JPH01310129A - ラジアル荷重を受ける軸受の支持装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、航空機用のハイバイパスターボファンのファ
ン回転部ターボプロップ（含アドバンストターボプロッ
プ）のプロペラ部、もしくはその他の産業用ターボ機械
のラジアル荷重を受ける軸受の支持装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の航空機用ハイバイパスターボファンエンジンのフ
ァンは、第５図に示すように、プロペラに近いような長
い動翼１０を備えている。これをターボ機械としてみた
場合にはそのボス比は大変小さく、シたがって、多数の
動翼ｌＯを回転軸側のディスク等に取付けることは寸法
的に困難である。このため、ファン動翼の枚数は少なく
せざるを得ない。他方、動翼の先端側では翼弦の大きい
翼断面形状が必要となるので、動翼は真根側から翼先端
側に向かって末広がり状に大きくなった１枚当りの重置
の大きい設計にせざるを得ない。

動翼の先端の空気に対する相対速度は、普通の“壁”と
の関係で流体力学的に許される限界−杯まで高くとって
、要求出力をみたすのに最小で最軽量の設計を行うのが
普通である。

このため、航空機の飛行中に、大きな鳥が衝突したよう
な場合には、１枚の動翼の翼根部を残して先端側が破断
し飛散することがあり、この場きの回転体側に残った不
釣合によるふれまわり荷重は、 （回転角度比）２であって、バイパス比の大きいエンジ
ンはど、この荷重の大きさは大きくなる傾向がある。

旅客機用のエンジンは、燃料経済性を高めるためにバイ
パス比を従来よりも高く設計する傾向があるのて、ファ
ン動翼が飛散した場合の、不釣合によるふれまわり荷重
は大きくなる傾向がある。

また、従来よりも著しくバイパス比の高いウルトラバイ
パス比のダクテッドファン（ファンカウル付）や、アン
ダクテッドファン（ファンカウルなし）あるいは、アド
バンストターボプロップといわれる種類の新しい型式の
航空エンジンにおいても、以上に述べた動翼飛散時の不
釣合にもとづくふれまわり荷重に軽量構造で耐えること
は、ますます重要な技術になっていく。

このような巨大なふれまわり荷重（軸受支持装置のよう
な静止構造に対しては、荷重方向が回転する“回転荷重
゛′である）による構造材料の疲労現象を考えると、材
料の許容応力を低く設定せざるを得ないので、設計上の
何らかの工夫がない限り、軒数な航空エンジンの設計は
できない。

第６図は、ファン動翼が飛散した場合の状態を示す説明
図である。

第６図（ａ）は、ファン部分が、回転系の一次の危険速
度よりも低い回転速度で回転している場合を示す。動翼
飛散後のファン回転部の重心Ｇの回転中心Ａからの半径
は次第に増していくので遠心荷重は増大し、これに伴っ
て回転系を支える軸受に大きなラジアル荷重をおよぼす
。

第６図（ｂ）は、ファン部分が、回転系の一次の危険速
度よりも高い回転速度で回転している場合を示す。動翼
飛散後のファン回転部の重心Ｇは、物理的な運動の回転
中心Ａ′とファン回転部の幾何学的中心Ａ（ファン動翼
の飛散する前の回転の中心と一致する）の中間に位置し
て、安定な回転を続行できるので、第６図（ａ）の場合
のように遠心荷重が著しく大きくなることはない。

回転系の危険回転速度は、回転軸上に分布している質量
の大きさと分布のパターンならびに軸系の撓みの特性で
きまる。軸系の撓みは、軸そのものの剛性の大きさとそ
の分布パターンと、回転軸を支える軸受支持装置の剛性
できまる。したがってファンの実用回転数よりも軸系（
軸受支持系を含む）の−次の危険回転数の方が高くなる
ように設計しておき、動翼飛散時にその巨大な遠心荷重
を利用して、軸受支持装置の一部を意図的に破断あるい
は座屈させてばね常数をかえ、軸系の一次の危険回転数
を運転回転数よりも下に下げてやれば巨大なふれまわり
荷重に関連部品をさらす危険が避けられる。

最初から、運転回転数範囲よりも軸系の一次危険回転数
の方が低くなるように設計して、軸受支持装置の一部を
破断あるいは座屈させるといったコントロールのむつか
しいプロセスを回避できるとの考え方もあるが、そのよ
うに弱い（まがりやすい）軸系〈軸受支持系を含む）を
採用すると、動翼飛散後に第６図（ｂ）に示す状態に到
達するまでの過渡的段階で軸系が大きくたわむ現象が生
じるので、現実的な解決策ではない。

