JP6419177B2 - プロペラブレード支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロペラブレードが転がり支持装置によって各プロペラブレードの長手方向軸線を中心に回動可能である、航空機の調節可能なプロペラブレード用のプロペラブレード支持装置に関する。

航空機用プロペラのプロペラブレードをハブに調節可能に支持する軸受アセンブリは、たとえば特許文献１において公知である。この軸受アセンブリは、１次調節軸受と２次調節軸受とから構成されている。これらの調節軸受は、それぞれ玉軸受として構成されていて、前組付けされた構成ユニットの構成要素である。潤滑剤は、大部分が軸受アセンブリに蓄えられており、特に、軸受輪を包囲する潤滑油制止壁環によって特定の体積の範囲内で保持されている。

転動体としての玉およびころを含む転がり軸受アセンブリを備えた、プロペラブレード調節のための装置が、たとえば特許文献２において公知である。この装置では、第１の、玉から形成された転動体列と、第２の、ころから形成された転動体列との間に、予荷重が掛けられている。特許文献１において公知の軸受アセンブリに対応して、この装置でも、調節可能なプロペラブレードが支持装置の内輪と結合されている一方、対応する外輪はハブに位置する。

プロペラブレードの調節性は、特にプロップファン推進装置の場合に必要とされる。調節可能な羽根を備える、包囲されたプロップファン推進装置の一例が、特許文献３に開示されている。これに対して、特許文献４には、包囲されないプロップファン推進装置が記載されている。

プロップファン推進装置は、比較的古い推進装置構造方式に対して効率を高めるために特に高いバイパス比を有している航空機駆動装置である。この場合、プロペラブレードによって高い空気流量が発生させられる。プロペラブレードは、前掲の背景技術において公知であるように、包囲部品の内側に、またはそれぞれのハウジングの外側に位置してよい。駆動エンジンをできるだけ一定の回転数にしたまま、目下の飛行状況に駆動出力を適合させるために、プロペラブレードの迎え角は、プロペラブレードの軸線を中心とする回動によって調節される。そのために、各プロペラブレードは、転がり支持装置によって、回動可能にプロペラのハブと結合されている。

転がり要素の接触箇所における摩耗を回避するために、転がり支持装置は、典型的には、完全に油で充填された室内にある。ロータの回転運動に基づいて、システムは、標準重力加速度の約５００倍またはそれ以上に相当し得る遠心力加速度を受ける。転がり支持装置の信頼性および耐久性に関して、かつ表面上で視認可能な漏れを回避するために、生じる油圧下で油室を確実に封止することが極めて重要である。

独国特許出願公開第１０２００４０６００２２号明細書 英国特許出願公開第２２４４５２５号明細書 独国特許発明第３８１８４６６号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０１３４８２２号明細書

本発明の課題は、背景技術に対してさらに改良された、特に航空機の急速に回転する駆動装置に適したプロペラブレード支持装置であって、特に簡単に潤滑可能でかつ組付けおよび保守可能な転がり軸受を有するものを提供することである。

本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成を有するプロペラブレード支持装置により解決される。

プロペラブレード支持装置は、プロペラハブとプロペラブレードとの間に転がり支持装置を備え、
−少なくとも１つの軸受外輪が、プロペラブレードに配置されており、つまり、プロペラブレードの構成部材であるかまたはこれに固く結合されており、
−少なくとも１つの軸受内輪が、プロペラハブに配置されており、つまり、プロペラハブの構成部材であるかまたはこれに取り付けられており、
−プロペラブレードと固く結合されたスリーブ状の中心区分が、転がり支持装置の軸受内輪の半径方向内側に配置されており、
−軸受外輪と中心区分との間に、プロペラハブの回転軸線に関して半径方向で外向きに閉じた潤滑剤チャンバが形成されている。

「広い意味でのプロペラブレード」という概念は、本発明の場合、ロータブレードが複数の個々の部材から、たとえばブレード基部と、これに取り付けられたブレード、つまり狭い意味でのプロペラブレードとから構成されている場合でも、ハブに調節可能に軸支された全体のロータブレードと解される。プロペラブレード支持装置は、プロペラハブにおける広い意味でのプロペラブレードの支持装置である。

