JPS6349088B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に可撓継手、特に駆動部材から被
駆動部材にトルクを伝達する可撓継手に関する。

可撓高速連結シヤフトは推進系統と組合せて軸
トルクを負荷に伝達するのによく用いられる。例
えば、かゝるシヤフトを船用または工業用ガスタ
ービンエンジンの動力タービンと組合せて、トル
クを例えば船のプロペラシヤフト減速装置または
ポンプの羽根車シヤフトに伝達する。可撓性高速
連結シヤフトがこのような用途に有利であるの
は、このシヤフトが推進系統と減速装置間の軸線
方向平行心違いおよび角度不整合のような位置決
め不整合を補償する一方、軸トルクを負荷に伝達
し、軸線方向負荷を減摩スラスト軸受に適合可能
な範囲に限定するからである。

現在船用ガスタービン推進系統と組合せて用い
られているこのような従来の可撓高速連結シヤフ
トでは、スペーサの前端、即ち駆動端は、駆動部
材に取付けられた二重デイスク可撓継手によつて
支持されている。スペーサの後端、即ち被駆動端
は、被駆動部材に取付けられた第２二重デイスク
可撓継手によつて支持されている。ピストンリン
グ制動アセンブリを後部可撓継手に連結して軸線
方向撓みを抑制し、撓み防止リングを各継手のま
わりに円周方向に配置して半径方向衝撃負荷によ
る撓みを限定する。このような可撓高速連結シヤ
フトばね―質量システムの軸線方向共振周波数は
継手の軸線方向ばね率および継手で支持されるス
ペーサの重量の函数であり、一般に18〜25Hzの範
囲にある。

上述した可撓高速連結シヤフトは現在の航洋船
で満足な性能を呈するが、主として浅瀬を走るよ
うに設計された船に用いるには無理があることを
確かめる。このような浅水船のプロペラは航洋船
のプロペラと比較して直径が小さく、スクリユ回
転速度が速い。プロペラが一層小さくかつ高速で
あると、その結果ブレード通過周波数が従来の可
撓高速連結シヤフトばね―質量システムの臨界的
軸線方向共振周波数範囲に近づきその範囲内に入
る。その上、従来のピストンリング式軸線方向撓
み制動アセンブリが摩耗し、これによりアセンブ
リが最終的に無効になることを確めた。

本発明の可撓継手は、第１および第２ダイヤフ
ラム部材およびこれらの間に位置する環状可撓性
連結部材を具える。可撓性連結部材は１対の半径
方向延在デイスクを含む。第１デイスクは第１ダ
イヤフラム部材に連結され、第２デイスクは第２
ダイヤフラム部材に連結される。可撓継手の軸線
方向剛性を増加するとともに心違い許容能力を保
持する手段、例えばタイボルトを設ける。

本発明を具体的に説明するために、以下に図面
を参照しながら本発明の実施例を示す。図面中の
同一符号は同一部品を示す。

第１図に本発明の１実施例を組込んだ駆動シヤ
フト、即ち可撓性高速連結シヤフトを１０で示
す。本例ではシヤフト１０は、船用ガスタービン
エンジン（図示せず）の動力タービン出力シヤフ
トから前部アダプタ部材６０を介して受取るトル
クを、部材１３を介して浅水船のプロペラシヤフ
ト減速装置（図示せず）に伝達する作用をなす。
しかし、本例でのシヤフトのこのような特定用例
は本発明を限定せんとするものではなく、本発明
は他の任意適当な用途と組合せて、例えば他の任
意適当な推進系統、例えばデイーゼルエンジンと
組合せて、または他の任意適当な末端用途、例え
ばポンプの羽根車シヤフトにトルクを与える用途
と組合せても等しく使用できる。

シヤフト１０は環状スペーサ（distancepiece）
１２を具え、このスペーサ１２は前端および後端
で可撓継手１４および１６により支持されてい
る。なお、ここで「前方」は図面で見て左方、
「後方」は右方の方向を意味する。

