KR20130124233A - Single-stage large-ratio reducer gearbox for aero engine - Google Patents

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Abstract

A single-stage reducer gearbox for an aeroengine is to convert the input speed of an input shaft connected to a turbine shaft of the aeroengine to the output speed of an output shaft connected to a fan blade shaft of the aeroengine. The gear box has a pair of concentric ring gears comprising a large-diameter ring gear with a pitch diameter (A) and a small-diameter ring gear with a pitch diameter (D). A pair of concentric spur gears comprises a large-diameter spur gear with a pitch diameter (B) and a small-diameter spur gear with a pitch diameter (C). The large-diameter spur gear is engaged with the large-diameter ring gear, and the small-diameter spur gear is engaged with the small-diameter ring gear to form two engaged pairs. A carrier member is connected to the input shaft of the gearbox. One pair of the two engaged pairs is fixed on the carrier to operate as a planetary gear. One gear of the other pair of the two engaged pairs is fixed on a frame of the gearbox, and the other gear thereof is connected to the output shaft. The four gears satisfy relations (A = K+i, B = K, C = K-j, and D = K+i-j-j).

Description

항공엔진용 단일-스테이지 큰 비율의 감속기 기어박스{SINGLE-STAGE LARGE-RATIO REDUCER GEARBOX FOR AERO ENGINE}Single-stage large ratio reducer gearbox for aviation engines {SINGLE-STAGE LARGE-RATIO REDUCER GEARBOX FOR AERO ENGINE}

본 발명은 일반적으로 제트 엔진에 대한 것으로, 특히, 단일 스테이지의 큰 비율의, 소형이며 높은 동력 밀도의 감속기 기어박스에 대한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to jet engines and, in particular, to a large proportion, small, high power density reducer gearbox of a single stage.

터보프롭(turboprop), 기어식 터보팬(GTF;geared turbofan)과 같은 항공 엔진용 감속기 기어박스, 항공기용 개방 로터와 터보샤프트 엔진은 필수적이다. 이들 항공 엔진의 큰 비율의 감속이 필요한 데, 각각의 저속 블레이드 샤프트는, 그것을 구동하는 터빈 샤프트보다 아주 낮은 속도에서 작용시키는 것이 필요하기 때문이다. Reducer gearboxes for aviation engines such as turboprop, geared turbofans (GTF), open rotors for aircrafts and turboshaft engines are essential. A large proportion of these aviation engines is required because each low speed blade shaft needs to operate at a much lower speed than the turbine shaft that drives it.

헬리콥터에 사용되는 터보 샤프트 항공 엔진들, 또는 육상 및 해상 용도들에 사용되는 그 변형들에 대해, 부하들 - 헬리콥터 로터 블레이드들, 차량 휠들 및 선박 프로펠러들보다 휠씬 높은 속도에서 제1 작동기(mover)로서의 이들 엔진들이 작용하므로 큰-비율의 감속이 또한 필요하다. 현재 항공 엔진에 대해 그러한 큰 감속 비율을 달성하는 가장 양호한 방안은 더 작은 비율이나 가장 양호한 효율에서 작동하는 케스케이드(cascade)를 사용하는 것이다. For turboshaft aviation engines used in helicopters, or variants thereof for land and marine applications, the first actuator at a much higher speed than loads-helicopter rotor blades, vehicle wheels and ship propellers. As these engines work as well, a large-ratio deceleration is also needed. The best way to achieve such a large deceleration rate for aviation engines today is to use a cascade that operates at a smaller rate or at the best efficiency.

그러나, 이러한 케스케이드 감속은, 케스케이드의 각각의 그리고 매 감속 스테이지를 연속으로 관통하는 전체 부하를 가지는 그의 특성에 기인하여 전체 변속 효율이 작은 문제가 있다. 장치는 또한 케스케이드의 각 스테이지가 터빈 블레이드들에 의해 발생되는 100%의 전체 동력을 취급하기 위하여 명백히 완전히 회전되어야 하므로 부피가 크다. However, this cascade deceleration has a problem that the overall shifting efficiency is small due to its characteristic of having a total load continuously passing through each and every deceleration stage of the cascade. The device is also bulky since each stage of the cascade must be explicitly rotated completely to handle 100% of the total power generated by the turbine blades.

이러한 캐스케이드에 의해 유발되는 문제를 극복하기 위한 방안은, 단일-스테이지의 큰 비율의 감속기이다. 변속장치로서 현재 널리 사용되는 “단일-스테이지”의 일 형태는 일본 도쿄의 스미토모 헤비 인더스트리 리미티드에 의해 제조된 사이클로이드 드라이브이다. 감속기로 사용시, 수십 내지 수백 범위의 속도변경 비율에 대해 비교적 소형이지만, 드라이브는 기본적으로 하나의 사이클로이드 기어 스테이지에 이어 축외 동력 추출 스테이지를 가진다. A solution to overcome the problems caused by this cascade is a single-stage large ratio reducer. One type of "single-stage" currently widely used as a transmission is a cycloidal drive manufactured by Sumitomo Heavy Industries Limited, Tokyo, Japan. When used as a reducer, while relatively small for speed change rates ranging from tens to hundreds, the drive basically has one cycloidal gear stage followed by an off-axis power extraction stage.

도 1은 단면으로 그러한 사이클로이드 감속기의 구조를 개략적으로 도시한다. 도 1의 종래 장치는 고정된 링 기어(11), 및 디스크 형상 또는 단순히 기어인 특정 형상의 유성 소자(12)를 가진다. 유성 소자(12)는 유성기어식으로 링 기어(11)와 치합하여 내측에서 운동한다. 양자들은 작동 피치 직경에서 가능한 작은 차이를 가진다. 1 schematically shows the structure of such a cycloidal reducer in cross section. The prior art device of FIG. 1 has a fixed ring gear 11 and a planetary element 12 of a particular shape which is a disk shape or simply a gear. The planetary element 12 meshes with the ring gear 11 in the form of a planetary gear to move inward. Both have the smallest possible difference in operating pitch diameter.

