KR102077392B1

KR102077392B1 - 유성 기어 시스템 및 공기 터빈 스타터

Info

Publication number: KR102077392B1
Application number: KR1020180052384A
Authority: KR
Inventors: 슈브라타 나약; 라빈드라 샨카르 가니저; 데이비드 앨런 드란사크; 마크 데이비드 진저; 실로 몬트고메리 에머슨 메이어스; 팔라비 트라이패시; 사라드 펀드릭 파틸; 마크 레슬리 릭커트; 하르샤 산지와 불라스싱하라제; 메튜 케이스 머독
Original assignee: 유니슨 인더스트리즈, 엘엘씨
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2020-02-13
Also published as: US10495182B2; EP3401531A1; EP3401531B1; CN108952970A; KR20180123636A; CN108952970B; JP2018197544A; US20180347669A1; CA3003005C; CA3003005A1; ES2880419T3

Abstract

엔진용 공기 터빈 스타터를 위한 장치가 제공된다. 공기 터빈 스타터는 입구, 출구 및 가스 흐름을 소통시키도록 입구와 출구 사이에서 연장되는 유로 형성하는 하우징을 포함한다. 터빈 부재가 하우징 내에 저널링되고, 가스 흐름으로부터 기계적 출력을 회전식으로 추출하도록 유로 내에 배치되며, 터빈 출력 샤프트를 갖는다. 공기 터빈 스타터는 터빈 출력 샤프트와 구동식으로 커플링되고, 태양 기어, 하우징에 장착되는 링 기어 및 터빈 출력 샤프트에 커플링되는 태양 기어와 링 기어를 작동 가능하게 커플링하는 유성 기어 세트를 더 포함한다.

Description

유성 기어 시스템 및 공기 터빈 스타터{PLANETARY GEAR SYSTEM AND AIR TURBINE STARTER}

본 발명은 유성 기어 시스템 및 공기 터빈 스타터에 관한 것이다.

모터 또는 엔진과 같은 구동 메커니즘은 회전형 출력 사프트 등과 같은 메커니즘 출력부에서 구동 동작을 생성할 수 있다. 출력 샤프트는, 예컨대 출력 샤프트에 연결되는 회전형 구동 샤프트를 통해 장비의 다른 부재에 회전 운동 동작을 제공한다. 회전 운동 동작을 받는 장비의 부재는 구동 회전 동작을 작동을 위한 에너지 소스로서 활용할 수 있다. 하나의 예시적인 구성에서, 연소 터빈 엔진으로도 알려진 가스 터빈 엔진은 엔진을 통해 다수의 터빈 블레이드에 이르는 연소 가스의 흐름으로부터 에너지를 추출하는 로터리 엔진이다. 가스 터빈 엔진은 부속 기어 장치와 같은 회전 장비에 회전 운동 동작의 적어도 일부를 제공할 수 있으며, 회전 동작은 다수의 상이한 부속품을 구동하는 데 활용된다. 부속품은 발전기, 스타터/발전기, 영구 자석 얼터네이터(Permanent Magnet Alternator; PMA) 또는 영구 자석 발전기(Permanent Magnet Generator; PMG), 연료 펌프 및 유압 펌프를 포함할 수 있다.

스타터의 기어열을 소형 프로파일 엔벨로프 내에 설치하는 것에 의해 스타터를 포함하는 하나 이상의 부속품을 구동하기 위해 유성 기어 시스템이 활용될 수 있다. 유성 기어 시스템은 입력 기어와 출력 기어 사이에 맞물리는 하나 이상의 유성 기어를 포함하고, 유성 기어는 그 자체 축을 중심으로 회전하고, 기어열의 다른 축을 중심으로 선회하도록 구성된다.

일양태에서, 본 개시는, 입구, 출구 및 가스 흐름을 소통시키도록 입구와 출구 사이에서 연장되는 유로를 형성하는 하우징을 포함하는 엔진용 공기 터빈 스타터에 관한 것이다. 터빈 부재가 하우징 내에 저널링되고, 가스 흐름으로부터 기계적 출력을 회전식으로 추출하도록 유로 내에 배치되며, 터빈 출력 샤프트를 갖는다. 유성 기어 시스템은 터빈 출력 샤프트와 구동식으로 커플링되고, 터빈 출력 샤프트에 커플링되는 태양 기어, 하우징에 장착되는 링 기어 및 태양 기어와 링 기어를 작동 가능하게 커플링하는 유성 기어 세트를 포함하고, 유성 기어 시스템은 토크를 터빈 출력 샤프트로부터 구동 샤프트로 전달하고, 링 기어는 링 기어와 유성 기어 세트 간의 인터페이스 사이에 하중을 분배하도록 구성되는 가요성 링 기어를 포함한다.

다른 양태에서, 본 개시는, 태양 기어, 태양 기어와 맞물리도록 구성된 유성 기어 세트 및 유성 기어 세트와 맞물리도록 구성된 기어 페이스를 형성하는 반경방향 내측부와 반경방향 외측부를 포함하는 가요성 링 기어를 포함하는 유성 기어 시스템에 관한 것으로, 반경방향 내측부는 슬롯 세트를 통해 반경방향 외측부로부터 이격되며, 가요성 링 기어는 슬롯 세트의 슬롯들 사이에 위치하고, 반경방향 내측부와 반경방향 외측부를 커플링하는 브리지 세트를 포함하며, 브리지 세트의 적어도 하나의 브리지는 하중을 받는 상태에서 유성 기어 세트의 적어도 하나의 유성 기어로부터 편향되도록 구성된다.

