JPH10501322A - ヘリコプタ用の性能を高めたパワートレーン系の積層型複合遊星歯車列 - Google Patents

ヘリコプタ用の性能を高めたパワートレーン系の積層型複合遊星歯車列

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JPH10501322A JP8500861A JP50086195A JPH10501322A JP H10501322 A JPH10501322 A JP H10501322A JP 8500861 A JP8500861 A JP 8500861A JP 50086195 A JP50086195 A JP 50086195A JP H10501322 A JPH10501322 A JP H10501322A
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Abstract

(57)【要約】 主ロータ軸(106)に基本RPM出力を供給しつつ、馬力を高めた、増強された動力装置系(102A,102B)に適応するように減速比を増大させるパワートレーン系の積層型複合遊星歯車(10)列である。積層複合遊星歯車列(10)は駆動太陽歯車(12)と、N組の主遊星小歯車(14)と複数N個の副次遊星小歯車(16)と、主遊星小歯車(14)と副次遊星小歯車(16)のそれぞれの組合わせを支持する複合駆動軸(18)と、前記複数個の副次遊星小歯車と相互作用する固定環状歯車(20)と、複合駆動軸(18)と回転可能にに組合わせて配置され、前記積層複合遊星歯車列(10)の出力を供給するように動作する遊星歯車腕アセンブリ(22)、とを含んでいる。N組の主遊星小歯車(14)は、N/2個の複数の上部主遊星小歯車(14U)と、N/2個の複数の下部主遊星小歯車(14L)とを含んでいる。上下の主遊星小歯車(14U、14L)は互い違いになった2面式の関係で配置され、各々の上部主遊星小歯車(14U)は密接して隣接する下部主遊星小歯車(14L)に重なっている。

Description

【発明の詳細な説明】 ヘリコプタ用の性能を高めたパワートレーン系の積層型複合遊星歯車列 技術分野 本発明は遊星歯車列に関し、特に主ロータ軸に基本RPM出力を供給しつつ馬 力を高めた、増強された動力装置系に適応するように減速比を増大させる互い違 いの2面遊星小歯車を含む、ヘリコプタ用の性能を高めたパワートレーン系の積 層型複合遊星歯車列に関する。 背景技術 ヘリコプタ産業はユーザーに動作性能が最も高く、コストが安いヘリコプタを 供給できるようにヘリコプタ技術の広がりを絶えず拡張している。最新の技術水 準を組み入れた新型のヘリコプタを市場に出すためには膨大なコストがかかるの で、特定メーカーによって新型のヘリコプタが市場に出される機会はそう多くは ない。高いコストに加えて、構想から製造モデルまでの新型のヘリコプタの供給 サイクルには何年もかかり、そのため新モデルのヘリコプタが頻繁に発表される ことが更に稀になる。 最新技術を組み入れた新型のヘリコプタを市販する代わりに、多くのヘリコプ タメーカーは基本的なヘリコプター製造モデルの性能を高めたモデル、すなわち 派生モデルを供給する。基本的なヘリコ プタ製造モデルに最新技術を選択的に組み入れることによってこのような派生モ デルを製造して、新たな、または増強された動作能力、性能の向上、信頼性の向 上および(または)メインテナンスの必要性を少なくすることができる。基本モ デルの構成要素のほとんどを保持することによって、一般に派生モデルの供給コ ストは基本製造モデルを供給する程には著しく高くはならない。しかし、派生製 造モデルは基本製造モデルと並行して、またはその代替として基本モデルの製造 ラインに組込まれるので、派生モデルの供給サイクルはあまり合理的ではない。 より重要な別のアプローチはヘリコプタメーカーに更に利点をもたらすことが できる。派生モデルを製造するために基本ヘリコプタ製造モデルに選択的に組入 れられた先端技術は、既成の基本ヘリコプタ製造モデルを改装する基盤にもなる 。基本ヘリコプタ製造モデルの改装はヘリコプタメーカーに新たな収入源をもた らすとともに、ユーザーにとっては、基本ヘリコプタ製造モデル(単数または複 数)を動作効率がより高い派生モデルへと改良を行うことができるようになる。 特に有力な派生モデルを供給するためのアプローチの一つは増強されたエンジ ン系、すなわち馬力出力がより高い動力装置系を基本製造モデルに導入すること である。増強された動力装置系の馬力出力を高くすれば、派生モデルの動作効率 がより高くなり、派生モデルの任務遂行能力が拡大する。加えて、増強された動 力装置系によって派生モデルに更なる先端技術を導入する柔軟性が備わるので例 えば増強された動力装置系は、複数の補機モジュールが付加的に出力 を与えることができるようにもなる。 