축외의 동력 추출 스테이지에 대해, 디스크(13)는 그 축(19) 위에 동축으로 유성소자(12)에 고정되며 판(14) 위에 설치된 대응하는 수의 롤러 핀(18)들에 의해 결합될 수 있도록 일정 수의 홀(17)들을 가진다. 판(14)은 드라이브의 출력 샤프트(16)에 결합되고 장치의 중심축(10)에 일치된다. 이러한 “동력 추출” 장치에 의해 드라이브는 -K/i의 감소 비율이 전달될 수 있는 데, 여기서 K는 유성 소자(12)의 피치 직경이며 i는 소자(11 및 12)들 사이의 피치 직경들 사이의 차이이다. 링 기어(11)가 80개의 톱니를 가지고 유성 소자(12)의 기어 톱니가 79(K=80 및 i = 1)인 종래 예에서, 이 장치에 의해 샤프트(15)로서의 입력을 통해 기계적 동력이 전달될 때 비율은 80이다. For the off-axis power extraction stage, the disk 13 is fixed to the planetary element 12 coaxially over its axis 19 and can be coupled by a corresponding number of roller pins 18 installed on the plate 14. To have a certain number of holes 17. The plate 14 is coupled to the output shaft 16 of the drive and coincides with the central axis 10 of the device. By this “power extraction” device the drive can be delivered with a reduction rate of -K / i, where K is the pitch diameter of the planetary element 12 and i is the pitch diameters between the elements 11 and 12. Is the difference between. In the conventional example in which the ring gear 11 has 80 teeth and the gear teeth of the planetary element 12 is 79 (K = 80 and i = 1), the mechanical power is generated by the device through the input as the shaft 15. When delivered the rate is 80.

도 2는 도 1의 종래기술의 사이클로이드 드라이브에 사용된 축외 동력 추출 커플링을 개략적으로 도시한다. 일정한 시간에서, 종래의 8 이상의 핀-롤러 및 사이클로이드 디스크 홀 결합의 단지 하나가 완전히 토크를 전달한다. 예컨대, 도시와 같은 회전 방향 및 상대적으로 벗어난 각 위치로서, 단지 쌍을 이루는 핀 롤러(18C)와 홀(17C)이 장치에 충분히 동력을 전달한다. FIG. 2 schematically illustrates the off-axis power extraction coupling used in the prior art cycloidal drive of FIG. 1. At a given time, only one of the conventional eight or more pin-roller and cycloidal disk hole couplings completely transmits the torque. For example, only the paired pin rollers 18C and the holes 17C transmit sufficient power to the device, as shown in the rotational direction and relatively angular position as shown.

이는, 피구동 판(14)의 핀 롤러(18C)와 접하고 있는 구동 디스크(13)의 홀(17C)의 에지가 회전 방향을 따라 롤러(18C)의 뒤에 있기 때문에 명백하다. 이러한 의미에서 B와 D로 표시된 핀 롤러와 홀의 쌍들은, 디스크(13)와 판(14)의 회전 방향에 대한 그 접촉점들의 위칭 기인하여 부분적으로 동력을 전달하기 위하여 작용한다. 같은 의미에서, 피구동된 핀-롤러(18G)는 홀(17G)과 같이 접촉점인, 드라이버 뒤로 이동하기 때문에, 핀-롤러와 홀의 쌍(18G 및 17G)은 전혀 같이 작동하지 않는다. This is evident because the edge of the hole 17C of the drive disk 13 in contact with the pin roller 18C of the driven plate 14 is behind the roller 18C along the rotational direction. In this sense the pairs of pin rollers and holes labeled B and D act to transfer power in part due to the positioning of their contact points in the direction of rotation of the disk 13 and the plate 14. In the same sense, the driven pin-roller 18G moves behind the driver, which is the point of contact, such as the hole 17G, so that the pin-roller and hole pairs 18G and 17G do not work together at all.

종래의 사이클로이드 드라이브는 축외 축을 가진 다른 피치 직경의 두 소자(기어)들 사이의 동기 결합에 의존한다. 그러나 낮은 이용에 기인하여 이는 최적의 메카니즘이 아니며; 도 2 도시의 모든 8개의 핀/홀 쌍들에서, 그들 중의 절반(각 위치에 따라 넷 또는 다섯)은 부하를 구동하기 위한 위치에 없다. 다른 절반 중에서, 단지 하나는 부하를 구동하기 위한 완전-작동 위칭 있으며, 다른 셋은 부분 작동 위치에 있다. 이와 같은 제한에 의해, 사이클로이드 드라이브들은 통상적으로 정상 부하 상태에서 80% 이하의 효율을 달성한다. Conventional cycloidal drives rely on synchronous coupling between two elements (gears) of different pitch diameters with off-axis axes. However, due to low utilization this is not the optimal mechanism; In all eight pin / hole pairs of FIG. 2, half of them (four or five depending on each position) are not in position to drive the load. Of the other half, only one is in a fully-operated position for driving the load and the other three is in a partial operating position. Due to this limitation, cycloidal drives typically achieve efficiencies of up to 80% under normal load.

