JP2008025832A

JP2008025832A - 低損失歯車装置

Info

Publication number: JP2008025832A
Application number: JP2007163877A
Authority: JP
Inventors: Aizo Kubo; 愛三久保; Tatsuhiko Goi; 龍彦五井
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】歯車の噛み合い部に対する潤滑油の供給をミスト潤滑状にして少量で行うことで、潤滑油の供給量を減少させ、これに伴う損失を低減し、さらに、歯車回りの空気を減圧することで風損も低減する。
【解決手段】ケース４内に歯車列２１，３１，３２，４１が収納されたギヤボックス１であって、互いに噛み合う複数の歯車３２，４１がシュラウド１６により覆われており、前記シュラウド１６に、前記歯車３２，４１の噛み合い部５０に潤滑油を供給する潤滑油供給口１９と、シュラウド１６内の空気を流出させる排出口１０とを設け、歯車のポンプ作用によりシュラウド１６内の圧力を低下させるとともに前記歯車３２，４１の噛み合い部５０への潤滑油引き込み作用をもたせている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンエンジンまたはジェットエンジンに使用されるギヤボックスおよび高速歯車機構のような歯車装置に関する。

従来、上記ギヤボックスならびに歯車装置の歯車列には、潤滑油を高圧噴射供給していたが、歯車の回転により、潤滑油が飛ばされて歯面に十分到達しないために、潤滑油の供給量は増加せざるを得なかった。その結果、回転する歯車に当たった潤滑油が加速されるときの仕事に相当する潤滑油加速損失が大きくなっていた。また、ギヤボックス内の油混じりの空気を攪拌することによる損失も大きくなっていた。

そこで、本発明は、歯車の噛み合い部に対する潤滑油の供給をミスト潤滑状にして少量で行うことで、潤滑油の供給量を減少させ、これに伴う損失を低減し、さらに、歯車回りの空気を減圧することで風損も低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る歯車装置は、ケース内に歯車列が収納され、互いに噛み合う複数の歯車がシュラウドにより覆われており、前記シュラウドに、前記歯車に潤滑油を供給する潤滑油供給口と、シュラウド内の空気を流出させる排出口を設け、歯車のポンプ作用によりシュラウド内の圧力を低下させるとともに前記歯車の噛み合い部への潤滑油引き込み作用をもたせている。

この構成によれば、歯車の回転によるポンプ作用により、シュラウド内に空気流が発生し、潤滑油排出口から排出されることでシュラウド内に負圧が生じ、潤滑油が空気とともに、潤滑油供給口からシュラウド内へ吸引される。このように、歯車の回転によるポンプ作用により、潤滑油が潤滑油供給口から吸引されるので、潤滑油が効率よく供給される結果、実質上のミスト潤滑となり、潤滑油の供給量を少なくすることができる。これにより、ギヤボックスにおける潤滑油加速損失を低減することができる。また、シュラウド内が負圧になるので、歯車が回転するときに空気を動かすことで生じる風損も低減する。

本発明において、好ましくは、前記潤滑油供給口は、前記歯車の噛み合い部に近接した位置で、かつ前記ギヤポンプ作用の吸引側に配置されている。さらに、好ましくは、前記排出口は、前記シュラウド内における前記潤滑油の流れの圧力が高い部分に位置している。これらの構成によれば、噛み合い部の歯面に潤滑油を効率よく供給することができ、さらに、潤滑油の供給量を少なくすることができる。

本発明において、好ましくは、前記噛み合う複数の歯車が、はすば歯車であり、前記潤滑油供給口が前記歯車の噛み合い部の歯車軸方向に対向している。この構成によれば、はすば歯車は歯幅方向の空気の流れを誘引するので、潤滑油供給口を軸方向に向けることで噛み合い部に潤滑油を円滑に供給することができる。

