JPH10501322A

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

Info

Publication number: JPH10501322A
Application number: JP8500861A
Authority: JP
Inventors: ジー．キッシュ，ジュールズ
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 1998-02-03
Also published as: CN1070443C; CA2191231A1; DE69506402T2; CN1149277A; EP0760777A1; DE69506402D1; AU2431795A; RU2145396C1; US5472386A; CA2191231C; WO1995032895A1; EP0760777B1; BR9507769A

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１０２Ａ、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、１０２Ｂ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、１０２Ｂ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１２８Ａ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１０６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１００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１０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１３４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ＢＬＡＣＫＨＡＷＫ（登録商標）およびＳＥＡＨＡＷＫ（登録商標）ヘリコプタ（ＢＬＡＣＫＨＡＷＫおよびＳＥＡＨＡＷＫ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−９２^TMＨＥＬＩＢＵＳ^TM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−６０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−９２TMＨＥＬＩＢＵＳ^TMヘリコプタの改良形のパワートレーン系１００の構造を、ＢＬＡＣＫＨＡＷＫ（登録商標）およびＳＥＡＨＡＷＫ（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−９２^TM 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ＢＬＡＣＫＨＡＷＫ（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−９２^TM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−９２^TMＨＥＬＩＢＵＳ^TM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）４１７０ＨＰ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１０２Ａ、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１２０Ａ、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１００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ＢＬＡＣＫＨＡＷＫ（登録商標）およびＳＥＡＨＡＷＫ（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、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１１０Ａ、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１００′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、１１０Ｂ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ＢＬＡＣＫＨＡＷＫ（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１００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ＢＬＡＣＫＨＡＷＫ（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ＢＬＡＣＫＨＡＷＫ（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ＳＥＡＨＡＷＫ（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３４９０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。ｒｐｍ_outで方程式（１）の両辺を除算しｒｐｍ_in／ｒｐｍ_out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Ｄ_s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Ｄ_pに対する太陽歯車の直径Ｄ_s 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、Ｄ_s／Ｄ_pの比率が増すことがわかる。逆に、Ｄ_p／Ｄ_s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Ｄ_p／Ｄ_s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Ｄ_p／Ｄ_s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Ｄ_p ／Ｄ_s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ＲＲ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１２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１６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１４Ｌ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/Ｐ１に基づき）歯面の直径Ｄ_pによって規定される。各々の上部主遊星小歯車１４Ｕ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Ｄ_p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１４Ｌ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１８−１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Ｄ_p／Ｄ_s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Ｄ_p/Ｄ_sの比率が０．３１であるのに対して、Ｄ_p/Ｄ_sの比率は５３／７９＝０．６７である。本発明の積層複合遊星歯車列１０のＤ_P/Ｄ_s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，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，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

【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。