JP7555709B2 - 航空機用タービンエンジンの機械式減速歯車装置 - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は、タービンエンジン、特に航空機用タービンエンジンの機械式減速歯車装置の分野に関する。

技術的背景
技術水準は特に、国際公開第２０１０／０９２２６３号、仏国特許出願公開第２９８７４１６号明細書、仏国特許出願公開第３０４１０５４号明細書、欧州特許出願公開第２５１８２７９号明細書および欧州特許出願公開第２５５４８７４号明細書を含む。

機械式減速歯車装置の役割は、機械システムの入力軸と出力軸との間の速度およびトルク比を修正することである。

新世代のバイパスタービンエンジン、特に高希釈率を有するものは、ファンのシャフトを駆動するための機械式減速歯車装置を備える。通常、減速歯車装置は、動力タービンのシャフトの急速回転速度と呼ばれる回転速度を、ファンを駆動するシャフトのためのより遅い回転速度に変換することを目的とする。

このような減速歯車装置は、サンギヤと呼ばれる中央ピニオンと、リングギヤと、サンギヤとリングギヤとの間で接触しているプラネタリギヤと呼ばれるピニオンとを備える。プラネタリギヤは、プラネタリキャリアと呼ばれるシャーシによって支持される。サンギヤ、リングギヤおよびプラネタリキャリアは、その回転軸がタービンエンジンの長手方向軸線Ｘと一致するので遊星歯車機構である。遊星歯車機構は、それぞれ、遊星軸の周りに同じ動作直径に亘って均等に分配された異なる回転軸を有する。これらの軸は長手方向軸線Ｘと平行である。

いくつかの減速歯車装置のアーキテクチャがある。バイパスタービンエンジンの最新技術では、減速歯車装置は遊星型またはエピサイクリック型である。他の同様の用途では、いわゆる差動型または混合型アーキテクチャがある。
－ 遊星型減速歯車装置では、プラネタリキャリアは固定され、リングギヤはサンギヤとは逆方向に回転する、装置の出力軸を構成する。
－ エピサイクリック型減速歯車装置では、リングギヤは固定され、プラネタリキャリアはサンギヤと同じ方向に回転する、装置の出力軸を構成する。
－ 差動型減速歯車装置では、どの要素も回転固定されていない。リングギヤは、サンギヤおよびプラネタリキャリアの回転方向とは反対の方向に回転する。

減速歯車装置は、１つ以上の噛み合い段階を備えることができる。この噛み合いは、例えば、接触、摩擦、または磁界によって、様々な方法で保証される。平歯車装置または山歯歯車装置と同様に、接触によるいくつかのタイプの噛み合いがある。

減速歯車装置は潤滑されなければならず、減速歯車装置の回転成分への潤滑油の入力は問題となり得る。油は、減速歯車装置がエピサイクリック型である場合には、プラネタリキャリアの回転不能のステータ部分と、回転する一体型ロータ部分とを具備する分配器によって減速歯車装置に運ばれる。分配器のステータ部分はロータ部分のシールと係合し、このシールは、ステータ部分が動作時に減速歯車装置に対して移動かつ傾斜し、ロータ部分の移動に追従しなければならない間、保証される必要がある。現在の技術では、ステータ部分がタービンエンジンのステータケーシングへのロッド接続によって回転不能にされる。

国際公開第２０１０／０９２２６３号 仏国特許出願公開第２９８７４１６号明細書 仏国特許出願公開第３０４１０５４号明細書 欧州特許出願公開第２５１８２７９号明細書 欧州特許出願公開第２５５４８７４号明細書

本発明は、この技術に対する、簡単で、効果的かつ経済的な改良を提案する。

本発明は、タービンエンジン、特に航空機用タービンエンジンの機械式減速歯車装置のプラネタリキャリアに関し、この減速歯車装置は、
－ 回転軸を有するサンギヤと、
－ サンギヤの周りに延在し、前記軸の周りの回転において不動であるように構成されるリングギヤと、
－ サンギヤおよびリングギヤと噛み合い、前記軸の周りを回転するように構成された、プラネタリキャリアによって維持されるプラネタリギヤと、
－ 回転不能なステータ部分と、前記プラネタリキャリアの回転する一体型ロータ部分とを備える潤滑油分配器と、
－ リングギヤと一体の、少なくとも１つの環状オイルデフレクタと、を備え、
前記分配器の前記ステータ部分は、前記デフレクタと一体であることを特徴とする。