しかしながら、基本ヘリコプタ製造モデルに増強された動力装置系を組入れる には、増強された動力装置系のより高いトルク出力に適応するように基本パワー トレーン系を大幅に再設計することが必要である。このような再設計のためには 、増強された動力装置系のトルク出力の増大に適応するようにパワートレーン系 の減速比(あるいは複数の比)の変更、機体/動力装置の構造的な区分けの変更 、エンジン入力/ジンバル実装位置の位置換え、補機サブシステム出力引き出し 位置の位置換え、尾部ロータの動力サブシステムの引き出し位置の位置換え、パ ワートレーン系の構造的な変化に適応するため、ギヤボックスハウジングの実装 位置、すなわち脚部の変更を余儀なくする主変速機のギヤボックスハウジングの 構造的エンベロープ、すなわち径方向及び/又は高さ寸法の拡張、などに注力す る必要がある。基本ヘリコプタ製造モデルの、特に基本パワートレーン系の構造 的、及び/又は機能的な再設計はヘリコプタの派生モデルに増強された動力装置 系を組入れるための一つのアプローチではあるものの、このような手順により再 設計の努力のための費用が高くなり、販売努力における完成品の提供が遅れてし まう。 加えて、このような再設計をすると、ヘリコプタメーカーの既成の基本製造モ デルの増強された動力装置系を改装することが実際的にできなくなる。派生モデ ルの新発売のためにはコストと時間を費やすことは許容されるが、改装のみの場 合にはこのようにコストと時間を費やすことは許容できないこともある。増強さ れた動力装置系に適応するために基本製造モデルを改良するにはコストと時間が 必要であることに加えて、改装される基本製造モデルのオーナーには、基本製造 モデルが改装サービスの対象外とされてしまうので付加的な損失が生じてしまう 。 増強された動力装置系を組入れた、またはそれによって改装した性能を高めた パワートレーン系を基本ヘリコプタ製造モデルにおいて改装できるように、基本 パワートレーン系と充分に共通性のある改良形のパワートレーン系を供給する必 要がある。再設計による修正を最小限にし、及び/又は基本ヘリコプタ製造モデ ルへの組入れ/改装を容易として短期間で適正なコストで派生モデルを供給する ために、改良形のパワートレーン系を既成のヘリコプタ製造モデルの基本パワー トレーン系と最大限に共通するように構成する必要がある。この改良形のパワー トレーン系は、互い違いの2面遊星小歯車を有する積層形複合遊星歯車列を含む 必要があり、積層型複合遊星歯車列は主ロータ軸に基本RPM出力を供給しつつ 、馬力を高めた、増強された動力装置系に適応するように減速比を増大させるも のである。 発明の開示 本発明の一つの目的は、増強された動力装置系を組入れた、またはそれによっ て改装した基本ヘリコプタ製造モデルにおいて改装できるようにされたヘリコプ タ用の改良形パワートレーン系を提供することにある。 本発明の別の目的は、主ロータ軸に基本RPM出力を供給しつつ馬力を高めた 、増強された動力装置系に適応するように減速比を増 大させる互い違いの2面遊星小歯車を含む、積層形複合遊星歯車列を提供するこ とにある。 本発明の更に別の目的は、増強された動力装置系を組入れた、すなわち改装す ることで性能を高めたパワートレーン系を基本ヘリコプタ製造モデルにおいて改 装できるように、基本ヘリコプタ製造モデルの基本パワートレーン系と充分に適 応する互い違いの2面遊星小歯車を有する積層型複合遊星歯車列系を含む改良型 のパワートレーン系を提供することにある。 本発明のもう一つの目的は、ギヤボックスハウジングの実装脚部の径方向寸法 と、主かさ歯車の目立ての縦寸法、ヘリコプタのキャビンの天井の縦寸法を含む 基本パワートレーン系の構造的、機能的エンベロープによる形状上の制約に適応 するような構造を有するように最適設計した、基本パワートレーン系用の積層型 複合遊星歯車を提供することにある。 本発明の上記の、およびその他の目的は本発明にしたがって、基本RPMを提 供しつつ、馬力を高めた増強された動力装置系に適応するように減速比を高める べく、改良型のパワートレーン系の第3段減速歯車装置として機能する積層型複 合遊星歯車列によって達成される。この積層型複合遊星歯車列は駆動太陽歯車、 N組の主遊星小歯車、複数個の副次遊星小歯車、各々の主、および副次遊星小歯 車の組合わせをそれぞれ支持する複合駆動軸、副次遊星小歯車と相互作用する固 定環状歯車、および複合駆動軸と組合わされて回転可能に配設され、積層型複合 遊星歯車列の出力を被動部材に連結するように動作する遊星腕アセンブリと、を 含んでいる。N組の主遊星 小歯車は複数N/2個の上部主遊星小歯車と、複数N/2個の下部主遊星小歯車 と、を含んでいる。上下の主遊星小歯車は互い違いに、2面式に配設されており 、各々の上部主遊星小歯車は下部遊星小歯車と密接して重なっている。 本発明に従った積層型複合遊星歯車列は、増強された動力装置系の高められた 馬力を受けるための入力モジュールを含む改良形パワートレーン系の第3段減速 歯車装置として機能する。入力モジュールは、入力モジュールからの動力を主変 速機アセンブリに結合する第1段減速歯車装置を含んでいる。