、中間伝達ラインの間のトルクの良好な配分を確保することが可能になる。長方形部分の下方に配置された圧縮ばねは、歯車の重量による垂直力を補償する機能を有する。

しかしながら、こうした「負荷配分」システムの課題は、圧縮ばねに取り付けられた長方形部分の使用は製作が複雑であり、減速機の信頼性を低下させる恐れがあるということである。さらに、従来技術によるシステムでは、入力歯車が最適に移動することができない。

米国特許出願第１３５１３２１号明細書

本発明の目的は、減速機の２つの中間ラインの間の負荷配分システムを簡略化および向上させることである。

第１の態様によれば、本発明は、
入力歯車を駆動する入力軸を備える入力ラインと、
第１の中間歯車を駆動する第１の中間軸を備える第１の中間ラインと、
第２の中間歯車を駆動する第２の中間軸を備える第２の中間ラインと、
フレームによって保持されたばねと、
を備え、
入力軸から第１の中間ラインの第１の中間軸および第２の中間ラインの第２の中間軸への動力の伝達の等配分に対応する平衡位置に向かう入力歯車の移動を可能にするために、ばねが入力軸の長手方向部分を囲んでいる、ターボプロップエンジン用の２つの中間ラインを有する減速機に関する。

第１の態様による減速機により、上述の課題を解決することが可能になる。

実際、圧縮ばねに取り付けられた長方形部分が単一のばねに置き換えられるので、本発明による減速機は、従来技術による減速機よりも製作が簡単である。したがって、ばねを使用することにより、同じ機能を果たしながら、部品の数を減らすことが可能になる。

入力軸の長手方向部分を囲むばねの存在により、入力軸によって駆動される入力歯車が、垂直方向と水平方向の両方に自由に移動することが可能になる。実際、入力歯車を駆動する入力軸が水平方向の自由度を有するとき、中間ラインの間のトルクがより効率的に配分される。したがって、入力歯車が半径方向に自由に移動できるとき、前記入力歯車は、第１の中間ラインの噛み合い力および第２の中間ラインの噛み合い力が互いに打ち消し合う位置に、それ自体を自然に位置決めする。この平衡位置では、第１および第２の中間ラインに伝達されるトルクは等しい。

前段落に説明された特徴の他に、本発明の第１の態様による減速機は、個別にまたは全ての技術的に可能なその組み合わせに従って考慮される以下の中から、１つまたは複数の追加の特徴を有してよい。

非限定的な一実施形態によれば、入力軸の長手方向部分を囲むばねにより、入力軸の回転軸に略垂直な軸に沿った入力軸の移動が可能になる。

非限定的な一実施形態によれば、フレームによるばねの保持が、フレームへの前記ばねの第１の部分の取付けによって実現される。

非限定的な一実施形態によれば、フレームによるばねの保持が、フレームの溝への前記ばねの挿入によって実現される。

非限定的な一実施形態によれば、内輪および外輪を備える軸受が入力軸とばねとの間に配置されている。

非限定的な一実施形態によれば、ばねの第２の部分が軸受の外輪に取り付けられている。

非限定的な一実施形態によれば、軸受の内輪が入力軸に取り付けられている。

非限定的な一実施形態によれば、軸受の内輪が焼き嵌めによって入力軸に取り付けられている。

非限定的な一実施形態によれば、ばねが渦巻き状である。

非限定的な一実施形態によれば、フレームが減速機のケーシングである。

第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様による減速機を備えるターボプロップエンジンに関する。

以下の説明を読み、それに添付の図面を検討することにより、本発明およびその異なる用途がよりよく理解されることになる。

図面は、表示の目的でのみ示され、決して本発明を限定するものではない。

既述の２つの中間ラインを有する減速機の斜視図である。 既述の図１に示された減速機の正面図である。 本発明の一実施形態による減速機の入力ラインの軸方向断面図である。 図３に示された入力ラインの軸ＡＡに沿った断面図である。 一実施形態による変形を受けるときのばねの図である。

特に断りのない限り、異なる図に表示される同じ要素は単一の符号を有する。

本発明は、中間ラインの間の負荷の最適配分を可能にする、２つの中間ラインを有する減速機１に関する。

ターボプロップエンジンでは、タービンとプロペラとの間に配置され、減速機１は、プロペラ軸の回転速度を、タービン軸の回転速度に比べて減速するために使用される。

２つの中間ラインを有する減速機１の原理を概略的に示す図１に関して、こうした減速機１は、
入力ライン１６と、
第１の中間ライン１７と、
第２の中間ライン１８と、
出力ライン１９と、
を備える。

