JPH01120459A - 重量物空輸用ヘリコプタの動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 好ましい一施例の説 第１図を参照して１本発明の新規な超軽量動力伝達装置
が囲み５−５の中に示してありかつ重量物空輸用ヘリコ
プタ６のロータ・ブレード１、ロータ・ハブ２．ロータ
軸２７．非回転マスト２８および垂直方向搭載のエンジ
ン５に関連した状態て示してある。この配置ては６つの
エンジンか示してあるが、発明の概念を変更することな
く同じ機濠を果たすにはエンジン数がこれより多くても
少なくてもよい。

この動力伝達装置は各エンジンの高速出力軸を受は入れ
ており、動力を１エンジンあたり３つの負荷経路に分割
しており、負荷経路の各々はその動力割り当て分を共通
の低速・高トルク「プル」リング歯車に与える。このリ
ング歯車はロータ・ハブおよびロータ・ブレードを駆動
してヘリコプタに揚力を与えるロータ・ハブ軸にねじれ
自在に取り付けである。

この分割トルク負荷割り当て方法は、動力をエンジンか
ら最終段「プル」歯車に伝える他の技術概念の設計特徴
と一緒に、歯車の歯にかかる負荷およびねじり負荷経路
をかなり減らし、これは順次に動力伝達装置の重量を減
らし、潜在的な有料荷重を高めて第１図に示す車輛９の
ような非常に重量のある貨物を空輸することを可ｆ走と
する。

本発明の遊星歯車装置は差動式のものてあり、第２図に
示してある。すなわち、リング歯車か一方向に駆動され
たとき、遊星キャリヤは反対の方向に駆動される。この
遊星歯車装置の遊星キャリヤは撓み軸を介して中−へリ
ングボーン式ピニオン歯車に連結してあり、このピニオ
ン歯車はそれのエンジン動力割り当て分をヘリングボー
ン「フル」歯車に伝える。この差動式遊星歯車装置のリ
ング歯車（反対方向に回転している）は中間浮動ピニオ
ンに連結した撓み軸を駆動する。この中間浮動ピニオン
は平行な軸上に装着した２つの歯車を低いＲＰＭでかつ
適切な回転方向に駆動する。

これら平行な軸の各々は最終段ピニオンを駆動し、この
最終段ピニオンはそのエンジン動力割り当て分を「プル
」歯車に与える。中間浮動ピニオンは偶力として互いに
方向反対で大きさの等しい歯負荷を笑える。すなわち、
各負荷は他の負荷に対する反動力となる。ピニオンが支
持軸受なしに「浮動」するどい事実により、これらめ歯
車の各々に行く負荷か常に等しく向き反対てあり、歯車
の歯かランダムなピーク負荷を受けることなく完全に等
しい荷重割り当てを行なわなければならない。遊星キャ
リヤによって駆動される最終段ピニオンとリング歯車に
よって駆動される最終段ピニオンの間での比例的な負荷
割り当ては遊星歯車装置の差動動作によって達成される
。上述駆動列の代りに、遊星リング歯車によって単一へ
リングボーン式ピニオン歯車を駆動し、平行な軸に取り
付けた２つの歯車を遊星キャリヤによって駆動してもよ
い（第１４図参照）。

次に第５図（第１図の５−５の拡大図）を参照してわか
るように、本発明を応用した軽量動力伝達装２１３は複
数の軸駆動エンジン５によって非回転機体構造（図示の
場合には非回転マスト２８）とハブ２７の回転軸につな
がっている。−一層詳しく言えば、動力伝達装置２９の
非回転構造かマスト２８に連結してあり、下部構造３０
かエンジンに連結したトラス構造３１に連結してある。

エンジンのトルクおよび動力はエンジン毎に分離した動
力経路を通して各エンジンの駆動軸から共通の「ツル」
歯車３２に伝えられる。この共通の「フル」歯車３２は
ハブ軸およびロータ・ハブを経てロータ・ブレードに回
転力を供給する。

第６図（第５図の６−６断面）は最終歯車段の概略図で
ある。複数のエンジン５のそれぞれか一組３つの出力ピ
ニオン３３．３４Ａ、３４Ｂを駆動し、これらの出力ピ
ニオンかＩＩＩＩ次にトルクおよび回転を「プル」歯車
３２に与える。これらのピニオンは、各々、単一の球形
軸受３７上に装着してあり、この球形軸受は円筒形の垂
直面ウェブ３６のセグメントに取り付けである。これら
セグメント３６の各々は相互にボルト止めしてあって円
形のリングを形成しており、このリングがピニオン歯車
の歯負荷のねじり反動力を支える。「プル」歯車を駆動
するピニオン歯車歯負荷は「プル」歯車からエラストマ
ー・カップラ３５を介してハブ＠２７にねしり伝達され
、ハブ軸２７は順次にロータ・ハブおよびロータ・ブレ
ードを駆動する。