主変速機アセンブ リの第2段減速歯車装置は、動力を積層型遊星歯車列と結合して、その太陽歯車 を駆動する。 図面の簡単な説明 本発明およびそれに付随する利点と特徴は添付図面を参照した本発明の以下の 詳細な説明によって更に完全に理解できよう。 図1は、本発明に従った積層複合遊星歯車列を含むヘリコプタの改良形パワー トレーン系の斜視図である。 図1Aは製造モデルUH−60型ヘリコプタに組入れた基本パワートレーン系 の斜視図である。 図2Aは、複合遊星歯車列の概略図である。 図2Bは、図2Aの複合遊星歯車列と同類の固定中心系の概略図である。 図3は、本発明に従った積層複合遊星歯車列の断面図である。 図4は、図2の積層複合遊星歯車列の主遊星小歯車の積層構造を 示した部分上面図であり、図3の積層複合型遊星歯車列の主遊星歯車が、重なり 合っているところを示した図である。 図5は、図4の積層複合遊星歯車列の側面図である。 図6は、本発明に従った積層複合遊星歯車列の特徴を示した透視図である。 発明を実施するための最良の形態 各図面中、同一の参照符号は対応するか、又は、同類の要素を特定するもので ある。図面を参照すると、図1は本発明に従った積層複合遊星歯車列を含むヘリ コプタ用の改良形パワートレーン系100の実施例を示している。この動力装置 系は、本発明による積層型複合遊星歯車列10を有している。ここに示したパワ ートレーン系100は、増強された動力装置系との共通性を伴いつつ、既存のヘ リコプタ製造モデルの基本パワートレーン系と共通するように最適化された構造 的、機能的な構成を有するという点で“改良”されている。以下に説明する改良 形パワートレーン系100は、増強された動力パッケージ、すなわち馬力出力の 組入れ/改装によって製造モデルの性能を容易に高めることができるように、動 力装置系が着脱可能な2つのパッケージを備えている、ヘリコプタ製造モデルに 使用するように構成されている。 着脱可能な動力パッケージは主変速機アセンブリの両側に取付けられ、着脱可 能な各動力パッケージはエンジンと、空気圧スタータと、駆動軸アセンブリと、 エンジンマウントと、排気管アセンブリと、燃料および循環ラインと、配線用ハ ーネスと、を含んでいる。 改良形パワートレーン系100の主要な機能は、増強された動力パッケージ10 2A、102B(簡略化のために図1ではブロックとして図示してある。)のエ ンジンによって発生される組合わされた動力を、主変速機アセンブリ104と、 主ロータ軸106と、尾部ロータサブシステム108と、に結合することである 。改良形パワートレーン系100の副次機能は電気および油圧式補機を機械的に 駆動することである。 本発明に従った積層複合遊星歯車列10の特定の構造および機能的な特徴は、 本明細書ではヘリコプタ用の改良形パワートレーン系100の構成要素であるも のとして図示し、記載しているが、このような特定の用途の説明に限定的な意図 はないことを当業者は理解されよう。添付クレームの範囲内で、本発明に従った 積層複合遊星歯車列10はここに特に記載した以外の用途にも実施できる。 主変速機アセンブリ104は、各々の増強された動力パッケージ102A、1 02B用の対応する入力モジュール110A、110Bと、主モジュール126 とからなっている。各入力モジュール110A、110Bは、エンジン駆動軸ア センブリ112A、112Bによって対応する増強動力パッケージ102A、1 02Bに接続され、かつ、各エンジン動力経路用の第1段減速歯車装置114A 、114B(図示のように入力および出力かさ歯車)と、各動力経路用の一方向 クラッチ116A、116Bと、各動力経路用の出力クイールシャフト(quill shaft)118Aと、118Bと、を含んでいる。各入力モジュール110A、 110Bは更にそれぞれの油圧ポンプ122A、122Bおよび発電機124A 、124Bに動力 を供給する補機モジュール用引き出し部120A、120Bを含んでいる。 主モジュール126は第2段減速歯車装置128(第2段減速歯車装置128 Aだけが図1に示されており、動力経路B用の第2段減速小歯車は主ロータ軸1 06によって覆われている)と、駆動軸130と、改良形パワートレーン系10 0用の第3段減速歯車装置として機能する本発明に従った積層複合遊星歯車列1 0とからなっている。第2段減速歯車装置128は動力経路A、B用の駆動かさ 小歯車と、A、B用の駆動かさ小歯車によって駆動される主かさ歯車とを含んで いる。一方、被動主かさ歯車は動力軸130に動力を結合し、これが本発明に従 った積層複合遊星歯車列10に動力入力を与える。主モジュール126は更に油 圧駆動引き出し部132と、尾部ロータサブシステム108用の引き出し部13 4とを含み、前記サブシステムは更に主尾部ロータ駆動軸136と、中間ギヤボ ックス138と、副次尾部ロータパイロン駆動軸140と、尾部ロータギヤボッ クス142と、ヘリコプタにトルク平衡を付与する尾部ロータブレード(図示せ ず)を含むロータハブアセンブリに対して動力を結合するように動作する尾部ロ ータ駆動軸144と、を含んでいる。 