JPH0735816B2

JPH0735816B2 - フレキシブル軸継手および航空機

Info

Publication number: JPH0735816B2
Application number: JP63017532A
Authority: JP
Inventors: ワーレン・イー・シユミツト
Original assignee: ロード・コーポレーシヨン
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: US4804352A; DE3886555T2; EP0276945A3; CA1297312C; EP0276945B1; EP0276945A2; JPS63199928A; DE3886555D1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、機械的回転軸継手に関するものであり、さら
に詳しくいえば、本発明は、駆動部材と従動部材との間
に接続され、一方から他方へトルクをそれらの回転軸の
間のミスアラインメントを調節しながら伝える複数のリ
ンクを備える形式の上記のような軸継手に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

ヘリコプタ様式または飛行機様式のいずれかで離陸して
飛行するように設計された航空機の開発が提案されたこ
とによつて若干の問題が生じた。そのような航空機の一
つの提案された形においては、１対の回転翼装置を駆動
する１対の動力装置を翼に対して枢回運動をするように
航空機の胴体の外側よりに翼に取付ける。これによつて
回転翼装置が離陸のために事実上水平な平面内で回転で
き、航空機を推進するために事実上垂直な平面内で回転
できるようになる。

ヘリコプタ様式で運転しているとき、回転翼装置の平面
は、水平飛行を達成するため、または飛行機様式で飛ぶ
ため、または相当風速で静止ホバー位置を維持するため
のいずれかには、羽根ピツチを周期的に変えることの影
響がある状態で垂直軸に対して10度ほど傾けることがで
きる必要がある。多くのヘリコプタが回転翼平面を傾か
せるようにはためく関節羽根を用いて設計されたが、さ
らに効率的な設計では、回転翼装置を駆動軸ジンバルに
取付けることになつている。しかし、これは、駆動軸が
400rpmの速度で垂直軸のまわりに回転していても回転翼
装置に最大約10度の前方傾斜を保つことを要求する。ス
ラスト荷重およびラジアル荷重を支えるために球形エラ
ストマ軸受をジンバルとして用いることができるが、そ
れらの軸受は軟かすぎて、動力装置の軸に対する回転翼
装置のミスアラインメントから生ずる定10度転頭運動に
順応しながら回転翼装置を駆動するのに必要な大きなト
ルク荷重を、ねじりで伝えることができない。

傾斜回転翼航空機において回転中の回転翼装置が旋回す
るときジヤイロスコープ的歳差運動力を生ずることも公
知である。そのような力は、動力装置の軸に伝えられれ
ば、補助動力装置取付け構造体ばかりでなく動力装置の
軸にもかなりの応力を加える可能性がある。これらの力
も回転翼装置が取付けられているハブを動力装置の軸の
回転軸に対して位置をくるわせることがあり、そのよう
な位置のくるいは、駆動軸から回転翼装置へかなりの、
すなわち4000馬力以上のトルクを伝えながら調節されな
ければならない。

前述の心の狂いの問題を解決するための一つの提案は、
動力装置の軸と回転翼装置のハブとの間に軸継手を用い
ることを含んでいた。このような軸継手においては、複
数の積層エラストマ軸受アセンブリが動力装置の軸と回
転翼装置のハブとに固着された角度的にずらされたスパ
イダの腕の間に接続された一体板の周辺に間隔をあけた
位置に取付けられた。上述の構造は、スパイダの腕が心
の狂つた軸のまわりに回転しながらトルクを伝達できる
ようにするために十分な柔軟性を与えられた。前述の回
転翼取付け問題さいを解決するために上記のような軸継
手を用いることは、その寸法重量およびひどく不適当な
耐用年数のために十分でなかつた。

上述のような傾斜回転翼航空機に起りやすいもう一つの
問題は、トルクを動力装置の軸から回転翼装置のハブに
事実上定速度で伝達する必要があることである。すなわ
ち、動力装置の駆動軸の角度変位が１度あるごとに駆動
部材と従動部材との回転軸間の心の狂いの大きさに関係
なく、従動回転翼装置に正確に同じ量の角度変位をひき
起こすとき、駆動部材と従動部材との間に定速度条件が
存在する。駆動部材と従動部材との間に定速度関係がな
いと、軸継手内に望ましくない応力を生ずるだけでな
く、回転翼装置と航空機内に望ましくない振動をもたら
す。これらの問題は、特に、上に引用したようなかなり
心の狂つた回転軸間にトルクを伝えるのに用いられると
き、機械的リンク形軸継手で長い間問題となつていた。

前述の航空機推進装置において、回転翼は、常時は一方
向に回転する。結果として、軸継手は、主に１回転方向
にだけトルクを伝えることが必要である。しかし、動力
装置の故障によつて生じた自動回転の状態の下における
ような種々の理由で上記のような航空機の軸継手が過渡
的逆トルク状態に適応できることが重要で、それによつ
て軸継手の能力になおもう一つの設計要件を課すること
になる。

前述の諸要件のほかに、回転翼装置の軸継手が小形、軽
量で保守しやすいことが重要である。そのような軸継手
はまた、予測できる耐用年数をもち、潤滑を必要としな
いで満足に動作し、予期した交換期間のずつと前に摩損
の生じたことが目で見て分るようにしなければならな
い。なお、このような軸継手は、設計が比較的簡単で、
頑丈であり、利用できる航空宇宙船の製作技術を用いて
製作しやすくなければならない。