또 다른 양태에서, 본 개시는, 입력부에 작동 가능하게 커플링되는 태양 기어, 태양 기어와 맞물리도록 구성된 유성 기어 세트, 출력부에 작동 가능하게 커플링되고 유성 기어 세트와 맞물리도록 구성된 기어 페이스를 형성하는 반경방향 내측부와 반경방향 외측부를 포함하는 가요성 링 기어를 포함하는 유성 기어 시스템에 관한 것으로, 반경방향 내측부는 반경방향 외측부로부터 돌출된 캔틸레버를 포함하며, 캔틸레버를 형성하는 반경방향 내측부의 적어도 일부는 휘도록 구성되고, 유성 기어 세트의 적어도 하나의 유성 기어의 이동으로 인한 편심을 흡수하도록 구성된다.

도 1은 여기에서 설명되는 다양한 양태에 따른 스타터와 부속 기어박스를 지닌 터빈 엔진의 개략도.
도 2는 여기에서 설명되는 다양한 양태에 따른 스타터의 개략적인 확대 단면도.
도 3은 여기에서 설명되는 제1 양태에서의 도 2의 스타터를 위한 유성 기어 시스템의 단면도.
도 4a는 정상 작동 환경에서의 도 3으로부터의 유성 기어 시스템의 확대 단면도.
도 4b는 과하중을 받는 작동 환경에서의 도 3으로부터의 유성 기어 시스템의 확대 단면도.
도 5는 여기에서 설명되는 제2 양태에서의 도 2의 스타터를 위한 유성 기어 시스템의 사시도.
도 6a은 하중을 받지 않는 작동 환경에서의 도 5로부터의 유성 기어 시스템의 확대 단면도.
도 6b는 하중을 받는 작동 환경에서의 도 5로부터의 유성 기어 시스템의 확대 단면도.
도 7은 여기에서 설명되는 제3 양태에서의 도 2의 스타터를 위한 유성 기어 시스템의 사시도.
도 8은 하중을 받는 작동 환경은 가상선으로 도시한, 하중을 받지 않는 작동 환경에서의 도 7로부터의 유성 기어 시스템의 확대 단면도.

본 개시는 회전 설비의 부재와 커플링되는 회전 샤프트 형태의, 운동 동작을 생성하는 구동 메커니즘, 구체적으로는 터빈 엔진의 스타터를 위해 회전 샤프트에 커플링되는 유성 기어 시스템에 관한 것이다. 유성 기어 시스템에서의 입력 기어와 출력 기어 간의 인터페이스에서 대칭 기어 로딩을 보장하는 것이 바람직하다. 여기에서 설명되는 예들은 유성 기어 시스템을 지닌 스타터 및 터빈 엔진의 어플리케이션에 관한 것이지만, 본 개시는 유성 기어 시스템을 포함하는 임의의 구현예에 적용될 수 있다.

모든 방향성 용어(예컨대, 반경방향, 상부, 하부, 상향, 하향, 좌, 우, 측방, 전방, 후방, 천장, 바닥, 위, 아래, 수직, 수평, 시계방향, 반시계 방향)는 단지 본 개시에 관한 독자의 이해를 돕기 위한 식별 목적으로만 사용되는 것이지, 특히 위치, 방위의 제한 또는 그 이용을 형성하는 것은 아니다. 연결 용어(예컨대, 부착되는, 커플링되는, 연결되는 및 결합되는)는 넓게 해석되어야 하며, 달리 나타내지 않는다면, 요소들의 집합 사이에서의 중간 부재와 요소들 간의 상대 이동을 포함할 수 있다. 이와 같이, 연결 용어가 반드시, 2개의 요소가 직접 연결되고 서로에 대해 고정됨을 의미하지는 않는다. 예시적인 도면은 단지 설명을 목적으로 하는 것이며, 여기에 첨부된 도면에 반영된 치수, 위치, 순서 및 상대 크기는 변할 수 있다.

여기에서 사용되는 용어 “전방” 또는 “상류”는 엔진 입구를 향하는 방향으로 이동하는 것을 일컫거나, 구성요소가 다른 구성요소에 비해 엔진 입구에 상대적으로 가까운 것을 일컫는다. 용어 “후방” 또는 “하류”는 엔진 중심선에 대해 후방이나 엔진 출구를 향하는 방향을 일컫는다. 추가로, 여기에서 사용되는 용어 “반경방향” 또는 “반경방향으로”는 엔진의 중심 종축과 엔진 외주 사이에서 연장되는 치수를 일컫는다. “세트”라는 용어는, 단지 하나의 요소를 포함하여 임의의 개수의 각각 설명된 요소를 포함할 수 있다는 점을 더 이해해야만 한다.