또한, K의 감속 비율을 달성하기 위하여, 사이클로이드 드라이브는 K+i 톱니의 고정된 링 기어를 필요로 한다. 큰 비율을 위하여, 정격 토크가 크고 따라서 톱니의 크기가 충분히 커야 하면, 큰 링 기어 수는 드라이브를 크게 한다. 즉, 사이클로이드 드라이브의 소형화는 드라이브의 토크와 동력 등급에 제한을 설정한다. In addition, to achieve a deceleration rate of K, the cycloidal drive requires a fixed ring gear with K + i teeth. For large ratios, if the rated torque is large and therefore the teeth must be large enough, the large ring gear number makes the drive large. That is, the miniaturization of the cycloidal drive sets a limit on the torque and power rating of the drive.

정밀 및 항공 어플리케이션들에 사용되는 대경 감속기의 다른 형태는 일본 토쿄의 하모닉 드라이브 시스템즈 인코포레이티드에 의해 제조된 하모닉 드라이브이다. 변형 파동 드라이브로 알려진 기초 개념을 작동하면, 하모닉 드라이브(Harmonic drive)는 비교적 유용한 동력 등급이 낮다. 드라이브가 기계적 동력을 전달하기 위하여 동작함에 따라, 그의 스플라인 소자가 항상 신축성이므로 정상 부하 아래 통상적으로 60% 이하의 효율을 전달한다. Another type of large diameter reducer used in precision and aviation applications is a harmonic drive manufactured by Harmonic Drive Systems Inc. of Tokyo, Japan. Working on the basic concept known as strain wave drives, harmonic drives have a relatively low power rating. As the drive operates to deliver mechanical power, its spline elements are always stretchable, delivering typically less than 60% efficiency under normal load.

본 발명의 목적은 소형이면서 십여 내지 이십여 개의 작은 톱니 수를 가지는 기어들을 사용하여 구성될 수 있는 항공 엔진용 단일-스테이지의 큰 비율의 감속기 기어박스를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a single-stage, large ratio reducer gearbox for an aero engine that can be constructed using gears that are small and have a number of teeth of from ten to twenty small teeth.

본 발명의 목적은 또한 큰 모듈 수와 작은 톱니수의 기어 부재들을 사용하여 구성될 수 있는 높은 동력 밀도를 가지는 항공 엔진용 단일-스테이지의 큰 비율의 감속기 기어박스를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a single-stage large ratio reducer gearbox for aviation engines having a high power density which can be constructed using large module numbers and small toothed gear members.

본 발명의 목적은 또한 정밀한 기어를 사용하는 높은 효율의 항공 엔진용 단일-스테이지의 큰 비율의 감속기 기어 박스를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a single-stage large ratio reducer gearbox for high efficiency aviation engines using precise gears.

상기 및 다른 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 항공 엔진의 터빈 샤프트에 연결된 입력 샤프트에서의 입력 속도를 항공 엔진의 팬 블레이드 샤프트에 연결된 출력 샤프트에서의 출력 속도로 변경하기 위한 항공 엔진용 단일-스테이지의 감속기 기어박스를 제공한다. In order to achieve the above and other objects, the present invention provides a single-stage for an aviation engine for changing the input speed at the input shaft connected to the turbine shaft of the aviation engine to the output speed at the output shaft connected to the fan blade shaft of the aviation engine. To reducer gearbox.

본 발명의 기어박스는, 피치 직경(A)을 가지는 대경 링 기어와 피치 직경(D)을 가지는 소경 링 기어를 포함하는 한 쌍의 동축 링 기어들을 가진다. 한 쌍의 동축 평 기어들은, 피치 직경(B)을 가지는 대경 평 기어와 피치 직경(C)을 가지는 소경 평 기어를 포함한다. 상기 대경 평 기어는 상기 대경 링 기어와 치합하고 상기 소경 평 기어는 상기 소경 링 기어와 치합하여, 두 치합하는 쌍을 형성한다. 캐리어 부재는 상기 기어박스의 입력 샤프트에 연결된다. 상기 동축 두 쌍들의 하나의 두 기어들은 캐리어 위에 유성기어식으로 작동하도록 같이 고정되며; 상기 동축의 두 쌍들의 다른 하나의 쌍의 하나의 기어는 상기 기어박스의 프레임에 고정되며 다른 기어는 출력 샤프트에 연결된다. 네 기어들은 A = K+i, B = K, C = K-j, 및 D = K+i-j-j의 크기 관계를 만족하며, 여기서 K, i, j는 정수이다.The gearbox of the present invention has a pair of coaxial ring gears comprising a large diameter ring gear having a pitch diameter (A) and a small diameter ring gear having a pitch diameter (D). The pair of coaxial flat gears includes a large diameter flat gear having a pitch diameter (B) and a small diameter flat gear having a pitch diameter (C). The large-diameter flat gear meshes with the large-diameter ring gear and the small-diameter flat gear meshes with the small-diameter ring gear to form a pair of two meshes. The carrier member is connected to the input shaft of the gearbox. Two gears of one of the two coaxial pairs are fixed together to act planetary on the carrier; One gear of the other pair of two coaxial pairs is fixed to the frame of the gearbox and the other gear is connected to the output shaft. The four gears satisfy the magnitude relationship of A = K + i, B = K, C = K-j, and D = K + i-j-j, where K, i, j are integers.

도 1은 종래기술의 큰 비율의 사이클로이드 감속기를 개략적으로 도시한다.
도 2는 종래기술의 사이클로이드 드라이브에 사용되는 축외 동력 추출 커플링을 개략적으로 도시한다.
도 3은 축외 동력 추출 스테이지를 개략적으로 도시하는 본 발명의 변속장치의 단면도이다.
도 4는 모든 부재들의 크기 구조를 도시하는 본 발명의 변속 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5 및 6은 다른 입력- 및 출력-부재 배치의 본 발명의 변속 장치의 단면도들을 개략적으로 도시한다.
도 7은 최적의 변속 용도를 위한 크기 구조를 가지는 본 발명의 변속 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다. Figure 1 schematically shows a large proportion of cycloidal speed reducers of the prior art.
2 schematically illustrates an off-axis power extraction coupling used in a prior art cycloidal drive.
3 is a cross-sectional view of the transmission of the present invention schematically showing an off-axis power extraction stage.
4 schematically shows a cross-sectional view of the transmission of the present invention showing the size structure of all members.
5 and 6 schematically show cross-sectional views of the transmission of the invention in different input- and output-member arrangements.
7 schematically shows a cross-sectional view of a transmission of the present invention having a size structure for optimal shifting applications.