この最終段歯車減速で２つのファクタの組み合わせ（ピ
ニオンと「プル」歯車の間の大きな歯車比と多段負荷入
力の組み合わせ）を同時に生じさせることができるので
、従来の遊星最終段システムよりもかなりｍ　Ｎを減ら
すことができる。歯負荷は負荷入力の数に逆比例し、大
きな歯車比はトルク需要を「上流側」へ低下させるばか
りでなく、歯車段の数を全動力伝達装置歯車減速を行な
うのに要求される「上流側」へ減らす。

第７図および第８図を参照して、ここには、各エンジン
からの動力を「プル」歯車を駆動する３つの個別の負荷
／動力経路に分割する方法が示してある。

エンジン駆動軸３８はオーバーラン式クラッチに直結し
てあり、このクラッチは差動式遊星歯車装この太陽歯車
４１を駆動する。ここで、普通の遊星歯車装置を駆動す
る高速軸は遊星キャリヤ歯車軸受に加えられる遠心力（
駆動トルク負荷にベクトルとして加わる）によって制限
を受けることに注目されたい。本発明の場合、遊星キャ
リヤの回転数ＲＰＭは遊星歯車装置の差動動作のために
充分に低く、遊星キャリヤ歯車軸受４２に加わる遠心力
は無視し得る。

動力は太陽歯車４１から一方向では遊星キャリヤ４３に
１反対方向ではリング歯車４６Ａに加わる。リング歯車
４６Ａは回転コーン４６Ｂ、４６Ｃに取り付けてあり、
これらの回転コーンは動力伝達装置構造５０．６３に装
着した軸受６５．６６のまわりに回転する。

遊星キャリヤ４３はクラウン式スプライン２０を介して
撓み軸４５にねじり可俺に同軸に連結してあり、スプラ
イン２０はクラウン式スプライン８０を介してピニオン
歯車３３にねしり可能に同軸に連結してある。

この経路における撓み軸およびクラウン式スプラインの
機能は、他の自由度における力および応力を生じさせる
製造公差および撓みによる側方効果を与えることなく純
粋なトルクを与えることによって遊星キャリヤ４３とピ
ニオン３３の間に動力を午えるということにある。

リング歯車４６Ａのトルクおよび回転はコーン４６Ｂ、
撓み軸４７．浮動ピニオン４８に伝えられる。

第９図に目を転じて、ここでわかるように、浮動ピニオ
ン４８が支持軸受を持っていないので、矢印の方向にお
いて撓み軸４７から加えられたトルクからの負荷８３．
８４を生じさせる力は大きさ等しく、方向反対の重錘な
偶力てなければならず、これは副歯車４９Ａ、４９Ｂに
トルクおよび動力か等しく割り当てられることを意味す
る。

２つの両車間のなんらかの不一致あるいは加速差はピニ
オン４５の並進によって補正されることになる。

このようなりラウン式スプラインての撓み輛４７の連結
により、ピニオン歯車４８かスペース内・で浮動するこ
とかでき、そのトルクを副歯車４９Ａ、４９Ｂ間に等し
く割り当てる。

最終段ピニオン３３．３４Ａ、３４Ｂ間の負荷の割り当
てはこの差動式遊星歯車装置の４ν性により一定に留ま
ることになる。

撓み軸８３は、クラウン式スプライン８４．８５と共に
、遊星キャリヤ４３からピニオン３３に動力を伝える撓
み軸４５と同様に、副歯車４９Ａ、４９Ｂからピニオン
３４Ａ、３４Ｂに動力を与える。

軸受６７Ａ、６７Ｂは副歯車４９Ａ、４９Ｂを支持して
おり、円弧中心を副歯車４９Ａ、４９Ｂ間の中心距離に
保つ構造５２．６３内に装着してある。これら２つの歯
車および浮動ピニオン歯車４８は、中立位置において、
すべて同じ平面に位置し、これがピニオン４８の浮動特
徴を最適化する。この要件により、ピニオン歯車３３．
３４Ａ、３４Ｂの回転軸線も同じ平面に位置しなければ
ならない。これがピニオン３４Ａ、３４Ｂが「プル」歯
車３２とかみ合うようにピニオン３３がピニオン３４Ａ
、３４Ｂより小さい理由である。スラスト軸受６９Ａ、
６９Ｂが副歯車４９Ａ、４９Ｂを適正な垂直方向位りに
保持している。