図1Aはシコルスキー航空機製のBLACK HAWK(登録商標)およびS EAHAWK(登録商標)ヘリコプタ(BLACK HAWKおよびSEAHA WKはユナイテッドテクノロジーコーポレーションのシコルスキー航空機部門の 登録商標である)の基本パワートレーン系100′の実施例を示している。基本 パワートレー ン系100′は第3段減速歯車装置を除いて前節で記載した改良形パワートレー ン系100と基本的に同一の構造的、機能的構造を示している。この簡単な遊星 歯車列150は基本パワートレーン系100′用の第3段減速歯車装置として機 能する。簡単な遊星歯車列150は、(駆動軸130からの動力を歯車列150 へと結合するように動作する)太陽歯車152と、固定環状歯車154と、同時 に独自の軸を支点に回転し、太陽歯車152の周囲をも回転する複数個の遊星小 歯車158を含む遊星腕出力アセンブリ156と、からなっている。遊星腕出力 アセンブリ156は第3段減速歯車装置の動力を基本RPMで主ロータ軸106 に結合するようにして動作する。 本発明に従った積層複合遊星歯車列10を含む上記の改良形パワートレーン系 100はシコルスキー航空機が開発したS−92TMHELIBUSTMヘリコプタ (S−92とHELIBUSはユナイテッドテクノロジーコーポレーションのシ コルスキー航空機部門の登録商標である)で使用されるように構成されている。 改良形パワートレーン系100の積層複合遊星歯車列10の構造的、機能的構造 は主として互いに関連する2つの設計目標によって推進された。第1の設計目標 は、改良形のパワートレーン系100の構造をシコルスキー航空機製のUH−6 0製造モデルヘリコプタの改良系に、前述の基本パワートレーン系100′の構 造的、機能的な代替として改装できるようにすることであった。第1の設計目標 では、S−92TMHELIBUSTMヘリコプタの改良形のパワートレーン系10 0の構造を、BLACK HAWK(登録商標)およびSEAHAW K(登録商標)の製造モデルヘリコプタの基本パワートレーン系100′と共通 性を最大限にする必要があった。 このように共通性を付与する目的の結果、改良形のパワートレーン系100に は設計上の幾つかの制約が伴った。このような設計上の制約には、特にS−92TM パワートレーン系100の主変速機のギヤボックスハウジングがBLACK HAWK(登録商標)およびSEAHAWK(登録商標)の製造モデルヘリコプ タに搭載されたギヤボックスハウジングと実際的に同じ構造的エンベロープを持 つ必要があるという設計上の要求(特に、主変速機ギヤボックスハウジングの実 装脚部位置の同等性を確保するために、径方向寸法の共通性である。この際高さ 寸法はそれほど重要ではないので、必要ならばS−92TMギヤボックスハウジン グの高さ寸法が大きくなっても許容できる。)、動力パッケージ用の機体の境界 部の共通性という設計上の要求、補機の引き出し位置の共通性という設計上の要 求、尾部ロータサブシステムの引き出し位置の共通性という設計上の要求、およ びキャビンへの進入を許容しない排水管の位置の適応性という設計上の要求、が 含まれる。 第2の設計目標は、増強されたパワートレーン系100を増強されたパワート レーン系、すなわちより高い馬力を与える動力パッケージに適応するように構成 することであった。S−92TMHELIBUSTMヘリコプタの各々の増強された 動力パッケージ102A、102Bは(総軸出力が3400HPである場合に各 動力パッケージ毎の軸出力が約1700HPであるSEAHAWK(登録商標) の基本製造モデルヘリコプタの動力パッケージと比較して)417 0HPの総軸出力で約2085HPの軸出力を有している。動力パッケージ10 2A、102Bによって提供される4170HPの総軸出力のうちで利用てきる のは(基本SEAHAWK(登録商標)のパワートレーン系の簡単な遊星系で利 用できる動力が3060HPであることと比較して)約3750HPであるが、 その理由は、尾部ロータの引き出し部134と、補機モジュール引き出し部12 0A、120Bと、油圧駆動引き出し部132を経た動力損失と、摩擦損失等に よるものである。改良形のパワートレーン系100、および特に本発明に従った 積層複合遊星歯車列10は、基本パワートレーン系100′の基本RPM出力に 等しい出力RPMを主ロータ軸106に効率よく結合させつつ、主ロータ106 と、尾部ロータサブシステム108へと、増強された動力パッケージ102A、 102Bによって供給された増大した馬力を連結させるように設計上最適化され ている。設計前述の目標および制約を満たすために改良形のパワートレーン系1 00を設計上最適化することによって、本発明に従った積層複合遊星歯車列10 を搭載した本明細書に記載の改良形パワートレーン系100を、より高い動力パ ッケージで性能が増強されたBLACK HAWK(登録商標)およびSEAH AWK(登録商標)の製造モデルヘリコプタ、すなわち派生モデルに改装するこ とができる。 