プロペラブレード支持装置の転がり支持装置は、好適には複列、特に２列または３列軸受として構成されている。しかも、転がり支持装置は、たとえば４つ、５つまたは６つの転動体列を有してもよい。転動体として、玉だけではなく針状ころ、円筒ころおよび円錐ころも考えられる。転がり支持装置において、様々な転動体形状および転動体サイズの組み合わせも可能である。転動体は、転がり軸受用鋼またはセラミックス材料、たとえば窒化ケイ素から製作されていてよい。転動体は、保持器によって、それぞれ複数の転動体を案内する保持器セグメントによって、またはそれぞれ２つの転動体の間に配置されたスペーサ要素によって、互いに分離されていてよい。保持器材料として、金属およびプラスチック、特に繊維強化されたプラスチックが使用可能である。

考えられる１つの態様では、転がり支持装置は、３列アンギュラ玉軸受として構成されており、３つの転動体の列は、プロペラハブの回転軸線からそれぞれ異なる距離で離れている。この態様により、プロペラブレード支持装置は、主に半径方向外方へ作用する力を吸収するように設計されている。転動体列の間の予荷重により、プロペラブレード支持装置のゼロバックラッシが確保される。同時に、機械的な荷重が均一に個々の転動体列に分配されて、総じて低く保持される。

特に好適な態様では、玉軸受の転動体の、プロペラハブの回転軸線から最小の間隔を置いた列が、この列に隣り合う、転動体の中間の第２の列と、これらの列に対応する軸受輪とともに、Ｏ字形の配置を成している一方、転動体の、最も外側の、つまりプロペラハブから最も離れた第３の列が、軸受輪の間で所定の接触角を成して配置されており、その接触角の方向は、転動体の中間の列の接触角に一致する。特に好適な態様では、中間の転動体列の接触角が、最も外側の転動体列の接触角に一致するか、またはその接触角の異なりが１０°を超えず、特に５°を超えない。同様に、転がり支持装置は、４列または５列以上に構成されていてもよく、その場合、第４のおよび場合により少なくとも１つのさらに別の転動体列の接触角が、好適には第３の転動体列の接触角に一致する。

２列、３列または４列以上の転がり支持装置は、単一の外輪と、複数の内輪とを有してよい。この場合、一体的な外輪は、外輪に成形された取付フランジによって、プロペラブレードまたはプロペラブレードを保持する支持体と結合されていてよい。軸受外輪は、好適には鋼から製作されていて、３００ＨＶ１〜５００ＨＶ１の硬さを有し、かつ７００ＨＶ１を超える硬さを有する表層硬化された転がり接触面を有している。外輪の、周囲環境にさらされる面は、腐食に対する防護被覆を有してよい。内輪は、ハブの構成要素を成す軸受ジャーナルに被せ嵌められて、そこでまとめて緊締されていてよい。全ての軸受輪の転がり接触面は、耐摩耗性の被覆または表面処理、特に浸炭窒化処理を有してよい。

半径方向外向きに閉じた潤滑剤チャンバの格別な利点は、プロペラの回転軸線に関して半径方向での潤滑剤の流出を阻止するために、互いに可動の部分の間に作用するシールが不要なことにある。これに対して、互いに可動の、つまり回動可能な部分の間のシールは、潤滑剤チャンバの、プロペラハブの回転軸線に関して半径方向内側に配置可能である。この場合、第１のシールは、外輪とプロペラハブとの間に作用する。第１の外側のシールは、プロペラブレードの長手方向軸線に関して内側で、直接に軸受内輪に、またはロータハブに固く取り付けられた別の部分に接触している。プロペラハブとプロペラブレードの中心区分との間を封止する第２の内側のシールは、プロペラブレードの長手軸線に関して外側で、やはりハブの構成要素に、特に内輪を支持するスリーブ状のロータブレード支持体に接触している。好適な態様では、潤滑剤チャンバの確実なシール性は、遠心加速度により発生させられ、プロペラハブの回転軸線に関して外方へ向けられた、潤滑剤によって及ぼされる１０ｂａｒより大きな液圧の場合に実現可能となる。

