JP2012030780A - ヘリコプター駆動ユニット用の非回転式ユニバーサルジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ低コストなヘリコプター駆動ユニット用の非回転式ユニバーサルジョイントを提供する。
【解決手段】ユニバーサルジョイント１０がリング３０によって画成されるスパイダーを有し、リング３０は四つの連結部を有し、四つの連結部は９０°離間され且つそれぞれのフォーク１５と係合し、それぞれのフォーク１５は二つの連結部材１１、１２のそれぞれのアーム１４の端部を画成し、二つの連結部材１１、１２は、使用中、エンジン２のケーシング６及び減速ギア３のケーシング７に対して固定され、各フォーク１５及び対応する連結部は互いに同軸のそれぞれの貫通孔１９、２０、３２を有し且つスクリュー３４によって係合され、制動材がリング３０の連結部とスクリュー３４のシャンク３９との間及びリング３０の連結部とフォーク１５との間に介在せしめられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘリコプターエンジンのケーシングと減速ギアのケーシングとを連結するための非回転式ユニバーサルジョイントに関する。

この種類のユニバーサルジョイントは、ジンバル（gimbal）としても公知であり、一方では、熱膨張によって引き起こされる運動を補償すべく、他方では、減速ギアによってエンジンに伝達され、且つ、ヘリコプターのメインローターによって減速ギアに及ぼされる荷重によって引き起こされる比較的小さな運動を補償すべくエンジンについて均衡な制約（isostatic constraint）を画成する。

公知の非回転式ユニバーサルジョイントのスパイダー（spider）は、同軸のシャフトのために中心に空間を有するリングによって画成され、同軸のシャフトはエンジンから減速ギアに動力を伝達すべく回転する。リングは、エンジンのケーシングに対して固定された直径方向に反対側に位置する第１の一対のアームと、第１の一対のアームに対して９０°オフセットし且つ減速ギアのケーシングに対して固定された第２の一対のアームとに連結される。

リング及びアームの端部は、リングの軸線に対して径方向に延在するそれぞれのボルトと、回転式伝達シャフトとによって連結され、各々のボルトは、関係するアームの外面上に載る頭部を備えたスクリューと、スクリューのシャンク（shank）の端部に螺入され且つリングの内面上に載るナットとを具備する。

リングは、通常、ボルトにせん断応力を及ぼし且つアームに曲げ応力を及ぼし、これらは定量化が困難である。記述された公知の解決策では、スクリューのシャンクに対するせん断応力及びアームに対する曲げ応力は、アームから突出するスクリューのせいで比較的厳しく、公知の解決策は、擦れ（fretting）、すなわち、互いに対して擦れ合う、相対移動する接触面によって引き起こされる摩耗、特にリングにおける孔の内面に対するスクリューのシャンクの表面によって引き起こされる摩耗の影響を受けやすい。

摩耗並びに厳しいせん断応力及び曲げ応力によってスクリュー及びアームの故障がもたらされるので、ボルト及びジンバルは全体として設計段階において強化されなければならず、このため、重量の増加がもたらされる。

重量を増加させることなく各スクリューのシャンクに対するせん断応力及びアームに対する曲げ応力を最小にするために、アームは、スパイダーリングの孔を備えたそれぞれの部分によって係合される端フォーク（end fork）を有して設計されることができ、四つのスクリューの各々は、それぞれのフォークを通って収まり、すなわち、離間された二つの点において支持される。スクリューが突出することをなくすことによって、この型の組立体では、曲がりが低減され、このため、リングによってスクリューに及ぼされるせん断応力が減少せしめられる。この型の一つの解決策が、欧州特許第１５３９５７３号明細書において公知技術として記述され且つ添付の特許請求の範囲の請求項１における序文に相当する。

上記の公知の解決策を更に改良すること、擦れ及び衝撃によって引き起こされる摩耗を低減すること、及びそれの容積を最小にすることの必要性が感じられる。

本発明の目的は、簡単且つ低コストな態様で上記を実現するように設計されたヘリコプター駆動ユニット用の非回転式ユニバーサルジョイントを提供することであり、ヘリコプター駆動ユニット用の非回転式ユニバーサルジョイントは、好ましくは、ヘリコプターエンジンと減速ギアとの間に容易に設置される。

本発明によれば、ヘリコプター駆動ユニット用の非回転式ユニバーサルジョイントであって、
長手方向の軸線回りに延在するリングであって、９０°離間され且つ前記長手方向の軸線に対して径方向のそれぞれの第１貫通孔を有する四つの連結部を具備するリングによって画成されるスパイダーと、
二つの連結部材であって、エンジンのケーシング及び減速ギアのケーシングに対して固定され且つそれぞれの対のアームを具備し、各連結部材のアームが、互いに直径方向に反対側に位置し、他方の連結部材のアームに対して９０°オフセットし、且つそれぞれのフォークを具備し、前記フォークの各々が、対応する前記連結部によって係合される接線方向のスロットを間に画成する二つの対向するフィンガーを具備し、各前記フォークのフィンガーが、対応する連結部内の第１孔と同軸のそれぞれの第２貫通孔を有する、二つの連結部材と、
四つの連結ボルト装置であって、各々が、対応する前記連結部にそれぞれの前記フォークを固定するためにあり、且つ、
ａ）前記第１孔及び第２孔と係合するシャンクを備えたスクリューと、
ｂ）前記シャンクのネジ切りされた端部に螺入されるナットスクリューと
を具備する、四つの連結ボルト装置と
を具備する非回転式ユニバーサルジョイントにおいて、
前記連結ボルト装置が、スクリューのシャンクとリングの連結部との間に介在せしめられた第１制動手段を具備することを特徴とする、非回転式ユニバーサルジョイントが提供される。