上述のように従来のリンク型機械的軸継手は、駆動軸に
接続された複数の放射状腕を有する駆動スパイダとそれ
らの腕と角度的にずれた関係に配置された同様の構成の
並置された従動スパイダとを備えている。放射状腕の先
端は、二つのスパイダの間に大体接線方向に配置された
可撓性リンクによつて、リンクの前端を駆動スパイダの
腕に接続し、リンクの後端を従動スパイダの腕に接続す
るようにして相互に接続されている。スパイダが心の狂
つた交差する２本の軸のまわりに回転するとき、リンク
は軸継手の運動に適応する。

米国特許第1,316,903号、第1,424,051号および第1,636,
692号は、前記運動に適応するために可撓性リンクを用
いる前述の形式のリンク型軸継手を例示している。スパ
イダ腕に端でゴムブシユによつて接続された剛直なリン
クを用いる同様の軸継手が米国特許第1,752,138号、第
1,894,507号、第2,292,675号、第2,837,901号、第4,04
0,270号、第4,051,784号および第4,588,388号に開示さ
れている。これらの軸継手のうち、いくつかは、金属球
とゴムソケツトブシユを用いている。

大多数の周知のリンク型軸継手においては、リンクはそ
れぞれのスパイダ腕にリンクが接続される部材の回転軸
に大体沿つて伸びる留め金具によつて接続されている。
しかしフロイデンベルク（Freudenberg）のドイツ公開
特許出願第2920074号においては、リンクは、接続され
る部材の回転軸に対して横に伸びるボルトによつて接続
されている。本願の譲受人が所有している米国特許第3,
257,826号は、向かい合つている放射状腕の間に取付け
られた積層エラストマ要素を備えた強力な可撓性軸を開
示している。この軸継手は、２°までの軸ミスアライン
メント角で一方向性トルクの伝達に適応できる。それ
は、前述の航空機適用において要求されたような逆トル
クによる作動条件に適格するように設計されていない。
米国特許第4,575,358号は、回転翼装置の動力装置駆動
軸に対する運動に適応するように積層エラストマ軸受を
用いるボール・ソケツト型ハブを開示している。

前述の特許の軸継手の各々は、その意図した目的には満
足に働くかもしれないが、回転翼装置が動力軸に対して
かなりの角度で傾いている軸のまわりに回転し、しかも
かなり心が狂つているという条件のもとで動作すると
き、動力装置の軸と回転翼装置のハブとの間に定速度関
係を確保できるようにして回転翼装置を動力装置に接続
するときに課せられる前述の諸条件に適応できる軸継手
が現在利用できない。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のことを考慮して、本発明の第一の目的は、回転翼
ハブを航空機の動力装置駆動軸に接続するときに用いる
のに特に適する新規で強力な定速度軸継手を提供するこ
とである。

本発明のもう一つの目的は、駆動部材と従動部材との間
に高いトルクとかなりの心の狂いのある条件のもとで運
動を伝えることのできる改良した機械的軸継手を提供す
ることである。

本発明のさらにもう一つの目的は、任意の回転方向にト
ルクを伝達できる強力な定速度軸継手を提供することで
ある。

本発明のなおもう一つお目的は、早過ぎる摩損の徴候を
定期的に目視検査できるようにしながら予測可能な耐用
年数にわたつて高いトルクを伝達できる小形、軽量な機
械的リンク型軸継手を提供することである。

本発明はまた、軸継手の何らの潤滑も必要としないで心
の狂つた軸のまわりに回転できる部材間に定速度軸継手
を確立する独特の方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

さらに詳しくいえば、本発明は、回転翼装置を航空機内
の駆動軸に接続するのに特に適するがまた心の狂つた交
差軸のまわりに回転できる二つの部材間にトルクが定速
度の条件のもとで伝えられなければならない他の用途で
用いることのできる改良された強力なリンク型軸継手を
提供する。この軸継手は、軸に接続するように構成され
た駆動部材と、前記軸の軸線に対して心の合つていない
ことのある軸線のまわりに回転するように前記軸に端に
隣接して取付けられた従動部材と、駆動部材が従動部材
を駆動するようにそれらを相互接続する複数のリンクと
を備えている。各リンクは、張力荷重と圧縮荷重に適応
するように軸方向には堅く、前端が駆動部材に接続さ
れ、後端が従動部材に接続されて環状径路の接線方向に
動く。各リンクの両端は、球形のエラストマ軸受を備
え、それらの軸受はリンクがいくつかの軸線のまわりに
振動でき、しかもそのような振動に弾性剪断と弾性圧縮
で事実上完全に適応するようにして駆動部材および従動
部材に取付け手段によつて接続されている。好ましいの
は、各エラストマ軸受は、同様の構成のものであり、各
々はエラストマ材料と比較的非伸張性の材料との交互の
層を一つにかつリンクとその取付け手段に接着した球形
アレイをもつていることである。軸継手の中に取付けら
れるとき、各リンクは、各リンクの軸受取付け軸を各リ
ンクが接続される部材の回転軸に対して横方向に配置し
た形に構成される。本発明の軸継手は、各リンクが自由
に振動し、一方リンクの軸受は、リンクが接線方向の径
路内で縦方向に進むとき接着された積層の間に配分され
る弾性剪断歪および弾性圧縮歪を事実上完全に受け、か
つ駆動部材と従動部材との間に定速度関係を保証するよ
うに共同作動する交互のつり合つた内部圧縮力と張力を
受ける方法によつて定速度関係を与えるように動作す
る。

