JP2010038364A - 入れ子式軸受ケージ - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジン用の軸受ケージ組立体を提供する。
【解決手段】軸受ケージ組立体は、第１の軸受支持リング５０と、第１の取付けフランジ４６と、第１の軸受支持リング５０及び第１の取付けフランジ４６を相互連結しかつ外径を形成した第１のスプリングアーム５４のアレイとを有する第１の軸受ケージ３８と、第２の軸受支持リング６６と、外径よりも大きい内径を形成した第２の取付けフランジ６２と、第２の軸受支持リング６６及び第２の取付けフランジ６２を相互連結しかつそれらの間に空間を形成した第２のスプリングアーム８０のアレイとを有する第２の軸受ケージ４０とを含む。軸受ケージ３８、４０は、第２の軸受ケージ４０内に第１の軸受ケージ３８を受けることができるような寸法にされる。第１のスプリングアーム５４を受けるように、空間が配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジン軸受に関し、より具体的には、そのような軸受のための取付け装置に関する。

ガスタービンエンジン内で使用される大型の転動体軸受のような軸受は、スプリング心出しケージを用いて支持することが知られている。そのようなケージのスプリング定数は、所望の剛性が得られ、その結果エンジンのダイナミックス及び振動モードに好影響を与えるように操作することができる。特に大型の航空機用ターボファンエンジンにおいては、そのようなケージを使用しない場合には、エンジンダイナミックスが著しく損なわれることが立証されている。

多くのガスタービンエンジンは、互いに近接近して配置された２つ又はそれ以上の転動体軸受を含む少なくとも１つのサンプを有する。これらのサンプは、軸受、スプリングケージ、中間ギヤボックスマウント、ダンパハウジング、空気及びオイルシール、空気加圧チャネル、及びサンプ部品間送油管に使用するための限られた軸方向及び半径方向利用可能空間を有する。各軸受において個々のスプリング心出しケージに必要となる軸方向及び半径方向空間は、従来型の剛性軸受取付けにおいて必要とされるよりも大きいものとなり、エンジンを可能な限り小型かつ軽量に維持しようとする要求と相容れない。

先行技術の上記の及びその他の欠点は、相互に入れ子式になっていて単一のスプリング軸受ケージに通常必要とされる空間のみを占有しながら独立して作動する軸受スプリングケージを提供する本発明によって解決される。

１つの態様によると、ガスタービンエンジン用の軸受ケージ組立体は、（ａ）第１の軸受ケージであって、（ｉ）環状の第１の軸受支持リングと、（ｉｉ）環状の第１の取付けフランジと、（ｉｉｉ）第１の軸受支持リング及び第１の取付けフランジを相互連結しかつ外径を形成した環状の軸方向に延びる第１のスプリングアームのアレイとを有する第１の軸受ケージと、（ｂ）第２の軸受ケージであって、（ｉ）環状の第２の軸受支持リングと、（ｉｉ）該外径よりも大きい内径を形成した環状の第２の取付けフランジと、（ｉｉｉ）第２の軸受支持リング及び第２の取付けフランジを相互連結しかつそれらの間に空間を形成した環状の軸方向に延びる第２のスプリングアームのアレイとを有する第２の軸受ケージとを含む。軸受ケージは、第２の軸受ケージ（４０）内に第１の軸受ケージ（３８）を受けることができるような寸法にされる。第１のスプリングアーム（５４）を受けるように、空間が配置される。軸受ケージは、第２の軸受ケージ内に第１の軸受ケージを受けることができるような寸法にされ、空間が、その中に第１のスプリングアームを受けて該第１のスプリングアーム及び第２のスプリングアームの独立した屈曲運動を許すように配置される。

