JP2013174346A - 周転円歯車システム - Google Patents

Abstract

【課題】遊星キャリヤにかかる応力を低減するように設計された周転円歯車システムを提供する。
【解決手段】周転円歯車システム１において、各遊星歯車５は、互いに接続された２つのプレート部９、１０を有する非対称の遊星キャリヤ６に、各接続端子８経由で接続され、２つのプレート部９、１０のうちの１つ９だけが反力部材１２に接続可能であり、各接続端子８のうちの少なくとも１つの端部１５と反力部材１２に接続されたプレート部９とは、アンギュラ方向およびラジアル方向に可撓性のある、ラジアル方向に波状の環状壁２５経由で接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、周転円歯車システム（遊星歯車システム）に関する。

さらに具体的には、本発明は、風力発電において羽根から発電システムへ動力を伝送するために、および航空機推進力においてターボ機械から推進システムへ動力を伝送するために、これらに限らないが、有利に用いることができる周転円歯車システムに関する。

以下の明細書において、航空機推進力への具体的な参照がなされるが、単に例としてなされているにすぎない。

航空機推進力に用いられる周転円歯車システムは、太陽歯車、内歯車、ならびに太陽歯車と内歯車の間に介在する遊星歯車であって、各接続端子経由でおよび滑り軸受または転がり軸受を介在して遊星キャリヤに取り付けられた複数の遊星歯車を含む。

典型的な遊星キャリヤ構成は、非対称であり、すなわち２つの実質的に平板のプレート部を含み、遊星歯車のアキシャル（軸）方向の両側に互いに面して位置決めされ、複数の交差部材またはほぞ経由で互いに一体化して接続され、同プレート部のうちの１つだけは、遊星歯車から遊星キャリヤへ伝送されるトルクに反応する歯車システムの構成に依存して、固定されたまたは回動できる部材に一体化して接続される。

本明細書で述べられるように、各遊星歯車は各接続端子または各支持端子経由で遊星キャリヤに接続され、同端子の両端は、−通常は必須ではないがロックされて−プレート部に接続され、同端子の介在部は、例えば２組の円筒ころで滑り軸受または転がり軸受を支持する。

考察された用途において、遊星歯車軸受は、滑り型かそれとも転がり型かにかかわらず、遊星歯車と各支持端子の間のミスアラインメント（不整列）を考慮することができない。

歯車システムの動作中に、遊星歯車から遊星キャリヤへ伝送される力は、遊星キャリヤを変形させ、特に、結果として２つのプレート部の相対的な回動をもたらす。

これを防止する処置を講ずる場合を除いて、この回動は、ほぞおよび支持端子を両方とも変形させ、これらの軸は、太陽歯車軸および内歯車軸と平行な停止状態から、太陽歯車軸および内歯車軸に対してゼロ以外の角度を形成する作業状態へ向い、その角度は、伝送される力強度に依存して、したがって遊星キャリヤの変形度合いに依存して、変化する。

内歯車軸および太陽歯車軸に対する支持端子軸の偏位、したがって各遊星歯車軸の偏位は、結果的に遊星歯車、太陽歯車および内歯車のかみ合い歯上に、およびその軸受上に不均一な荷重分布をもたらし、それゆえに歯車システムの動作を損ない、通常はその構成部品の動作寿命を著しく低減する。

これらの欠点を排除する種々の解決法が提案されている。第１の解決法は、構成部品の、特に軸受座の形状を修正して荷重の下での変形が与える影響を補償することにあり、第２の解決法は、遊星キャリヤおよび／または支持端子の剛性を等しく配分して、プレート部の相対的回動が軸受座に与える影響を排除することにある。

第１の解決法が所与の伝送された荷重値で変形の影響を排除するだけである一方で、第２の解決法は、荷重にかかわらず問題を効果的に補償する。

第２解決法に従う、例えば本出願人による米国特許第６４０９４１４号明細書に記載された既知の一解決法は、非対称の支持端子、すなわち一方の軸端から他方の軸端までの剛性が部分的に異なる支持端子、を用いることである。この解決法は、荷重の下での変形が与える影響のバランスをとるのに効果的ではあるが、軸受に加わる荷重分布に対して、支持端子の軸に沿って剛性が変動する影響だけでなく、遊星キャリヤに加わる非対称の遠心性作用もまた、局所的に補償することを必要とする。