後部可撓継手１６は前述した従来の二重デイス
ク可撓継手の代表的なもので、可撓性連結部材１
８を具え、ここから１対の環状デイスク２０およ
び２２が半径方向外方に延在する。第１デイスク
２０の半径方向外端に設けられた環状フランジ２
４は、複数対のボルト２６およびロツクナツト２
８（図示の便宜上１対のみを図示）によりスペー
サ１２の後端に設けられた半径方向延在環状フラ
ンジ３０に連結されている。同様に、第２デイス
クの半径方向外端に設けられた環状フランジ３２
も、複数対のボルト３４およびロツクナツト３６
（同じく１対のみを図示）により環状後部アダプ
タ部材４０の前端に設けられた半径方向延在環状
フランジ３８に連結されている。一方後部アダプ
タ部材４０は部材１３を介して船のプロペラシヤ
フト減速装置（図示せず）に連結されている。

環状撓み防止リング４２もボルト３４およびロ
ツクナツト３６により後部アダプタ部材４０に連
結されている。撓み防止リング４２の環状リツプ
４４は後部アダプタ部材４０から軸線方向前方へ
スペーサフランジ３０および後部継手デイスクフ
ランジ２４および３２の半径方向外端に沿つて延
在する。撓み防止リングのリツプ４４の内径とス
ペーサフランジ３０―第１連結デイスクフランジ
２４組立体の外径との間に所定の寸法の小さな環
状ギヤツプ４６を維持する。撓み防止リング４２
の目的は、スペーサ１２の後端の半径方向または
横方向撓み（例えば、高インパクト半径方向衝撃
負荷に基因する）を環状ギヤツプ４６の所定の小
さな距離だけに限定することにある。上述した可
撓継手１６は前述した従来の高速連結シヤフトの
二重デイスク可撓継手と本質的に同じである。

第１図および第２図に本発明の１実施例を構成
する前部可撓継手１４を示す。前部可撓継手１４
は１対の撓み制限ダイヤフラム部材４８および５
０を具える。ダイヤフラム部材４８および５０の
軸線方向厚さは半径方向中心部分ではほゞ均一
で、半径方向外方へ遠ざかるにつれて次第に減少
し、これにより軸トルクに基づくねじり剪断応力
がほゞ均一に維持され、ほゞ均一な軸線方向曲げ
応力が生じる。第１、即ち前部ダイヤフラム部材
４８の半径方向外端に設けられた半径方向延在環
状フランジ５２は、複数対のボルト５４およびロ
ツクナツト５６により前部アダプタ部材、即ち駆
動部材６０の後端に設けられた半径方向延在環状
フランジ５８に連結されている。一方前部アダプ
タ部材６０はガスタービンエンジンの動力タービ
ン出力シヤフト（図示せず）に連結されている。
同様に、第２、即ち後部ダイヤフラム部材５０の
半径方向外端に設けられた半径方向延在環状フラ
ンジ６２も、複数対のボルト６４およびロツクナ
ツト６６によりスペーサ１２の前端に設けられた
半径方向延在環状フランジ６８に連結されてい
る。

ダイヤフラム部材４８および５０間に可撓性環
状連結部材７０が軸線方向に並んで配置されてい
る。連結部材７０は後部可撓継手の連結部材１８
と実質的に同じであり、ここから１対の環状デイ
スク７２および７４が半径方向外方へ延在する。
デイスク７２の半径方向外端に設けられた環状フ
ランジ７６は、ボルト５４およびロツクナツト５
６により前部ダイヤフラム部材のフランジ５２お
よび前部アダプタ部材のフランジ５８に連結され
ている。同様に、デイスク７４の半径方向外端に
設けられた環状フランジ７８も、ボルト６４およ
びロツクナツト６６により後部ダイヤフラム部材
のフランジ６２およびスペーサの前部フランジ６
８に連結されている。