도 3은 그 축외(off-axis) 동력 추출 스테이지의 균등한 배치를 개략적으로 도시하는 본 발명의 변속 장치의 단면도 구조이다. 도 1 및 2를 동시에 참조하면, 클로이드 디스크(13)에 형성된 그 대응하는 홀(17)들에 결합하는 다수의 핀-롤러(18)들을 가진 판(14) 대신에, 본 발명의 변속 장치는, 다른 동력 추출을 위한 배치를 가진다. 3 is a cross-sectional structure of the transmission of the present invention schematically showing an even arrangement of its off-axis power extraction stage. Referring to FIGS. 1 and 2 simultaneously, instead of the plate 14 having a plurality of pin-rollers 18 engaging its corresponding holes 17 formed in the closed disk 13, the transmission of the present invention. Has arrangements for other power extraction.

도시된 바와 같이, 유성 기어(planet gear)(32)는 프레임 링 기어(31)의 내측에서 유성기어식으로 운동하며, 기어(32)와 동축으로 고정된 유성 기어(33)는 또한 제2 쌍의 링-평 기어들의 링 기어(34) 내측에서 유성기어식으로 운동한다. 기어(33)가 기어(34) 내측으로 선회(spin)하고 유성기어식으로 운동함에 따라, 그 최외측 에지(피치 원의)(33P)는 점선(33T)을 형성한다. 이 점선(33T)은 링 기어(34)의 피치원과 정확하게 일치하도록 형성된다. As shown, the planet gear 32 moves planetary geared inside the frame ring gear 31, and the planet gear 33 coaxially fixed with the gear 32 is also a second pair of gears. The planetary gear moves inside the ring gear 34 of the ring-flat gears. As the gear 33 spins inside the gear 34 and moves planetarily, its outermost edge (pitch circle) 33P forms a dotted line 33T. This dotted line 33T is formed to exactly coincide with the pitch circle of the ring gear 34.

기본적으로, 그 치합하는 평 기어(33)와 같이, 제2 쌍의 링 기어(34)는 종래의 사이클로이드 드라이브의 축외 동력 추출수단으로서 유사한 기능을 수행하나 본 발명의 장치가 이후에 설명되는 바와 같이 더욱 큰 변속 비율을 생성하도록 허용한다. Basically, like its mating spur gear 33, the second pair of ring gear 34 performs a similar function as the off-axis power extracting means of a conventional cycloidal drive, but as the device of the present invention will be described later. Allow to produce larger shift ratios.

도 4는 그의 모든 부재들의 크기 구조를 도시하는 본 발명의 변속장치의 구조의 단면도로서 개략적으로 도시한다. 변속 장치는 피치 직경(A)을 가지는 대경 링 기어(41)와 피치 직경(D)을 가지는 소경 링 기어(44)를 포함하는 동축의 링 기어 쌍을 포함한다. 본 발명의 장치는 또한 피치 직경(B)을 가지는 대경 평 기어(42)와 피치 직경(C)을 가지는 소경 평 기어(43)를 포함하는 한 쌍의 동축 평 기어들을 가진다. 대경 평 기어(42)는 대경 링기어(41)와 치합하고 소경 평 기어(43)는 소경 링 기어(44)와 치합하여, 두 개의 치합 쌍을 형성한다. 캐리어 부재(45E)는 변속장치의 입력 샤프트(45)에 연결된다. Fig. 4 schematically shows as a sectional view of the structure of the transmission of the present invention showing the size structure of all its members. The transmission includes a coaxial ring gear pair comprising a large diameter ring gear 41 having a pitch diameter A and a small diameter ring gear 44 having a pitch diameter D. FIG. The apparatus of the present invention also has a pair of coaxial spur gears comprising a large spur gear 42 having a pitch diameter B and a small spur gear 43 having a pitch diameter C. FIG. The large diameter spur gear 42 meshes with the large diameter ring gear 41 and the small diameter spur gear 43 meshes with the small diameter ring gear 44 to form two mating pairs. The carrier member 45E is connected to the input shaft 45 of the transmission.

종래의 기본적으로 유성기어 트레인에서 발견되는 “비틀린(twisted)” 예의, 캐리어 부재(45E)는 입력 샤프트(45)(전체 시스템의 중심축(40)의)와 기어(42 및 43)(그 자체의 축(49) 위의)의 쌍을 위한 중심 샤프트의 결합에 의하여 형성된다. 또한, 캐리어(45E) 위에 유성기어식으로 작동하기 위하여 두 개의 동축 평 기어(42 및 43)들은 서로 같이 고정된다. 도 4의 도시된 예에서, 대경 링 기어(41)는 시스템의 반작용 부재로서 작용하는 장치의 프레임에 고정되며 소경 링 기어(44)는 출력 샤프트(46)에 연결된다. In the "twisted" example found in conventionally basic planetary gear trains, the carrier member 45E comprises an input shaft 45 (of the central axis 40 of the entire system) and gears 42 and 43 (these are themselves). Is formed by the coupling of the central shaft for the pair of axes 49). In addition, the two coaxial spur gears 42 and 43 are fixed together such that they are planetary geared on the carrier 45E. In the illustrated example of FIG. 4, the large diameter ring gear 41 is fixed to the frame of the device acting as the reaction member of the system and the small diameter ring gear 44 is connected to the output shaft 46.