好適な１つの改良態様によれば、外輪は、ハブと結合された、たとえばハブに直接に取り付けられた、軸受輪に対して同心的に配置された保護リングによって包囲される。保護リングは、たとえば鋼板または複合材料から製作されていてよい。この保護リングは、プロペラブレードの長手方向軸線を同心的に包囲する部分領域で、プロペラブレード支持装置の調節可能な構成要素、特に外輪またはプロペラブレードのフランジから僅かに、これによって追加的な非接触の封止が得られるように僅かに間隔を置いて設けられていてよい。

軸受内輪の内側の空間を占め、潤滑剤チャンバの内壁を形成する、プロペラブレードのスリーブ状の中心区分は、好適には、プロペラブレードの迎え角を調節するための調節装置の構成要素である。ピッチ調節を意図してプロペラブレードの長手方向軸線を中心にプロペラブレードを回動させるトルクの伝達は、電気的かつ／または液圧的な調節機構により行われる。

本発明の利点は、特に、プロペラブレード支持装置が、ほぼ追加的な調節動作なくロータハブおよびプロペラブレードと結合できる前組付けされたユニットとして構成されていることにある。互いに可動の部分の間の油室、つまり潤滑剤チャンバの封止が、転がり支持装置の、回転軸線に対して半径方向内側で、ロータハブの回転軸線の傍で行われることにより、回転時に油の液圧が動的なシールに作用しなくなる。これに対して、転がり支持装置の上側の液圧にさらされる室には、せいぜい静的なシールが存在しているだけである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

航空機のプロペラブレード支持装置の簡略化された断面図である。

図１は、図示されていない航空機の、全体に符号１が付されたプロペラブレード支持装置を概略的に示している。そのプロペラブレード支持装置の原理的な機能に関しては、冒頭で挙げた背景技術が参照される。

プロペラブレード支持装置１は、プロペラハブ３にプロペラブレード２を回動可能に軸支するために用いられる。プロペラハブ３の回転軸線にはＲを付してあり、プロペラブレード２の長手方向軸線にはＬを付してある。プロペラブレード２の迎え角を調節するために、３列玉軸受として構成された転がり支持装置４が設けられている。

転がり支持部４の３列の転動体は、内側の列５、中間の列６および外側の列７で示されている。転動体、つまり玉は、まとめて符号８が付されている。内側の列５は、プロペラハブ３の回転軸線Ｒから最小距離を有し、外側の列７は、最大距離を有する。プロペラブレード２の長手方向軸線Ｌから、つまり転がり支持装置４の、ピッチ調節のために利用される回動軸線から、全ての３つの列５，６，７の転動体８は、同一の距離だけ離れている。

転がり支持装置４は、アンギュラ玉軸受として構成されている。このアンギュラ玉軸受は、単一の外輪９を有する。外輪９にフランジ１０が一体的に成形されており、フランジ１０は、プロペラブレード２に取り付けられている。そのために、プロペラブレード２は、同様に取付フランジ１１を有している。長手方向軸線Ｌに関して取付フランジ１１の半径方向内側に、プロペラブレード２の環状の端面１２が位置している。端面１２は、やはり長手方向軸線Ｌに関して半径方向内側で、プロペラブレード２の１つの構成要素であるスリーブ状の中心区分１３により画定されている。中心区分１３は、プロペラブレード２と同一のものであるかまたは少なくとも固く結合されている。この中心区分１３は、図示されていない、プロペラブレード２の迎え角を調節するための機構を介して回動可能であり、したがって、図示されていない調節装置の調節リングを成している。