以上のような背景によって、動翼飛散後の回転体の不釣
合による巨大な遠心荷重がエンジン等の構造部材にかか
るのを避けるために、軸受支持装置の一部を意図的に座
屈／塑性変形させる方法も考えられる。

しかし、この場合には、座屈／塑性変形といった取扱の
むつかしい要素を含んでいるため、結果にばらつきがで
てくること、および、回転部分が停止するまでの間に座
屈／塑性変形部分はｈｐし変形させられる恐れがあって
、結局は破断に到るであろうなどの不確定な面がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術の項で述べたとおり、軸受支持装置を座
屈／塑性変形させるようにした場合には、（１）　大荷
重をうけて塑性変形をはじめた早い段階でクラックが発
生し、このクラックがその強度部材の全断面におよんで
、早期に＠断してしまう。

（２）塑性変形を繰返しうけて最終的にはその部分から
破断してしまう。

ことが考えられる。しかし、上記いずれの場きも、回転
側を正規の位置に近い場所に保持する機能が失われるの
で好ましくない。

本発明は、このような問題点の解決を計ろうとするしの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、軸受支持装置において、 （１）必要な剛性を備えた円筒状あるいは円錐状あるい
は箱状等の回転軸のまわりに設けられた軸受支持部材 （２）　各々の両端がそれぞれ軸受支持部材に固着され
て副木的に再配置されしなやかで変形し易く、かつ互い
に独立した複数個の梁 を備えている。

〔作　　用〕

第６図（ａ）で説明したとおり、回転軸の回転数が回転
系の一次危険振動数より低いときは、不釣合による遠心
力に耐えるだけの剛性を軸受支持装置がもたねばならな
い。本発明においては、軸受支持部材は必要な剛性を有
しているので、一定限度内の不釣きによる遠心力に対し
ては軸受支持部材は耐えることができる。

しかし、遠心力がこの限度を超えた場合には、剛性の高
い軸受支持部材は座屈を起こす。

軸受支持装置の中の剛性の高い軸受支持部材がこのよう
に座屈したあとは軸受は、しなやかで変形しやすい複数
の梁で支持されることとなり、軸受支持装置を含む軸系
の一次危険回転数は、回転軸の運転回転数よりも下に下
がる結果となる。

従って、第６図（ｂ）について説明したとおり、回転系
は重心に近い部分を中心として回転するので動翼飛散後
の軸心は回転中心のまわりを半径一定の円を画いて回転
する、すなわち軸受支持装置も半径を規定された円運動
を行うことになるが、本発明においては軸受支持部材が
座屈を起した後は軸受はしなやかで変形しやすい複数個
の梁で支持されて、しなやかな構造に転換されるので、
軸受支持装置の上記半径を規定された円運動による変位
に追随するようにすることができ、軸受支持装置はそれ
以上の破損をまぬがれることができる。

〔実施例〕

第１図及び第２図に本発明の第一の実施例を示す。本実
施例は第５図においてファン動翼の回転部に最も近い軸
受を支える「軸受支持装置」と記した部分に本発明を適
用したものである。

第１図及び第２図において、１はファン回転部を支える
軸受、３は必要な剛性を有する円錐状の軸受支持部材で
、その１端は軸受１を支持しており、その他端にはボル
ト結合部２が形成されて、図示しないエンジンの主要強
度メンバーに取付けられている。４は、互いに独立する
複数の梁部４−１．４−２．４−３．・・・・・・を有
し、第２図に示すように全体として円錐状の形状をもつ
副木部である。同梁部４−１．４−２．４−３は回転軸
の軸方向に伸び互いに間隔をおいて設けられ、その両端
は集合して環状の端部４′、４″を形成している。

同端部４−２．４−３は、軸受支持部材３の内側に設け
られた環状の突条３−１．　、３−２に符号５で示す部
分で溶接、ろう付は等の手段によって結合されている。

上記梁部４−１．４−２．４−３は、しなやかで変形し
やすいように構成されていて、かつ互いに間隔をおいて
配置されて、各々独立した副木的に配置された梁を形成
している。

第３図及び第４図に本発明の第二の実施例を示す。本実
施例も、上記実施例と同様に、第５図にＥ軸受支持装置
」として記した部分に本発明を適用したものであり、軸
受１、結合部２及び軸受支持部材３はト記第−の実施例
と同様な構成を有している。本実施例においては、上記
第一の実施例の副木的に相当する部分が、複数のしなや
かで変形しやすい円管６によって構成されている。複数
の同円管６は互いに間隔をおいて回転軸のまわりに環状
に配置され、その両端は、軸受支持部材３の内側に説け
られた環状の突条３−１．３−２の孔に挿入され、符号
５に示す部分で溶接、ろう付け等の手段によって軸受支
持部材３に結合されていて、互いに独立した副木的に配
置された複数の梁を形成している。また、同複数の円管
６は、しなやかで変形しやすいように構成される。

