JP5170385B2 - オーバカップルに対する一体保護を有する歯車 - Google Patents

Description

本発明は、歯車の分野、特にターボ機械の補助機械を駆動する歯車箱に存在する歯車に関する。

時計から重工業減速装置に至るまで、運動を伝達するための歯車が、機構のあらゆる部門で使用されている。歯車は、回転可能なシャフトにそれぞれ取り付けられた２つの歯付ピニオンから構成される。駆動シャフトは、ピニオンを回転可能に駆動し、前記ピニオンは、シャフトに一体に取り付けられている。駆動ピニオンの歯は、被駆動ピニオン歯と係合されて、駆動シャフトから被駆動シャフトに回転運動を伝達する。２つより多い歯付ピニオンが係合される場合、これは歯車列と呼ばれる。

歯車列は、運動学連鎖を形成する複数の直列歯車を備える。この運動学連鎖の上流側に取り付けられたモータシャフトが、これに一体に設けられたピニオンを回転可能に駆動する。運動学連鎖においてモータシャフトの下流側に配置された歯車列のピニオンは、モータシャフトの回転によって段階的に回転可能に駆動される。

運動学連鎖で所与のピニオンに対して、上流側と下流側とにそれぞれ位置付けられたピニオンは、本明細書で以下に上流側ピニオンと下流側ピニオンと呼ばれる。上流側ピニオンは、所与のピニオンに回転運動を伝達し、下流側ピニオンは、所与のピニオンによって回転可能に駆動される。

歯車列は、有利には、モータシャフトから複数のシャフトを回転可能に駆動することができ、各被駆動シャフトは、それぞれ１つの機械を駆動する。本発明は、特に、補助機械を駆動するためのターボジェットに存在する歯車列に関する。

歯車の直列取り付けでは、被駆動シャフトが、動かなくなるまたは不動にされると、シャフトと一体であるピニオンは回転することができない。運動学連鎖の全てのピニオンが、阻止される可能性がある。このような仮定で歯車列が作動し続けるようにするため、可融手段を提供することが知られている。

従来技術では、２つのピニオンで形成された歯車があり、２つのピニオンは、シャフトに搭載された矩形状楔が設けられたシャフトに取り付けられる。これらピニオンは、それぞれ、楔の形状に対応する矩形状の切り込みを、ピニオンの内部リングに備える。動作中、ピニオンは、シャフトに取り付けられ、切り込みは、ピニオンをシャフトと一体にするために楔を保持する。

歯車列のシャフトの１つが動かなくなると、シャフトが不動にされたピニオンは、上流側ピニオンによって生じたオーバカップルを受ける。オーバカップルは、楔を壊し、これによってピニオンが、そのシャフトから切り離されるという効果を有する。上流側ピニオンは、切り離されたピニオンを、シャフトのまわりで回転可能に駆動する。運動学連鎖は、極めて短い可能性のある時間期間は維持されるが、ピニオンがずれ、横断方向および径方向に移動する傾向にあるので、これは、時として歯車停止に至る可能性がある。その場合、下流側に取り付けられた補助機械には、もはや動力供給がなされなくなる。結合が無くなることは、歯車に、特にこれらの歯車に取り付けられた機械に対して発生する。

本発明の一目的は、シャフトが不動にされたピニオンが、回転運動を下流側ピニオンに伝達して、歯車毎の伝達イールド（ｙｉｅｌｄ）を維持できるようにすることである。

この目的のために、本出願人は、分離可能な要素によって、支持体に回転可能に取り付けられたシャフトと一体のピニオンを備える歯車を提供し、分離可能な要素は、ピニオンとシャフトとの間でオーバカップルが生じた場合に、ピニオンをシャフトから切り離すように構成され、ピニオンとシャフトとの間で保留状態にある案内軸受が、ピニオンがシャフトから切り離された場合に、ピニオンをシャフトのまわりで回転可能に案内するように構成されることを特徴とする。

有利には、歯車列からの補助ピニオンと一体のシャフトが、動かなくなるまたは不動にされた場合、この重要な結合を受けているピニオンは、「ヒューズ」としての働きをする分離可能な要素によって、シャフトから切り離される。それまで保留状態にあった案内軸受は、活動状態になる。この軸受は、切り離されたピニオンを、シャフトのまわりで回転するように案内するのを可能にする。破損にも関わらず、歯車のイールドは維持される。