도 1을 참고하면, 스타터 모터 또는 공기 터빈 스타터(10)가 트랜스미션 하우징으로도 알려진 부속 기어 박스(AGB)(12)에 커플링되며, 이들은 함께 가스 터빈 엔진과 같은 터빈 엔진(14)에 장착된 것으로 개략적으로 예시되어 있다. 이러한 조립체는 통상 일체형 스타터/발전기 기어박스(Integrated Starter/Generator Gearbox; ISGB)라고 칭한다. 터빈 엔진(14)은, 공기를 고압 압축 영역(18)에 공급하는 팬(16)을 지닌 흡기부를 포함한다. 팬(16)을 지닌 흡기부와 고압 압축 영역은 집합적으로 연소부 상류에 있는 터빈 엔진(14)의 “저온 섹션”으로 알려져 있다. 고압 압축 영역(18)은 연소실(20)에 고압 공기를 제공한다. 연소실에서, 고압 공기는 연료와 혼합되어 연소된다. 고온 및 압축 연소 가스는, 터빈 엔진(14)으로부터 배기되기 전에 고압 터빈 영역(22)과 저압 터빈 영역(24)을 통과한다. 압축 가스가 고압 터빈 영역(22)의 고압 터빈(도시하지 않음)과 저압 터빈 영역(24)의 저압 터빈(도시하지 않음)을 통과할 때, 터빈은 터빈 엔진(14)을 통과하는 가스 흐름으로부터 회전 에너지를 추출한다. 고압 터빈 영역(22)의 고압 터빈은 샤프트에 의해 고압 압축 영역(18)의 압축 기구(도시하지 않음)에 커플링되어 압축 기구를 구동할 수 있다. 저압 터빈은 샤프트에 의해 흡기부의 팬(16)에 커플링되어 팬(16)을 구동할 수 있다.

터빈 엔진은, General Electric GEnx 또는 CF6 series 엔진과 같은, 최신 상업 항공 및 군용 항공에서 통상적으로 사용되는 터보팬 엔진일 수도 있고, 터보프롭이나 터보샤프트와 같은 다양한 다른 기지의 터빈 엔진일 수도 있다. 터빈 엔진은 또한, 배기 가스의 속도를 증가시키고, 이에 의해 추력을 증가시키기 위해 저압 터빈 영역(24) 하류에서 추가량의 연료를 연소하는 애프터버너를 가질 수 있다.

AGB(12)는 고압 터빈 영역(22)이나 저압 터빈 영역(24)에서 기계적 출력 테이크오프(take-off)(26)에 의해 터빈 엔진(14)에 커플링된다. 기계적 출력 테이크오프(26)는 다수의 기어와, AGB(12)를 터빈 엔진(14)에 기계적으로 커플링하는 커플링 수단을 포함한다. 정상 작동 조건 하에서, 출력 테이크오프(26)는 출력을 터빈 엔진(14)에서 AGB(12)로 전달하여, 항공기 부속품, 제한하는 것은 아니지만, 예컨대 연료 펌프, 전기 시스템 및 객실 환경 제어부를 구동한다. 공기 터빈 스타터(10)는 팬(16)을 포함하는 흡기 영역의 외측이나 고압 압축 영역(18) 근처의 코어 상에 장착될 수 있다.

이제 도 2를 참고하면, AGB(12)에 장착될 수 있는 공기 터빈 스타터(10)가 보다 상세히 도시되어 있다. 일반적으로, 공기 터빈 스타터(10)는 입구(32), 출구(34) 및 가스 흐름을 소통시키도록 입구(32)와 출구(34) 사이에서 연장되는 유로 유로(36)가 형성된 하우징(30)을 포함한다. 비제한적인 일례에서, 가스는 공기이고, 지상 작동 공기 카트, 보조 파워 유닛 또는 이미 작동하고 있는 엔진으로부터의 크로스 블리드 스타트(cross-bleed start)로부터 공급된다. 공기 터빈 스타터(10)는, 하우징(30) 내에 저널링되고, 유로(36)를 따른 가스 흐름으로부터 기계적 출력을 회전식으로 추출하기 위해 유로(36) 내에 배치되는 터빈 부재(38)를 포함한다. 하우징(30) 내에는 기어 박스(42)가 장착된다. 더욱이, 기어 박스(42) 내에 배치되고 터빈 부재(38)에 구동 가능하게 커플링되는 기어열(40)이 회전하게 될 수 있다.

기어열(40)은 태양 기어(70)를 중심으로 회전 가능한 유성 기어 세트(48)와 링 기어(46)를 갖는 유성 기어 시스템(44)을 포함한다. 터빈 샤프트(50)가 기어열(40)의 태양 기어(70)와 터빈 부재(38)에 커플링되어, 기어열(40)로 기계적 출력이 전달되게 한다. 터빈 샤프트(50)는 기어열(40)에 커플링되고, 터빈 베어링(52) 쌍에 의해 회전 가능하게 지지된다. 기어열(40)은 캐리어 베어링(53) 쌍에 의해 지지된다. 기어 박스 내부(54)는, 기어열(40), 링 기어(46) 및 베어링(52, 53)과 같은 내부에 수용되는 기계적 부품에 윤활 및 냉각을 제공하기 위해, 제한하는 것은 아니지만 그리즈 또는 오일을 포함하는 윤활제를 포함할 수 있다.

터빈 샤프트(50)가 통과하여 태양 기어(70)에 연결되고, 이에 따라 유성 기어(48)를 회전시키며, 링 기어(46)를 압박하여 유성 아암(57)을 회전시키는 기어 박스(42)에는 구멍(56)이 있다. 유성 아암(57)은 캐리어 샤프트(58)를 통해 유성 기어 시스템(44)을 구동 샤프트(64)에 커플링한다. 캐리어 샤프트(58)는 이격된 베어링(62) 쌍에 장착되어 지지되는 클러치(60)를 통과한다. 구동 샤프트(64)는 기어 박스(42)로부터 연장되고, 클러치(60)에 커플링되며, 이격된 베어링(62) 쌍에 의해 더욱 지지된다. 구동 샤프트(64)는 기어열(40)에 의해 구동되고, 비제한적인 예로써 출력 샤프트(65)를 통해 AGB(12)에 커플링되어, 시동 작동 동안에 구동 샤프트(64)가 AGB(12)에 구동 동작을 제공한다.