かみ合っている歯車の歯におけるアラインメントおよび
ピッチ径接触を維持することは絶対に必要である。

すなわち、この歯アラインメントおよびピッチ径条件は
、歯車および歯車の支持軸への構造上の戻り負荷経路を
円孤状かつ剛性に作ることによって歯車軸アラインメン
トを維持すると共にかみ合っている歯車間の中心距離を
一定に保って、外部力が動力伝達装置に加わったときて
も所望の関係を維持することによって得られる。

重量を減らすべく、本発明の主目的は動力伝達装置の最
終かみ合いての完全な差動概念からこの南アラインメン
ト、ピッチ径接触要件を達成することにある。歯車軸線
中心距離、アラインメントな維持するための重い構造を
必要とせずに、むしろ駆動ピニオンに６つの自由度を与
え、駆動されている（Ｍ　ｊＤにおけるいかなる不一致
にも追従し、２つのかみ合っている歯車間の所望の関係
を得る必要かある場合に駆動されている歯車の運動を拘
束することによって、重い歯車支持構造を排除すること
かできる。

第８図を参照して、球形軸受３７か構造上薄いウェブ３
６に装着してあり、これは歯車軸５７を支持している。

この歯車軸３７には螺旋歯車６１Ａ、ＢＩＢか装着して
あり、軸３３Ａにスプライン結合してあって歯車組立体
３３を形成している。歯車６１Ａ、６１Ｂは反対方向の
螺旋角となっており、これが歯車組立体３３をヘリング
ボーン式としている。

３つを除いてすべての球形軸受３７の外側リムは薄いウ
ェブ３６上で軸線方向に浮動となっており、歯車組立体
３３．３４Ａ、３４Ｂハブる歯車３２の任意の軸線方向
の撓みに軸線方向に追従することかできる。残り３つの
球形軸受３７はウェブ３６上に軸線方向に固着してあり
、ヘリングボーンかみ合いの特性を用いてプル歯車３２
を３点懸架システム上に軸線方向に支持し、その仕事を
達成させる。

「プル」歯車３２の一体部品であり、「ツル」歯車３２
の一端にあり、さらに、直径が「プル」歯車３２のピッ
チ径に等しいローラ５８か同様のローラ５９と接触して
おり、これらのローラ５９は歯車６１Ａ、６１Ｂに取り
付けてあり、これら歯車６１Ａ、６１Ｂのピッチ径に等
しい直径を有する。薄いウェブ３６上には軸受３７が設
置してあり、ローラ５９をローラ５８に向って予負荷し
ている。

本発明の最終段歯車かみ合いは上記の概念に追従する。

本発明の結果は次の通りである。

ｌ）球形軸受３７は、プル歯車３２の歯の位置またはア
ラインメントあるいはこれら両方のいかなる不一致にも
追従しなから歯車組ケ体３３．３４Ａ、３４Ｂを自由に
横揺れ、片揺れさせることかできる。

２）ローラ５８．５９は歯車組立体３３．３４Ａ、３４
Ｂの歯６１Ａ、６１Ｂがプル歯車３２の歯とジャミング
するのを防ぐ。

３）ｍ６１Ａ、６１ＢのＷｌｖＡ（ホイールベース）は
尚型組立体３３か上記第１項で説明したことを除いて片
揺れするのを防ぐ。

４）球形軸受３７およびローラ５８に対して反動を与え
るローラ５９のホイールベースはピニオン歯車組立体３
３が横揺れするのを防ぐ。

５）ｍ６１Ａ、６１Ｂのへリングボーン特徴は、浮動ピ
ニオン３３がプル歯車３２の軸線方向並進撓みによって
垂直方向に駆動される場合を除いてピニオン歯車組立体
３３か垂直方向に並進するのを防ぐ。

６）薄いウェブ３６のループ応力負荷によってローラ５
９．５８に加えられる半径方向の予負荷はピニオン歯車
組立体３３．３４Ａ、３４Ｂへのトルク入力から生じる
歯負荷によってほぼゼロまで減らされることになる。こ
れはローラ５８゜５９のころがり摩擦を低下させ、動力
伝達？を置の効率を高めることになる。