入力ライン１６は、ターボプロップエンジンのタービン軸（図示せず）に対応する、入力歯車１０を駆動する入力軸ａ_１を含む。入力歯車１０は、それぞれ第１の中間軸ａ_２および第２の中間軸ａ_３によって駆動される、第１の中間歯車１１および第２の中間歯車１２と噛み合う。第１の中間軸ａ_２に取り付けられた第１の中間歯車１１および第２の中間軸ａ_３に取り付けられた第２の中間歯車１１は、それぞれ、第１の中間ライン１７および第２の中間ライン１８を形成している。第１の中間ライン１７は、第１の中間軸ａ_２に取り付けられた第３の中間歯車１３を備え、第２の中間ライン１８は、第２の中間軸ａ_３に取り付けられた第４の中間歯車１４を備える。出力ライン１９は、ターボプロップエンジンのプロペラ軸（図示せず）に対応する出力軸ａ_４によって駆動される出力歯車１５を含む。出力歯車１５は、第３の中間歯車１３および第４の中間歯車１４と噛み合う。

入力ライン１６、第１の中間ライン１７、第２の中間ライン１８、および出力ライン１９が平行であることに留意されたい。さらに、入力ライン１６および出力ライン１９が一般に、減速機１のケーシング２５内に取り付けられていることに留意されたい。

入力歯車１０が入力軸ａ_１により第１の軸ｘ_１に沿って回転すると、第１の中間歯車１１および第２の中間歯車１２と噛み合う前記入力歯車１０が、それぞれ第２の軸ｘ_２および第３の軸ｘ_３に沿った前記中間歯車１１および１２の回転を駆動する。実際、入力ライン１６は、その動力を第１の中間ライン１７および第２の中間ライン１８に伝達する。第１の中間歯車１１および第２の中間歯車１２が、それぞれ入力歯車１０の直径ｄ１および歯の数よりも小さい直径ｄ２および少ない数の歯を有することに留意されたい。第１の中間歯車１１の回転によって駆動される第１の中間軸ａ_２の回転が、第３の中間歯車１３の回転を駆動する。同様に、第２の中間歯車１２の回転によって駆動される第２の中間軸ａ_３の回転が、第４の中間歯車１４の回転を駆動する。図２に示された実施形態によれば、第３の中間歯車１３および第４の中間歯車１４が、それぞれ第１の中間歯車１１および第２の中間歯車１２の直径ｄ２および歯の数よりも小さい直径ｄ３および少ない数の歯を有することに留意されたい。第３の中間歯車１３および第４の中間歯車１４と出力歯車１５との噛み合いが、前記出力歯車１５の回転、およびそれによって、第４の回転軸ａ_４に沿った出力軸ａ_４の回転を駆動する。

出力歯車１５の直径ｄ４は、第３および第４の中間歯車１３および１４の直径ｄ３よりも大きい。直径の異なる歯車を使用することにより、出力軸ａ_４（プロペラ軸）を入力軸ａ_１（タービン軸）に比べて減速するように、出力軸ａ_４の回転速度を入力軸ａ_１の回転速度に比べて変更することが可能になる。

図３は、本発明の一実施形態による前記減速機１の入力ライン１６の軸方向断面を示す。実際、負荷配分システムは、減速機１の入力ライン１８の高さに配置されている。

図３に関して、入力軸ａ_１の長手方向部分２９が、前記ケーシング２５のオリフィス３１により、減速機１のケーシング２５内に取り付けられている。図３および図４に示された実施形態によれば、ケーシング２５は、前記長手方向部分２９を受ける溝３０、軸受２０、およびばね２４を有する。さらに、一実施形態によれば、入力軸ａ_１の一端（図示せず）が、入力軸ａ_１の自由回転を可能にするシステムによって保持されている。一実施形態によれば、入力軸ａ_１の自由回転を可能にする前記システムは、回転スプラインによって形成されている。

先に説明されたように、ケーシング２５の溝３０は、それ自体がばね２４に囲まれた軸受２０に囲まれた、入力軸ａ_１の長手方向部分２９を受ける。溝３０は、取付手段２６により溝３０の壁に取り付けられたカバー３２によって塞がれている。

軸受２０は、互いの間に玉２１が配置された外輪２３および内輪２２から構成される。内輪２２は、入力軸ａ_１の長手方向部分２９の周りに取り付けられている。一実施形態によれば、軸受２０は、焼き嵌めによって入力軸ａ_１に取り付けられている。

ばね２４は、軸受２０の外輪２３を囲んでいる。図５に示された実施形態によれば、ばね２４は渦巻き状である。一実施形態によれば、ばね２４の第１の端部２７（図５に見える）が軸受２０の外輪２３に取り付けられている。さらに、一実施形態によれば、第２の端部２８（図５に見える）が減速機１のケーシング２５に取り付けられている。別の実施形態によれば、第１の部分がケーシング２５に取り付けられており、第２の部分が外輪２３に取り付けられている。ばね２４の「部分」とは、前記ばね２４の第１の端部２７および第２の端部２８を除いて、ばね２４の一部を意味するとされる。

さらに、一実施形態によれば、ばね２４は、軸受２０の外輪２３の回転を阻止することを可能にするねじり剛性を有する。一実施形態によれば、ばね２４のねじり剛性は前記ばね２４の半径方向剛性に比べて高く、入力歯車１０の半径方向移動を可能にする。ばね２４の低い半径方向剛性により、入力歯車１０がそれ自体を自由に位置決めし、それによって、中間ライン１７および１８の間のトルクの良好な配分を確保することが可能になる。ばね２４のねじり剛性および半径方向剛性が、用途によって異なることができることに留意されたい。