第２の解決法に従う別の解決法は、例えば、国際公開第２００９１０２８５３Ａ１号パンフレットに記載されるように、トルク反力部材に接続されたプレート部上の端子支持部の周りに、減量用スロットを設けることである。

この解決法は、対称の端子を用いることを可能にする効果を有するが、特に重度の荷重および変形を伴う用途において、プレート部に厳しい応力がかかる。

上述した問題を解決し、特に遊星キャリヤにかかる応力を低減するように設計された周転円歯車システムを提供することが、本発明の目的である。

本発明によれば、周転円歯車システムであって、太陽歯車と、内歯車と、前記太陽歯車および前記内歯車とかみ合う複数の遊星歯車と、遊星キャリヤと、前記各遊星歯車を前記遊星キャリヤに接続する接続端子と、を含み、前記遊星キャリヤは、前記遊星歯車の両側にある第１プレート部および第２プレート部と、前記第１プレート部だけを反力部材に接続する第１接続手段と、前記第１プレート部および前記第２プレート部を互いに接続する第２接続手段と、を含み、前記第１プレート部および前記第２プレート部のうちの少なくとも１つと各前記接続端子との間に可撓結合手段が介在し、前記可撓結合手段は、アンギュラ（角度）方向およびラジアル（放射）方向に弾性的可撓性のある少なくとも１つの弾性的可撓部を含み、ラジアル方向断面において湾曲して、前記接続端子と同軸の少なくとも１つの環状凹部を画定することを特徴とする、歯車システムが提供される。

上述に記載の歯車システムにおいて、前記凹部は、軸方向に細長いことが好ましい。

複数の非限定的な本発明の実施の形態は、例として添付の図面を参照して説明されることになる。

図１は、本発明の教示に従う周転円歯車システムの好ましい実施の形態の概略図を、実質的にブロック形式で示す。 図２は、図１と同様であり、細部の一変形形態を示す。 図３は、図２の歯車システムの、明瞭さのため一部を除去した透視図を示す。 図４は、図２の細部の一変形形態を示す。

図１内の番号１は、全体として周転円歯車システムを示すが、詳しくは必ずしも航空機エンジン（図示されない）用ではない。

歯車システム１は、軸３の周りに回動する太陽歯車２、軸３と同軸の内歯車４、および複数の遊星歯車５を含み、複数の遊星歯車５は、例えば、はすば歯車であり、複数歯車５のうちの１つだけが図面に示され、複数歯車５は内歯車４および太陽歯車２とかみ合う。

各遊星歯車５は、遊星キャリヤ６へ取り付けられて、各接続端子または各支持端子８を用いて各軸７の周りに回動し、同端子８の軸は、軸７と一致し、かつ軸３と平行である。

遊星キャリヤ６は、非対称であり、すなわち遊星歯車５の、軸７に直角の中心軸平面Ｐに関して対称ではない。

遊星キャリヤ６は、２つの実質的に平板のプレート部９および１０を含み、プレート部９および１０は、遊星歯車５の軸方向両側に位置し、かつ図示されない周知の複数の軸方向ほぞ経由で互いに一体化して接続される。

プレート部９および１０のうち、プレート部９だけが、固定された部材または回動できる部材１２へ周知のやり方で一体化して接続され、遊星歯車５から遊星キャリヤ６へ伝送されるトルクに反応する。

各接続端子８は、平面Ｐに関して対称であることが好ましいが必須ではなく、説明された例において、介在部１４、ならびに２つの同一形状ならびに同一サイズの管状端接続部１５および１６を含む。

介在部１４は、軸受１９を取り付けた直円筒面１８と接していて、接続部１６は、プレート部１０内に形成されたアキシャル方向貫通孔２１と、実質的に少しのすきまもなく係合する。