前述およびその他本発明の目的、特徴および利点は、添
付図面と共に行われる以下の説明から明らかになるはず
である。

〔実施例〕

次に図面を参照すると、第１図は、本発明を具体化した
リンク型軸継手が特定の効用を示す一つの適用面を例示
している。この適用面においては、複数の回転翼、また
はプロペラの羽根（図示なし）が同数の腕２のようなハ
ブ腕に当該技術で公知の任意の適当な手段によつて接続
されている。腕２のようなハブ腕は、動力装置の軸61に
本発明を具体化した軸継手４によつて接続されるように
構成されたハブ３と一体に形成されるのが好ましい。

あとでさらに完全に説明するように、軸継手４は、動力
装置の駆動軸と回転翼のハブ３との間にハブ３が動力駆
動軸の回転軸R_sに対して角αをなしてずれた軸R_hのまわ
りに回転できるようにしながらトルクを定速度条件で伝
達する複数のリンク、たとえばリンク５、を備えてい
る。軸方向推力荷重が上軸受ハウジング７の中に入れら
れた上エラストマ軸受のような１対の普通のエラストマ
軸受（図示なし）によつて受けられている。結果とし
て、本発明の軸継手は、航空機における回転翼ハブの動
力装置の軸に対するかなりの傾斜に適応するのに特によ
く適している。

第１図に例示した軸継手４の構成を詳細に説明する前
に、第３図および第４図に例示した軸継手の簡易化した
実施例を本発明の構造と機能の若干の面を説明する助け
として参照する。

次に第３図を参照すると、軸継手11は、垂直軸線R_sのま
わりに回転可能な駆動軸12を第３図に例示されているよ
うに駆動軸12の軸線R_sと共軸にすることのできる軸線R_h
のまわりに回転可能な従動軸13に接続しているところが
示されている。駆動部材、すなわちハブ15が入力駆動軸
12へボルト、溶接物、スプライン、キーなどの普通の手
段（図示なし）によつて固着される。ハブ16が同様に出
力軸13に接続される。例示した実施例では、ハブ15およ
びハブ16には平らな円形板があるが、ハブ15およびハブ
16は軸12および13から半径方向に外方に伸びる腕を有
し、駆動軸の軸線R_sに直交する第３図の線3A−3Aに沿つ
て伸びる平面内におけるように、軸の回転軸に直交する
平面内で角度的にずれた関係にある通常のスパイダを備
えていてもよいことが分るはずである。

駆動軸12の回転軸R_sと従動軸13の回転軸R_hとの間の角α
（第４図）のような角度的心の狂いに適応するために、
複数の接続リンクがハブ15と16の間に配置され、各ハブ
と相互接続される。第３図に最もよく見られるように、
リンク25のような各リンクは、前端25aと後端25bを有
し、各端は、第３図に示されているように入力軸12の回
転の方向を定められている。例示の実施例においては、
そのようなリンクが４個ハブ15と16の間に設けられ、先
方リンク26の後端26bは、第３図におけるリンク25の右
に示れ、後方リンク27の前端27aは、第３図におけるリ
ンク25の左に示されている。第４のリンクは、示されて
いないが、第３図の前景に示されたリンク５の真うしろ
にある。４リンク軸継手11を第３図および第４図に示し
たが、空間的および負荷の必要条件を含む設計パラメー
タのいかんによつて種々の数のリンクを用いることがで
きるが、心のずれたとき、軸12と13との間の定速度駆動
関係を確実にするためには等角度で間隔をあけた少なく
とも三つのリンクが必要である。

リンク25のような各リンクは、その先端部分25aが駆動
ハブ15に接続された二又15aによるなどで駆動ハブ15に
接続され、後端部分が従動ハブ16に接続された二又16a
によるなどで従動ハブ16に接続されている。駆動ハブの
二又15aは、入口軸12とハブ15の回転軸R_sの半径方向に
外方にあり、ハブ15の平面に対して軸方向に伸びてい
る。同様にして、二又16aは、出力軸13とハブ16の回転
軸R_hに対して半径方向に外方にあり、ハブ16の平面に対
して軸方向に伸びている。従つて、二又15aおよび16a
は、互いに対して間隔を離して対向して配置されている
が、第３図の回転軸R_sに直交し各二又の運動径路を通過
する水平面内で角度的にずれている。

第３図に最もよく見られるように、リンク27を取付けて
いる各二又、例えば二又15bは、駆動ハブ15に間隔をあ
けた関係で取付けられ、リンク27の端部分を間に受ける
１対の直立トラニオン30および31を備えている。接続ボ
ルト32がトラニオン30と31を貫通し、リンク27を横に通
つて伸びている。リンク25はボルト33と34にようて、そ
の関連の二又15aと16aにそれぞれ接続されている。