さらに有利には、軸受は、場所を取らず軽量である。実際、この軸受は、ピニオンの内部に配設され、ピニオンの「外側」に位置付けられる案内手段を必要としない。

分離可能な要素は、ピニオンとシャフトとの間で取り外し可能に取り付けられることが好ましい。

この分離可能な要素は、ピニオンとシャフトとの間でフーピングされた少なくとも１つのディスクで形成され、ディスクは、複数の径方向アームを備えることがさらに好ましい。

案内軸受は、ローラ軸受、ボール軸受、およびリング軸受から形成される群に属することがさらになお好ましい。

案内軸受は、ＮＵＰタイプのローラ軸受であることが最も好ましい。

本発明の他の態様によれば、補助歯車の箱は、少なくとも１つの歯車が本発明による歯車である、複数の歯車を備える。

歯車箱は、ターボ機械の補助機械を駆動することが好ましい。

本発明の他の態様によると、ターボ機械は、このような歯車箱を備える。

添付図面を参照して以下の記述を読めば、本発明がより充分に理解されるであろう。

図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態では、ここに図示しないターボジェットが、歯車箱１００を備える。歯車箱１００は、歯車箱１００内で支持された歯車列のシャフトに取り付けられた補助機械を駆動する働きをする。このような歯車箱１００は、一般に、「付属歯車箱」に対する文字記号でＡＧＢと呼ばれている。

図１を参照すると、歯車列は、本明細書においては歯１３、２３、３３がそれぞれ設けられた３つのピニオン１０、２０、３０を備える。ピニオン１０、２０、３０は、直列に配置されて運動学連鎖を形成している。モータシャフトが、ピニオン１０を回転可能に駆動する。この回転運動は、歯２３に係合した歯１３によってピニオン２０に伝達され、ピニオン１０、２０は第１の歯車を形成し、ピニオン２０、３０は第２の歯車を形成している。

ピニオン２０は、回転可能なシャフト２０１に一体に取り付けられており、ピニオン２０が、上流側ピニオン１０によって回転可能に駆動されると、ピニオン２０は、それ自体によってシャフト２０１を駆動する。

図２を参照すると、シャフト２０１は、軸受７１、７２によって支持されており、軸受７１、７２は、ピニオン２０の両側にそれぞれ配設されて、歯車箱１００内でシャフト２０１の回転を案内する。軸受７１および７２は、本明細書においてはローラ軸受として示されている。

シャフト２０１は、トランク２２を形成する径方向突出部を備え、この径方向突出部のまわりに、円筒状リング２１が取り付けられ、円筒状リング２１の外側面に歯２３が設けられている。トランク２２とリング２１との間に、ローラ軸受８０が円周方向に延在して、リング２１が、トランク２２のまわりで回転可能に駆動されるのを可能にする。

軸受８０は、長手方向に配設されたローラ８３を支持する内側リング８２を備える。

ローラ８３は、トラック８１を形成するリング２１の内側孔によって、外側を径方向に支持される。ローラ軸受８０は、トラック８１、円筒形ローラ８３、およびリング８２の間の線形接触によって、軸受の径方向への大容量の負荷掛けができるようになり、したがって高い回転速度に適合される。

リング８２は、２つの部分を備え、各部分は、ローラ８３の軸方向の設定を可能にする円周肩部８２１、８２２を備える。２つの軸方向の当接部を備えたこのタイプのローラ軸受８０は、ＮＵＰと呼ばれる。

軸受８０は、ピニオン２０の内側に保留状態で取り付けられている。即ち軸受８０は活動状態にない。トランク２２とシリンダ２１の連結は、トランク２２とリング２１との間でシャフト２０１に対して横断方向に、ピニオン２０の両側に配設された２つの連結ディスク４０、５０によってなされる。ディスク４０、５０は、トランク２２をピニオン２０と一体にするが、ディスクは有利にはフーピングによって取り付けられる。ピニオン２０の翼部を形成するディスク４０、５０は、ピニオン２０と一体のローラ８３を備えた、軸受８０のリング８２を保持する。軸受８０は、ピニオン２０の内側で軸線方向に移動されることはできない。

図１を再度参照すると、ディスク４０は、同心の２つのリング４１、４２を備え、外側リング４１は、径方向アーム４３によって内側リング４２に連結されている。ディスク４０のリング４１の外側面は、ピニオン２０のリング孔２１の内側面と当接し、リング４２の内側面は、トランク２２と当接する。

ディスク４０のアーム４３は、これらが、トランク２２とリング２１との間の、所定閾値よりも大きな偶力値に対しては屈するように構成された、「分離可能な」部分を有するように形成される。ディスク５０も、ディスク４０と同様に形成され、ディスク４０の反対側でピニオン２０に配置される。

歯車列の通常動作では、上流側ピニオン１０は、ピニオン２０を回転可能に駆動し、ここで受ける偶力は閾値よりも小さい。この回転運動は、ピニオン２０によって下流側ピニオン３０に伝達される。リング２１は、ディスク４０、５０によって回転可能にトランク２２を駆動する。ローラ軸受８０は、保留状態である。