また、好ましくは、ガスタービンエンジンに直結される入力軸の入力歯車と、これを減速するための中間軸の第１の歯車とが第１の噛み合い部で噛み合い、前記中間軸の第２の歯車と出力軸の出力歯車とが第２の噛み合い部で噛み合い、これら歯車を含む歯車列がケース内に収納されたガスタービンエンジンの減速用の歯車装置であって、前記ケースに取り付けられ、前記噛み合い部のうち少なくとも第２の噛み合い部を覆うシュラウドと、前記シュラウドにおける、第２の噛み合い部の歯車軸方向に対向する位置に配置された潤滑油供給口と、前記シュラウドにおける第２の噛み合い部を挟んで前記潤滑油供給口と反対側に設けられ、シュラウド内の空気を流出させる排出口とを備え、第２の噛み合い部のポンプ作用により前記シュラウドの圧力を低下させるとともに第２の噛み合い部への潤滑油引き込み作用をもたせている。

本発明に係る歯車装置によれば、歯車の回転によるポンプ作用により、シュラウド内が負圧となり、潤滑油が潤滑油供給口からシュラウド内に吸引されるので、潤滑油が効率よく供給される結果、実質上のミスト潤滑となり、潤滑油の供給量を少なくすることができる。これにより、ギヤボックスにおける潤滑油加速損失を低減することができる。また、シュラウド内が負圧になるので、歯車が回転するときに空気を動かすことで生じる風損も低減する。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、例えば、ヘリコプターに用いられるガスタービンエンジンのギヤボックスである。

図１に示すように、歯車装置の一例であるガスタービンエンジンの減速用のギヤボックス１は、エンジンを覆うエンジンハウジング５に連結されたケース本体２とこれを覆うカバー３とからなるケース４を有し、このケース４内に歯車列が収納されている。ケース４内において、ガスタービンエンジンに直結された入力軸１２の入力歯車２１と、これを減速するための中間軸１３の第１の歯車３１とが噛み合い、中間軸１３の第２の歯車３２と出力軸１４の出力歯車４１とが噛み合っている。出力軸１４は、図示しないトランスミッションに接続されて、ヘリコプターのロータを回転させる。

入力歯車２１、第１の歯車３１、第２の歯車３２および出力歯車４１は、例えば、はすば歯車で構成されている。このうち少なくとも第２の歯車３２および出力歯車４１は本発明のシュラウド１６で覆われており、図１の実施形態では、第２の歯車３２および出力歯車４１がシュラウド１６で覆われている。

シュラウド１６は、ケース本体２またはカバー３に、複数のボルト１５によって取り付けられている。シュラウド１６における、第２の歯車３１と出力歯車４１の噛み合い部５０の軸方向に対向する位置には、噛み合い部５０に潤滑油ＯＬを供給するノズル１８が配置されている。ノズル１８の潤滑油供給口１９は、例えば、直径１ｍｍ程度の小さな孔である。さらに、シュラウド１６におけるカバー３と反対側の一側壁には、シュラウド１６内の空気を流出させる軸方向に向いた排出口１０が設けられている。シュラウド１６は歯車３２，４１に可能な限り近接しているのが、シュラウド１６内に大きな負圧を発生させるために好ましい。

図２の模式図に示すように、潤滑油供給口１９は、第２の歯車３２と出力歯車４１の回転方向Ｐ１，Ｐ２により定まるギヤポンプ作用の吸引側に、つまり歯車列３２，４１により生起される潤滑油ＯＬの旋回流の圧力が低くなる位置に設けられ、排出口１０は、歯車列３２，４１により生起される潤滑油ＯＬの旋回流の圧力が高くなる位置（少なくとも潤滑油供給口１９よりも圧力が高い位置）に設けられる。これにより、効率的に潤滑油ＯＬを潤滑油供給口１９から吸引し、シュラウド１６から排出することができる。潤滑油供給口１９は、カバー３の鋳造物内の配管またはチューブによる配管あるいはその両方を用いた配管によって潤滑油ＯＬを図示しない潤滑油ポンプから供給する。