軸12と13の回転軸が心が合つている場合、すなわち、第
３図に示されているように共軸に配置されている場合、
軸継手11のリンク25などのリンクは、心の合つた軸12と
13の回転軸R_sに直交する平面内で両端が同じ軌道を進
む。しかし、軸13が軸12に対して心が合つていないと
き、たとえば、軸13が第４図に示したように角αだけ変
位させられているとき、リンクは、定速度でトルクを伝
えるとき、入力駆動ハブ15と出力駆動ハブ16との間で複
雑に動く。例えば、軸12と13が第３図に示すように心が
合つているとき、リンク25は、軸の回転軸R_sに直交する
平面P₁と事実上共面の軸線R_sの接線方向に両端が同じ軌
道を進む。しかし、出力ハブ16およびその軸13が第４図
に例示したように角度的にずれると、リンク25aの前端
部分は、平面P₁の中に事実上留まるが、その後端部分25
bは、第4A図に示したように回転されると、平面P₁の上
下に軸方向に循環的に変位させられて、そのような後端
の変位は、ハブ15と16との間の定速度接続を確実にする
ためにリンクによつて動的に調節されなければならない
ボルト33と34の間の距離の変化を生じ、そのような距離
の変化が１回転ごとに２回起る。

前述のリンクの運動を調節しながらトルクを伝えるため
に、リンク25などの各リンクは、前端部分25aに取付け
た第１のすなわち前端エラストマ軸受手段35と後端部分
25bに取付けた第２のすなわち後端エラストマ軸受手段3
6を備えている。第3A図を参照されたい。エラストマ軸
受35と36の間に、リンク25は軸方向の力、たわめ力およ
びねじり力に対して強い本体25cを備えている。すなわ
ち、この領域において、リンク本体25cは、曲げおよび
ねじりによるゆがみならびに引つ張り荷重と圧縮荷重に
よつて生じた軸方向のゆがみに耐える。この目的のため
に、リンク本体25cは、チタニウム、アルミニウムなど
の強い軽量金属で作られるのが好ましいが、それは、上
記のような材料を許す用途における合成物を含めて他の
強い軽量金属でできていてもよい。

例示した好ましい実施例において、後端エラストマ軸受
手段36は、接続ボルト34を囲む積層球形構成要素36aを
備えている。リンク25の反応端にある積層エラストマ軸
受35は、同じ構成のものであるのが好ましい。第７図で
最もよく見られるように、各エラストマ軸受は、一様な
厚さの均質なエラストマ材料の一連の層、例えば、層40
と42にそれぞれかつ各層間に接着された詰め金43、44の
ような一連の凹形の比較的弾力のないすなわち非伸張性
の部材に接着され、それらの部材によつて分離された層
40、41および42を含んでいる。最も外側のエラストマ層
40は、リンク25の本体25cの端部分の中にフライス削り
によるなどで一体に形成された球形凹面25′に接着され
ている。最も内側のエラストマ層45は、リンク本体25c
を完全に横切つて横に伸びる第１の取付け手段、すなわ
ち内側スリーブ50bに与えられた凸形球面50′に接着さ
れている。最内層45は、最外層40に較べて堅い。エラス
トマ層と詰め金40〜45は、それらの焦点F_pが取付けスリ
ーブ手段50bの縦軸と一致するように成形されて、取付
けスリーブ手段50bの焦点F_pに対する回転がエラストマ
層に事実上完全に剪断の形で応力を加え、一方、取付け
スリーブ手段50bのリンクの後端25bに対する運動がエラ
ストマ層に事実上完全に圧縮の形で応力を加えるように
する。

第７図に最もよく見られるように、取付けスリーブ手段
50bには、第３図および第3A図に例示されているような
リンク取付け二又の間に取付けボルト34によつて固着さ
れたキー溝付きピンまたはキー52にはまり合う一連の内
部キー溝51を備えている。二又とボルト33、34のような
接続ボルトを例示したように配列すること、すなわち軸
12と13の回転軸に対して横に、すなわち軸に対して事実
上半径方向に配置されていることがエラストマ軸受の中
にスリーブがコツクしないようにするために非常に望ま
しく、それはそのような作用は軸受の寿命を短くし、最
大耐用年数を必要とする用途では望ましくないからであ
る。

このように固着されたとき、第4A図に例示したようにリ
ンク25の後端25bが軸方向に上方へ動くことによつて各
軸受内のエラストマ層がそれらの関連の接着された金属
表面間に剪断力を生ずる。同時に、リンクにかかつた駆
動荷重によつて生ずるようなリンク本体25cに右方向に
かかる張力によつて種々のエラストマ層をリンク25の後
端25bの内面25′と取付けスリーブ50bとの間で圧縮す
る。なお、リンク取付けボルト間の前述の距離の変化を
リンクの軸方向に各エラストマ軸受を交互に圧縮するこ
とによつて調節する。結果として、エラストマ層は、軸
継手11の動作中に事実上もつぱら圧縮荷重と剪断荷重を
受ける。

第３図に例示した４リンク軸継手において、定速度関係
は、エラストマ軸受の循環弾性変形によつて確実にされ
る。例えば、第４図の紙面内で軸の心ずれ角αをもつた
第４図に例示の最も左のリンクのような各リンクの必要
な最大伸張は、そのリンクが駆動軸の回転軸の両側へま
たがるとき、すなわち、例えば、第4A図内の前景内にあ
るとき生ずる。直径上反対位置のリンク（図示してない
が、第4A図のリンクの背後にある）もまた最大の伸張を
受ける。同時に、他の二つの直径上対向したリンクは最
大の圧縮を受ける。これらの条件の正味の効果は、リン
クの伸張によつて生じた圧縮力をリンクの短縮によつて
生じた引つ張り力によつて釣合されるというものであ
る。これらの力は、トルク伝達によつて生じたリンクに
かかる正常は引つ張り荷重に重ね合わされる。しかし、
リンクの伸張と収縮によつて生じた従動軸にかかる正味
のトルクが事実上ゼロなので、定速度関係が各軸の間に
維持される。