シャフト２０１が動かなくなると、回転運動は乱される。ピニオン２０とトランク２２との間に、閾値を超えるオーバカップルが生じ、これによってアーム４３、５３が屈するようになる。各アーム４３、５３の「可融」部分が屈し、トランク２２のまわりで回転するピニオン２０を開放する。

アームが屈した後は、ローラ軸受８０は、活動状態となる。ローラ８３が、リング８１、８２との間で回転して、リング２１がトランク２２のまわりで回転できるようになる。肩部８２１、８２２は、ローラ８３を軸方向に保持し、リング２１が、トランク２２のまわりで並進で駆動されるのを回避する。

ローラ軸受８０は、ピニオン２０の軸方向および横断方向の移動に応力を加えることを可能にし、ピニオン２０のトランク２２のまわりでの回転だけを許す。したがって、切り離されたピニオン２０は、歯車箱１００と接触しない。シャフト２０１の破損にも関わらず、歯車のイールドは最適化され、運動学連鎖は維持される。

他の実施形態では、図３を参照すると、トランク２２とリング２１との間で、ボール案内軸受９０が円周方向に延在して、リング２１がトランク２２のまわりで回転可能に駆動されるのが可能になる。

ボール軸受９０は、内側円周ケージ９２と外側円周ケージ９１を備え、その間にはボール９３が配設されている。ボール軸受９０は、保留状態で配置される。トランク２２とシリンダ２１の連結は、前述の実施形態と同様に、トランク２２とリング２１との間の２つの連結ディスク４０、５０のフーピングによって実現される。

ここに示さない他の実施形態では、トランク２２とリング２１との間で、リング軸受が円周方向に延在して、リング２１がトランク２２のまわりで回転可能に駆動されることを可能にする。リング軸受は、青銅またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの摩擦係数の小さな材料で作成された２つの同心のリングを備える。リングは、表面接触して、リング２１をトランク２２のまわりで案内する。

リング２１とトランク２２との間で、フーピングされたディスク４０、５０は、破損後に容易に取り外すことができる。ディスクの交換は、迅速、簡単でコストが低い。シャフト２０１が動かなくなると、オーバカップルによってもたらされたエネルギーは、ディスク４０、５０によって吸収され、シャフト２０１およびリング２１などのコストの高い部品を取り替える必要はない。

ターボ機械のレベルで、本発明は、歯車列のシャフトの破損に関わらず、歯車箱が補助機械を駆動するのを可能にする。

本発明の歯車の斜視図を示す。 ローラ軸受を備えた図１の歯車の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図を示す。 ボール軸受を備えた本発明の他の実施形態の斜視図を示す。

符号の説明

１０、２０、３０ ピニオン
１３、２３、３３ 歯
２１ 円筒状リング
２２ トランク
４０、５０ ディスク
４１、４２ リング
４３、５３ アーム
７１、７２ 軸受
８０ ローラ軸受
８１ トラック
８２ 内側リング
８３ ローラ
９０ ボール軸受
９１ 外側円周ケージ
９２ 内側円周ケージ
１００ 歯車箱
２０１ シャフト
８２１、８２２ 円周肩部

Claims (7)

1. 分離可能な要素（４０、５０）によって支持体（１００）に回転可能に取り付けられたシャフト（２０１）と一体のピニオン（２０）を備える歯車であって、分離可能な要素（４０、５０）が、ピニオン（２０）とシャフト（２０１）との間でオーバカップルが生じた場合に、ピニオン（２０）をシャフト（２０１）から切り離すように構成されたものであり、分離可能な要素（４０、５０）は、ピニオン（２０）とシャフト（２０１）との間でフーピングされた少なくとも１つのディスク（４０、５０）で形成されており、ディスク（４０、５０）が、複数の分離可能な径方向アーム（４３、５３）を備えており、ピニオン（２０）とシャフト（２０１）との間で保留状態にある案内軸受（８０、９０）が、ピニオン（２０）がシャフト（２０１）から切り離された場合に、ピニオン（２０）をシャフト（２０１）のまわりで回転可能に案内するように構成されていることを特徴とする、前記歯車。
2. 前記分離可能な要素（４０、５０）が、ピニオン（２０）とシャフト（２０１）との間に取り外し可能に取り付けられる、請求項１に記載の歯車。
3. 案内軸受（８０、９０）が、ローラ軸受（８０）、ボール軸受（９０）、およびリング軸受から形成される群に属する、請求項１または２に記載の歯車。
4. 案内軸受（８０、９０）が、ＮＵＰタイプのローラ軸受である、請求項１から３のいずれか一項に記載の歯車。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの歯車を有する、複数の歯車を備える、歯車箱。
6. ターボ機械の補助機械を駆動する、請求項５に記載の歯車箱。
7. 請求項６に記載の補助機械の歯車箱を備える、ターボ機械。

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