外輪９と中心区分１３との間に、端面１２によって閉じられた環状室が形成されており、この環状室に、スリーブ状の、プロペラハブ３と固く結合されたロータブレード支持体１４が突入している。ロータブレード支持体１４には、３つの内輪１５，１６，１７が緊締されており、内輪１５，１６，１７に接して玉列５，６，７が転動する。内輪１５，１６，１７と外輪９との間、内輪１５，１６，１７を支持するロータブレード支持体１４とプロペラブレード２の端面との間、およびロータブレード支持体１４と中心区分１３との間に、連続する潤滑剤チャンバ１８が形成されている。

プロペラハブ３の回転時に、潤滑剤チャンバ１８内にある潤滑剤は、半径方外方へ、ひいては閉じた端面１２に押し付けられる。プロペラハブ３の停止時でも潤滑剤チャンバ１８からの潤滑剤の流出を阻止するために、潤滑剤チャンバ１８は、回転軸線Ｒに関して半径方向内側で、外側のシール１９および内側のシール２０により閉じられている。外側のシール１９は、外輪９と内輪１５との間を封止しており、内側のシール２０は、ロータブレード支持体１４と中心区分１３との間を封止している。転がり支持装置４の全体は、ロータブレード支持体１４に取り付けられた保護リング２１により覆われている。図１の断面図では、保護リング２１は、長手方向軸線Ｌに対して垂直の平面上に位置する平らな円板区分２２と、これに続く円筒形の壁区分２３とを有する、屈曲された形状を有している。壁区分２３は、環状隙間２４を形成しつつ外輪９のフランジ１０と取付フランジ１１とを包囲している。環状隙間２４は、プロペラブレード支持装置１への異物の侵入に対する防護を成している。

転がり支持装置４の軸受輪９，１５，１６，１７の構成は、作動時に生じる空気力および慣性力に合わせるように調整されている。内側および中間の玉列５，６は、２列アンギュラ玉軸受の構成要素として、転がり支持装置４の内側でＯ字形の配置をして形成されている。これにより、中間の玉列６は、回転軸線Ｒに関して半径方向外側でプロペラブレード２を支持する一方、内側の玉列５によって、半径方向内側の支持が得られる。外側の玉列７の組込状況（転動体８を通って延びる接触線の方向性が一致する）は、中間の玉列６の組込状況に一致する。これにより、３列転がり支持装置４によって、総じて、外側のプロペラブレード２の２列式の支持と内側の単列式の支持とが得られる。

転動体８、およびその上を転動体８が転動する軸受輪９，１５，１６，１７の転がり接触面は、プロペラブレード支持装置１を備える航空機、つまりプロップファン駆動装置を備える航空機の運転時に、振動による荷重を含む様々な荷重にさらされる。その荷重に応じて設計された転動体８は、完全硬化された軸受用鋼または高機能セラミックスから製作されてよい。軸受輪９，１５，１６，１７の製作のためには、完全硬化されたまたは表層硬化された軸受用鋼が適している。外輪９を製作している材料は、内輪１５，１６，１７を製作している材料と必ずしも同一ではない。軸受輪９，１５，１６，１７は、少なくとも部分的に、転がり接触の領域で、耐摩耗性の被覆を有してよい。

プロペラブレード支持装置１は、航空機のプロップファン推進装置だけではなく、たとえばターボプロップ推進装置にも適している。いずれの場合にも、プロペラブレード支持装置１の格別な利点は、検査および保守目的のために、プロペラブレード支持装置１のアクセス可能性が極めて良好であることにある。

１ プロペラブレード支持装置
２ プロペラブレード
３ プロペラハブ
４ 転がり支持装置
５ 内側の玉列
６ 中間の玉列
７ 外側の玉列
８ 転動体
９ 外輪
１０ フランジ
１１ 取付フランジ
１２ 端面
１３ 中心区分
１４ ロータブレード支持体
１５ 内輪
１６ 内輪
１７ 内輪
１８ 潤滑剤チャンバ
１９ シール
２０ シール
２１ 保護リング
２２ 円板区分
２３ 壁区分
２４ 環状隙間
Ｌ 長手方向軸線
Ｒ 回転軸線