図１に示されるように、各端子８の接続部１５は、アンギュラ荷重および任意のラジアル荷重の両荷重の下で弾性的可撓性を示す弾性的可撓デバイス２３を介在して、プレート部９に接続される。

図１の例において、接続部１５は、プレート部９を貫通して形成された貫通孔２４と緩く係合し、弾性的可撓デバイス２３は、好都合なことに一体型で形成されたインターフェース本体２５によって画定される。

示された例において、インターフェース本体２５は、プレート部９および端子８から分離していて、軸方向に対称であり、中心管状部２６を含み、中心管状部２６は貫通孔２４と緩く係合し、端子８の端部１５は、貫通孔２４内に実質的に少しのすきまもなく挿入される。

本体２５は、プレート部９への接続用フランジ２７、および弾性的可撓性を有し湾曲して介在する環状壁２８も含み、環状壁２８は、ラジアル方向の半断面内でＣ字形または横にしたＵ字形をしていて、軸７と同軸の環状チャンネルまたは環状凹部であって、外側に面する軸方向開口部３０（図１）を有する、軸方向に細長い環状チャンネルまたは環状凹部２９を画定する。

図示されない一変形形態において、壁２８は、２つ以上のラジアル方向のスロットまたは開口部を有し、スロットまたは開口部は、２つ以上の湾曲した、アンギュラ方向およびラジアル方向に可撓性のある複数のアームまたは複数のスポークを画定し、各アームまたは各スポークは環状凹部２９の各部を画定する。

図２および図３の変形形態において、各介在環状壁２８は、異なる湾曲の環状壁３０で差し換えられ、環状壁３０は軸方向に対称であることが好ましく、貫通孔２４の内部に収容され、端子８の端部１５を囲み、プレート部９といっしょに一体型本体３１の一部を形成する。

壁３０は、ラジアル方向に波状であり、実質的にＣ字形または横にしたＵ字形をしている介在環状部３２を含み、軸７と同軸の環状凹部であって、端子８の介在部１４に面する軸方向開口部３４を有する、軸方向に細長い環状凹部３３を画定する。壁３０は、軸７と同軸となるように介在環状部３２のそれぞれ外側および内側に拡張する、２つの実質的にラジアル方向の湾曲環状部３５、３６も含む。介在環状部３２、およびプレート部９の内面に加えて、湾曲環状部３５および３６は、軸７と同軸の環状チャンネルまたは環状凹部であって、凹部３３の開口部３４とは反対方向、すなわち図２および図３に示されるように外側、に面する各軸方向開口部３９および４０を有する各環状チャンネルまたは各環状凹部３７および３８を画定する。

図４の変形形態において、プレート部１０は、本体３１に対して設計が同一の一体型本体４２で差し換えられる。このように端子８の端部１６は、プレート部１０にも弾性的可撓性をもって接続され、さらに具体的には弾性的可撓性のある各環状壁４３経由で接続される。好都合なことに、各壁４３は、構造的かつ機能的に壁３０と同一である。

図示されない一変形形態において、壁４３は、依然としてアンギュラ方向およびラジアル方向に可撓性があるが、壁３０とは形状が異なる。

このように各端子８の両端部１５、１６は、各相対運動アセンブリ経由で遊星キャリヤ６に接続され、関係のある端部１５、１６が、互いに独立してかつ両プレート部９、１０から独立してアンギュラ方向および任意のラジアル方向に動作することを可能にする。

したがって弾性的可撓壁２５、３０、４３の詳細な設計によって、関係のあるプレート部９、１０に対する端子８の端部１５、１６の運動を、任意のラジアル方向およびアンギュラ方向に制御することが保証される。

さらに具体的には、少なくとも端子８の端部１５と遊星キャリヤ６のプレート部９との間に、湾曲したまたは波状の可撓部を用いると、任意の動作状態において歯および軸受からの荷重の下で正確なアラインメントが保証され維持される。

