JPS63145823A

JPS63145823A - 固定用部材

Info

Publication number: JPS63145823A
Application number: JP62227516A
Authority: JP
Inventors: マイケル、ジョン、ブラー
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1987-09-10
Publication date: 1988-06-17
Also published as: US4798406A; FR2603668A1; GB2194999A; GB8621739D0; DE3729885A1; GB2194999B; IT8721777A0; IT1222581B

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はカップリングの改良に係り、より詳細には、高
速回転する２個の構成部材を、上記構成部材及び固定用
部材に摩擦係合する装置を用いて、保持する固定部材に
関する。

さらに詳細には、本発明は、英国特許第１．３９３，２
５７号に記載された固定部材に使用するカップリングに
関する。

〔従来技術及びその問題点〕

上記英国特許に記載されたカップリングは摩擦型の固定
用リングを採用し、この固定用リングは第１の構成部材
と第２の構成部材との間に設けられた半径方向の間隙の
中にある。上記リングの一つの応用例においては、上記
一方の構成部材はシャフトであり（例えば、コンプレサ
をタービンのロータに結合させるタービン装置のシャフ
トであり）、上記他方の構成部材は各種の組立体を上記
シャフトに螺合により支持するナツトである。上記摩擦
型の固定用リングは環状部材から成り、この環状部材の
形は「不完全な円」である（この環状部材は半径方向に
完全な縦割り形であっても、或いは、半径方向に完全な
縦割り形であっても差し支えない）。これは、別の言葉
で表現すれば、上記固定用リングが、半径方向外側にあ
る構成部材と半径方向外側にある構成部材とによって取
り囲まれ、上記半径方向外側の構成部材が上記固定用リ
ングの周縁を離間して取り囲む範囲に上記固定用リング
が接触し、上記半径方向内側の構成部材が上記固定用リ
ングの周縁を離間して取り囲む範囲に上記固定用リング
が接触する構造であるということができる。上記構成部
材を、上記固定用リングと２個の構成部材との摩擦係合
により、結合させることによって、偶発的に外れない構
造にすることができる。

上記特許明細書に記載されたタイプのカップリングは、
ロールスロイス社が製造する航空機用ガスタービンエン
ジンに広く採用され、異なる状況の下で使用しても、全
て、満足し得る作動をしている。

ガスタービンエンジンの開発は、シャフトの速度が現用
のエンジンよりも大きいエンジンに向かっており、この
傾向は当然であるといえよう。上記英国特許に基づく摩
擦型固定リングは、低速、又は、静的条件のしたでは良
く作動するが、高速では摩擦固定作用が消失する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高速回転時に上記摩擦型固定リングに
加わえらる高速回転による大きい遠心力の利用度を高め
、又は、少なくとも、上記結合固定を行うべき構成部材
が固定用リングに加える摩擦固定力を消失させないこと
にある。

〔発明の概要〕

本発明に基く固定用部材は、複数のレバーを形成するよ
うな形状、構造、及び、配置であり、上記固定用部材に
加えられる遠心力を利用して上記摩擦固定を維持するの
に有用である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図によって詳細に説明する。

Ａ図に従来公知の固定用リング１０を示す。この固定用
リング１０は多角形の縦割形リングに類似する構造であ
る。この固定用リングは、作動時に、上記シャフト１２
の外面とナツト１４の周縁の内面との間にあり、このナ
ツト１４は上記シャフトに螺合される。上記リングはほ
ぼ同じ長さの複数のアーム状部分１６を有する。この複
数の隣接するアーム状部分は、交差することにより、上
記ナツト１４の内面との接触点を形成し、上記アーム状
部分１６は上記アーム状部分の交差部分の間のほぼ中央
部で、上記シャフトに接触する。

上記固定用リング１０は、上記シャフトが回転しない時
、或いは、その中心軸線を中心として低速回転する時に
は、充分満足するに足る作用を行う。

Ａ図に示すタイプのリングは、上記ロータ組立体を結合
固定するナツトの緩みを防止するために、上記ガスター
ビンエンジンのシャフトに広く使用される。

図から判るように、上記リングは、代表的な寸法のリン
グを有するシャフトの高速回転時に、上記アーム状部分
に加えられる遠心力によって、上記シャフトを掴まない
状態になり、そのために、そのナツトが外れ、そのシャ
フトが破壊するに至る危険がある。