この最終段歯車減速の全体的な効果により、歯の不一致
およびピッチ径接触の不適当な組み合わせを生じさせる
ことなくプル南軍を軽量かつ可撓性にすることができる
。

最終段歯負荷へのトルク反動は薄いウェブ２６に生じた
純粋な剪断応力によって反作用を受け、この剪断応力は
ねじりエラストマー絶縁体３５Ｂを介してロータ・マス
ト２８に伝わる前に円筒形構造６２および薄いウェブ５
２に生じた純粋なねじり剪断から反作用を受ける。

プル歯車３２の出力駆動トルクは、ヘリコプタのロータ
・ハブおよび主ロータ・プレートを駆動するロータ・ハ
ブ軸２７に伝わる前にねじりエラストマー絶縁体３５Ａ
を介してロータ支持軸受の回転部材５３Ｂに伝えられる
。

ゴムシール５４Ａ、５４Ｂが動力伝達装置を周囲からシ
ールしている。取外自在のカバー゛プレート８１によっ
て保護された回転シール８ｏか唯一必要な回転シールで
あり、これは薄肉のカバー・プレート７９に取り付けで
ある。

ねじりエラストマー３５Ａ、３５Ｂは同一であってもよ
く、第１０図に示してある。エラストマー２０ハブる歯
車３２または動力伝達装置構造あるいはこれら両方を支
持軸受回転部材５３Ｂおよび非回転軸受アダプタ５６に
関して負荷の下に撓ませることができ、同時に、トルク
およびトルク反動力をそれぞれ５３Ｂ、５６になお伝え
ている。

第１１図はテイル・ロータ軸１１を傘歯車７１．７２に
よってエンジン５に連結することによって主ロータに整
合させることができ、かつ、傘歯車７３．７４によるエ
ンジン１０の回転数同期作用はすべてのエンジンの動力
を伝えることなく主ロータｌとている・ロータ１２の間
で達成することのできる方法を示している。エンジンＩ
Ｏか停止した場合、エンジン５は動力を主ロータへの分
担を犠牲にして動力を吸収することになる。

第１２図およびｆ５１３図は動力伝達装置の別の付勢方
法を示している。３つのエンジンを水平方向に取り付け
、各エンジンがます差動装置７９を介して、次いで２つ
の出力傘歯車７８Ａ、７８Ｂを介して駆動を行なうこと
によって、６つの最終段ピニオンか各エンジンによって
駆動され得る（２つのピニオン３３．２つのピニオン３
４Ａおよび２つのピニオン３４Ｂ）、これは、全体の効
率を低下させ、動力伝達装置の重量を高めることになる
直列の別の歯車かみ合いを犠牲にしてより少ない（が、
−層強力な）エンジンを使用できるという利点を有する
。