従来技術では、デフレクタが油の排出およびリサイクルの観点から、半径方向外側に突出した油を捕捉して案内する単一の機能を有する。本発明では、デフレクタがこの機能を有し、さらに、作動分配器のステータ部分とロータ部分との間の相対運動および相対傾斜を制限するために、分配器のステータ部分を支持する別の機能を有し、これにより、特に、これらの部分の間の良好なシールを保証することが可能になる。

以下に提案する解決策は、リングギヤがエンジンからの参照で固定されているエピサイクリック型減速歯車装置と互換性がある。それは、一体型であろうとケージキャリア／ケージ型であろうと、任意のタイプのプラネタリキャリアの任意のタイプの歯車装置（平歯車、山歯歯車）に適合し、転動要素（玉軸受、ころ軸受、円錐ころ軸受など）から構成される遊星歯車軸受、または流体軸受に適合する。

本発明による減速歯車装置は、互いに個別に取られるか、または互いに組み合わされる、以下の特徴の内の１つまたは複数を備えることができる。
－ デフレクタは、リングギヤの環状フランジに取り付けるための環状フランジを備える。
－ リングギヤはそれぞれがギヤと取付ハーフフランジとを備えたリムを具備する２つのハーフリングギヤを備え、これら取付ハーフフランジは共にデフレクタのフランジに固定される。
－ 前記リングギヤはそれぞれがギヤと取付ハーフフランジとを備えたリムを具備する２つのハーフリングギヤを備え、フェルールが前記ハーフリングギヤの一方のリムに固定されるか、又は前記ハーフリングギヤの一方と単一の部品として形成される。
－ デフレクタは、ハーフリングギヤの周りに延在する外周部分を備える。
－ デフレクタは、前記軸に対してほぼ半径方向に延在する内周部分を備える。
－ デフレクタは、環状に列をなす貫通孔を備えることができる。
－ デフレクタは、前記空間が形成される切頭錘台部分を備える。
－ 分配器の前記ステータ部分は以下を備える。
－ 油出口オリフィスを備え、分配器の前記ロータ部分と密封状態で係合するように構成された外側円筒面および、
－ 環状キャビティを備える内部オイル回路であって、該環状キャビティが、一方では概して軸方向に延在し、前記キャビティを前記オリフィスに接続する列に接続され、他方では、前記キャビティから概して半径方向に延在する少なくとも１つの供給チャネルに接続されている。

本発明は更に、上述したような機械式減速歯車装置を有するタービンエンジン、特に航空機用のタービンエンジンに関する。

他の特徴および利点は、添付の図面を参照した本発明の非限定的な実施形態の以下の説明から明らかになるのであろう。

本発明を用いたタービンエンジンの概略的な軸方向断面図である。 機械式減速歯車装置の軸方向部分断面図である。 機械式減速歯車装置の別の軸方向部分断面図であり、本発明の先行技術を示す。 機械式減速歯車装置の別の軸方向部分断面図であり、本発明を示す。 図４の減速歯車装置の斜視図である。 図４と同様の図であり、本発明の別の実施形態を示す。

図１はタービンエンジン１を示し、このタービンエンジン１は、通常、ファンＳと、低圧圧縮機１ａと、高圧圧縮機１ｂと、環状燃焼室１ｃと、高圧タービン１ｄと、低圧タービン１ｅと、排気管１ｈとを備える。高圧圧縮機１ｂと高圧タービン１ｄは高圧シャフト２によって接続され、高圧（ＨＰ）体を形成している。低圧圧縮機１ａと低圧タービン１ｅは低圧シャフト３によって接続され、低圧（ＬＰ）体を形成している。

ファンＳは、減速歯車装置６により低圧シャフト３に連結されたファン軸４によって駆動される。この減速歯車装置６は、一般に遊星型またはエピサイクリック型である。

以下の説明は、プラネタリキャリアとサンギヤとが回転可能であり、減速歯車装置のリングギヤが参照しているエンジンフレーム内に固定されている、エピサイクリック型の減速歯車装置に関する。