エラストマ軸受は各リンク本体の両端においてその場で
形成される。この目的のために、各リンク本体25cは、
切削加工もしくは鍛造した金属または同様に軸方向の
力、ねじり力および曲げ力に強い材料で作られ、第５図
の凹面25′によつて形成された部分のような球形空洞が
リンクの各端において第７図に例示したような点F_pに空
洞焦点をおいて切削加工される。同様にして、詰め金43
と44のような詰め金が前述の位置F_pにそれらの焦点をお
いて空洞内に配置される。球形空洞をリンクの両端にあ
けた後に、中央スリーブ、詰め金およびエラストマ層を
エラストマ軸受の製作技術で周知のように熱と圧力を加
えて適切に接着して硬化する。エラストマ軸受を受ける
空洞が焦点F_pに関して対称なので、その切片だけが第７
図に例示されている。

エラストマ軸受の設計技術において周知のように非伸張
性材料の層、すなわち、詰め金は、エラストマ層の間に
間隔をあけた平行な関係に配置されて、エラストマ材料
が圧縮荷重を受けてふくれるのをおさえ、それによつて
組立体のこわさを大きくしている。しかし、非伸張性詰
め金は剪断についての組立体のこわさに著しく影響を与
えないし、同様に、軸の取付け焦点F_pに対するねじり弾
力性に著しく影響を与えない。従つて、このように説明
したリンクは、その両端で焦点を通る互いに垂直なＸ、
ＹおよびＺのまわりに比較的ねじりについて柔軟であ
り、軸方向の圧縮および引つ張りにおいてこわい。

前述のリンク特性を完全に利用するために、リンクはリ
ンクの両端間の事実上すべての相対運動を、エラストマ
軸受を構成する層40、42および45などのエラストマ層の
剪断および圧縮によつて調節することを確実にするよう
な具合にハブ15と16の間に取付けられる。各取付けスリ
ーブをそれらのそれぞれの駆動部材および従動部材に回
転しない状態で固着することによつて、エラストマ軸受
のエラストマ層の容易にずれるが圧縮に耐える性質をう
まく用いて、リンク内の滑り運動をなくし、摩損と周期
的潤滑の必要とをなくす。なお、前述の積層エラストマ
軸受は、振動と雑音を減衰させ、それによつて応力によ
つて誘発される振動と摩損を少なくする。各軸受はま
た、位置的または寸法的公差の偏差によつて生ずる可能
性のあるわずかなミスフイツトを調整する柔軟性を備え
ている。

各積層エラストマ軸受の詳細な設計は、軸継手の意図し
た用途に従つて変る。例えば、エラストマ材料の層の寸
法、厚さおよび数ならびにその材料の剪断強さおよび実
効圧縮強さは、予想したトルク荷重および駆動部材と従
動部材との間の順応されるべき角度的位置ずれの量によ
つて変る。若干の用途において、低損失型のエラストマ
材料を用いて軸継手の両端間の熱蓄積およびエネルギー
損失を最小にするのが好ましい。なお、エラストマ材料
は、エラストマ層における望ましくない熱蓄積を避ける
ためにリンクから容易に熱を伝えるべきである。好まし
いエラストマ材料には、天然ゴムとポリブタジエンなど
の合成ゴムの混合物がある。適当なエラストマ軸受の設
計において考慮される必要のなる要因のさらに詳細な検
討においては、ワイルドハーバ（Wildhaber）の米国特
許第2,752,766号、ヒンクス（Hinks）の米国特許第2,90
0,182号およびシユミツト（Schmidt）の米国特許第3,67
9,197号を参照する。

心の狂つた軸を接続するときに用いる簡易化した実施例
における本発明を説明したので、本発明の軸継手が航空
機において回転翼装置を動力装置駆動軸に接続するのに
用いられている第１図および第２図に例示した実施例を
再び参照する。

第１図および第２図に最もよく見られるように、軸継手
４には、例示したキー溝付き穴接続部69によるか、また
は他の普通の航空宇宙船製作技術によるなどで動力装置
駆動軸61に接続されるように構成された駆動部材、すな
わちハブ66がある。駆動ハブ66は、駆動軸61に接続され
た航空機動力装置（図示なし）によつて垂直軸R_sのまわ
りに回転される。前に説明したように、軸継手４は、回
転翼またはプロペラの羽根の各々に腕２などの複数の放
射状腕を有する従動ハブ３を介して駆動ハブ66を接続す
る。軸継手４は、ハブ３に従つてそれに接続された羽根
を、通常は、駆動軸の回転軸と心を合わされているが、
駆動ハブ66と動力装置駆動装置の回転軸R_sに対して最大
約10度までの角αで心のずれていることのある軸線R_hの
まわりに回転できるようにする。

この目的のために、駆動ハブ66は、スパイダ形のもので
あり、駆動軸61の回転軸R_sに直交する平面内に配置され
た複数の大体放射状に伸びるスパイダ腕70、71および72
を備えている。例示の実施例において、そのような腕が
３本設けられ、各腕は駆動ハブ66のキー溝付き穴69に対
して等距離にかつ等角度に配置されている。腕70などの
各腕は、一体の環状軸受表面75の中に終る１対の半径方
向に外向きにすぼまる部分73および74を備えている。キ
ー溝付きトラニオン、すなわち、短軸76が軸受表面75か
ら外方に伸び、かつボルト124を受ける内部ねじ付き穴
をもつている。