이러한 기어 트레인 시스템에서, 네 개의 기어(41, 42, 43, 및 44)들은 크기 관계, A= K+i, B=K, C=K-j 및 D=K+i-j를 만족한다. 이해할 수 있는 바와 같이, 기어들을 이용한 본 발명의 변속장치의 구현은 그 K, i, j,크기 값들을 정수로 설정해야 한다. In this gear train system, four gears 41, 42, 43, and 44 satisfy the size relationship, A = K + i, B = K, C = K-j and D = K + i-j. As can be appreciated, the implementation of the transmission of the invention using gears should set its K, i, j, size values to integers.

기본적으로 도 4의 변속 장치는 입력으로 작용하는 캐리어(45E), 출력으로서의 소경 링 기어(44), 및 반작용 부재로서의 대경 링 기어(41)를 가진다. 한편, 같이 고정된 두 개의 동축 평 기어(42 및 43)들이 시스템에서 유성기어식으로 운동한다. 도 4의 도시된 변속 장치는 변속 비율, K(K+i-j)/ij를 가진다. A=16T(톱니), B=15T, C=14T 및 D=15T 또는 K=15, I=1, j=1인 크기의 기어-베이스 시스템에 대해, 변속 비율은 225이다. The transmission of FIG. 4 basically has a carrier 45E serving as an input, a small diameter ring gear 44 as an output, and a large diameter ring gear 41 as a reaction member. On the other hand, two coaxial spur gears 42 and 43 fixed together move in a planetary manner in the system. The illustrated transmission of FIG. 4 has a speed change ratio, K (K + i-j) / ij. For gear-base systems of size A = 16T (toothed), B = 15T, C = 14T and D = 15T or K = 15, I = 1, j = 1, the transmission ratio is 225.

이와 대조적으로, 종래의 A=16T, 및 B=15T의 사이클로이드 드라이브(도 1의)의 경우, 변속 비율은 15이다. 이는 본 발명의 변속 장치가 비교가능한 톱니 숫자를 가지는 사이클로이드 드라이브의 비율의 숫자의 제곱인 비율을 달성할 수 있음을 의미한다. 본 발명의 변속 장치는 그 구성 기어들과 캐리어 부재들 사이에서 입력, 출력 및 반작용 부재의 지정의 다른 구조로 사용될 수 있다. In contrast, for a conventional A = 16T and B = 15T cycloidal drive (Fig. 1), the speed ratio is 15. This means that the transmission of the present invention can achieve a ratio that is the square of the number of the proportions of the cycloidal drive having comparable tooth numbers. The transmission of the present invention can be used in other structures of input, output and designation of the reaction member between its constituent gears and carrier members.

기본적으로, 고정된 링 기어 또는 고정된 평 기어를 가지는 속도 감속기 또는 증속기로 사용된 본 발명의 범용 변속 장치는 피치 직경(A)을 가지는 대경 링 기어와 피치 직경(D)을 가지는 소경 링 기어를 포함하는 동축 링 기어들의 쌍을 가지도록 구성될 수 있다. 그러한 장치는 또한 피치 직경(B)을 가지는 대경 평 기어와 피치 직경(C)을 가지는 소경 평 기어를 포함하는 동축의 평기어 쌍을 가진다. 대경 평기어는 대경 링기어와 치합하며 소경 평 기어는 소경 링 기어와 치합하여, 두 개의 치합 쌍들을 형성한다. 캐리어 부재는 장치의 입력 및 출력 샤프트의 하나에 연결된다. Basically, the universal transmission of the present invention used as a speed reducer or a speed reducer having a fixed ring gear or a fixed spur gear has a large diameter ring gear having a pitch diameter (A) and a small diameter ring gear having a pitch diameter (D). It may be configured to have a pair of coaxial ring gears including. Such a device also has a coaxial spur gear pair comprising a large diameter spur gear having a pitch diameter B and a small diameter spur gear having a pitch diameter C. FIG. The large diameter spur gear meshes with the large diameter ring gear and the small diameter spur gear meshes with the small diameter ring gear to form two pairs of teeth. The carrier member is connected to one of the input and output shafts of the device.

두 동축 쌍들의 하나의 두 기어들은 캐리어 위에서 유성기어식으로 작동하도록 같이 고정된다. 두 동축 쌍들의 다른 것의 하나의 기어는 장치의 프레임에 고정되고 다른 기어는 입력 및 출력 샤프트들의 다른 것에 연결된다. 그러한 시스템에서, 네 개의 기어들은 크기 관계, A=K+i, B=K, C=K-j, 및 D=K+i-j를 만족한다. Two gears of one of the two coaxial pairs are fixed together to operate planetary on the carrier. One gear of the other of the two coaxial pairs is fixed to the frame of the device and the other gear is connected to the other of the input and output shafts. In such a system, four gears satisfy the magnitude relationship, A = K + i, B = K, C = K-j, and D = K + i-j.