Claims (15)

1. プロペラブレード支持装置であって、
   プロペラハブ（３）とプロペラブレード（２）との間に転がり支持装置（４）を備え、
   少なくとも１つの軸受外輪（９）が、前記プロペラブレード（２）と相対回動不能に結合されており、
   少なくとも１つの軸受内輪（１５，１６，１７）が、前記プロペラハブ（３）に保持されており、
   前記プロペラブレード（２）と結合されたスリーブ状の中心区分（１３）が、前記軸受内輪（１５，１６，１７）の半径方向内側に配置されており、
   前記軸受外輪（９）と前記中心区分（１３）との間に、前記プロペラハブ（３）の回転軸線（Ｒ）に関して半径方向外向きに閉じた潤滑剤チャンバ（１８）が形成されている
   ことを特徴とする、プロペラブレード支持装置。
2. 前記転がり支持装置（４）は、少なくとも３列軸受、特に玉軸受として構成されている、請求項１記載のプロペラブレード支持装置。
3. 前記転がり軸受（４）の転動体（８）の、前記プロペラハブ（３）の回転軸線（Ｒ）から最小の間隔を置いた列（５）が、該列（５）に隣り合う、転動体（８）の第２の列（６）と、これらの列（５，６）に対応する軸受輪（１５，１６）とともに、Ｏ字形の配置を成している一方、転動体（８）の、前記プロペラハブ（３）からさらに離れた少なくとも１つの別の列（７）が、前記軸受輪（９，１７）の間で所定の接触角を成して配置されており、該接触角の方向は、転動体（８）の前記第２の列（６）の接触角に一致する、請求項２記載のプロペラブレード支持装置。
4. 前記転がり支持装置は、単一の軸受外輪（９）と複数の軸受内輪（１５，１６，１７）とを有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
5. 前記潤滑剤チャンバ（１８）は、半径方向内側で、前記軸受外輪（９）と前記プロペラハブ（３）との間に配置された第１のシール（１９）と、前記プロペラハブ（３）と前記プロペラブレード（２）の前記中心区分（１３）との間に配置された第２のシール（２０）とによって封止されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
6. 前記潤滑剤チャンバ（１８）のシール性が、遠心加速度により発生させられ、前記プロペラハブ（３）の回転軸線（Ｒ）に関して外方へ向けられた少なくとも１０ｂａｒの液圧で得られるように、前記潤滑剤チャンバ（１８）が形成されている、請求項５記載のプロペラブレード支持装置。
7. 前記第１のシール（１９）は、前記転がり支持装置（４）の軸受内輪（１５）に接触している、請求項５または６記載のプロペラブレード支持装置。
8. 前記第２のシール（２０）は、前記軸受内輪（１５，１６，１７）を支持するスリーブ状のロータブレード支持体（１４）に接触している、請求項５から７までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
9. 前記軸受外輪（９）は、前記プロペラハブ（３）と結合された、前記軸受輪（９，１５，１６，１７）に対して同心的に配置された保護リング（２１）によって包囲されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
10. 前記プロペラブレード（２）の前記中心区分（１３）は、前記プロペラブレード（２）の迎え角を調節する調節装置の一部として構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
11. 前記軸受外輪（９）に、前記プロペラブレード（２）と結合可能なフランジ（１０）が一体的に成形されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
12. 前記軸受外輪（９）は、鋼から製作されていて、３００ＨＶ１〜５００ＨＶ１の硬さを有し、かつ７００ＨＶ１より高い硬さを有する表層硬化された転がり接触面を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
13. 前記軸受外輪（９）は、部分的な腐食防止被覆を有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
14. 前記転がり支持装置（４）の内側で、１つの列（５，６，７）に配置された転動体（８）は、合成材料から成る要素によって互いに分離して保持される、請求項１から１３までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。
15. 前記軸受外輪（９）、前記軸受内輪（５，６，７）および転動体（８）の少なくとも１つの転がり接触面が、摩耗防止層を有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載のプロペラブレード支持装置。

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