클러치(60)는, 터빈 샤프트(50), 캐리어 샤프트(58) 및 구동 샤프트(64)를 포함하는 단일 회전형 샤프트(66)를 형성하는 임의의 타입의 샤프트 인터페이스 부분일 수 있다. 샤프트 인터페이스 부분은, 제한하는 것은 아니지만 기어, 스플라인, 클러치 기구 또는 이들의 조합을 포함하는 임의의 기지의 커플링 방법에 의한 것일 수 있다. 샤프트 인터페이스 부분의 예가 General Electric에 허여된 미국 특허 제4,281,942호에 개시되어 있고, 이 특허는 그 전체 내용이 참조에 의해 여기에 포함된다.

스타터(10)는, 제한하는 것은 아니지만 알루미늄, 스테인리스강, 철 또는 티탄과 같은 고강도 경량 금속의 다이캐스팅을 포함하는 임의의 기지의 재료 및 방법에 의해 형성될 수 있다. 하우징(30)과 기어 박스(42)는, 공기 터빈 스타터(10)와 이에 따라 항공기에 불필요한 중량을 추가하는 일 없이 적절한 기계적 강성을 제공하기에 충분한 두께로 형성될 수 있다.

회전형 샤프트(66)는, 제한하는 것은 아니지만 알루미늄, 철, 니켈, 크롬, 티탄, 텅스텐, 바나듐 또는 몰리브덴을 함유하는 것과 같은 고강도 금속 합금의 압출 또는 기계 가공을 포함하는 임의의 기지의 재료 및 방법에 의해 구성될 수 있디. 터빈 샤프트(50), 캐리어 샤프트(58) 및 구동 샤프트(64)의 직경은 고정될 수도 있고, 회전형 샤프트(66)의 길이를 따라 변할 수도 있다. 직경은 상이한 크기와 로터와 스테이터의 간격을 수용하도록 변할 수 있다.

여기에 설명한 바와 같이, 유로(36)를 따라 공급되는 공기는 회전 샤프트(50, 58, 64)의 회전을 구동하도록 터빈 부재(38)를 회전시킨다. 따라서, 시동 작동 동안에 스타터(10)는 회전 샤프트(50, 58, 64)의 회전을 통한 터빈 엔진(14)을 위한 구동 기구일 수 있다. 이 점 이후, 클러치(60)가 나머지 회전 샤프트(50, 58, 64)의 회전을 방지할 수 있기 때문에, 엔진은 스타터(10)를 구동시키는 대신에, 구동 샤프트(64)만을 구동시킨다.

상기 도면에 도시한 것뿐만 아니라, 여러 다른 가능한 예 및 구성이 본 개시에 의해 고려된다. 추가로, AGB(12), 출력 테이크오프(26) 또는 스타터(10)나 이들의 구성요소와 같은 다양한 구성요소의 구성 및 배치는, 다수의 상이한 인라인(in-line) 구성이 실현될 수 있도록 재구성될 수 있다.

도 3으로 돌아가면, 유성 기어 시스템(44)이 더 상세히 도시되어 있고, 태양 기어(70)가 터빈 샤프트(50)에 커플링된 것을 보다 명확하게 볼 수 있다. 유성 기어 세트(48)는 제한하는 것은 아니지만 태양 기어(70)를 둘러싸는 3개의 유성 기어로서 도시되어 있다. 태양 기어(70)가 유성 기어 세트(48)와 만나는 내면(72)이 형성된다. 태양 기어(70), 유성 기어 세트(48) 또는 태양 기어(70)와 유성 기어 세트(48) 양자 모두는 비제한적인 예로써 피니언 기어이다. 피니언 기어는 라운드 기어이고, 통상 유성 기어 시스템(44)에 있는 기어들 중 최소라고 칭하거나 유성 기어 시스템(44)의 구동 기어일 수 있다. 비제한적인 예로써, 태양 기어(70)는 피니언 기어로서 예시된다.

링 기어(46)가 유성 기어(48)를 에워싼다. 링 기어(46)는 기어 페이스(78)를 형성하는 반경방향 내측부(76)를 포함한다. 유성 기어 세트(48)가 링 기어(46)의 기어 페이스(78)와 맞물리는 외측 인터페이스(80)가 형성된다. 링 기어(46)는 스타터(10)의 고정형 구성요소가 되도록 반경방향 외측부(74)에서 기어 박스(42) 내에 장착된다.

본 개시의 양태에 따르면, 링 기어(46)는 가요성 링 기어(82)로 고려될 수 있다. 보다 구체적으로, 슬롯(84) 세트가 링 기어(46)의 반경방향 외측부(74)와 반경방향 내측부(76) 사이에 마련된다. 슬롯(84) 세트는 각각 링 기어(46)의 반경방향 외측부(74)에 마련되는 선단 부분(88)에서 종결되는 실질적으로 둘레방향 부분(86)을 포함할 수 있다. 8개의 슬롯을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 슬롯(84) 세트는 하나의 슬롯을 포함하여 임의의 개수의 슬롯을 포함할 수 있다; 도 3에 도시한 슬롯(84) 세트는 예시를 목적으로 하는 것이지 제한하려는 의도는 없다.