本発明の別の態様によると、ガスタービンエンジン用の軸受組立体は、（ａ）第１の軸受ケージであって、（ｉ）環状の第１の軸受レースと、（ｉｉ）エンジンの固定部材に固定された環状の第１の取付けリングと、（ｉｉｉ）第１の軸受レース及び第１の取付けリングを相互連結した環状の軸方向に延びる第１のスプリングアームのアレイとを有する第１の軸受ケージと、（ｂ）第１の軸受レース内に取付けられた転動体第１の軸受と、（ｃ）第２の軸受ケージであって、（ｉ）環状の第２の軸受レースと、（ｉｉ）エンジンの固定部材に固定された環状の第２の取付けリングと、（ｉｉｉ）第２の軸受レース及び第２の取付けリングを相互連結した環状の軸方向に延びる第２のスプリングアームのアレイとを有する第２の軸受ケージと、（ｄ）第２の軸受レース内に取付けられた転動体第２の軸受と、（ｅ）第１及び第２の軸受内に取付けられたシャフトとを含み、（ｆ）軸受ケージは、第１及び第２のスプリングアームが互いに独立して半径方向に自由に動くように互いに入れ子式になっている。

本発明は、添付図面の図と共になした以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。

本発明の１つの態様により構成された入れ子式軸受スプリングケージを組入れたガスタービンエンジンの半部分断面図。 図１のガスタービンエンジンの軸受区画の拡大図。 図２に示す１対の軸受スプリングケージの分解斜視図。 組立てた状態における図３の軸受スプリングケージの斜視図。

様々な図全体を通して同一の参照符号が同様な要素を指している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１０を示している。エンジン１０は、長手方向軸線１１を有し、かつまとめて「低圧システム」と呼ばれるファン１２、低圧圧縮機又は「ブースタ」１４、及び低圧タービン（「ＬＰＴ」）１６を含む。ＬＰＴ１６は、「ＬＰシャフト」とも呼ばれる内側シャフト１８を介してファン１２及びブースタ１４を駆動する。エンジン１０はまた、まとめて「ガス発生装置」又は「コア」と呼ばれる高圧圧縮機（「ＨＰＣ」）２０、燃焼器２２、及び高圧タービン（「ＨＰＴ」）２４を含む。ＨＰＴ２４は、「ＨＰシャフト」とも呼ばれる外側シャフト２６を介してＨＰＣ２０を駆動する。高圧及び低圧システムは、共に公知の方式で作動可能であって、主又はコア流れ並びにファン流れ又はバイパス流れを発生させる。図示したエンジン１０は、高バイパス式ターボファンエンジンであるが、本明細書に記載した原理は、ターボプロップ、ターボジェット及びターボシャフトエンジン、並びにその他の乗物又は固定用途において使用するタービンエンジンに対して同様に適用可能である。

内側及び外側シャフト１８及び２６は、幾つかの転動体軸受内に回転するように取付けられる。これらの軸受は、エンジン１０の「サンプ」と呼ばれる密閉部分内に設置される。図２は、エンジン１０の前方サンプ２８をより詳細に示している。外側シャフト２６の前方端部は、共通標準命名法でそれぞれ「＃３Ｂ軸受」及び「３Ｒ軸受」と呼ばれる前方玉軸受３２及び後方ころ軸受３４によって支えられる。ファンハブフレーム３６と呼ばれる固定環状フレーム部材が、前方及び後方軸受３２及び３４を囲む。前方軸受３２は、前方スプリング軸受ケージ３８によってファンハブフレーム３６に連結され、また後方軸受３４は、後方スプリング軸受ケージ４０によってファンハブフレーム３６に連結される。円筒形内表面４４を備えた固定ダンパハウジング４２が、後方軸受３４を囲む。

図３は、前方及び後方軸受ケージ３８及び４０をより詳細に示している。前方軸受ケージ３８は、ファスナ４９（図２参照）を受ける複数の取付け孔４８を備えた環状の半径方向に延びる取付けフランジ４６と、環状のほぼ軸方向に延びる軸受支持リング５０とを含む。この実施例では、軸受支持リング５０の内表面は、その中に形成された円弧形断面溝５２を有し、外側軸受レースとして働く。取付けフランジ４６及び軸受支持リング５０は、スプリングアーム５４のアレイによって相互連結される。各スプリングアーム５４は、取付けフランジ４６に隣接した半径方向外向きに延びる部分５６と、中央部分５８と、軸受支持リング５０に隣接した半径方向内向きに延びる部分６０を含む。スプリングアーム５４の数、形状及び寸法は、特定の用途に適するように、特に第１の軸受ケージ３８の所望の剛性を達成するように変更することができる。