도 5 및 6은 다른 입력-및 출력 부재 장치들인 본 발명의 변속 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 5 및 6의 예들은 다른 모듈 수들의 두 개의 링-평 기어 쌍들을 사용하는 200-플러스 속도 감소 비율을 가진 감속기들의 구조를 도시한다. 대경 링 및 평 기어들의 제1 쌍은 160mm 피치 직경을 구성하는 제2번 모듈의 80 톱니-링 기어(51, 61)와, 150mm 피치의 75T, M2 평기어(52, 62)들을 포함한다. 소경 링 및 평 기어들의 제2 쌍은 150mm 피치의 60T, M2.5 링 기어(54, 64)들과, 140mm 피치의 56T, M2.5 평 기어(53, 63)들을 포함한다. 이와 같이, 도 5의 구조와 같은 반작용 부재로서 장치 프레임(52F)에 고정된 대경 평 기어에 의해, 변속 장치는 224의 감속 비율을 전달한다. 5 and 6 schematically show cross-sectional views of the transmission of the present invention which are other input- and output member devices. The examples of FIGS. 5 and 6 show the structure of reducers with a 200-plus speed reduction ratio using two ring-flat gear pairs of different module numbers. The first pair of large diameter ring and spur gears includes the 80 cog-ring gears 51, 61 of the second module constituting a 160 mm pitch diameter, and the 75T, M2 spur gears 52, 62 of 150 mm pitch. The second pair of small diameter ring and spur gears includes 60T, M2.5 ring gears 54 and 64 at 150 mm pitch, and 56T, M2.5 spur gears 53 and 63 at 140 mm pitch. Thus, by the large diameter flat gear fixed to the apparatus frame 52F as a reaction member such as the structure of FIG. 5, the transmission transmits a deceleration rate of 224.

다른 한편, 기본적으로 장치 프레임(61F)에 반작용 부재로서 대경 링 기어(61)가 고정되고 도 4에 설명된 바와 같이 기어 롤(role)의 지정을 가지면서, 도 5와 같은 기어들을 모두 사용하지만, 도 6의 장치는 다른 구조를 가진다. 도 5 및 66의 예들은 K =15, i=1 및 j=1의 크기 구조를 가진다. On the other hand, although the large-diameter ring gear 61 is basically fixed to the apparatus frame 61F as the reaction member and has a designation of a gear roll as described in Fig. 4, all of the gears as in Fig. 5 are used. 6 has a different structure. 5 and 66 have size structures of K = 15, i = 1 and j = 1.

요약하면, 도 4에 도시된 본 발명의 변속 장치는 표 1에 표시된 바와 같은 4개의 다른 변속 설정 구조들을 가질 수 있다. 표 2에서와 같이, 표 1에서, 롤(Role) 열의 R, O, 및 I는 각각 본 발명 장치의 회전 소자들의 반작용, 출력 및 입력 작용들을 표시한다. In summary, the shifting apparatus of the present invention shown in FIG. 4 may have four different shift setting structures as shown in Table 1. As in Table 2, in Table 1, R, O, and I in the Row of Rolls represent the reaction, output and input actions of the rotating elements of the inventive device, respectively.

이 기술 분야의 통상의 기술자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 표 1의 감속 장치는 각각의 I 및 O 작용 지정을 간단히 교체함으로써 증속(speed-increasing)으로 용이하게 변경될 수 있다. 도 7은 중량 및 크기, 또는 동력 밀도의 측면에서 최적화된 크기 구조를 가지는 본 발명의 변속 장치의 단면도를 도시한다. 이러한 특수한 경우, 표 1의 구조들이 표 2에 표시된 바와 같게 된다. As will be appreciated by those skilled in the art, the deceleration devices of Table 1 can be easily changed to speed-increasing by simply replacing the respective I and O action assignments. 7 shows a cross-sectional view of the transmission of the present invention having a size structure optimized in terms of weight and size, or power density. In this particular case, the structures of Table 1 are as shown in Table 2.

요소Element 대경
링 기어(41)Daekyung
Ring gear (41) 대경 스퍼 기어
(42)Large diameter spur gear
(42) 소경 스퍼 기어(43)Small Diameter Spur Gears (43) 소경 링
기어(44)Blind ring
Gear (44) 캐리어
부재
(45E)carrier
absence
(45E) 감속비Reduction ratio 구조 1Structure 1 롤(Role)Roll RR -- -- OO II 운동Exercise 고정fixing 유성meteor 유성
(epicyclic)meteor
(epicyclic) 회전rotation 회전rotation 속도speed 00 ij/
K(K+i-j)ij /
K (K + ij) II (K+i-j)/ij(K + i-j) / ij 구조 2Structure 2 롤role OO RR II 운동Exercise 회전rotation 유성meteor 유성meteor 고정fixing 회전rotation 속도speed -ij/
(K-j)(K+i)-ij /
(Kj) (K + i) OO II -(K-j)(K+i)/
ij-(Kj) (K + i) /
ij 구조 3Structure 3 롤role -- RR OO -- II 운동Exercise 유성meteor 고정fixing 회전rotation 유성meteor 회전rotation 속도speed OO -ij/
(K+i)(K-j)-ij /
(K + i) (Kj) II -(K+i)(K-j)/ij-(K + i) (K-j) / ij 구조 4Structure 4 롤role OO RR -- II 운동Exercise 유성meteor 회전rotation 고정fixing 유성meteor 회전rotation 속도speed ij/K
(K+i-j)ij / K
(K + ij) K
(K+i-j)/ijK
(K + ij) / ij

두 표들에 열거된 감속 비율은 K로 집중된 톱니수들을 가지는 기어들에 의해, K2 비율의 감속기가 구성될 수 있다. 이는 종래의 사이클로이드 드라이브의 감속 비율인 K와 비교된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 링 기어 내측에 치합된 평 기어는 보통 링보다 충분히 적은 톱니 수를 가져야 한다. 예컨대, 일반적인 20-도(degree) 압력 각도 기어들에서 최소 8-톱니의 차이가 필요하다. 작은 톱니 수 차이에 대한 기어 간섭을 회피하기 위한 통상적인 하나의 방안은 기어들에 대해 구조 변경(profile shifting)을 채택하는 것이다. 대체적으로, 더 큰 기어 압력 각도에 의해 더 작은 톱니 수의 차이가 가능하다. The deceleration rates listed in the two tables are K 2 , with gears with tooth numbers concentrated in K. A speed reducer can be configured. This is compared with K, which is a deceleration rate of a conventional cycloidal drive. As can be appreciated, the spur gear meshed inside the ring gear should normally have a sufficiently low number of teeth than the ring. For example, a difference of at least 8 teeth is needed in typical 20-degree pressure angular gears. One common approach to avoid gear interference for small tooth number differences is to adopt profile shifting for the gears. In general, smaller tooth number differences are possible with larger gear pressure angles.