このＡ図に示すタイプの固定用リングについて検討する
。この固定用リングが１２のアーム状部分を有し、この
固定用リングと上記シャフトとの干渉量が０．０８ｍｍ
（０，００３インチ）であると仮定する。これは、別の
言葉で表現すれば、上記アーム状部分の中央部が０．０
８ｍ＋＋（０，００３インチ）歪むことである。各アー
ム状部分は、静的状態の下では、両端が嵌め込まれた梁
のようなものと見ることができ、上記固定用リングとシ
ャフトとの各接触点における中心部に負荷Ｗが加えられ
、その歪みδは、次式δ＝ｗ−Ｌ”／１９２ＥＩによって表される。

ここに、Ｌは上記ビームの長さであり、Ｅは上記固定用
リングの材料の弾性ヤングスモジュラス、■は上記固定
用リングの範囲の第２のモーメントである。

（上記固定用リングの断面が矩形の部分の第２のモーメ
ントは次式％式％によって表される。ここに、ｂは上記断面の軸線方向の
長さくその代表的な値は３．０ミリメートル（０，１２
０インチ）であり、ｄは上記断面の半径方向の長さくそ
の代表的な値は２．０ミリメートル（０，１２０インチ
）である。これについては第４図を参照されたい。）故に、上記固定用リングの範囲の第２のモーメントは、１＝　（０，１２０Ｘ０．０８０３／１２−５．１２Ｘ
１０−６インチ４である。

上記固定用リングの材料のヤングスモジュラスＥが３０
×１０６で代表され、上記ビームの長さがＬ＝１，０イ
ンチ（２５，４ミリメートル）であるとすれば、上記負
荷ＷはＷ＝δ１９２ＥＩ／Ｌ” ＝０．００３ｘ１９２−　（３０ｘｌＯ６）Ｘ　（１，
０”）５．１２Ｘ１０６となる。故に、上記負荷Ｗは、ｗ＝４０．１３キログラム（８８，４７ポンド）となる。

例えば、１２個のビームを有するリングに対して半径方
向に加えられる固定のための負荷は１．２Ｘ４０．１３
キログラム（１２ｘ８８．４７ポンド）である。

ここに、ｆを応力、ｙを上記断面の中立の軸線からの距
離、Ｍを曲げモーメント、■を上記断面の部分の第２の
モーメントとすれば、上記応力ｆ及び、曲げモーメント
Ｍは、次式、ｆ−Ｍｙ／ＩＭ−ｗＬ／３によって求めることができる。

故に、ｆ＝（８８，４７Ｘ１．０）Ｘｏ、０８／　（８Ｘ２）
Ｘ　（５，１２Ｘ１０’）故にｆ−８６，３９６ポンド毎平方インチとなる。

故に、上記応力ｆは、ｆ−３８，５７）ン毎平方インチとなる。

次に、上記シャフトが回転し、その遠心力による負荷が
上記固定用リングに加えられる動的状態について検討す
る。

上記ビームが遠心力によって均一な負荷（ＵＤＬ）を加
えられ、両端が嵌め込まれた状態になった時の、このビ
ームの中央の歪みは、次式、δ−ｗＬ’　／３８４Ｅ　
１によって表される。ここで、Ｗを各ビームの単位長さ当
りの遠心力とすれば、この遠心力Ｗは次式、ｗ−０，０
０３Ｘ３８４Ｘ　（３０Ｘ１０６）Ｘ　（５，１２Ｘ１
０’）／１．０’ で表される。故に、この遠心力Ｗはｗ＝１７６．９５フイ一ト毎インチとなる。

上記遠心力によって生じる歪みが上記干渉に等しい場合
には、この歪みが発生する上記速度は、次式、遠心力＝（ｍｒ／ｇ）ω２によって表されるので、計算で求めることができる。

ここに、ｍは各アーム状部分の質量、ｒは各アーム状部
分のスパンの中央で直角□に計った半径方向の距離、ω
はその角速度である。

従って、１７６．９５−　（０，００２８８／３２．２）Ｘ　（
１，８３／１２）ｘω２となる。

故に、 ω−３６０１，８ラジアン／秒＝３４，３９５回転毎秒となる。

これから判るように、上記シャフトがこの速度で回転す
る場合には、全ての締付けトルクが消失する。

さらに、最大の応力は、各ビームの各端部に発生する。

仮に、応力ｆが、ｆ−Ｍｙ／Ｉであり、曲げモーメントＭが、Ｍ＝−ｗＬ２／１２である場合には、上記パラメータを用いる計算により、
上記応力ｆは、ｆ＝５１．４３）ン毎平方インチとなる。

仮に、各アーム状部分の中央における曲げモーメントＭ
が、次式、Ｍ＝ｗＬ２／２４で表されるとすれば、各アーム状部分の中央部における
応力は、２５．７１トン毎平方インチである。