後方軸受ケージ４０は、前方軸受ケージ３８と構造が同様であり、ファスナ４９（図２参照）を受ける複数の取付け孔６４を備えた環状の半径方向に延びる取付けフランジ６２と、環状の軸受支持リング６６とを含む。軸受支持リング６６は、外側軸受レースとして働く円筒形内表面７０を備えたほぼ軸方向に延びる部分６８を含む。図２で分かるように、軸方向に延びる部分６８の外表面７２は、ダンパハウジング４２と協働して、公知タイプのオイルフィルムダンパ７４の一部分を形成する。切頭円錐形スカート７６が、軸受支持リング６６から半径方向外向きに延びる。スカート７６は、その中に形状された多数のベント孔７８を有し、これらのベント孔７８は、排油が前方サンプ２８を通って流れるのを可能にする。取付けフランジ６２及びスカート７６は、スプリングアーム８０のアレイによって相互連結される。各スプリングアーム８０は、取付けフランジ６２に隣接した半径方向外向きに延びる部分８２と、中央部分８４と、軸受支持リング６６に隣接した半径方向内向きに延びる部分８６とを含む。スプリングアーム８０の数、形状及び寸法は、特定の用途に適するように、特に第２の軸受ケージ４０の所望の剛性を達成するように変更することができる。

図４は、明瞭に示すために周囲のハードウエアを取り除いた状態で、組立て状態にある前方及び後方軸受ケージ３８及び４０を示している。前方及び後方軸受ケージ３８及び４０は、前方軸受ケージ３８が後方軸受ケージ４０の内部に嵌合しかつ該後方軸受ケージ４０内で軸方向に重なるつまり「入れ子式になる」ような寸法にされる。より具体的には、前方軸受ケージ３８のスプリングアーム５４の外径は、後方軸受ケージ４０の取付けフランジ６２の内径よりも小さい。さらに、後方軸受ケージ４０の隣接するスプリングアーム８０間の空間は、前方軸受ケージ３８のスプリングアーム５４が該スプリングアーム８０間に嵌合して交差指状の構成を生じることになるように選択される。最後に、軸受支持リング５０の外径は、後方軸受ケージ４０のスプリングアーム８０の内径よりも小さい。

作動中に、前方及び後方軸受ケージ３８及び４０のスプリングアームは、飛行荷重並びに前方及び後方軸受３２及び３４のダイナミックスによる要求に応じて、互いに独立して自由に動く。これにより、軸受３２及び３４の周波数応答を独立して制御することが可能になる。

上記した軸受ケージ構成は、複数のスプリング軸受ケージを互いに入れ子式にしてそれらケージが１つの軸受ケージの軸方向及び半径方向空間を占有するようにすることによって、ベアリングサンプ内にそれら複数のスプリング軸受ケージを嵌合するのに必要な軸方向及び半径方向空間を大幅に減少させる。エンジンは、これ迄は複数の軸受ケージ及びダンパを利用可能なサンプ空間内に収納することができなかったが、今やこれらの特徴部を含むように構成することができる。特定の軸受装置に関して入れ子式軸受ケージの概念を説明してきたが、この概念は、限られた空間内に複数のスプリングケージを設けることが望ましいようなエンジン内のあらゆるサンプ又は部位内において使用することができる。

以上は、ガスタービンエンジン用の軸受ケージ装置について説明している。本発明の特定の実施形態を記述してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなくこれらの実施形態に対して様々な変更を加えることができることは当業者には明らかであろう。従って、本発明の好ましい実施形態及び本発明を実施するための最良の形態についての以上の説明は、専ら例示のために行っているものであって、限定のために行うものではない。

１０ ガスタービンエンジン
１１ 長手方向軸線
１２ ファン
１４ 低圧圧縮機又はブースタ
１６ 低圧タービン（ＬＰＴ）
１８ 内側シャフト又はＬＰシャフト
２０ 高圧圧縮機（ＨＰＣ）
２２ 燃焼器
２４ 高圧タービン（ＨＰＴ）
２６ 外側シャフト又はＨＰシャフト
２８ 前方サンプ
３２ 前方玉軸受
３４ 後方ころ軸受
３６ ファンハブフレーム
３８ 前方スプリング軸受ケージ
４０ 後方スプリング軸受ケージ
４２ 固定ダンパハウジング
４４ 円筒形内表面
４６ 取付けフランジ
４８ 取付け孔
４９ ファスナ
５０ 軸受支持リング
５２ 円弧形断面溝
５４ スプリングアーム
５６ 半径方向外向きに延びる部分
５８ 中央部分
６０ 半径方向内向きに延びる部分
６２ 取付けフランジ
６４ 取付け孔
６６ 軸受支持リング
６８ 軸方向に延びる部分
７０ 円筒形内表面
７２ 外表面
７４ オイルフィルムダンパ
７６ スカート
７８ ベント孔
８０ スプリングアーム
８２ 半径方向外向きに延びる部分
８４ 中央部分
８６ 半径方向内向きに延びる部分