減速歯車装置６は、タービンエンジンの前部に配置されている。本出願では、「上流」および「下流」という表現は、タービンエンジンの延長軸またはロータの回転軸に沿った、タービンエンジン内のガスの一般的な流れを指す。ここでは、エンジンケーシングまたはステータ５を形成する上流部分５ａおよび下流部分５ｂを概略的に備える固定構造が、減速歯車装置６を取り囲むエンクロージャＥを形成するように配置される。このエンクロージャＥは、ここではファンシャフト４の通過を可能にする軸受のレベルのシールによって上流で閉じられ、ＬＰシャフト３の通過のレベルのシールによって下流で閉じられる。

図２はエピサイクリック型減速歯車装置６を示す。入口において、減速歯車装置６は、例えばインナースプライン７ａを介してＬＰシャフト３に連結されている。従って、ＬＰシャフト３は、サンギヤ７と呼ばれるプラネタリピニオンを駆動する。従来、回転軸がタービンエンジンの回転軸線Ｘと組み合わされたサンギヤ７は、回転軸線Ｘの周りに同じ直径に亘って均等に分配されたプラネタリギヤ８と呼ばれる一連のピニオンを駆動する。この直径は、サンギヤ７とプラネタリギヤ８との間の作動距離の２倍に等しい。プラネタリギヤ８の数は、一般に、この種の用途では３個～７個の間に規定される。

全てのプラネタリギヤ８は、プラネタリキャリア１０と呼ばれるシャーシによって支持されている。各プラネタリギヤ８は、それ自体の軸Ｙの周りを回転し、リングギヤ９と噛み合う。

出口では、以下のことが起こる。
・ このエピサイクリック型歯車装置の構成では、すべてのプラネタリギヤ８がタービンエンジンの軸線Ｘの周りで回転してプラネタリキャリア１０を駆動する。リングギヤはリングギヤキャリア１２を介してエンジンケーシング又はステータ５に固定され、プラネタリキャリア１０はファンシャフト４に固定されている。
・ 別の遊星歯車型装置の構成では、全てのプラネタリギヤ８がエンジンケーシングまたはステータ５に固定されたプラネタリキャリア１０によって維持される。各プラネタリギヤはリングギヤを駆動し、このリングギヤはリングギヤキャリア１２を介してファンシャフト４に連結されている。

各プラネタリギヤ８は、例えばころ軸受または流体軸受型の軸受１１を使用して回転自在に取り付けられている。各軸受１１はプラネタリキャリア１０の１つの軸１０ａに取り付けられ、全ての軸はプラネタリキャリア１０の１つ以上の構造シャーシ１０ａを使用して互いに対して位置決めされる。プラネタリギヤの数に等しい数の軸１０ｂおよび軸受１１がある。操作、取付け、製造、制御、修理または交換の理由で、軸１０ｂおよびシャーシ１０ａを数個の部品に分離することができる。

上記と同じ理由で、減速歯車装置の歯車は、それぞれが中央平面Ｐを有する複数のはすばに分離することができ、この例では、２つのハーフリングギヤに分離されたリングギヤを有する、複数のはすばを有する減速歯車装置の動作を詳述する。
・ 前側ハーフリングギヤ９ａは、リム９ａａと、取付ハーフフランジ９ａｂとからなる。リム９ａａには、減速歯車装置の歯車の前側はすばが配置されている。この上流側はすばは、サンギヤ７の歯と噛み合うプラネタリギヤ８の歯と噛み合う。
・ 下流側ハーフリングギヤ９ｂは、リム９ｂａと取付ハーフフランジ９ｂｂとからなる。リム９ｂａには、減速歯車装置の歯車の下流側はすばが配置されている。この下流側はすばは、サンギヤ７の歯と噛み合うプラネタリギヤ８の歯と噛み合う。

はすばの幅がサンギヤ７、プラネタリギヤ８およびリングギヤ９の間で重なって噛み合うために変化する場合、はすばの幅は全て上流側はすばの中央平面Ｐおよび下流側はすばの別の中央平面Ｐを中心とする。２列のころを有するころ軸受の場合、各列の転動体も、好ましくは２つの中央平面上に中心を置くが、必ずしもその必要は無い。