本発明の特別な実施例を図示し、説明してきたか、より
広い局面で本発明から逸脱することなく変更、修正を行
なえることは当業者にとって明らかであろう。したがっ
て、特許請求の範囲の目的は本発明の真の精神、範囲内
でのすべての変更、修正を網羅することにある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軽量動力伝達装置を組み込んだ重量物
空輸用ヘリコプタの側面図である。 第２図は従来の遊星歯車式減速用動力伝達装置の主要構
成要素を示す図である。 第３図はヘリコプタの現状に合わせた種々の有効数字を
用いて、動力ローディング（馬力あたりボンド）対ディ
スク・ローディング（ロータ・ディスク領域の毎平方フ
ィートあたりボンド）を示すグラフである。 第４図は動力伝達装置の重量が総重量増加につれて指数
的に増加するときのヘリコプタ有料荷重および動力伝達
装置重量の関係を示すグラフである。 第５図は第１図の５−５線で囲んだ部分の拡大側面図で
あり、エンジン、ロータ・ハブ軸およびマストに関する
本発明の軽量動力伝達装置を示す図である。 第６図は第５図の６−６線に沿った１本発明の最終段リ
ング歯車およびピニオン歯車かみ合いを示す横断面図て
あり、従動すなわち「プル」リング歯車、１８個の最終
段従動ピニオン（ｌエンジンあたり３つ）、これらのピ
ニオンを保持する円形の薄いウェブおよびリング歯車の
ハブ軸への「ソフトコな連結を示す図である。 第７図は第６図の７−７線に沿った縦断面図であり、１
つのエンジンから全動力伝達装置のリング歯車出力要素
へ動力を伝える主要構成要素を示す図である。 第８図は第６図の８−８線に沿った縦断面図てあり、マ
スト中心線および１つのエンジンの中心線を通る平面に
おいて１つのエンジンから動力を伝達する主要構成要素
を示し、マスト、ロータ・ハブ軸受支持体および動力伝
達装置出力プル歯車を含む動力伝達装置の界面を示す図
である。 第９図は第７図の９−９線に沿った横断面図であり、２
つの副軸歯車間でトルクを均等に分割する「浮動式」中
間ピニオンを示す図である。 第ｉｏ図は第８図の１’　０−１０線およびｔｏ−ｉｏ
′線に沿った断片断面図であり、フル歯巾とロータ支持
軸受の回転部材の間および動力伝達装置構造と非回転マ
ストの間における撓み絶縁構造を示す図である。 第１１図は航空機中心線の横断面図であり、動力をロー
タ動力伝達装置かうている・ロータに伝える手段を示す
図である。 第１２図および第１３図は本発明の動力伝達装置の１８
個の最終段ピニオンを駆動する別のＬ段を示す図てあり
、動力伝達装置に別の尚重設を加えることによって第６
図に示す６つの垂直方向エンジンの代りに水平方向のエ
ンジンを３つたけ用いている状態を示す図である。 第１４図は遊星キャリヤが負荷分割用中間浮動ピニオン
を駆動し、リング歯車か最終段中心ピニオンを駆動する
差動式遊星歯車段から動力を取り出す別の手段を示す図
である。 図面において、■・・・ロータ・プレート、２−・・ロ
ータ・ハブ、５・・・エンジン、６・・・ヘリコプタ。 ９・・・車輛、２７・・・ロータ軸、２８・・・非回転
マスト、２９・・・動力伝達装置、３０・・・下部構造
、３１・・・トラス構造、３２・・・「プル」歯車、３
３・・・出力ピニオン、３６・・・薄いウェブ、３７−
・・球形軸受、３８・・・エンジン駆動軸、４１・・・
太陽歯車、４３・・・遊星キャリヤ、４５・・・撓み軸
、４７・・−撓み軸、４８・・・浮動ピニオン、５８・
・・ローラ、５９・・・ローラ、６１Ａ、６１Ｂ・・・
歯車 ＦＩＧ、／ Ｆ／に、２ （３４町汀？＋１Ｓ９ｔＴ：、しＬつ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、８

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、低重量、高減速、高動力および高効率を要求さ
   れる用途、たとえば、重量物空輸用ヘリコプタ、外洋航
   行船、潜水艦のような推進用途で用いるための超軽量機
   械歯車式動力伝達装置であって、無軸受回転式動力出力
   リング歯車を複数のピニオン歯車によって駆動しかつそ
   れによって支持している歯車取付手段を包含し、前記ピ
   ニオン歯車が全部で６つの運動の自由度（３つの回転運
   動および３つの並進運動）を有し、前記ピニオン歯車を
   必要に応じて拘束してリング歯車の撓みおよび製造公差
   によるいかなる不一致および不完全さにも自由に追従さ
   せながらかみ合っている歯車の歯をピッチ径接触に保つ
   ことを特徴とする動力伝達装置。
2. （２）、特許請求の範囲第１項記載の動力伝達装置にお
   いて、多動力経路推進手段を備え、これが前記歯車取付
   手段を介して前記無軸受回転式動力出力リング歯車に作
   動連結してあり、入力側と動力出力リング歯車の間に多
   数の負荷経路を与えることによって中間構成要素のトル
   クを減らしていることを特徴とする動力伝達装置。
3. （３）、重量物空輸用ヘリコプタを支持し、駆動するの
   に用いるための超軽量機械軸馬力式効力伝達装置におい
   て、回転自在の動力出力リング歯車と、この回転自在の
   動力出力リング歯車をその歯のピッチ径のところで単独
   で支持している無軸受取付手段と、前記回転自在動力出
   力リング歯車の回転軸線に平行に隔たって配置してあり
   、前記無軸受取付手段を経て前記回転自在動力出力リン
   グ歯車に負荷支持・駆動状態で連結してある推進手段と
   を包含し、前記無軸受取付手段が複数の動力入力部を前
   記回転自在動力出力リング歯車に与えて複数のトルク負
   荷経路を与えていることを特徴とする動力伝達装置。
4. （４）、特許請求の範囲第３項記載の動力伝達装置にお
   いて、前記無軸受取付手段が複数組のピニオン歯車を包
   含し、これらのピニオン歯車が前記リング歯車に駆動負
   荷を与えかつこのリング歯車を可動状態で支持する「浮
   動」マウントを構成していることを特徴とする動力伝達
   装置。