以上の説明によって明らかなように、摩擦による固定の
トルクの総和の損失を、上記固定用リングを強靭にする
装置、又は、上記干渉整合を増大させる装置を用いて防
止しようとすれば、上記固定用リングが上記シャフトに
加える表面の応力が増大する。上記応力は既に大きくな
っており、この応力を上記のようにさらに増大させれば
、上記シャフトは損傷する。

第１図に本発明に基く構造の固定用リング２０を示す。

この固定用リング２０をＡ図の固定用リングと比較すれ
ば、材料、断面形状、干渉整合、及び、全体寸法が同一
である。

上記第１図の固定用リングがＡ図に示す固定用リングと
相違する点は、上記第１図の固定用リングが８個の第１
のアーム状部分２２．　２２．・・・を有し、この第１
のアーム状部分２２が第２のアーム状部分２４，２４．
・・・によって分離され、この第２のアーム状部分２４
が上記第１のアーム状部分より短く、クランク結合され
ていることである。

隣接する第２のアーム状部分がクランク結合され、この
第２のアーム状部分に第１の各アーム状部分２２がクラ
ンク結合され、この第１の各アーム状部分２２が対称形
のルバー２５（第３図）を構成する。

上記計算から、上記各アーム状部分２２とシャフト２８
との間の静的負荷は約４０．１３キログラム（約８８．
４７ポンド）であることが判る。

（この値は概略の値である。その理由は、上記アーム状
部分２２は、その端部が最早支持されないからである。

この支持がなくなるのは、上記アーム状部分が対称形で
なくなり、上記アーム状部分２４が強くなり、従って、
点すを中心として成る程度回転するからである）。この
ような状態では、上記負荷の総和は約３２１．０４キロ
グラム（約７０７．７６ポンド）である。この静的負荷
の他に、さらに、図に示す８箇所の各点（ａ、　　ａ、
・・・）における静的負荷が存在する。必要に応じて、
上記組み合わされた静的負荷と、Ａ図の固定用リングに
示す組み合わされた静的負荷とを等しくするように、上
記固定用リングの形状を選定することもできる。

次に、上記シャフトが毎秒３４，３９５回転の速度で回
転する場合に於ける、第１図の固定用リングについて検
討する。この固定用リングが第３図のような形状を有し
、密度が３０．１０キログラム毎立方センチメートル（
６６，３６ポンド）であるとすれば、位置ａ−ｂ−ｃに
対する遠心力Ｗは次式％式％）従って、この回転速度により、上記静的条件の下で、上
記固定用リングが位置（ａ）において、上記シャフト２
８に加える負荷は、次式１式％）従って、点Ｃにおける固定のための負荷の損失は、静的
条件下で位置（ａ）において負荷が常に取る値から３１
．．０１キログラム（６８，３６ポンド）まで増加する
ために偏る。（上記点Ｃでは、回転速度が毎秒３４３９
５回転である場合には、上記負荷が４０．１３キログラ
ム（８８，４７ポンド）からゼロになるまで減少する）上記損失が、高速時に、位置（ｃ）で、これ以上大きく
なることはない。その理由は、間隙があるからである。

しかしながら、位置（ａ）における接触負荷は、上記固
定用リングが降伏するまで増加する。上記アーム状部分
ａ−ｂの長さと上記アーム状部分ｂ−ｃとの長さの比率
は、固定用トルクを所要の速度範囲全体に亘って増加さ
せるように、調節することができる。

次に、シャフトに対する接触応力が小さく、高速で回転
する固定用リング２０を第５図に基づく構造とする場合
の、各レバーの支点（点ｂ）における降伏について検討
しなければならない。

第５図において、上記固定用リングの第１のア一ム状部
分２２はそれぞれ、組立体の点（ａ）及び（ｃ）におけ
る接触応力を小さくするために細めに作られるが、上記
第２のアーム状部分は点（ｃ）における曲げ強度を小さ
くする形状である。

上記固定用リングの断面形状は上記固定用リングの周縁
の周囲で変化させることができる。図から判るように、
上記固定用リングの支点（点ｂ）における断面積は、上
記第１のアーム状部分及び第２のアーム状部分２２．２
４が上記シャフト２８に接触する点（ａ）及び（ｃ）に
おける断面積より大きい。