요소Element 대경
링기어(71)Daekyung
Ring Gear (71) 대경 평기어(72)Large Diameter Spur Gears (72) 소경
평 기어(73)Blind
Spur Gears (73) 소경 링
기어(74)Blind ring
Gear (74) 캐리어
부재(75E)carrier
Member 75E 감속비Reduction ratio 구조 1Structure 1 롤(Role)Roll RR -- -- OO II 운동Exercise 고정fixing 유성meteor 유성meteor 회전rotation 회전rotation 속도speed 00 i2/K2 i 2 / K 2 II K2/2iK 2/2 i 구조 2Structure 2 롤role OO RR II 운동Exercise 회전rotation 유성meteor 유성meteor 고정fixing 회전rotation 속도speed -i2/(K2-i2)-i 2 / (K 2 -i 2 ) OO II 1- K2/i2 1- K 2 / i 2 구조 3Structure 3 롤role -- RR OO -- II 운동Exercise 유성meteor 고정fixing 회전rotation 유성meteor 회전rotation 속도speed OO -i2/(K2-i2)-i 2 / (K 2 -i 2 ) II 1-K2/i2 1-K 2 / i 2 구조 4Structure 4 롤role OO RR -- II 운동Exercise 유성meteor 회전rotation 고정fixing 유성meteor 회전rotation 속도speed i2/K2 i 2 / K 2 K2/2iK 2/2 i

또한, 본 발명의 변속 장치의 하나의 동축 쌍의 유성 기어 소자들은 정상적으로 다른 동축 쌍에 대해 크기가 매우 크므로, 단지 하나의 쌍이 가능하다. 따라서 본 발명의 변속장치의 실제 실시에는 도 6 도시의 실시예에서 균형추(65W)로 개략적으로 도시된 바와 같은 균형추가 필요하다. 균형추는 장치의 중심축을 가로 질러 대향하는 유성기어식의 동축 기어들의 쌍의 질량의 균형을 형성하기 위하여 사용된다. In addition, the planetary gear elements of one coaxial pair of the transmission of the present invention are normally very large in size with respect to the other coaxial pair, so only one pair is possible. Therefore, the actual implementation of the transmission of the present invention requires a balance addition as schematically shown by counterweight 65W in the embodiment of FIG. 6. The counterweight is used to balance the mass of a pair of planetary geared coaxial gears across the central axis of the device.

이와 같이, 그 입력 터빈 블레이드 샤프트 속도를 출력 발전기 샤프트 속도로 변경하기 위하여, 도 4에 가장 잘 예시된 바와 같은 본 발명의 단일-스테이지 증속기 기어박스를 사용하는 윈드 터빈에서, 기어박스는 피치 직경(A)을 가지는 대경 링 기어(41)와 피치 직경(D)을 가지는 소경 링 기어(44)를 포함하는 동축의 링 기어들의 쌍을 가질 것이다. 동축 평 기어들의 쌍은 피치 직경(B)을 가지는 대경 평 기어(42)와 피치 직경(C)을 가지는 소경 평 기어(43)를 포함한다. 대경 평기어(42)는 대경 링 기어(41)와 치합하며 소경 평 기어(43)는 소경 링 기어(44)와 치합한다. 캐리어 부재(45E)는 기어박스의 출력 샤프트(45)에 연결된다. 여기서, 두 동축 쌍들의 하나의 두 기어(42 및 43)들은 캐리어 위에서 유성기어식으로 작동하기 위하여 같이 고정된다. As such, in a wind turbine using the single-stage speed increaser gearbox of the present invention as best illustrated in FIG. 4 to change its input turbine blade shaft speed to output generator shaft speed, the gearbox has a pitch diameter. It will have a pair of coaxial ring gears comprising a large diameter ring gear 41 with (A) and a small diameter ring gear 44 with pitch diameter D. The pair of coaxial spur gears includes a large diameter spur gear 42 having a pitch diameter B and a small diameter spur gear 43 having a pitch diameter C. FIG. The large diameter spur gear 42 meshes with the large diameter ring gear 41 and the small diameter spur gear 43 meshes with the small diameter ring gear 44. The carrier member 45E is connected to the output shaft 45 of the gearbox. Here, two gears 42 and 43 of one of the two coaxial pairs are fixed together for planetary operation on the carrier.

두 동축 쌍들의 다른 하나의 하나의 기어(41)는 기어박스의 프레임에 고정되며 다른 기어(44)는 입력 샤프트(46)에 연결된다. 그리고, 네 기어(41, 42, 43, 및 44)들은 크기 관계, A = K+i, B = K, C = K-j, 그리고 D = K+i-j-j이며, 여기서 K, i, 및 j는 정수이다. One gear 41 of the other of the two coaxial pairs is fixed to the frame of the gearbox and the other gear 44 is connected to the input shaft 46. And four gears 41, 42, 43, and 44 are of magnitude relationship, A = K + i, B = K, C = Kj, and D = K + ijj, where K, i, and j are integers. .