増強された動力パッケージ102A、102Bの馬力の増大に適応するため、 各入力モジュール110A、110B、すなわち改良形パワートレーン系100 の第1段減速歯車装置114A、114Bの減速比が減少する。すなわち、SE AHAWK(登録商標)製 造モデルヘリコプタの基本入力モジュールの減速比よりも値が小さくなるので( 81/29の値対80/22の値)、2085HPでの各入力モジュール110 A、110Bの出力トルクは、1700HPにおけるSEAHAWK(登録商標 )製造モデルヘリコプタの基本入力モジュールの出力トルクと等しくなる。改良 形のパワートレーン系100の各入力モジュール110A、110BのRPM出 力は、(SEAHAWK(登録商標)製造モデルヘリコプタの基本入力モジュー ルのRPM出力が約5747rpmであるのに対して)約7483rpmである 。 増強された動力装置系100の主ロータ軸106に対して必要なRPM出力は 、約257RPM(これは、基本SEAHAWK(登録商標)の動力装置系10 0′の出力と同等とするためである)。パワートレーン系100の第2段減速歯 車装置128の減速比は、負荷が同じであるので、実際的に基本SEAHAWK (登録商標)パワートレーン系100′の第2段減速歯車装置の減速比と同一で ある。従って、改良形パワートレーン系100の入力モジュール110A、11 0Bの減速比の損失を補償するため、改良形パワートレーン系100の主モジュ ール126の第3段減速歯車装置では減速比を高める必要がある。ここに説明し ている実施例では、主モジュール126の第3段減速歯車装置が必要とする減速 比は、約6.27:1である(基本SEAHAWK(登録商標)パワートレーン 系100の簡単な遊星歯車の場合は、約4.68:1である)。 前述のように、基本BLACK HAWK(登録商標)およびSEAHAWK (登録商標)パワートレーン系100′の第3段減速 歯車装置は簡単な遊星歯車系150からなっている。改良形パワートレーン系1 00用の第3段減速歯車装置の構造は、前述の設計上の制約を受けることに加え て、さらに基本パワートレーン系100′の簡単な遊星歯車系150の構造に起 因する設計上の制約を受ける。特に、改良形パワートレーン系100の第3段減 速歯車装置の固定環状歯車の直径は、基本BLACK HAWK(登録商標)お よびSEAHAWK(登録商標)パワートレーン系100′の簡単な遊星歯車系 150の固定環状歯車154の直径と等しいか、それ未満でなければならない。 説明している実施例では、環状歯車の直径は約65.385cm(25.742 インチ)に等しいか、それ未満でなければならない。更に、改良形パワートレー ン系100用の太陽歯車の直径は、基本BLACK HAWK(登録商標)およ びSEAHAWK(登録商標)パワートレーン系100′の簡単な遊星歯車系1 50の太陽歯車152の直径と等しいか、それより大きくなければならない。説 明している実施例では、太陽歯車の直径は約17.780cm(7.000イン チ)に等しいか、それより大きくなければならない。第3段減速歯車装置と関連 する構造的エンベロープの高さ寸法が増大することは必要ならば許容されるが、 設計上の変更を行わないようにすることが好ましい。しかし、構造的エンンベロ ープの底部はキャビン領域まで進入することはできない。 ここに記載し、図1Aに示した種類の単一段の簡単な遊星歯車列は、増強動力 パッケージ102A、102Bによって得られる約3750HPの増大した出力 と適応させつつ、簡単な遊星歯車列が前 述の設計上の制約には沿えないことを示している。その結果、2段を有する遊星 歯車列を吟味して、改良形パワートレーン系100における第3段減速歯車装置 として適切であるかどうかについて検討した。 総減速比が約6.27:1である2段遊星歯車列の場合、軸受系の寿命の劣化 のため、各段の減速比は実際に約2.5:1に制限された。基本となるSEAH AWK(登録商標)製造モデルの主変速アセンブリは、軸受系の寿命が約349 0時間であるこれに対して、分析するべき2段遊星歯車列のそれぞれの段の軸受 系の寿命はそれぞれ710時間、および640時間であると判定された。これら の数値を検討すると、軸受系の寿命が少なくとも5倍は短縮することが明らかに なる。明らかに、軸受系の寿命のこのような劣化はパワートレーン系の派生モデ ルでは許容し得ないと考えられる。前述の設計上の制約と調和する最大径の軸受 系、すなわちギヤボックスハウジングエンベロープの径方向寸法が吟味されたの で、軸受系の寿命の結果、改良形パワートレーン系100の第3段減速歯車装置 の別の設計を吟味する必要がある。 複合遊星歯車列は単一段の遊星歯車装置を備え、その中に遊星腕出力アセンブ リ内の2個の遊星小歯車がある。