したがって、入力歯車１０が、第１の中間ライン１７および第２の中間ライン１８の間の不正確な入力ライン１６の動力の伝達につながる不正確な位置決めを行うと、前記入力歯車１０が自然に移動して、中間ライン１７および１８の間の動力の等配分を可能にする平衡位置を再び取る。中間ライン１７および１８への不正確な入力ライン１６の動力の伝達が、一方の中間ラインが他方よりも負荷を受けることにつながることに留意されたい。その結果、最も負荷を受ける中間ラインを介して通過するトルクが、他方の中間ライン上よりも大きく、したがって、前記トルクによって入力歯車１０に引き起こされる力が、一方の側で他方よりも大きい。

入力軸ａ_１の長手方向部分２９を囲むばね２４の存在により、入力歯車１０が垂直方向と水平方向の両方に自由に移動することが可能になる。入力歯車１０が移動して平衡位置を取ると、ケーシング２５および軸受２０の外輪２３に取り付けられたばね２４は変形される。入力歯車１０を駆動する入力軸ａ_１が、垂直方向の自由度に加えて水平方向の自由度を有するとき、中間ライン１７および１８の間のトルクがより効率的に配分されることに留意されたい。実際、入力歯車１０が半径方向に自由に移動できるとき、前記入力歯車１０は、第１の中間ライン１７の噛み合い力および第２の中間ライン１８の噛み合い力が互いに打ち消し合う位置に、それ自体を自然に位置決めする。この平衡位置では、第１および第２の中間ライン１７および１８に伝達されるトルクは等しい。

図５は、入力軸ａ_１、したがって入力歯車１０が不正確な位置決めを行うときの、ばね２４の変形の一例を示す。図５に関して、ばね２４が垂直方向に（図４に示されたｙ軸に沿って）変形されて、ばね２４の一部が圧縮され、ばね２４の別の部分の高さで引き伸ばされている、すなわち、入力軸ａ_１（図示せず）、したがって入力歯車１０が、垂直方向に（ｙ軸に沿って）移動している。ばね２４の変形がまた、垂直方向以外の方向に沿って実現されてもよく、ばね２４により、入力軸ａ_１の回転軸ｘ_１に略垂直な任意の軸に沿った入力軸ａ_１の移動が可能になることに留意されたい。

平衡状態では、中間ライン１７および１８上のトルクによる入力歯車１０上の力は互いに打ち消し合い、これは、前記中間ライン１７および１８上のトルクが等しいことを意味する。

Claims (10)

1. 入力歯車（１０）を駆動する入力軸（ａ_１）を備える入力ライン（１６）と、
   第１の中間歯車（１１）を駆動する第１の中間軸（ａ_２）を備える第１の中間ライン（１７）と、
   第２の中間歯車（１２）を駆動する第２の中間軸（ａ_３）を備える第２の中間ライン（１８）と、
   フレーム（２５）によって保持されたばね（２４）と、
   を備える、ターボプロップエンジン用の２つの中間ライン（１７、１８）を有する減速機（１）であって、
   入力軸（ａ_１）から第１の中間ライン（１７）の第１の中間軸（ａ_２）および第２の中間ライン（１８）の第２の中間軸（ａ_３）への動力の伝達の等配分に対応する平衡位置に向かう入力歯車（１０）の移動を可能にするために、ばね（２４）が、半径方向剛性よりも高いねじり剛性を有し、渦巻き状であり、且つ、入力軸（ａ_１）の長手方向部分（２９）を囲んでいる、ことを特徴とする、減速機（１）。
2. 入力軸（ａ_１）の長手方向部分（２９）を囲むばね（２４）により、入力軸（ａ_１）の回転軸（ｘ_１）に略垂直な軸に沿った入力軸（ａ_１）の移動が可能になることを特徴とする、請求項１に記載の減速機（１）。
3. 内輪（２２）および外輪（２３）を備える軸受（２０）が入力軸（ａ_１）とばね（２４）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか一項に記載の減速機（１）。
4. ばね（２４）の第１の端部（２７）が軸受（２０）の外輪（２３）に取り付けられていることを特徴とする、請求項３に記載の減速機（１）。
5. 軸受（２０）の内輪（２２）が入力軸（ａ_１）に取り付けられていることを特徴とする、請求項３〜４のいずれか一項に記載の減速機（１）。
6. 軸受（２０）の内輪（２２）が焼き嵌めによって入力軸（ａ_１）に取り付けられていることを特徴とする、請求項５に記載の減速機（１）。
7. フレーム（２５）によるばね（２４）の保持が、フレーム（２５）への前記ばね（２４）の第２の端部（２８）の取付けによって実現されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の減速機（１）。
8. フレーム（２５）によるばね（２４）の保持が、フレーム（２５）の溝（３０）への前記ばね（２４）の挿入によって実現されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の減速機（１）。
9. フレーム（２５）が減速機（１）のケーシング（２５）であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の減速機（１）。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の２つの中間ラインを有する減速機（１）を備えることを特徴とする、ターボプロップエンジン。

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