リンク125の前端125aはボルト124によつてキー溝付きト
ラニオン76に接続されている。リンク125の後端125b
は、従動ハブの腕２の根元部分2aと上にのつている取付
けハブ７との間に伸びる１対の垂直ボルト88と89によつ
て固定された二又、すなわちピローブロツク、77を用い
て従動ハブ３に接続されている。後端ボルト88などの各
ボルトは、二又77の後端にある心の合つた穴付きスリー
ブ90と91を下向きに貫通する。二又77には、取付けボル
トスリーブ90と91を接続する１対の前後に伸びるブレー
ス部材を尠えている。ブレース92と93の前端は、一体の
後方に伸びる横耳状部94を備え、ブレース92と93の後端
は、前方に伸びる横耳状部95を備えている。耳状部94と
95は、トラニオン76の軸線に直交し、軸61の軸線からで
る半径に事実上接する平面の両側に互いに事実上平行な
関係に配置されている。二又の耳状部94と95は、後端接
続ボルト124bを受ける貫通穴を有する同じようにキー溝
の付いた取付け金具96aと96bを受けるキー溝付き穴96と
97を備えている。リンク125の後端125bは、二又の耳状
部94と95との間に挿入され、接続ボルト124bによつて締
め合されているキー溝付き横取付け金具96aおよび96bに
よつて適正位置に固着されるように構成されている。他
のリンク126、127の各々は、それぞれの二又78および79
にそれぞれ同様の方法で接続される。

リンク125は、これまでに例示し、説明したリンク25に
構成が大体同じである。例えば、リンク125は、その前
端125aとその後端125bの内側にフライス削りで形成した
球形空洞を備えている。球形積層エラストマ軸受135aと
135bが前端と後端の空洞の中に取付けられ、各々は、接
着剤によつて接合されたエラストマ材料と詰め金の複数
の交互の層を含んでいる。なお、各エラストマ軸受に
は、内側にキー溝の付いた筒状取付けスリーブ、例え
ば、リンク本体125cの横方向に伸びかつ中に貫通穴を有
する後端スリーブ150bがある。第５、６および７図に最
もよく見られるように、後端取付けスリーブ150bは、リ
ンク本体125cの対向縦端面を越えて横に外方に伸びる軸
方向端部分152、153を備えている。スリーブ端部分15
2、153は、二又の耳状部94、95と共同作動して、それら
の耳状部の間の中央にリンク125の後端をおさめ、リン
クがその縦軸のまわりに旋回できるようにするのに必要
なすき間を与える。前端取付けスリーブ150aは短軸76の
端に係合し接続ボルト124aによつて短軸に固定されるよ
うに構成された穴付き端壁154（第５図）を備えていて
もよい。

エラストマ材料と金属の種々の交互の層は、これまでに
説明したようにしてリンク本体125cと取付けスリーブ15
0a、150bに一緒に接合される。後端軸受の内側にキー溝
を付けた取付けスリーブ150bは、相補取付け金具96aと9
6bがそれらのそれぞれのキー溝付き二又の穴96および97
と係合するとき、それらの取付け金具を受けるように構
成され、それによつて取付けスリーブ150bをその取付け
二又77の中に回転しないように固定する。リンク125の
前端125aに設けられたエラストマ軸受135aは、後端軸受
135bと大体同じ構成のものであつて、キー溝付き従動ハ
ブのトラニオン76に係合してはまり、接続ボルト124aに
よつてそれに捕えられた回転しないように固定されるよ
うに構成された内側にキー溝の付いて取付けスリーブ15
0aをもつている。この構成では、後端125bのようなリン
ク125の各端は、例示したような軸継手４の中に接続さ
れ、軸継手が回されるとき、第５図の矢印によつて示さ
れた方向などに、焦点F_pを通過する互いに垂直なＸ、Ｙ
およびＺ軸のまわりに弾性的に旋回するようにして変位
させられることができる。そのような動きに順応すると
同時に、各リンクは、矢印によつて示された方向にＹ軸
に沿つて加えられる軸方向荷重を、そのような荷重が引
つ張り性のものであろうと圧縮性のものであろうと、受
け入れることができる。

第１図に例示した航空機回転翼取付けに適用する場合に
は、軸継手４の動作は、第３図および第４図の実施例の
軸継手11の動作と同様である。しかし、軸継手４におい
て約400rpmの回転速度で約10度まで変化することのある
角度だけ心がずれたまま動作しながら1.152×10⁶kg・cm
までのトルクを駆動軸から各回転翼に伝えなければなら
ない。これは、各リンクが18,824kg（41,500ポンド）ま
での定常状態引つ張り荷重に13サイクル毎秒の6,350kg
（14,000ポンド）の引つ張りと圧縮の交互の荷重を加え
たものに耐えることが必要である。さらに、各リンク
は、合計2500動作時間までの種々の時間の間上記のよう
な荷重に耐えなければならない。本発明の軸継手は前述
の要求事項を満たす。