Claims (9)

1. ガスタービンエンジン用の軸受ケージ組立体であって、
   （ａ）第１の軸受ケージ（３８）であって、
   （ｉ）環状の第１の軸受支持リング（５０）と、
   （ｉｉ）環状の第１の取付けフランジ（４６）と、
   （ｉｉｉ）前記第１の軸受支持リング（５０）及び第１の取付けフランジ（４６）を相互連結しかつ外径を形成した環状の軸方向に延びる第１のスプリングアーム（５４）のアレイと、
   を含む第１の軸受ケージ（３８）と、
   （ｂ）第２の軸受ケージ（４０）であって、
   （ｉ）環状の第２の軸受支持リング（６６）と、
   （ｉｉ）前記外径よりも大きい内径を形成した環状の第２の取付けフランジ（６２）と、
   （ｉｉｉ）前記第２の軸受支持リング（６６）及び第２の取付けフランジ（６２）を相互連結しかつそれらの間に空間を形成した環状の軸方向に延びる第２のスプリングアーム（８０）のアレイと、
   を含む第２の軸受ケージ（４０）と、を含み、
   （ｃ）前記軸受ケージが、その中に前記第１のスプリングアーム（５４）を受けて該第１のスプリングアーム及び前記第２のスプリングアーム（８０）の独立した屈曲運動を許すように前記空間が配置された状態で前記第２の軸受ケージ（４０）内に前記第１の軸受ケージ（３８）を受けることができるような寸法にされる、
   軸受ケージ組立体。
2. 前記第１のスプリングアーム（５４）の各々が、
   （ａ）前記第１の取付けフランジ（４６）に隣接した半径方向外向きに延びる部分（５６）と、
   （ｂ）中央部分（５８）と、
   （ｃ）前記第１の軸受支持リング（５０）に隣接した半径方向内向きに延びる部分（６０）と、を含む、
   請求項１記載の軸受ケージ組立体。
3. 前記第２のスプリングアーム（８０）の各々が、
   （ａ）前記第２の取付けフランジ（６２）に隣接した半径方向外向きに延びる部分（８２）と、
   （ｂ）中央部分（８４）と、
   （ｃ）前記第２の軸受支持リング（６６）に隣接した半径方向内向きに延びる部分（８６）と、を含む、
   請求項１又は２記載の軸受ケージ組立体。
4. 前記第１の取付けフランジ（４６）が、それを貫通して形成された複数の取付け孔（４８）を有する、請求項１乃至３のいずれか１項記載の軸受ケージ組立体。
5. 前記第２の取付けフランジ（６２）が、それを貫通して形成された複数の取付け孔（６４）を有する、請求項１乃至４のいずれか１項記載の軸受ケージ組立体。
6. 前記第２の軸受支持リング（６６）が、
   （ａ）ほぼ軸方向に延びる部分（６８）と、
   （ｂ）前記軸方向に延びる部分（６８）から半径方向外向きに延びる切頭円錐形スカート（７６）と、を含む、
   請求項１乃至５のいずれか１項記載の軸受ケージ組立体。
7. 前記スカート（７６）が、それを貫通して形成された複数のベント孔（７８）を有する、請求項６記載の軸受ケージ組立体。
8. 前記軸受支持リング（５０、６６）の少なくとも１つが、円筒形内表面を含む、請求項１乃至の７いずれか１項記載の軸受ケージ組立体。
9. 前記軸受支持リング（５０、６６）の少なくとも１つが、その中に形成された円弧形断面溝（５２）を含む、請求項１乃至８のいずれか１項記載の軸受ケージ組立体。

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