複合遊星歯車は一個、または2個の太陽歯車、 および1個、または2個の環状歯車を含んでいるものでよく、これらを全く含ん でいない場合もある。複合遊星歯車列をなす部材の構成に応じて、すなわちどの 部材が駆動入力であり、どれが被動部材であるかに応じて、多様な減速比の実施 例を幅広く選択することが可能である。2段遊星歯車系の代替として、 異なる複合遊星歯車列を評価する際に更に2つの制約が加えられた。すなわち、 全体的な減速比は約6.27:1でなければならず、出力部材の回転方向は入力 部材の回転方向と同じである必要がある。 種々の複合遊星歯車列構造を検討した後、可能な減速比特性を数値的に評価す るために一つの構造を選択した。この複合遊星歯車列構造は単一の太陽歯車(2 段遊星歯車用の2個に対し)、単一の環状歯車(2段遊星歯車用の2個に対し) 、単一の遊星腕出力アセンブリ(2段遊星歯車用の2個に対し)、および24個 の遊星小歯車(2段遊星歯車用の23個に対し)から構成されたものであった。 図2A、2Bは太陽歯車S1が主遊星小歯車P1に入力を送り、環状歯車R2が 副次遊星小歯車P2に作用し、出力が遊星腕出力アセンブリCOAによって送ら れる評価された複合遊星歯車列の構成を示している。各主遊星小歯車P1と、対 応する副次遊星小歯車P2は共通の駆動軸DSによって支持されている。 図2Aと、2Bと、に示した複合遊星歯車の減速比は下記のようにして導出さ れる。すなわち、太陽歯車S1と環状歯車R2からP1/P2のRPMを計算す ると、下記になる。 rpmoutで方程式(1)の両辺を除算しrpmin/rpmoutが減速比に等し いことに留意すると、RRは、 方程式(2)の両辺にP1/S1を乗算して、1を加えると下記になる。 となる。 太陽歯車の直径Dsと主遊星小歯車の直径Dpとの比率を“Ratio”と表 記すると、隣接するつ小歯車の先端が互いに接触する位置を評価することにより 、評価される構成の形状はおよそ次のような相関関係を有する。 遊星小歯車の個数に応じた主遊星小歯車の直径Dpに対する太陽歯車の直径Ds の比率は上記の方程式(4)を用いて表1に記載のとおりに算出される。 表1を吟味すると、主遊星小歯車の個数が増すと、Ds/Dpの比率が増すこと がわかる。逆に、Dp/Dsの比率は主遊星小歯車の個数が増すと減少する。この ように、(重量を軽減し、負荷担持能力を高めるために)複合遊星歯車列で多数 の遊星小歯車を使用したい場合は、上記の方程式4を用いて比率Dp/Dsの実際 的な影響を評価することができる。 例えば、複合遊星歯車列で12個の主遊星小歯車を使用した場合は、比率Dp/ Dsは約0.31である。12個の主遊星小歯車が減速比RR6.27:1であ る複合遊星歯車列の環状歯車R2と副次小歯車P2の寸法に及ぼす影響を判定す るために、6.27であるRRの値と、0.31(P1/S1の場合)であるDp /Dsの値とを方程式4に代入し、次にR2/P2の値について方程式を解く。 この条件でのR2/P2は約17.0である。 約17.0であるR2/P2の必要な数値は、副次遊星小歯車が小さすぎ、そ れにかかる負荷が大きすぎるので、複合遊星歯車列の実際の設計には大きすぎる 。更に、副次遊星小歯車P2の歯幅F(例えば図2Aを参照)は副次遊星小歯車 P2の必要な直径に対して極めて大きくなり、歯幅と副次遊星小歯車P2の直径 は5以上の値と なる。特定の歯車における歯幅と直径(F/D)の比率は、F/Dの値が1.0 より大幅に増大すると発生する歯車のコッキングの悪影響を最小限にするために 通常は1.0ないしそれ未満に抑えられることが専門家には理解されよう。上記 の分析から、減速比RRが約6.27:1であるように構成され、12個の主遊 星小歯車を含む従来形の複合遊星小歯車列は、前記の設計上の制約のもとでは実 用的ではないことが発明者には明らかになった。同様の分析によって、減速比R Rの値が6.27:1であり、10個の主遊星小歯車を含む従来形の複合遊星小 歯車も同様に前記の設計上の制約のもとでは実用的ではないことが明らかである 。 前記の設計上の制約を満たす複合遊星小歯車を提供するため、発明者は図1に 概略を示し、図3から図6に更に詳細に示した積層複合遊星歯車列を開発した。 本発明に従った積層複合遊星歯車列は構造的、機能的に改良形のパワートレーン 系100′の第3段歯車装置として動作するように構成されている。歯車列10 は基本RPM出力を提供しつつ、増強されたエンジンモジュール102Aに適応 するように改良型のパワートレーン系100にとって必要な、例えば前述の実施 例のような6.27:1の減速比をもたらす。本発明に従った積層複合遊星歯車 列10は前述の設計上の制約を満たすものである。 