上流側リングギヤ９ａの取付ハーフフランジ９ａｂと下流側リングギヤ９ｂの取付ハーフフランジ９ｂｂは、リングギヤの取付フランジ９ｃを形成する。リングギヤ９は、リングギヤの取付フランジ９ｃとリングギヤキャリアの取付フランジ１２ａとを、例えばボルト止めによって組み立てることにより、リングギヤキャリアに固定される。

図２の矢印は、減速歯車装置６における油の進行を示している。油は分配器１３内のステータ部５から、１つ以上のタイプの構造に特有であるので、この図では特定されていない種々の手段によって減速歯車装置６に到達する。分配器１３は、インジェクタ１３ａおよびアーム１３ｂを備えている。インジェクタ１３ａはギヤを潤滑する機能を有し、アーム１３ｂは軸受を潤滑する機能を有する。油は、インジェクタ１３ａに向かって運ばれ、ギヤを潤滑するために端部１３ｃを通って現れる。油もアーム１３ｂに向かって運ばれ、軸受の入口ダクト１３ｄを経て循環する。次いで、油は１つ以上の緩衝ゾーン１０ｃ内の軸を通って循環し、次いで、プラネタリギヤの軸受を潤滑するために、オリフィス１０ｄを通って現れる。

図３は、ロータ部分１４とステータ部分１５とを有する油分配器１３のより具体的な実施例を示す。

ロータ部分１４はプラネタリキャリア１０と一体で回転し、軸線Ｘを中心とするほぼ環状の形状を有する。この部分１４は、プラネタリギヤ８の軸受１１の入口ダクト１３ｄに係合されたノズル１４ａと、緩衝ゾーン１０ｃから油を供給するための油出口オリフィス１６とを備えている。

ロータ部分１４は、その内周に、油入口オリフィス１７を備えた内側円筒面１４ｂを備えている。ロータ部分１４は、一方ではオリフィス１７に対して実質的に半径方向の第１のチャネル１９によって、および実質的にＬ字形の第２のチャネル２０によってオリフィス１６に接続される環状チャンバ１８をさらに備える。

分配器１３のステータ部分１５は、図示されていないタービンエンジンのケーシングと一体である。実際には、部分１５が減速歯車装置６の角度偏位を回避するために使用されるアームによってケーシングに接続される。

ステータ部分１５、は軸線Ｘ周りにほぼ環状の形状を有し、ロータ部分１４に係合し、油出口オリフィス２１を備える円筒形外面１５ａを具備する円筒形本体を備えている。表面１４ｂおよび１５ａは、分配器１３の内部油回路間のシールを保証するように作動するとき、互いに係合する。

ステータ部分１５の内部油回路は環状キャビティ２２を備え、この環状キャビティ２２は、一方では実質的に軸方向に延在してキャビティ２２をオリフィス２１に接続する油路２３に接続され、他方では、キャビティ２２から実質的に半径方向に延在する少なくとも１つの供給チャネル２４に接続する。供給チャネル２４は、油入り口オリフィス２５を形成するために、ステータ部分１５の外面に亘って半径方向外向きに開いている。

図３の減速歯車装置６は、環状のオイルデフレクタ２６を更に備えている。このデフレクタ２６はリングギヤ９と一体であり、リングギヤ９が固定されているので、減速歯車装置のステータの一部を形成する。デフレクタ２６は、薄い環状フェルールの形で提供される。デフレクタ２６はリングギヤ９に固定され、特に、リングギヤのフランジ９ｃに取り付けるための環状フランジ２７を含む半径方向外周縁部を備える。デフレクタ２６はハーフリングギヤ９ｂの周りに、ここでは下流に延在し、固定されていない半径方向内周縁部を備える。

軸方向断面において、デフレクタ２６は、ほぼ湾曲した形状を有する。デフレクタ２６は、作動中に、遠心回転されて半径方向外向きに放出された油を捕捉し、この油をリングギヤ９のフランジ９ｃに送り、そこでこの油を排出て再循環させることができるように構成されている。

しかしながら、上述したように、分配器１３のロータ部分１４とステータ部分１５との間のシールを保証するために、いかなる相対運動も制限されなければならず、また（ステータ部分１５の周りのロータ部分１４の回転の外側で）これらの部分のいかなる相対傾斜も防止されなければならない。