可撓性高速連結シヤフト１０の軸線方向共振周
波数を上げるために、可撓継手１４の軸線方向剛
性を増加する必要がある。この目的を達成するた
めに、ダイヤフラム部材４８および５０の半径方
向中心部間にほゞ一定の軸線方向距離を維持する
手段、本例ではタイボルト８０を設ける。タイボ
ルト８０は１対の環状ボス８２および８４を含
み、これらボスがダイヤフラム部材４８および５
０の半径方向中心部に当接してその軸線方向接近
を防止する。タイボルト８０はその両端８６およ
び８８が減径ねじ切シヤンクとなつている。ねじ
切タイボルトシヤンク８６および８８はそれぞれ
ダイヤフラム部材４８および５０の半径方向中心
部にあけられた適当な寸法の軸線方向延在開口９
０および９２を貫通する。タイボルトシヤンク８
６および８８に締付手段、例えばロツクナツト９
４および９６をはめ、締付けてダイヤフラム部材
４８および５０の半径方向中心部が軸線方向に遠
去かるのを防止する。従つてタイボルト８０は前
部可撓継手１４の軸線方向撓みを制止して可撓継
手１４の軸線方向剛性を増加する働きをなすとと
もに、後述するように高度の心違い許容能力を維
持する。

軸トルクが前部可撓継手１４を経て伝達される
際、トルクは前部外径ボルト５４から可撓性連結
部材７０とダイヤフラム部材４８，５０およびタ
イボルト８０組立体との間でトルク分割され後部
外径ボルト６４に到る負荷通路に沿つて伝達され
る。可撓性連結部材７０とダイヤフラム部材―タ
イボルト組立体４８，５０，８０との間でのトル
ク分割比は、可撓性連結部材対タイボルトのねじ
り撓み性の函数である。（ねじり撓み性はある部
材の断面直径に対する軸線方向長さの函数であ
り、rad／ft―lbの単位で測定される。）タイボル
ト８０の軸線方向長さが可撓性連結部材７０の軸
線方向長さより長く（約３：１）、タイボルト８
０の直径が可撓性連結部材７０の直径より小さい
（約１：４）ので、タイボルト８０は可撓性連結
部材７０よりはるかに大きいねじり撓み性を有す
る。従つて実際上軸トル７のほとんどすべてが可
撓性連結部材７０を経て伝達される。

可撓高速連結シヤフト１０は軸トルク負荷を伝
達するとともに、軸線方向平行心違いおよび角度
不整合を補償する能力を有する。第３図にシヤフ
ト１０が各種の不整合を吸収する態様の典型例を
示す。第３Ａ図はガスタービンエンジン（推進系
統）と減速装置との間の心合せが完全である状態
のシヤフト１０を示す。第３Ｂ図は前部可撓継手
１４が軸線方向撓みを制止されており、従つて軸
線方向不整合すべてが後部可撓継手１６の撓みに
伝えられている純粋な軸線方向不整合状態を示
す。第３Ｃ図は平行心違い不整合状態を示す。第
３Ｄ図および第３Ｅ図は推進系統の角度不整合状
態および減速装置の角度不整合状態をそれぞれ示
す。各種の不整合の併存状態、例えば推進系統の
角度不整合と減速装置の平行心違い不整合との併
存状態は上記と同様の態様で補償される。

再び第１図および第２図に戻ると、前部ダイヤ
フラム部材４８は円筒形環状フランジ９８を有
し、この環状フランジ９８は軸線方向後方へ延在
してタイボルト８０の一部を包囲する。後述する
目的でフランジ９８の後端の一部は内壁が削られ
て拡大内径１００となつている。

同様に後部ダイヤフラム部材５０はフランジ９
８とほゞ同じ直径を有し軸線方向前方へ延在する
円筒形環状フランジ１０２を有する。フランジ１
０２の前端の一部は外壁が削られて減少外径１０
４となつており、かくしてフランジ９８がフラン
ジ１０２にかぶさる。フランジ１０２の軸線方向
前端から半径方向外方へ延在する小さな環状リツ
プ１０６は、前部ダイヤフラム部材のフランジ９
８の内径に係合する。２つのフランジ９８および
１０２間の接触点は２つのダイヤフラム部材４８
および５０間のほゞ中間である。