슬롯(84) 세트의 2개의 슬롯 사이에 브리지(90)가 위치하며, 이 브리지는 링 기어(46)의 반경방향 내측부(76)로부터 반경방향 외측부(74)로 연장된다. 브리지(90)는 선형 브리지일 필요는 없다. 예컨대, 브리지(90)에는 절곡부(91)가 포함될 수 있다. 절곡부(91)는, 브리지(90)가 반경방향 외측부(74)를 따라 실질적으로 둘레방향으로 배향되는 것에서 브리지(90)가 반경방향 내측부(76)에 연결되는 실질적으로 반경방향으로 배항되는 것까지 선회되는 부위에 형성된다. 브리지(90)는 슬롯(84)의 개수에 따라 브리지 세트로 포함될 수 있다. 8개의 브리지를 갖는 것으로 예시했지만, 브리지(90) 세트는 더 많거나 더 적은 브리지를 포함할 수 있다. 도 3에 도시한 브리지 세트(90)는 예시를 목적으로 하는 것이지 제한하려는 의도는 없다.

범퍼 세트(92)가 가요성 링 기어(82)의 반경방향 외측부(74)와 반경방향 내측부(76) 각각으로부터 연장된다. 범퍼 세트는 슬롯(84) 세트 내로 연장된다. 제1 범퍼(92a)는, 브리지(90)가 가요성 링 기어(82)의 반경방향 외측부(74)와 만나는 제1 슬롯(84)에서 가요성 링 기어(82)의 반경방향 외측부(74)로부터 연장된다. 제2 범퍼(92b)는, 브리지(90)가 가요성 링 기어(82)의 반경방향 내측부(76)와 만나는 제2 슬롯(84)에서 가요성 링 기어(82)의 반경방향 외측부(76)로부터 연장된다. 범퍼(92) 세트 중 단지 하나의 범퍼만이 포함될 수 있고, 외측부(74)나 내측부(76)로부터 연장될 수 있는 것이 고려된다. 범퍼 세트(92)가 가요성 링 기어(82)의 반경방향 외측부(74)와 반경방향 내측부(76)으로부터 연장되는 복수 개의 범퍼(92)인 것이 더욱 고려된다. 도 3에 도시한 범퍼(92) 세트는 예시를 목적으로 하는 것이지 제한하려는 의도는 없다.

유성 기어(48), 태양 기어(70) 및 링 기어(46)는 제한하는 것은 아니지만, 알루미늄, 철, 니켈, 크롬, 티탄, 텅스텐, 바나듐 또는 몰리브덴을 함유하는 것과 같은 고강도 금속 합금의 압출 또는 기계 가공을 포함하는 임의의 재료 및 방법에 의해 구성될 수 있디.

도 4a는 브리지(90)와 범퍼(92a, 92b)를 포함하는 유성 기어 시스템(44)의 일부의 확대도이다. 각각의 범퍼(92a, 92b)와 가요성 링 기어(82)의 반경방향 외측부(74) 및 내측부(76) 사이에 갭(94)이 형성된다. 가요성 링 기어(82)는 가요성 링 기어(82)와 유성 기어 세트(48) 사이의 외측 인터페이스(80) 전반에 걸쳐 하중을 분배하도록 구성된다. 정상 작동 조건 하에서, 예시된 브리지(90)를 포함하는 브리지 세트가 원하는 대로 편향되도록 구성된다. 브리지(90) 세트는 유성 기어(48)의 동심의 왜곡이 흡수되게 하므로, 외측 인터페이스(80)에서 하중이 균일하게 분배된다. 브리지(90) 세트가 편향되어 가요성과 외측 인터페이스(80)에서의 균일한 하중 분포를 제공하는 동안 갭(94)은 개방 상태로 유지된다. 반경방향 내측부(76)는 굴곡되고, 유성 기어 시스템(44)의 유성 기어(48) 중 적어도 하나의 이동으로 인한 편심을 흡수하도록 구성된다.

도 4b로 돌아가면, 비정상적 작동 조건 또는 과하중 작동 조건에서, 브리지(90) 세트의 하나 이상의 브리지가, 적어도 하나의 범퍼(92a, 92b)가 가요성 링 기어(82)의 반경방향 외측부(74) 또는 내측부(76)와 접촉하게 되는 지점으로 편향된다. 예시한 예에서, 브리지(90) 편향 시에 범퍼(92a, 92b) 모두가 갭(94)을 폐쇄하도록 이동하여, 슬롯(84) 세트의 적어도 일부가 폐쇄되어 선단 부분(88)으로부터 둘레방향 부분(86)을 분리한다. 범퍼(92a, 92b)는 브리지(90)가 편향할 수 있는 정도를 제한 및 제어한다. 범퍼(92a, 92b)와 대응하는 갭(94)은 정상 작동 한계에 따라 크기가 정해진다. 정상 작동 한계는 엔진(10) 시동 중에 경험하는 토크 및 속도를 포함한다. 공기 터빈 스타터(10) 상세는 최대 속도 및 최대 토크 또는 스톨 토크(stall torque)를 개시한다. 유성 기어 시스템(44)은 설치되는 공기 터빈 스타터(10)에 특정된 기어박스 비와 유입 상태를 가질 수 있다. 범퍼(92a, 92b)는 브리지(90)의 파손을 방지하고, 유성 기어(48)로부터 가요성 링 기어(82)를 통해 기어 박스(42)로 하중을 전달하여 가요성 링 기어(82)에 대한 손상을 방지하는 역할을 한다. 과하중 작동 상태에서, 가요성 링 기어(82)는, 종래의 중실형 링 기어와 같이 링 기어(46)의 가요성 양태 없이 하중이 계속해서 전달되도록 작동한다.