本発明は、この問題を克服することを可能にするものであり、図４および図５の第１の実施形態を提案し、この実施形態では、デフレクタ２６が、該デフレクタ２６のステータ部分１５を支持するための追加の機能をデフレクタ２６に与えるように修正される。減速歯車装置のステータ要素、この場合はリングギヤ９によるステータ部分１５の保守は、上述の相対運動および傾斜を制限するか、または防止することさえ可能にする。

このために、デフレクタ２６は延長され、ここではリングギヤ９からステータ部分１５まで延在している。デフレクタ２６は図３のものと同様の半径方向外周部分２６ａを備え（かつリングギヤ９に取り付けるためのフランジ２７を備え）、さらに、それに加えて２つの追加部分、すなわち、半径方向内周部分２６ｃおよび中間部分２６ｂ（部分２６ａ、２６ｃの間に位置する）を備える。

中間部分２６ａは、通常、切頭錐台形状を有し、図示の例では、部品２６の質量および可撓性を適合させるために使用される貫通孔２８の環状の列を備える。これらの孔は、部品２６の正しい動作のためには必ずしも必要ではない。

内側部分２６ｃは軸線Ｘに対して実質的に半径方向に延在し、任意の適切な手段、例えば、溶接又は締まり嵌めによってステータ部分１５に固定することができる。変形例では、デフレクタ２６がステータ部分１５との単一部品として形成することができる。

図示の例では、ステータ部分１５が下流側からロータ部分１４に係合し、その入口オリフィス２５が減速歯車装置６の下流側に位置する場合、このステータ部分１５へのデフレクタ２６の接続は、このオリフィス２５のすぐ上流側に位置することができる。

図６の実施形態では、従来技術のデフレクタ２６は保存されており、追加のデフレクタ２６’が減速歯車装置６に装備されている。

デフレクタ２６’は、図４および図５のデフレクタ２６と同様の部分２６ｂ’、２６ｃ’を備える。デフレクタ２６’の周縁部は、ここではリングギヤのフランジに固定されていないが、ハーフリングギヤの一方、ここでは下流９ｂのリム９ｂａに直接接続されている。デフレクタ２６’は、図示の例のように、溶接によってリム９ｂａに固定することもできるし、このリムを有する単一部品として形成することもできる。

デフレクタ２６の内周自由縁部はデフレクタ２６’の外周を取り囲み、デフレクタ２６’から低い半径方向隙間２９だけ離間している。

したがって、本発明によって提案される解決策は、２つの機能を１つの同じ部分に統合することからなり、アーキテクチャの設計をより単純にする。さらに、デフレクタは減速歯車装置の角度ずれを回避するために、従来技術の上述のアームよりも効果的な手段である。

１ タービンエンジン
２ 高圧シャフト
３ 低圧シャフト
４ ファン軸
５ ステータ
６ 減速歯車装置
７ サンギヤ
８ プラネタリギヤ
９ リングギヤ
１０ プラネタリキャリア
１１ 軸受
１２ リングギヤキャリア
１３ 潤滑油分配器
１４ ロータ部分
１５ ステータ部分
１９ 第１のチャネル
２０ 第２のチャネル
２１ オリフィス
２２ 環状キャビティ
２６ オイルデフレクタ
２７ 環状フランジ
Ｅ エンクロージャ
Ｓ ファン
Ｘ タービンエンジンの回転軸線 Ｙ プラネタリギヤの軸

Claims (9)