図3を参照すると、本発明に従った積層複合遊星歯車列10は駆動太陽歯車1 2と、この太陽歯車12と相互に作用するN組の主遊星小歯車14(ただしNは 歯車列10の主遊星小歯車14の総数である)と、複数N個の副次遊星小歯車1 6と、対応する主遊星歯車 と14と、副次遊星小歯車16と、の組合わせをそれぞれ支持する複数の複合駆 動軸18と、(例えば変速機のギヤボックスハウジングと固定的に組合わせた) 固定環状歯車20と、共通の遊星腕アセンブリ22とから構成されてい図3に示 すように、副次小歯車16は固定環状歯車20と相互作用し、共通の遊星腕アセ ンブリ22は上部軸受アセンブリ24と、下部軸受アセンブリ26と、によって 複数の複合歯車軸18と回転可能に組合わせて支持されている。共通遊星腕アセ ンブリ22は積層複合遊星歯車列10のトルクと、基本RPM出力と、が高めら れた出力を主ロータ軸106へと結合するようにしている。 積層形小歯車の構成では、比率S1/P1はN組の主遊星小歯車14が互い違 いの、2面式の関係になるように配置されるような比率に選択される。積層形小 歯車の構成に必要なことの一つは、互い違いの、2面式構造で主遊星小歯車14 の離間を等しくするために、主遊星小歯車14の組合わせを規定する数Nが偶数 でなければならないことである。従って、積層複合遊星歯車列のN組の主遊星小 歯車14は図4から図6に例示したようにN/2個の複数の“上部”主遊星小歯 車14Uと、N/2個の複数の“下部”主遊星小歯車14Lとを含んでいる。上 部の主遊星小歯車14Uは第1の回転面30を形成し、下部の主遊星小歯車14 Lは第2の回転面32を形成する。図4から図6を検討すると、上下の複数の主 遊星小歯車14U、14Lはそれぞれの回転面30、32内で等しい離間とされ ており、各々の上部遊星小歯車14Uは下部主遊星歯車14Lに密接して対 称的に重なり合っていることがわかる。 図4を参照すると、主遊星小歯車14U、14Lは(選択された比率S1/P 1に基づき)歯面の直径Dpによって規定される。各々の上部主遊星小歯車14 Uを支持する複合駆動軸18のセグメントの直径Du(図4から図5を参照)は 積層形小歯車の構想では決定的に重要な寸法である。上記支持セグメントの直径 Duは外径Dpによって規定され、各々の密接して隣接する下部主遊星小歯車1 4Lの歯面の、重複するそれぞれの上部主遊星小歯車14Uを支持する共通の駆 動軸18に対する離間が最小限になるように選択されている。(参照符号14L −1および14L−2が密接して隣接する下部主遊星小歯車を示し、参照符号1 8−1が、重複する上部主遊星小歯車14−1を支持している複合駆動軸受セグ メントを示している図5を参照。) 図4から図5には更に、各々の下部遊星星小歯車14Lを支持する複合駆動軸 18−2のセグメントの直径D1も示されている。複合駆動軸18−1、18− 2の支持セグメントの直径Du、D1を変更できるので、本発明の積層複合遊星 歯車列10は上下の主遊星小歯車14U、14Lを支持するためのN/2個の複 数の第1複合駆動軸18−1と、N/2個の複数の第2複合駆動軸18−2とを 含んでいる。副次遊星小歯車16を支持する第1の複合駆動軸18−1と、第2 の複合駆動軸18−2とは同じ構造であるとともに、福次遊星歯車16はその形 状が同一とされている。好ましくは、各々の上部主遊星小歯車14Uと、複合駆 動軸18−1と、副次遊星小歯車16との組合わせと、各々の下部主遊星小歯車 14Lと、複 合駆動軸18−2と、副次遊星小歯車16との組合わせは一体部品として例えば 機械加工で製造される。 図3の例は、上下の主遊星歯車14U、14Lが双方が2面式の関係にあるこ とにより、太陽歯車12と離れた別個の複数の相互作用ゾーンを形成しているこ とを示している。図5を参照すると、上部主遊星小歯車14Uは相互作用ゾーン 34で太陽歯車12と相互作用し、一方、下部主遊星小歯車14Lは相互作用ゾ ーン36内で太陽歯車12と相互作用する。これに対して、従来形の複合遊星歯 車列の場合は、全ての主遊星小歯車が共通の相互作用ゾーンで太陽歯車と相互作 用する。 本発明に従った積層複合遊星歯車列10の実施例では、従来形の複合遊星歯車 と比較して大幅に大きいDp/Ds比を達成可能である。主遊星小歯車14の個数 が12であるここに説明してきた積層複合遊星歯車列10の実施例では、前述の 従来形のDp/Dsの比率が0.31であるのに対して、Dp/Dsの比率は53/7 9=0.67である。本発明の積層複合遊星歯車列10のDP/Dsの比率が0. 67であることに基づき、比率R2/P2の値を算定するために式(4)を用い ることができ、その値は8.1である。8.1の値である比率R2/P2は副次 遊星小歯車と、複合遊星歯車列の固定環状歯車と、の構造で達成できる実際的な 設計を示している。このような実際的な設計は、ここに説明し、図示している積 層複合遊星歯車列10において実施されている。 図4と、図6と、を参照すると、密接して隣接する軸受アセンブリ24の外径 と妨害しあうので、上部軸受アセンブリ24の許容さ れる外径が限定されることを示している。このような限定を設けても、12個の 主遊星小歯車14と、10個の主遊星小歯車14をそれぞれ有する積層複合遊星 歯車列10のそれぞれの実施例では、軸受系はそれぞれ約2100時間、および 約3000時間の寿命を達成できた。 