つぎに、この低損失ギヤボックスの作用について説明する。シュラウド１６内において、第２の歯車３２および出力歯車４１が回転することにより、一種のギヤポンプ作用が生じ、シュラウド１６内の空気が歯幅方向に流れ、潤滑油排出口１０から排出されることでシュラウド１６内に負圧が生じ、潤滑油ＯＬが空気とともに、潤滑油供給口１９から噛み合い部５０に向かって吸引される。このように、歯車３２，４１の回転によるポンプ作用により、潤滑油ＯＬが潤滑油供給口１９から吸引されるので、歯面に潤滑油ＯＬが効率よく供給される結果、実質上のミスト潤滑となり、潤滑油ＯＬの供給量を少なくすることができる。これにより、ギヤボックスにおける潤滑油加速損失を低減することができる。通常ミスト潤滑を行うには、専用のミスト発生装置が必要であるが、本方式を採用することで、専用装置を省略することが可能となり、装置重量、部品点数および機器費用を抑えることができる。ミスト潤滑により、供給油量が極めて少なくて済むので、潤滑油ポンプおよび潤滑油タンクの容量を小さくすることが可能となり、さらに、装置の小型化、軽量化を図ることができる。

また、シュラウド１６内が負圧になるので、歯車３２，４１が回転するときに空気を動かすことで生じる風損も低減する。したがって、ギヤボックスの機械効率が向上する。さらに、潤滑油ＯＬが潤滑油供給口１９から吸引される分だけ潤滑油ＯＬを噴出する潤滑油圧力を低くできるので、潤滑油ＯＬを加圧するための仕事損失も低減する。

潤滑油供給口１９と排出口１０は、図１に二点鎖線で示すように第２の歯車３２および出力歯車４１の回転軸心Ｃ１，Ｃ２と直交する方向に向かって開口するものでもよい。また、入力歯車２１と第１の歯車３１とをシュラウド１６で覆ってもよい。さらに、潤滑油ＯＬを噛み合い部５０を除いた歯面に供給するようにしてもよい。

互いに噛み合う歯車は、図３に示すように平歯車３２Ａ，４１Ａでもよく、その場合、ギヤポンプ作用により回転方向Ｐ１、Ｐ２の後側Ｑに向かう空気流が生じるので、潤滑油供給口１９を回転方向Ｐ１、Ｐ２の前側に配置するのが好ましい。ただし、二点鎖線で示すように、潤滑油供給口１９は、図１の場合と同様に、噛み合い部の歯車軸方向に対向する位置でもよい。排出口１０は、やはり、歯車列３２Ａ，４１Ａにより生起される潤滑油ＯＬの旋回流の圧力が高くなる位置に設け、これによりシュラウド１６内を負圧にできる。

図４（ａ）は、本発明の別の実施形態の縦断面図である。本実施形態は、歯車装置の他の一例であるベベルギアボックス５１に応用したもので、ハウジング５３に軸受５４，５５により入力軸６２が回転自在に支持され、軸受５６，５７により出力軸６４が回転自在に支持され、入力軸６２の軸心６２ｃと出力軸６４の軸心６４ｃとは直交している。入力軸６２の一端部に傘歯車からなる入力歯車７１がハウジング５３の一側方に突出して設けられ、入力軸６２の他端部が図示しない歯車減速装置を介して、ガスタービンのような動力源に接続される。出力軸６４の一端部に傘歯車からなる出力歯車９１がハウジング５３の一側方に突出して設けられ、出力軸６４の他端部が図示しない歯車減速装置を介して、ヘリコプタのロータなどに接続される。入力歯車７１と出力歯車９１が噛み合い部５０で噛み合い、入力歯車７１と出力歯車９１は、それぞれＰ３、Ｐ４方向に回転している。