1. 航空機用タービンエンジン（１）の機械式減速歯車装置（６）であって、
   － 回転軸線（Ｘ）を有するサンギヤ（７）と、
   － サンギヤ（７）周りに延在し、前記回転軸線（Ｘ）の周りの回転において不動となるように構成されるリングギヤ（９）と、
   － サンギヤ（７）およびリングギヤ（９）と噛み合い、前記回転軸線（Ｘ）の周りを回転するように構成されたプラネタリキャリアによって支持されたプラネタリギヤ（８）と、
   － 回転不能なステータ部分（１５）と、前記プラネタリキャリアと一体になって回転するロータ部分（１４）とを備える潤滑油分配器（１３）と、
   － リングギヤ（９）と一体になっている少なくとも１つの環状オイルデフレクタ（２６、２６’）と、
   を備え、
   分配器（１３）の前記ステータ部分（１５）はデフレクタ（２６、２６’）と一体であり、
   デフレクタ（２６）が、貫通孔（２８）の環状の列が形成された切頭錐台部分（２６ｂ）を備える、
   ことを特徴とする機械式減速歯車装置（６）。
2. デフレクタ（２６）は、リングギヤ（９）の環状フランジ（９ｃ）に取り付けるための環状フランジ（２７）を備える、請求項１に記載の機械式減速歯車装置（６）。
3. リングギヤ（９）は、それぞれがギヤと取付ハーフフランジ（９ａｂ、９ｂｂ）とを備えたリム（９ａａ、９ｂａ）を具備する２つのハーフリングギヤ（９ａ、９ｂ）を備え、取付ハーフフランジは、共に固定され、かつ、デフレクタ（２６）のフランジ（２７）に固定される、請求項２に記載の機械式減速歯車装置（６）。
4. リングギヤ（９）は、それぞれがギヤと取付ハーフフランジ（９ａｂ、９ｂｂ）とを備えたリム（９ａａ、９ｂａ）を具備する２つのハーフリングギヤ（９ａ、９ｂ）を備え、デフレクタ（２６）は、ハーフリングギヤ（９ｂ）のリムに固定されるか、またはハーフリングギヤ（９ｂ）との単一部品として形成される、請求項１に記載の機械式減速歯車装置（６）。
5. デフレクタ（２６）は、ハーフリングギヤ（９ｂ）の周囲に延在する外周部（２６ａ）を備える、請求項３または４に記載の機械式減速歯車装置（６）。
6. デフレクタ（２６）が、概ね前記回転軸線（Ｘ）に対して半径方向に延在する内周部分（２６ｃ）を備える、請求項１～５のいずれかに記載の機械式減速歯車装置（６）。
7. 請求項１～６のいずれかに記載の機械式減速歯車装置（６）であって、分配器（１３）の前記ステータ部分（１５）が、
   － 油出口オリフィス（２１）を備え、分配器（１３）の前記ロータ部分（１４）と密封状態で係合するように構成された外側円筒面（１５ａ）と、
   － 内部油回路であって、環状キャビティ（２２）を備え、環状キャビティ（２２）は、一方では概ね軸方向に延在する油路（２３）であって、前記環状キャビティ（２２）を前記油出口オリフィス（２１）に接続する油路（２３）に接続され、他方では前記環状キャビティ（２２）から概ね半径方向に延在する少なくとも１つの供給チャネル（２４）に接続される内部油回路と、
   を備える機械式減速歯車装置（６）。
8. 請求項１～７のいずれかに記載の機械式減速歯車装置（６）を備える、航空機用タービンエンジン（１）。
9. 航空機用タービンエンジン（１）の機械式減速歯車装置（６）であって、
   － 回転軸線（Ｘ）を有するサンギヤ（７）と、
   － サンギヤ（７）周りに延在し、前記回転軸線（Ｘ）の周りの回転において不動となるように構成されるリングギヤ（９）と、
   － サンギヤ（７）およびリングギヤ（９）と噛み合い、前記回転軸線（Ｘ）の周りを回転するように構成されたプラネタリキャリアによって支持されたプラネタリギヤ（８）と、
   － 回転不能なステータ部分（１５）と、前記プラネタリキャリアと一体になって回転するロータ部分（１４）とを備える潤滑油分配器（１３）と、
   － リングギヤ（９）と一体になっている少なくとも１つの環状オイルデフレクタ（２６、２６’）と、
   を備え、
   分配器（１３）の前記ステータ部分（１５）はデフレクタ（２６、２６’）と一体であり、
   リングギヤ（９）は、それぞれがギヤと取付ハーフフランジ（９ａｂ、９ｂｂ）とを備えたリム（９ａａ、９ｂａ）を具備する２つのハーフリングギヤ（９ａ、９ｂ）を備え、デフレクタ（２６）は、ハーフリングギヤ（９ｂ）のリムに固定されるか、またはハーフリングギヤ（９ｂ）との単一部品として形成される、
   機械式減速歯車装置（６）。

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