ここに説明し、図示してきた積層複合遊星歯車列10の実施例は12個の主遊 星小歯車14を備えており、そのうちの6個が上部主遊星小歯車14U、6個が 下部主遊星小歯車14Lであり、互い違いの2面式の関係で配置されている。本 発明の積層複合遊星歯車列10の特定の設計上の制約に応じて、N組の主遊星小 歯車14は12未満、または12以上の偶数のN個の下遊星小歯車14からなる ことができることが専門家には理解されよう。 上記の教示内容に鑑み、これまで説明し、図示してきた本発明は多様に修正、 および変更できる。従って、添付の請求の範囲の範囲内で、本発明をここに記載 した以外にも実施できることが理解されよう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),AM,AT,AU,BB,B G,BR,BY,CA,CH,CN,CZ,DE,DK ,ES,FI,GB,GE,HU,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LK,LT,LU,LV,MD,M G,MN,MW,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SI,SK,TJ,TT,UA,UZ, VN (72)発明者 キッシュ,ジュールズ ジー. アメリカ合衆国,コネチカット 06460, ミルフォード,イースト ブロードウェイ 749

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.積層複合遊星歯車列において、 駆動太陽歯車と、 前記太陽歯車と相互作用するN組の主遊星小歯車であって、Nは前記組内の主 遊星小歯車の数を規定し、前記N組は、 第1のN/2個の複数の上部遊星小歯車と、 第2のN/2個の複数の下部遊星小歯車とを含み、 前記上下の主遊星小歯車が互い違いの2面式に配置されている主遊星小歯車と 、 複数N個の副次遊星小歯車と、 主遊星小歯車と副次遊星小歯車のそれぞれを支持する複合駆動軸と、 前記複数の副次遊星小歯車と相互作用する固定環状歯車と、 前記複合駆動軸と回転可能に組合わせて配置され、前記積層複合遊星歯車列の 出力を供給するように動作する遊星歯車腕アセンブリ、 とから構成したことを特徴とする積層複合遊星歯車列。 2.Nが偶数であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の積層複合遊星歯 車列。 3.Nが12に等しいことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の積層複合遊星 歯車列。 4.複数個の上部軸受アセンブリと、複数個の下部軸受アセンブリとを更に備え 、前記複数個の上下の軸受アセンブリは組合わせて、前記複合駆動軸と回転式に 組合わせた前記遊星歯車腕アセンブリを支持することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の積層複合遊星歯車列。 5.前記複数N/2個の上部主遊星小歯車の一つを支持する各々の複合駆動軸は 、前記複合駆動軸と互いに密接して隣接する下部主遊星小歯車の周辺との隙間が 最小になるような直径を有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の積層 複合遊星歯車列。 6.主ロータ軸を有するヘリコプタ用のパワートレーン系において、 増強された動力装置系から動力を受け、第1段減速歯車装置を含む入力モジュ ール手段と、 前記第1段減速歯車装置と組合わせて機械的に結合され、そこからの動力を受 ける第2段減速歯車装置と、前記第2段減速装置と組合わせて機械的に結合され 、そこからの動力を受ける駆動軸とを含む主変速機アセンブリと、 前記駆動軸と組合わせて機械的に結合され、それによって駆動される、駆動装 置として機能する太陽歯車と、 前記太陽歯車と相互作用するN組の主遊星小歯車であって、Nは前記組内の主 遊星小歯車の数を規定し、前記N組は、 第1のN/2個の複数の上部遊星小歯車と、 第2のN/2個の複数の下部遊星小歯車とを含み、 前記上下の主遊星小歯車が互い違いの2面式に配置されている主遊星小歯車と 、 複数N個の副次遊星小歯車と、 主遊星小歯車と副次遊星小歯車のそれぞれを支持する複合駆動軸と、 前記複数個の副次遊星小歯車と相互作用する固定環状歯車と、 前記複合駆動軸と回転式に組合わせて配置され、前記積層複合遊星歯車列の出 力をヘリコプタの主ロータ軸へと供給するように動作する遊星歯車腕アセンブリ 、とから構成したことを特徴とするパワートレーン系。 7.Nが偶数であることを特徴とする請求の範囲第6項に記載のパワートレーン 系。 8.Nが12に等しいことを特徴とする請求の範囲第7項に記載のパワートレー ン系。
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