作動時に、上記第１図及び第５図に示す固定用リングは
、上記シャフト２８とナツト２９（第２図）との間の半
径方向の間隙に配設される。上記固定用リングの組込み
を容易にするため、及び、干渉係合を確実にするために
、上記固定用リングの直径を上記シャフト２８の直径よ
り小さくし、上記シャフト２８に円錐形部分３０を設け
る。この円錐形部分３０は上記固定用リングを拡げ易く
するためのものである。各レバー２５の上記アーー　２
〇　− ム状部分２２の質量と、このアーム状部分２？の上記支
点を中心とするモーメントとの積は、上記アーム状部分
２４の質量と、このアーム状部分２４の上記支点を中心
とするモーメントとの積より大きい。従って、上記シャ
フト２８が回転して上記アーム状部分２２に遠心力を与
え、この遠心力が、上記レバー２５を上記支点（点ｂ）
を中心として揺動させ、上記アーム状部分２４を上記シ
ャフト２８に接触するように押し付ける。上記支点は上
記ナツト２９に接触して、このナツト２９の回転を防止
する。

上記各図では、上記アーム状部分がほぼ真っ直ぐな形状
であるように示したが、実際には、このほぼ真っ直ぐな
形状にする必要はなく、上記支点の間の中央部で上記シ
ャフト２８に接触するように、弧の形にしても差し支え
ない。

以上説明した実施形態においては、上記固定用リング２
０は複数の対を為すアーム状部分２２゜２４を有し、こ
のアーム状部分２２．２４は一つの部材を形成する。上
記固定用リングに曲げの力が加えられる場合にば疲労と
いう好ましくない問題が発生するが、これに対しては、
他の構造にすることにより対処することができる。すな
わち、上記固定用リング２０を点（ａ）、（ｃ）で、上
記固定用リングを第６図に示すような形のセグメントに
切ることができる。このセグメント２０（ａ）、２０　
（ｂ）は第１図又は第５図に示した形に類似する形状に
組み立てられる。上記各セグメントを組み立てる時には
、組立て後に、このセグメントが共通の支持ケージ３４
の中で、上記短いアーム状部分２４を、これに隣接する
短いアーム状部分２４に、それぞれ突き当て得るように
、上記各セグメントを相互に相対的に配設する。

上記セグメントはスピンドル３°０に緩く取り付けられ
、このスピンドル３０は壁体３２によって支持され、こ
の壁体３２は上記環状のケージ３４の軸線方向を向く。

上記ケージの外縁壁及び内縁壁３６．３８は開口部を有
し、この開口部は上記セグメント２０ａ、２０ｂ、２０
ｃを通すことができる。上記スピンドルは上記セグメン
ト２０ａ。

２０ｂ、２０ｃのオーバーサイズの穴の中に入る。

これは、上記各セグメントが上記支点（ｂ）を中心とし
て揺動できるようにするためである。

【図面の簡単な説明】

Ａ図は本発明に基かない従来周知の形状の固定用部材の
説明図、第１図は本発明に基く構造の固定用部材のい凸
の形状の説明図、第２図は２個の構成部材を結合固定す
る位置にある第１図の固定用部材の説明図、第３図は第
１図の固定用部材のレバー、及び、本発明に基く構造の
固定用リングの代表的な一組の寸法の説明図、第４図は
第１図及び第３図のリングの断面図、第５図は本発明に
基く第２の形状の固定用リングの説明図である。１０・・・耕地の固定用部材、１２．１４・・・レバー
、２０・・・本発明に基く固定用部材、２２・・・第１
のアーム状部分、２４・・・第２のアーム状部分、２５
・・・レバー、２８−・・シャフト１，２９・・・ナツ
ト、（ａ）・・・接触位置、（ｂ）・・・支点、（ｃ）
・・・接触位置。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄Ｆｉｇ、　７゜ｈり・２・図面の浄書（内容に変更なし）Ｆ々、２手続補正書坊均昭和６２年１２月２４日