七記両実施例は以上のように構成されているので、ファ
ン動翼が飛散して軸受１に巨大なラジアル荷重がかかっ
たときは、円錐形の軸受支持部材３の、２個所の結合部
５の中間部分が座屈する。

これによって、巨大なラジアル荷重がボルト結合部２を
通じて本体側の強度部材に掛ることが回避される。また
、軸受支持部材３が座屈した後は、軸受１は、しなやか
で変形しやすい梁、即ち、複Ｒの梁Ｍ４　１，４　２．
４　３・・・・・・又は複数の円管６で支持されること
となり、軸受支持装置を含む軸系の一次危険回転数が回
転系の運転回転数よりも下に下がる結果となり、これに
よって第６図（ｂ）について説明した通りより少ないラ
ジアル荷重のみを軸受１に及ぼしつつ安定に回転が続行
される。

軸受支持部３が座屈した後においても、回転体のもつ大
きな慣性モーメントと高速の回転速度のため座屈部には
、塑性変形がくり遅して加えられ、やがて破断のおそれ
がある。しかし、梁部４−１゜４−２．４−３・・・・
・・もしくは円管６は、各々独立していて、かつ個々の
梁の曲げ剛性が低いので、外部から強制される変位に対
し、余り高くない応力で対応できるため、このような破
断が起ることを防止できる。

また、座屈後の早い段階で軸受支持部材３の一部にクラ
ックが発生し、全周に伝播するようなケースが起っても
、梁部４−１．４−２．４−３．・・・・・・もしくは
複数の円管６は軸受支持部材３とは別の部材であるので
、これに影響を受けることはない。

また、仮に梁部４−１．４−２．４−３・・・・・・も
しくは複数の円管６のうちのいずれかにクラックが発生
した場合でも、これらは夫々が独立しているので、クラ
ックが隣接部に伝播することがない９以上のとおり、上
記各実施例は、軸受支持部材の座屈後の予想外の破断に
よる事故の拡大を防止することができる。

なお、上記の実施例においては、軸受支持部材として円
錐状のものが示されているが、本発明において軸受支持
部材としては、回転軸を囲む円筒状、箱状等適当なもの
を採用することができる。

また、以上本発明を主として航空機用バイパスターボフ
ァンのファン回転部の軸受支持装置に関連して説明を行
ったが、前記した通り本発明はこれに止まらず航空機用
ターボプロップのプロペラ部もしくは広くその他の産業
用ターボ機械の軸受支持装置に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり本発明によって次の効果が生じる。

（１）軸受に所定値以上のラジアル荷重がかかると、軸
受支持部材に座屈が起り、これによって大きなラジアル
荷重が他に伝播されることがない。

（２）軸受支持部材が座屈すると、軸受けしなやかで変
形しやすい梁で支持されることとなり、ばね常数が変化
し、その結果軸受支持装置を含む軸系の一次危険回転数
が低下し回転軸の運転回転数よりも下に下がる。このた
めに、回転部の重心は物理的な運動の回転中心（回転軸
軸心）と回転部の幾何学的中心との中間に位置して安定
な回転が続行され、従って、回転軸の軸心は回転部の幾
何学的中心のまわりを半径一定の円を描いて回転する。

しかも、本発明においては、このとき軸受はしなやかで
変形しやすい梁で支持されているので、本発明に係る軸
受支持装置はこの半径を規定された円運動による変位に
追随することができる。

（３）　座屈後軸受支持部材の一部にクラックが発生し
ても、これが別体の梁に伝わることがない。

（４）梁のうちのいずれかにクラックが発生しても、各
々の梁は独立しているのでこれが隣接する梁に伝播され
ることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の縦断面図、第２図は上
記実施例の要部の斜視図、 第３図は本発明の第二の実施例の縦断面図、第４図は第
３図Ａ−Ａ線に沿う断面図、第５図は従来の航空機用バ
イパスターボファンの軸受支持装置の説明図、 第６図はファン動翼の一部が飛散した場合の回転状態の
説明図、 である。 １・・・軸受、　　　　　　２・・・ボルト結合部１３
・・・軸受支持部材２　４・・・副木部材。 ６・・・円管。 代理人　　弁理士　　　　坂　間　　　　暁外２名 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸を囲んで設けられ必要な剛性を備えた軸受支持部
   材、及び各々の両端がそれぞれ前記軸受支持部材に固着
   されて副木的に配置され互いに独立したしなやかで変形
   しやすい複数の梁からなることを特徴とするラジアル荷
   重を受ける軸受の支持装置。