例としてで、制限としてではなく、前述の航空機に適用
するのに用いるために設計された本発明の好ましい軸継
手がチタニウムで作られたリンク125を備え、そのリン
クには、それの剛直な軸方向の力およびねじれに対して
強い本体125cの両端に拡大した球根状の前、後端部分12
5a、125bがある。このリンクに取付けられた各エラスト
マ軸受は、少なくとも約６個の球形詰め金を備え、各詰
め金は、約0.762mmの厚さで、米国ペンシルバニア州エ
リーのロード・コーポレーシヨン（Lord Corporation）
で販売しているチエムロク（Chemlok）TF−1677−44の
ような適当なゴム金属接着剤によつてリンクに接着され
た一様な厚さのエラストマ材料の層によつて互いに約2.
54mm（0.10インチ）の一様な距離だけ離されている。詰
め金およびそれらの交互のエラストマ層は、焦点F_pに中
心を置いた曲率のそれらそれぞれの半径をもつている。
好ましいのは、各詰め金がステンレス鋼で形成され、軸
継手の動作中にエラストマ層の間に発生される熱を消散
するときに役立つフイン43a、44aなどの冷却フインを与
えるようエラストマ層の側縁を越えて伸びる部分をもつ
ていることである。各球形エラストマ軸受の詰め金の対
面する縁は並置され、リンク125の横軸に対して互いに
直径上向い合いに置かれ、詰め金の縁の間のすき間がす
ぐ隣接する詰め金層内のすき間に対して角度的にずらさ
れている。好ましいのは、各焦点F_pが取付けスリーブ15
0a、150bの中心を通過する横のリンク軸支Ｘの上にある
ことである。

詰め金を互いにかつリンクと取付けスリーブに接合する
エラストマ材料は、前に述べたようにエラストマの混合
物である。しかし、好ましいのは、エラストマ材料の混
合物の性質は、各層内で一様であるが層ごとには一様で
ないように調節される。例えば各エラストマ軸受の半径
方向に内側の層45は比較的こわく、半径方向に最外側の
層は、最内側の層45に較べて軟い。これらの層間にある
層の性質は、変化してもよいが、一般にこれらの限界の
ある範囲内にある。例えば、比較的こわい最内側層45
は、5624.80kg/cm²（80,000psi）の実効圧縮強さと18.2
8kgcm²（260psi）の剪断強さをもつべきである。従つ
て、最外側層40は、最内側層45の実効圧縮強さの約50％
である実効圧縮強さをもつている。中間層は、これらの
範囲内の対応する値をもつことができる。例示した回転
翼取付け用途のようなか酷な適用面では、各層は0.10よ
り小さく、好ましくは約0.05に近い低損失係数、すなわ
ち低誘電正接をもつているのが好ましい。しかし、種々
の設計考慮事項によつて、約0.50までの高い損失係数の
エラストマ材料を用いてもよい。好ましくは、前述のエ
ラストマの性質は、天然ゴムとポリブタジエンなどの合
成ゴムとの混合物によつて与えられ、そのときの混合物
では、天然ゴムが混合物の全重量の約50％ないし約90％
の範囲で含まれ、合成ゴムは、混合物の全重量の約50％
ないし約10％の範囲で含まれている。このような混合物
は、熱と圧力をかけて、その場形成の間リンクと詰め金
の種々の金属表面に接着剤によつて容易に接合できる。

軸受の焦点F_p（第６図）の間に約18.287cm（7.2イン
チ）の軸方向間隔がある場合、各リンク125の前述の構
成は、リンクの各端がその取付けスリーブに対して、そ
の横軸Ｘ（第５図）のまわりに前縁で約9.7度、後縁で1
4°の全円弧にわたつて回転でき、その縦軸Ｙのまわり
に約５°の全円弧にわたつて回転でき、Ｚ軸のまわりに
約２°未満の全円弧にわたつて回転できるようにする。
なお、各エラストマ軸受の形態は、これらの角度的変位
が循環的に起ることができるようにするようなものであ
り、一方、リンクは、その縦軸Ｙに沿つて軸方向引つ張
り荷重を受けるとともに、同じ軸に沿つて反対方向に周
期的圧縮荷重を受ける。エラストマ軸受取付けスリーブ
のそれらが接続されている部材の回転軸に対する横方向
の配置は、各リンクの後端が駆動軸の回転軸に直交する
平面に対して事実上自由に振動できるようにする。リン
クの取付けスリーブの軸線を例示の方向に対して90度変
位させることによつて、リンクの後端を束縛することに
よるなどで、上記のような運動の自由を与えることがで
きないと、スリーブが循環コツキング運動を受けること
が必要になり、これはエラストマ軸受の寿命、従つてリ
ンクの総合耐用年数を縮める可能性がある。従つて、リ
ンク125を第１図に例示したように軸継手の中に取付
け、リンクの両端にあるエラストマ軸受内に望ましくな
い応力を作るのを避けることが非常に望ましい。