항공 엔진이 터보프롭 엔진인 경우, 팬 블레이드 샤프트는 터보프롭 엔진의 프로펠러 샤프트일 것이다. 항공 엔진이 기어식 터보팬 엔진인 경우, 팬 블레이드 샤프트는 기어식 터보팬 엔진의 저속 팬 샤프트일 것이다. 항공 엔진이 개방 로터 엔진인 경우, 팬 블레이드 샤프트는 개방 로터 엔진의 개방 로터 샤프트이다. 항공 엔진이 터보샤프트 엔진인 경우, 팬 블레이드 샤프트는 터보샤프트 엔진의 터보샤프트일 것이다. If the aviation engine is a turboprop engine, the fan blade shaft will be the propeller shaft of the turboprop engine. If the aviation engine is a geared turbofan engine, the fan blade shaft will be the low speed fan shaft of the geared turbofan engine. If the aviation engine is an open rotor engine, the fan blade shaft is the open rotor shaft of the open rotor engine. If the aviation engine is a turboshaft engine, the fan blade shaft will be the turboshaft of the turboshaft engine.

위의 설명이 비록 특정 실시예들의 전체 설명이지만, 여러 변형, 대체적인 구조들, 및 균등물들이 사용될 수 있다. 그러므로, 위의 설명 및 도시들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다. Although the above description is the entire description of specific embodiments, various modifications, alternative structures, and equivalents may be used. Therefore, the above description and illustrations should not be understood as limiting the scope of the invention.

31, 34: 링 기어 32, 33: 유성 기어31, 34: ring gear 32, 33: planetary gear

Claims (10)

항공 엔진의 터빈 샤프트에 연결된 입력 샤프트의 입력 속도를 항공 엔진의 팬 블래이드 샤프트에 연결된 출력 샤프트에서의 출력 속도로 변경하기 위한 항공 엔진용 단일-스테이지 감속기 기어박스로서, 상기 기어박스는:
피치 직경(A)을 가지는 대경 링 기어와 피치 직경(D)을 가지는 소경 링 기어를 포함하는 한 쌍의 동축 링기어들;
피치 직경(B)을 가지는 대경 평 기어와 피치 직경(C)을 가지는 소경 평 기어를 포함하며, 상기 대경 평 기어는 상기 대경 링 기어와 치합하고 상기 소경 평 기어는 상기 소경 링 기어와 치합하여, 두 치합하는 쌍을 형성하는 한 쌍의 동축 평 기어들; 및
상기 기어박스의 입력 샤프트에 연결된 캐리어 부재를 포함하며;
상기 동축 두 쌍들의 하나의 쌍의 두 기어들은 캐리어 위에 유성기어식으로 작동하도록 같이 고정되며; 상기 동축의 두 쌍들의 다른 하나의 쌍의 하나의 기어는 상기 기어박스의 프레임에 고정되며 다른 기어는 출력 샤프트에 연결되며;
네 기어들은 A = K+i, B = K, C = K-j, 및 D = K+i-j-j의 크기 관계를 만족하며, 여기서 K, i, j는 정수인 항공 엔진용 단일-스테이지 감속기 기어박스. A single-stage reducer gearbox for an aero engine for changing the input speed of an input shaft connected to a turbine shaft of an aviation engine to an output speed at an output shaft connected to a fan blade shaft of an aviation engine, the gearbox being:
A pair of coaxial ring gears including a large diameter ring gear having a pitch diameter A and a small diameter ring gear having a pitch diameter D;
A large diameter spur gear having a pitch diameter (B) and a small diameter spur gear having a pitch diameter (C), wherein the large diameter spur gear meshes with the large diameter ring gear and the small diameter spur gear meshes with the small diameter ring gear, A pair of coaxial spur gears forming a two mating pair; And
A carrier member connected to the input shaft of the gearbox;
Two gears of one pair of coaxial two pairs are fixed together to operate planetary on a carrier; One gear of the other pair of two coaxial pairs is fixed to the frame of the gearbox and the other gear is connected to the output shaft;
Four gears satisfy the size relationship A = K + i, B = K, C = Kj, and D = K + ijj, where K, i, j are integers, single-stage reducer gearboxes for aviation engines. 제1항에 있어서, i와 j는 5보다 작은 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein i and j are less than five. 제1항에 있어서, K/i는 30/1보다 작고 또는 K/j는 30/1보다 작은 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein K / i is less than 30/1 or K / j is less than 30/1. 제1항에 있어서, i는 j와 같은 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein i is equal to j. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 부재가 연결되는 입력 샤프트와 출력 샤프트의 하나는 입력 샤프트인 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein one of the input shaft and the output shaft to which the carrier member is connected is an input shaft. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 부재가 연결되는 입력 샤프트와 출력 샤프트의 하나는 출력 샤프트인 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein one of the input shaft and the output shaft to which the carrier member is connected is an output shaft. 제1항에 있어서, 항공 엔진은 터보프롭 엔진이며 상기 팬블레이드 샤프트는 상기 터보프롭 엔진의 프로펠러 샤프트인 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein the aviation engine is a turboprop engine and the fanblade shaft is a propeller shaft of the turboprop engine. 제1항에 있어서, 항공 엔진은 기어식 터보팬 엔진이며 팬 블레이드 샤프트는 기어식 터보팬 엔진의 저속 팬 샤프트인 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein the aviation engine is a geared turbofan engine and the fan blade shaft is a low speed fan shaft of a geared turbofan engine. 제1항에 있어서, 상기 항공 엔진은 개방 로터 엔진이며 팬 블레이드 샤프트는 개방 로터 엔진의 개방 로터 샤프트인 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein the aviation engine is an open rotor engine and the fan blade shaft is an open rotor shaft of the open rotor engine. 제1항에 있어서, 항공 엔진은 터보샤프트 엔진이며 팬 블레이드 샤프트는 터보샤프트 엔진의 터보 샤프트인 기어박스. The gearbox of claim 1, wherein the aviation engine is a turboshaft engine and the fan blade shaft is a turboshaft of the turboshaft engine.
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