他方では、両プレート部９、１０と端子８の各端部１５、１６との間の可撓部をラジアル方向およびアンギュラ方向に用いると、荷重の下での変形が補償され、歯および軸受の正確なアラインメントが維持され、通例は遊星キャリヤ６の剛性が低減されて、特に製造誤差に対する感度を最小化する周転円歯車システムに有益となる。

最後に、遊星キャリヤと接続端子８の少なくとも一端との間の波状の壁を用いると、波の数、したがって壁２５、３０、４３によって画定された凹部の数、ならびに軸方向拡張部分および壁２５、３０、４３の厚さを単純に変更することによって、材料の可撓性の度合いおよび材料の応力の制限度合いを高度に最適化することができる。

明らかなように、壁２５、３０、４３は、説明され図示されたものとは異なる波の数、異なる軸方向拡張部分、ならびに異なる湾曲度合いおよび／または厚さを有する部分を含むことができる。

Claims (13)

1. 周転円歯車システムであって、
   太陽歯車と、内歯車と、前記太陽歯車および前記内歯車とかみ合う複数の遊星歯車と、遊星キャリヤと、前記遊星歯車を前記遊星キャリヤに接続する接続端子と、を含み、
   前記遊星キャリヤは、前記遊星歯車の両側にある第１プレート部および第２プレート部と、前記第１プレート部だけを反力部材に接続する第１接続手段と、前記第１プレート部および前記第２プレート部を互いに接続する第２接続手段と、を含み、
   前記第１プレート部および前記第２プレート部のうちの少なくとも１つと前記接続端子との間に可撓結合手段が介在し、
   前記可撓結合手段は、アンギュラ方向およびラジアル方向に弾性的可撓性のある少なくとも１つの弾性的可撓部を含み、ラジアル方向断面において湾曲して、前記接続端子と同軸の少なくとも１つの環状凹部を画定することを特徴とする、歯車システム。
2. 前記環状凹部は、軸方向に細長いことを特徴とする、請求項１に記載の歯車システム。
3. 前記湾曲した弾性的可撓部は、実質的にＣ字形をしていることを特徴とする、請求項１または２に記載の歯車システム。
4. 前記湾曲した弾性的可撓部は、前記接続端子を囲むラジアル方向に波状の環状壁の一部を形成し、
   前記波状の環状壁は、前記環状凹部を画定することを特徴とする、請求項１または２に記載の歯車システム。
5. 前記波状の環状壁は、前記接続端子と同軸の追加の環状凹部であって、前記環状凹部の軸方向入り口とは反対方向に面する軸方向入り口を有する少なくとも１つの追加の環状凹部を少なくとも部分的に画定することを特徴とする、請求項３に記載の歯車システム。
6. 前記波状の環状壁は、前記接続端子と同軸の前記追加の環状凹部であって、２つの等方向に合わせられた前記追加の環状凹部を少なくとも部分的に画定し、
   前記環状凹部は、それぞれ前記環状凹部の内側および外側に位置することを特徴とする、請求項４に記載の歯車システム。
7. 前記波状の環状壁は、軸方向に対称であることを特徴とする、請求項４に記載の歯車システム。
8. 前記可撓結合手段は、前記第１プレート部と各前記接続端子の間に介在することを特徴とする、請求項１から７のうちのいずれか１つに記載の歯車システム。
9. 前記可撓結合手段は、前記第２プレート部と各前記接続端子の間に介在することを特徴とする、請求項１から８のうちのいずれか１つに記載の歯車システム。
10. 前記弾性的可撓部および前記各プレート部は、一体型本体の一部を形成することを特徴とする、請求項１から９のうちのいずれか１つに記載の歯車システム。
11. 前記弾性的可撓部は、関係のある前記プレート部から分離したインターフェース本体の一部を形成することを特徴とする、請求項１から９のうちのいずれか１つに記載の歯車システム。
12. 前記弾性的可撓部は、関係のある前記プレート部を貫通して形成された軸方向貫通開口部と緩く係合することを特徴とする、請求項１１に記載の歯車システム。
13. 前記インターフェース本体は、一体型で形成されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の歯車システム。

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