〔発明の効果〕

以上のことにかんがみ、本発明は、従動部材が駆動軸の
回転軸に対して心のずれた軸線のまわりに回転できるよ
うにする方法で駆動軸を従動部材に接続する改良された
軸継手を提供することが明らかなはずである。本発明の
軸継手は、心のずれた駆動軸を結合したり、または航空
機において回転翼のハブを駆動軸に結合するなどの様々
な適用面において用いることができる。本発明の軸継手
は、駆動部材と従動部材との間に非常に望ましい定速度
接続を作り、それによつて接続された装置内に望ましく
ない応力と振動の発生を避ける。さらに、この軸継手の
リンク構成要素は前述の必要条件を満たすように十分頑
丈であるが、利用できる航行宇宙製作技術を用いて容易
に製作されるほど十分に簡単な構成のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具体化する機械的軸継手が効用を示
す一つの適用面を表す航空機のための回転翼装置を例示
する部分斜視図、第２図は、第１図に例示した軸継手組立体の種々の構成
要素を例示する分解斜視図、第３図は、軸方向に心のあつた軸を接続するのに用いら
れるとき、種々の構成要素の配置を示す本発明の軸継手
の簡易化図、第3A図は、好ましいリンクの構成の詳細を例示するため
に第３図の線3A−3Aに沿つてとつた縦断面図、第４図は、第３図と同様であるが、各軸の回転軸が互い
に心が合つていないとき、選択された軸継手構成要素の
配置を例示する図、第4A図は、各軸が第４図に例示したように心が合つてい
ないとき、リンクの位置を例示するために第４図の線4A
−4Aに沿つてとつた断面図、第５図は、本発明を具体化するリンクの斜視図であり、
リンクの両端にあるエラストマ軸受によつて調整されな
ければならない若干の相対運動の構成を例示する図、第６図は、本発明のリンクの好ましい実施例を例示する
拡大断面図、第７図は、第５図のリンクに取付けられた球形エラスト
マ軸受の一部分の極拡大部分断面図である。 11…軸継手、12…駆動軸、13…従動軸、15,16…ハブ、2
5,26,27…リンク、35,36…エラストマ軸受、40,41,42,4
5…エラストマ材料層、43,44…詰め金、50b…スリー
ブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の回転軸（R_s）のまわりに回転可能な
入力駆動軸（12）と、前記第１の回転軸（R_s）に対して
角度的に最大10度一致しない第２の回転軸（R_h）のまわ
りに回転可能な出力従動軸（13）と、の間にトルクを伝
えるフレキシブル軸継手（11）で、各々の前記入力駆動軸（12）が、駆動ハブ（15）に接続
され、前記出力従動軸（13）が、被駆動ハブ（16）に接
続され、軸方向に固定されたリンク（25、26、27）の第１の端部
に必須な積層エラストマ軸受（35）を介して、ボルト
（32、33）により、前記リンク（25、26、27）は、前記
駆動ハブ（15）に接続され、前記リンク（25、26、27）の第２の端部に必須な積層エ
ラストマ軸受（36）を介して、ボルト（34）により、前
記リンク（25、26、27）は、前記被駆動ハブ（16）に接
続された前記フレキシブル軸継手（11）において、前記軸方向に固定されたリンク（25、26、27）は、前記
回転軸（R_s、R_h）の少なくとも１つに対して、ほぼ、平
行に伸び、前記ボルト（32、33、34）は、前記積層エラストマ軸受
（35、36）を介して、前記駆動ハブ（15）および前記被
駆動ハブ（16）の二又（15a、15b、16a）に接続され、旋回軸は、前記回転軸（R_s、R_h）の１つに、実質的に垂
直で、前記積層エラストマ軸受（35、36）は、ゴム部材（40、
41、42、45）および詰め金（43、44）の交互の連続から
成り、前記ゴム部材（40、41、42、45）および前記詰め金（4
3、44）は、各々の球形面を有し、ほぼ、球形で、前記
各々の球形面は、共通の焦点（F_p）を有し、この結果、
前記入力駆動軸（12）および前記出力従動軸（13）との
間の定速度回転接続を与えるために、弾性剪断状態の前
記リンク（25、26、27）の旋回たわみに反応している時
に、前記積層エラストマ軸受（35、36）は、弾性圧縮状
態の前記リンク（25、26、27）の軸方向力およびたわみ
力に反応することを特徴とするフレキシブル軸継手。
【請求項２】前記二又（15a、15b、16a）および前記積
層エラストマ軸受（35、36）との間の滑らない旋回接続
をさせるために、各々の前記積層エラストマ軸受（35、
36）は、最も内側のエラストマ層（45）に結合された内
側スリーブ（50b）を有する請求項１記載のフレキシブ
ル軸継手。
【請求項３】前記内側スリーブ（50b）は、前記共通の
焦点（F_p）を囲み、前記リンク（25、26、27）を介し
て、前記リンク（25、26、27）の一方の側から他方の側
へ伸び、前記内側スリーブ（50b）は、前記ほぼ球形の最も内側
のエラストマ層（45′）が結合する外側凸型球面（5
0′）を有する請求項２記載のフレキシブル軸継手。
【請求項４】前記積層エラストマ軸受（35、36）におけ
るエラストマ材料は、天然エラストマと合成エラストマ
の混合物を含み、硬化したときに、約2.79×10⁸Nm（40,
000psi）から約5.58×10⁸Nm（80,000psi）の範囲の実効
圧縮強さ、および、約11.02×10⁵Nm（160psi）から約1
7.92×10⁵Nm（260psi）の範囲の剪断強さ、および、0.5
0未満の誘電正接損失係数を有する請求項１から３のい
ずれかに記載のフレキシブル軸継手。
【請求項５】前記被駆動ハブ（16）は、回転子ハブから
成り、前記駆動ハブ（15）は、前記入力駆動軸（12）に
接続される請求項１から４のいずれかに記載のフレキシ
ブル軸継手を備えることを特徴とする航空機。