도 5 내지 도 8은 여기에서 설명되는 본 개시의 다른 양태에 따라 가요성 링 기어(182, 282)를 예시한다. 가요성 링 기어(182, 282)는 가요성 링 기어(82)와 유사하며, 이에 따라 유사한 부품은 100 및 200만큼 증가한 유사한 도면부호에 의해 식별될 것이다. 달리 언급하지 않는 한, 가요성 링 기어(82)의 유사한 부품들에 관한 설명이 가요성 링 기어(182)에도 적용되는 것으로 이해되어야만 한다.

도 5에 예시한 바와 같이, 가요성 링 기어(182)는 반경방향 외측부(174)를 형성하는 본체(196)를 갖고, 가요성 링 기어(182)는 기어 박스(42)에 장착된다. 캔틸레버(198)는 본체(196)로부터 축방향으로 돌출되어, 반경방향 내측부(176)의 적어도 일부를 형성한다. 유성 기어 세트(148)는 외측 인터페이스(180)에서 가요성 링 기어(182)에 작동 가능하게 커플링된다. 유성 기어 세트(148)와 맞물리도록 구성된 기어 페이스(178)는 가요성 링 기어(182)의 반경방향 내측부(176)를 따라 축방향으로 연장된다.

도 6a에 예시한 바와 같이, 캔틸레버(198)는, 캔틸레버(198)와 본체(196)가 시작 위치(200)에서 90도의 각도(Θ)를 형성하도록 연장된다.

도 6b로 돌아가면, 캔틸레버(198)는 각도(Θ)가 제2 위치(202)로 변할 수 있도록 가요성을 제공한다. 유성 기어(148)(도 5)는, 각도(Θ)가 제2 위치(202)로 감소하도록 캔틸레버(198)를 압박할 수 있다. 각도(Θ)는 비제한적인 예에서 80도 내지 90도 범위일 수 있다. 각도는, 각 변형을 허용하는 것에 의해 불균일한 하중을 흡수하기에 충분하도록 80도 내지 90도보다 크거나 작을 수 있다. 캔틸레버(90)는 유성 기어(148)의 동심의 왜곡이 흡수되게 하므로, 외측 인터페이스(180)에서 하중이 균일하게 분배된다. 제2 위치는 비제한적인 예이고, 소정 위치 범위에 위치할 수 있다는 점을 이해해야만 한다.

도 7에서, 제3의 예시적인 가요성 링 기어(282)는, 반경방향 외측부 세트(274a, 274b)가 연장되는 본체(296)를 포함한다. 가요성 링 기어(282)는 반경방향 외측부(274a, 274b) 모두에서 기어 박스(42)에 장착된다. 캔틸레버 세트(298)(도 8)는 반경방향 외측부(274a, 274b) 사이에서 축방향으로 연장되어 공동(304)을 형성한다. 캔틸레버(298) 세트는 반경방향 내측부(276)의 적어도 일부를 형성한다. 유성 기어 세트(248)는 외측 인터페이스(280)에서 가요성 링 기어(282)에 작동 가능하게 커플링된다. 유성 기어 세트(248)와 맞물리도록 구성된 기어 페이스(278)는 가요성 링 기어(282)의 반경방향 내측부(276)를 따라 축방향으로 연장된다.

도 8에 예시한 바와 같이, 캔틸레버 세트(298)는 반경방향 외측부(274a, 274b)들 사이에서 연장되어, 각각 시작 위치(300)에서 본체(296)와 90도의 각도(α, β)를 형성한다. 캔틸레버 세트(298)는, 각도(α, β)가 제2 위치(302)로 변할 수 있도록 가요성을 제공한다. 예시한 예에서, 유성 기어(148)(도 5)는, 각도(β)가 제2 위치(302)로 감소하도록 캔틸레버(198)를 압박할 수 있다. 각도(α, β)는 비제한적인 예에서 80도 내지 90도 범위일 수 있다. 각도는, 각 변형을 허용하는 것에 의해 불균일한 하중을 흡수하기에 충분하도록 80도 내지 90도보다 크거나 작을 수 있다. 브리지(298) 세트는 유성 기어(248)의 동심의 왜곡이 흡수되게 하므로, 외측 인터페이스(280)에서 하중이 균일하게 분배된다. 제2 위치(302)는 비제한적인 예로 도시되어 있으며, 하나 이상의 캔틸레버(298)에서 발생할 수 있다는 점을 이해해야만 한다. 더욱이, 제2 위치(302)는 소정 위치 범위에 있을 수 있고, 예시된 제2 위치(302)로 제한되지 않는다. 캔틸레버(298) 세트에 의해, 가요성 링 기어(282)는 유성 기어 세트(248)를 위한 하중 분포에서의 축방향 가변성을 제공한다.

유한 요소 분석에서, 가요성 링 기어는 중실 링 기어보다 반경방향으로 40 내지 50회 더 굴곡하는 것으로 평가되었다. 중실 링 기어와 가요성 링 기어의 온도를 측정하여 비교하는 실험에서, 가요성 링 기어의 경우의 작동 온도는 중실 링 기어의 온도보다 낮은 10 내지 15 °F로 유지되었다. 이러한 가요성의 증가 및 작동 온도의 감소는 보다 긴 작동 수명과 보다 효율적인 작동 스타터로 변환될 수 있다.