ハウジング５３には、ハウジング５３から突出した入力歯車７１と出力歯車９１を覆うシュラウド６６が支持されている。シュラウド６６の噛み合い部５０に対向する部分に挿通孔６７が設けられ、この挿通孔６７に潤滑油ＯＬを供給するノズル６８が挿通され、このノズル６８の潤滑油給油口６９が、入力歯車７１と出力歯車９１の回転方向Ｐ３，Ｐ４により定まるギアポンプ作用の吸引側に配置されている。シュラウド６６内における、歯車列７１，９１により生起される潤滑油旋回流の圧力の高くなる位置、例えばシュラウド６６の下部に、排出口６０が設けられる。本実施形態では、図４（ａ）のＢ方向矢視図である図４（ｂ）に示すように、排出口６０，６０が２箇所に設けられているが、１箇所であってもよい。

本実施形態では、ノズル６８への潤滑油配管は、チューブ配管となっているが、ハウジング５３の鋳物内の配管であってもよい。また、前記ノズル６８の代わりに、入力軸６２および出力軸６４の軸心６２ｃ、６４ｃと直交する方向から噛み合い部５０に潤滑油ＯＬを供給する位置に、ノズル６８Ａを設けてもよく、またノズル６８，６８Ａの２箇所から潤滑油ＯＬを供給してもよい。

なお、本発明はガスタービンエンジンの減速用のギヤボックスに限られるものではなく、歯車列を収納した他の歯車装置、例えば、ジェットエンジンのアクセサリー・ギヤボックス、ヘリコプターのトランスミッションおよび高速の歯車機構にも適用できる。

本発明に係る低損失ギヤボックスを示す縦断面図である。同ギヤボックスを示す模式図である。歯車に平歯車を用いた場合の同ギヤボックスを示す模式図である。（ａ）は、本発明の別の実施形態のギヤボックスを示す縦断面図、（ｂ）は、そのＢ方向矢視図である。

符号の説明

１、５１ギヤボックス
４ケース
１６、６６シュラウド
１０、６０排出口
１８、６８ノズル
１９、６９潤滑油供給口
２１、７１入力歯車
３１第１の歯車
３２第２の歯車
４１、９１出力歯車
５０噛み合い部

Claims

ケース内に歯車列が収納された歯車装置であって、互いに噛み合う複数の歯車がシュラウドにより覆われており、前記シュラウドに、前記歯車に潤滑油を供給する潤滑油供給口と、シュラウド内の空気を流出させる排出口とを設け、歯車のポンプ作用によりシュラウド内の圧力を低下させるとともに前記歯車の噛み合い部への潤滑油引き込み作用をもたせた低損失歯車装置。
請求項1において、前記潤滑油供給口は、前記歯車の噛み合い部に近接した位置で、かつ前記ギヤポンプ作用の吸引側に配置されている低損失歯車装置。
請求項２において、前記排出口は、前記シュラウド内における前記潤滑油の流れの圧力が高い部分に位置している低損失歯車装置。
請求項1から３のいずれか１項において、前記噛み合う複数の歯車が、はすば歯車であり、前記潤滑油供給口が前記歯車の噛み合い部の歯車軸方向に対向している低損失歯車装置。
ガスタービンエンジンに直結される入力軸の入力歯車と、これを減速するための中間軸の第１の歯車とが第１の噛み合い部で噛み合い、前記中間軸の第２の歯車と出力軸の出力歯車とが第２の噛み合い部で噛み合い、これら歯車を含む歯車列がケース内に収納されたガスタービンエンジンの減速用の歯車装置であって、
前記ケースに取り付けられ、前記噛み合い部のうち少なくとも第２の噛み合い部を覆うシュラウドと、
前記シュラウドにおける、第２の噛み合い部の歯車軸方向に対向する位置に配置された潤滑油供給口と、
前記シュラウドにおける第２の噛み合い部を挟んで前記潤滑油供給口と反対側に設けられ、シュラウド内の空気を流出させる排出口とを備え、
第２の噛み合い部のポンプ作用により前記シュラウドの圧力を低下させるとともに第２の噛み合い部への潤滑油引き込み作用をもたせた低損失歯車装置。