上述したダイヤフラム部材のフランジ９８およ
び１０２を設ける目的は、スペーサ１２の前端の
半径方向（横方向）撓みを限定するスナツパ
（Snubber）特性を得ることにある。即ち、スペ
ーサ１２が半径方向（横方向）に撓む（第３Ｃ図
参照。）と、可撓性環状デイスク７２と７４は角
度回転（第３Ｃ図左端部の略図参照。）し、これ
に対処するためダイヤフラム４８と５０は環状フ
ランジ９８と１０２が相互回転し、タイボルト８
０は曲がる。こうして、環状フランジ９８，１０
２は平行心違い不整合状態に適合し得るととも
に、一定の制限を加えている。このスナツパ特性
は、後部可撓継手１６と関連する撓み防止リング
４２と同じ目的を果す。環状リツプ１０６の半径
方向外側表面に丸味をつけて、可撓継手１４の角
度撓みの余裕をとり、望ましくないスナツパ接触
を避ける。

従来の二重デイスク可撓継手の代表的なもので
ある後部可撓継手１６に比較して、前部可撓継手
１４は軸線方向剛性を増加する手段（実施例では
タイボルト８０）を設けて軸線方向剛性を強めた
ことにより、可撓性高速連結シヤフト１０の軸線
方向共振周波数（この共振周波数は継手の軸線方
向ばね率および継手で支持されるスペーサの重量
の函数である。）が上がつた。また心違い許容能
力も保持している。こうして、従来の二重デイス
ク可撓継手では、不向きであつたブレード通過周
波数の高い用途、例えば浅水船に対しても、前記
可撓継手は充分に用い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を組込んだ可撓高速
連結シヤフトを上半部断面にて示す側面図、第２
図は第１図のシヤフトの前端位置にある本発明の
可撓継手を示す断面図、および第３図は第１図に
示すシヤフトの種々の不整合状態を示す一連の略
図である。 １０連結シヤフト、１２…スペーサ、１４，１
６…可撓継手、４８，５０…第１、第２ダイヤフ
ラム部材、６０…前部アダプタ部材、７０…可撓
性連結部材、７２，７４…第１，第２デイスク、
８０…タイボルト、８２，８４…ボス、８６，８
８…ねじ切シヤンク、９０，９２…開口、９４，
９６…ロツクナツト、９８，１０２…円筒形フラ
ンジ、１０６…リツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１および第２ダイヤフラム部材４８，５
   ０、 前記ダイヤフラム部材間に軸線方向に配置さ
   れ、半径方向に延在する第１及び第２デイスク７
   ２，７４を含み、第１デイスクが前記第１ダイヤ
   フラム部材に連結され、第２デイスクが前記第２
   ダイヤフラム部材に連結されている可撓性環状連
   結部材７０と、 可撓継手の軸線方向剛性を増加するとともに心
   違い許容能力を保持する手段とを含み、 前記手段が各々の前記ダイヤフラム部材の半径
   方向中心部を貫通するタイボルト８０を有し、前
   記タイボルトに１対のボス８２，８４を設けて前
   記ダイヤフラム部材の半径方向中心部が軸線方向
   に接近するのを防止するとともに、タイボルトの
   軸線方向両端をダイヤフラム部材に固着する手段
   ８６，８８，９４，９６を設けてダイヤフラム部
   材の半径方向中心部が軸線方向に遠去かるのを防
   止する可撓継手。 ２ 前記第１ダイヤフラム部材がここから軸線方
   向に延在する第１環状フランジ９８を有し、 前記第２ダイヤフラム部材がここから軸線方向
   に延在する第２環状フランジ１０２を有し、 前記第１および第２環状フランジが重なり合い
   かつ前記ダイヤフラム部材間のほゞ中間にある軸
   線方向位置で互いに係合する特許請求の範囲第１
   項記載の可撓継手。 ３ 前記環状フランジの一方に、それと他方の環
   状フランジとの接触点に丸表面を設けた特許請求
   の範囲第２項記載の可撓継手。