기어 맞물림에서의 가요성은 불균일한 하중 분포에 기인하는 기어 치형부에 대한 피크 하중을 감소시켜, 기어 시스템의 수명을 증가시킨다. 특히 불균일한 하중의 감소는 베어링 시스템과, 유성 기어 베어링 및 캐리어 베어링을 포함하는 지지 기어박스 구성요소의 수명을 증가시킨다. 기어박스 구성요소의 마모 감소에 의해, 스타터 오일에 금속 부스러기 축적 - 다른 스타터 구성요소에 영향을 줄 수 있음 - 도 또한 감소된다. 추가로, 민감한 구성요소에 대한 하중 거동이 보다 예측 가능하기 때문에, 여기서 설명한 바와 같은 유성 기어 시스템은 기어박스에서의 마진을 감소시키는 능력을 갖고, 이것은 중량 및 비용 절감을 초래할 수 있다.

이미 설명되지 않은 범위에서, 원한다면 다양한 양태의 다양한 특징 및 구조가 서로 조합되어 사용될 수 있다. 하나의 피쳐가 모든 양태에서 설명되지 않을 수 있다는 것은, 상기 피쳐가 모든 양태에서 실현되지는 않는다는 것을 의미하는 것이 아니라, 설명의 간결성을 위한 것으로 해석되어야만 한다. 이에 따라, 신규한 예가 명확히 설명되든 그렇지 않든, 상이한 양태의 다양한 피쳐들이 원한다면 혼합되고 매칭되어 신규한 예를 형성할 수 있다. 더욱이, 다양한 요소의 “세트”가 설명되었지만, “세트”는 단지 하나의 요소를 포함하여 임의의 개수의 각각의 요소를 포함할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 여기에서 설명되는 피쳐들의 조합 및 변형은 본 개시에 의해 커버된다.

이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명의 양태를 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명의 양태를 실시할 수 있도록 하기 위한 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항에 의해 규정되며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는, 사실상 청구범위와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나, 사실상 청구범위와 대단치 않은 차이를 지닌 등가의 구조 요소를 포함하는 경우 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims

엔진(14)용 공기 터빈 스타터(10)로서,
입구(32), 출구(34) 및 가스 흐름을 소통시키도록 입구(32)와 출구(34) 사이에서 연장되는 유로(36)를 형성하는 하우징(30);
하우징(30) 내에 저널링되고, 가스 흐름으로부터 기계적 출력을 회전식으로 추출하도록 유로(36) 내에 배치되며, 캐리어 샤프트(58)를 갖는 터빈 부재(38);
캐리어 샤프트(58)와 구동식으로 커플링되고, 터빈 샤프트(50)에 커플링되는 태양 기어(70, 170, 270), 하우징(30)에 장착되는 링 기어(46, 82, 182, 282) 및 태양 기어(70, 170, 270)와 링 기어(46, 82, 182, 282)를 작동 가능하게 커플링하는 유성 기어 세트(48)를 포함하는 유성 기어 시스템(44); 및
엔진(14)에 작동 가능하게 커플링되고 엔진과 함께 회전하도록 구성된 구동 샤프트(64)
를 포함하고, 유성 기어 시스템(44)은 토크를 캐리어 샤프트(58)로부터 구동 샤프트(64)로 전달하고, 링 기어(46, 82, 182, 282)는 링 기어(46, 82, 182, 282)와 유성 기어 세트(48) 간의 인터페이스(80, 180, 280)들 사이에 하중을 분배하도록 구성되는 가요성 링 기어(46, 82, 182, 282)를 포함하며,
가요성 링 기어(46, 82, 182, 282)는 유성 기어 세트(48)와 맞물리도록 구성된 기어 페이스(178, 278)를 형성하는 반경방향 내측부(76, 176, 276)와, 하우징(30)에 장착되는 반경방향 외측부(74,174, 274)를 포함하고,
가요성 링 기어(46, 82, 182, 282)는 반경방향 내측부(76, 176, 276)와 반경방향 외측부(74, 174, 274) 사이에 위치하는 슬롯 세트(84), 또는 슬롯 세트(84)의 슬롯들 사이에 위치하고 반경방향 내측부(76, 176, 276)와 반경방향 외측부(74, 174, 274)를 커플링하는 브리지 세트(90)를 포함하며, 브리지 세트(90)의 적어도 하나의 브리지(90)는 하중을 받는 상태에서 편향되도록 구성되고,
공기 터빈 스타터(10)는 반경방향 내측부(76, 176, 276) 또는 반경방향 외측부(74, 174, 274) 중 어느 하나로부터 슬롯 세트(84)의 슬롯(84) 내로 연장되는 적어도 하나의 범퍼(92, 92a, 92b)를 더 포함하는 것인 엔진용 공기 터빈 스타터.
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제1항에 있어서, 적어도 하나의 브리지(90)는 유성 기어 시스템(44)의 정상 하중 동안에 슬롯 세트(84)의 슬롯(84)을 폐쇄하는 일 없이 편향되도록 구성되거나, 유성 기어 시스템(44)의 비정상적 하중 동안에 슬롯(84)의 적어도 일부를 폐쇄하도록 편향되게 구성되는 것인 엔진용 공기 터빈 스타터.
제4항에 있어서, 범퍼(92, 92a, 92b)는 비정상적 하중 동안에 슬롯(84)의 적어도 일부를 폐쇄하도록 반경방향 내측부(76, 176, 276) 또는 반경방향 외측부(74, 174, 274) 중 다른 하나와 맞물리는 것인 엔진용 공기 터빈 스타터.
제1항에 있어서, 범퍼(92, 92a, 92b)는 비정상적 하중 동안에 반경방향 내측부(76, 176, 276) 또는 반경방향 외측부(74, 174, 274) 중 다른 하나와 맞물리는 것인 엔진용 공기 터빈 스타터.
제6항에 있어서, 적어도 하나의 범퍼(92, 92a, 92b)가 적어도 하나의 브리지(90)에 인접하거나,
적어도 하나의 범퍼(92, 92a, 92b)가 적어도 하나의 브리지(90)에 인접한 적어도 2개의 범퍼(92, 92a, 92b)를 포함하는 것인 엔진용 공기 터빈 스타터.
제7항에 있어서, 적어도 하나의 브리지(90)의 제1 측면 상의 제1 범퍼(92, 92a, 92b)가 반경방향 내측부(76, 176, 276)로부터 연장되고, 적어도 하나의 브리지(90)의 제2 측면 상의 제2 범퍼(92, 92a, 92b)가 반경방향 외측부(74, 174, 274)로부터 연장되는 것인 엔진용 공기 터빈 스타터.
제1항에 있어서, 반경방향 내측부(76, 176, 276)는 반경방향 외측부(74, 174, 274)로부터 돌출되는 캔틸레버(198, 298)를 포함하고, 캔틸레버(198, 298)를 형성하는 반경방향 내측부(76, 176, 276)의 적어도 일부가 하중 하에서 편향되도록 구성되는 것인 엔진용 공기 터빈 스타터.
유성 기어 시스템(44)으로서,
태양 기어(70, 170, 270);
태양 기어(70, 170, 270)와 맞물리도록 구성된 유성 기어 세트(48); 및
유성 기어 세트(48)와 맞물리도록 구성된 기어 페이스(178, 278)를 형성하는 반경방향 내측부(76, 176, 276)와, 반경방향 외측부(74, 174, 274)를 포함하고, 반경방향 내측부(76, 176, 276)는 슬롯 세트(84)를 통해 반경방향 외측부(74, 174, 274)로부터 이격되는 것인 가요성 링 기어(46, 82, 182, 282)
를 포함하고, 가요성 링 기어(46, 82, 182, 282)는, 슬롯 세트(84)의 슬롯들 사이에 위치하고 반경방향 내측부(76, 176, 276)와 반경방향 외측부(74, 174, 274)를 커플링하는 브리지 세트(90)를 포함하며,
브리지 세트(90)의 적어도 하나의 브리지(90)는 하중 하에서 유성 기어 세트(48)의 적어도 하나의 유성 기어로부터 편향되도록 구성되고,
상기 유성 기어 시스템(44)은 반경방향 내측부(76, 176, 276) 또는 반경방향 외측부(74, 174, 274) 중 어느 하나로부터 슬롯 세트(84)의 슬롯(84) 내로 연장되는 적어도 하나의 범퍼(92, 92a, 92b)를 더 포함하는 것인 유성 기어 시스템.
제10항에 있어서, 적어도 하나의 브리지(90)는 유성 기어 시스템(44)의 정상 하중 동안에 슬롯 세트(84)의 슬롯(84)을 폐쇄하는 일 없이 편향되도록 구성되거나, 유성 기어 시스템(44)의 비정상적 하중 동안에 슬롯(84)의 적어도 일부를 폐쇄하도록 편향되게 구성되는 것인 유성 기어 시스템.
제10항에 있어서, 범퍼(92, 92a, 92b)는 비정상적 하중 동안에 슬롯(84)의 적어도 일부를 폐쇄하도록 반경방향 내측부(76, 176, 276) 또는 반경방향 외측부(74, 174, 274) 중 다른 하나와 맞물리는 것인 유성 기어 시스템.
제10항에 있어서, 범퍼(92, 92a, 92b)는 비정상적 하중 동안에 반경방향 내측부(76, 176, 276) 또는 반경방향 외측부(74, 174, 274) 중 다른 하나와 맞물리는 것인 유성 기어 시스템.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 범퍼(92, 92a, 92b)가 적어도 하나의 브리지에 인접하거나,
적어도 하나의 범퍼(92, 92a, 92b)는 적어도 하나의 브리지(90)의 제1 측면 상에서 반경방향 내측부(76, 176, 276)로부터 연장되는 제1 범퍼(92, 92a, 92b)와, 적어도 하나의 브리지(90)의 제2 측면 상에서 반경방향 외측부(74, 174, 274)로부터 연장되는 제2 범퍼(92, 92a, 92b)를 포함하는 것인 유성 기어 시스템.
유성 기어 시스템(44)으로서,
입력부(64)에 작동 가능하게 커플링되는 태양 기어(70, 170, 270);
태양 기어(70, 170, 270)와 맞물리도록 구성된 유성 기어 세트(48); 및
출력부(58)에 작동 가능하게 커플링되고, 유성 기어 세트(48)와 맞물리도록 구성된 기어 페이스(178, 278)를 형성하는 반경방향 내측부(76, 176, 276) 및 기어 박스(42)에 장착되는 반경방향 외측부(74, 174, 274)를 형성하는 본체(196, 296)를 포함하는 가요성 링 기어(46, 82, 182, 282)
를 포함하고, 캔틸레버(198, 298)가 본체(196, 296)로부터 축방향으로 돌출되고 적어도 부분적으로 반경방향 내측부(176, 276)를 형성하며, 캔틸레버(198, 298)는 하중 하에서 휘어지고 편향되며 유성 기어 세트(48)의 적어도 하나의 유성 기어(48)의 이동으로 인한 편심도를 흡수하도록 구성되는 것인 유성 기어 시스템.
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