Claims

【特許請求の範囲】１、半径方向内側の構成部材と半径方向外側の構成部材
との間隙に挿入され、上記半径方向内側の構成部材及び
半径方向外側の構成部材と共に回転し、上記構成部材の
相対的回転運動を限定することを目的とする固定用部材
において、上記固定用部材（２０）は複数のレバー（２
５、２５、…）を有し、上記レバー（２５）は上記構成
部材（１２、１４、２８、２９）の回転軸線の周囲に配
設され、各レバー（２５）は第１のアーム状部分及び第
２のアーム状部分（２２、２４）を有し、上記アーム状
部分の内の一方のアーム状部分は上記他方のアーム状部
分に対して傾斜し、これにより、上記アーム状部分（２
２、２４）が交差して支点（ｂ）を形成し、上記各レバ
ー（２５）の支点（ｂ）は、使用時に、上記外側の構成
部材（１４、２９）の内側を向く面に接触するように配
設され、上記アーム状部分（２２）は、使用時に、上記
支点（ｂ）の間の離間した周縁の部分で、上記内側の構
成部材（１２、２８）の外側を向く面に接触する形状で
あり、上記各レバー（２５）の第１のアーム状部分（２
２）の質量と、上記各支点（ｂ）を中心とする上記各レ
バー（２５）の第１のアーム状部分（２２）のモーメン
トとの積は、上記各レバー（２５）の第２のアーム状部
分（２４）の質量と、上記各レバー（２５）の第２のア
ーム状部分（２４）のモーメントとの積より大きく、上
記各レバー（２５）の第１のアーム状部分（２２）の質
量と、モーメントとの積を、上記第２のアーム状部分（
２４）の質量とモーメントとの積より大きくするのは、
使用時に、上記各アーム状部分（２２）に作用する遠心
力が、上記レバー（２５）を、その各支点（ｂ）を中心
として揺動させ、これにより、上記第２のアーム状部分
（２４）を、半径方向内側に、上記内側の構成部材（１
２、２８）に係合させるためであることを特徴とする固
定用部材。２、半径方向内側の構成部材と半径方向外側の構成部材
との間隙に挿入され、上記半径方向内側の構成部材及び
半径方向外側の構成部材と共に回転し、上記構成部材の
相対的回転運動を限定することを目的とする固定用部材
において、上記固定用部材はリング（２０）を有し、上
記リング（２０）は複数のレバー（２５）を形成する形
状であり、上記レバー（２５）は上記リング（２０）の
周縁を取り囲むように上記リング（２０）に結合され、
各レバー（２５）は第１のアーム状部分及び第２のアー
ム状部分（２２、２４）を有し、上記アーム状部分の内
の一方のアーム状部分は上記他方のアーム状部分に対し
て傾斜し、これにより、上記アーム状部分（２２、２４
）が交差して支点（ｂ）を形成し、使用時に、上記各レ
バー（２５）の支点（ｂ）は上記外側の構成部材（１４
、２９）の内側を向く面に接触する位置にあり、上記ア
ーム状部分（２２）は、使用時に、上記支点（ｂ）の中
間部のリング（２０）の離間した周縁の部分で、上記内
側の構成部材（１２、２８）の外側を向く面に接触する
形状であり、上記各レバー（２５）の第１のアーム状部
分（２２）の質量と上記各支点（ｂ）を中心とする上記
各レバー（２５）の第１のアーム状部分（２２）のモー
メントとの積は、上記各レバー（２５）の第２のアーム
状部分（２４）の質量と上記各レバー（２５）の第２の
アーム状部分（２４）のモーメントとの積より大きく、
上記各レバー（２５）の第１のアーム状部分（２２）の
質量とモーメントとの積を、上記第２のアーム状部分（
２４）の質量とモーメントとの積より大きくするのは、
使用時に、上記各アーム状部分（２２）に作用する遠心
力が、上記レバー（２５）を、その各支点（ｂ）を中心
として揺動させ、これにより、上記第２のアーム状部分
（２４）を、半径方向内側に、上記内側の構成部材（１
２、２８）に係合させるためであることを特徴とする固
定用部材。３、上記リング（２０）の断面は、その円周がほぼ均一
な形状であることを特徴とする第２項に記載の固定用部
材。４、上記リング（２０）の断面は、その円周が変化し、
各支点（ｂ）と、少なくとも、上記第１のアーム状部分
及び第２のアーム状部分（２２、２４）が上記内側の構
成部材（１２、２８）に接触する範囲（ｃ）で、最大に
なることを特徴とする第２項に記載の固定用部材。５、上記リング（２０）は、その周囲を取り囲む範囲が
縦割りの形であることを特徴とする第２項に記載の固定
用部材。６、各レバー（２５）の第２のアーム状部分（２４）は
、使用時に、上記内側の構成部材（１２、２８）に接触
する範囲で、連結されることを特徴とする第２項に記載
の固定用部材。７、各アーム状部分（２２、２４）は、上記支点（ｂ）
と、上記各アーム状部分（２２、２４）が上記内側の構
成部材（１２、２８）に接触する部分との間で、ほぼ真
っ直ぐな形状であることを特徴とする第１項又は第２項
に記載の固定用部材。８、上記第１のアーム状部分（２２）は上記第２のアー
ム状部分（２４）より長いことを特徴とする第１項又は
第２項に記載の固定用部材。