図１は、本発明に係る、ヘリコプター駆動ユニット用の非回転式ユニバーサルジョイントの断面図を示す。 図２は、わかりやすくするために一部が取り除かれた状態の、図１における非回転式ユニバーサルジョイントの分解図を示す。 図３は、図１における非回転式ユニバーサルジョイントの拡大詳細図を示す。

限定するものではない、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して例によって記述される。
図１における番号１が全体としてヘリコプター駆動ユニットを示し、ヘリコプター駆動ユニットは、（部分的に且つ概略的に示される）タービンエンジン２及び減速ギア３を具備し、タービンエンジン２及び減速ギア３は、長手方向の軸線５に沿って延在する回転式伝達シャフト４によって連結される。エンジン２及び減速ギア３はそれぞれのケーシング６及び７を具備し、ケーシング６及び７は、ジンバルとしても公知な非回転式ユニバーサルジョイント１０によって互いに連結される。

ジョイント１０は、シャフト４と同軸にシャフト４を通して収められ、且つ、それぞれのケーシング６及び７に対して固定された追加の本体によって又はそれぞれのケーシング６及び７の一部を形成する部分によって画成される二つの連結部材１１、１２を具備する。

図１及び図２を参照すると、部材１２は、環状部１３と、直径方向に反対側に位置する二つのアーム１４とを具備し、直径方向に反対側に位置する二つのアーム１４は環状部１３から軸線５に対して平行に突出し且つそれぞれの端フォーク１５を具備する。

各フォーク１５は軸線５に対して接線方向（tangential）のほぼ平坦且つ平行なプレート１６及び１７の形態の二つのフィンガー（finger）を具備し、二つのフィンガーはこれらの間にほぼ一定の大きさのスロット１８を画成する。プレート１６は軸線５に対して二つのプレートのうちの最も外側のプレートである。各フォーク１５のプレート１６、１７はそれぞれの円形孔１９、２０を有し、円形孔１９、２０は直径が等しく且つ軸線５に対して径方向の軸線２１に沿って互いに同軸である。各フォーク１５は、再び軸線５に対して、外側面２２によって接線方向の境界が定められ、外側面２２は環状部１３の凹んだ前面２３と滑らかに融合する。言い換えれば、環状部１３の軸線方向の厚みはフォーク１５に向かって徐々に周囲に増加する。

部材１１は部材１２とほぼ同一であるので、その構成部品は、同一の参照番号を使用して示される。

部材１１及び部材１２は、リング３０によって画成されるスパイダーによって連結され、リング３０はシャフト４と同軸であり且つほぼ平坦な四つの部分３１を具備し、ほぼ平坦な四つの部分３１は、軸線５に対して接線方向であり、９０°離間され、スロット１８と係合し、且つ対応する孔１９、２０と同軸のそれぞれの孔３２を有する。各フォーク１５は、連結ボルト装置３３によって、対応する部分３１に固定され、連結ボルト装置３３は頭部３５を備えたスクリュー３４を具備し、頭部３５は、ワッシャー３６が介在した状態で、プレート１６の外側上に載る。より具体的には、ワッシャー３６はブッシング（bushing）の環状フランジ３７によって画成され、ブッシングは、スクリュー３４のシャンク３９と孔１９の内面との間に介在せしめられた筒状部３８を具備する。シャンク３９は、孔１９に加えて、孔３２及び２０内にも収まり且つネジ部４１で終端し、ネジ部４１の大部分は孔２０の内側に収容され、すなわち、ネジ部４１の小さな部分のみが孔２０から突出する。

図１を参照すると、各装置３３は、商標名スパイラロック（SPIRALOCK：登録商標）として公知の特別なネジ部を備えたナットスクリュー４３を具備する。しかしながら、任意の同等のセルフロックシステムがスパイラロックのネジ部の代わりに使用されてもよい。

ナットスクリュー４３は、内側がネジ切りされた筒状部４４を具備するリングナットによって画成され、筒状部４４はネジ部４１上に螺入され且つ穴２０と同軸に係合する。リングナットは、プレート１７上に載る、軸線２１に対して垂直な環状フランジ４７も具備し且つタブ４８を有し、タブ４８は、回転を妨げるべくプレート１７の縁上に収まるように軸線２１に対して平行に曲げられる。

図３を参照すると、各装置３３は形状及び大きさが同一の二つのブッシング５０も具備し、二つのブッシング５０は、それぞれの円筒部５１が孔３２の内面とシャンク３９の中間部５２との間に介在せしめられるように、同軸且つ対称に孔３２の入口及び出口に収められる。二つのブッシング５０は軸線２１に対して垂直なそれぞれの環状フランジ５４を具備し、環状フランジ５４は部分３１とプレート１６との間及び部分３１とプレート１７との間に介在せしめられ且つ部分３１上に直接載る。二つのブッシング５０はそれぞれの制動材（damper）５５も具備し、各制動材５５は、制動材料（damping material）、特に硬化ゴムのようなエラストマー材料の中間層によって画成される。各制動材５５は、部分５１に沿って延在する部分５６と、フランジ５４に沿って延在する部分５７とを具備する。より具体的には、各ブッシング５０の制動材５５は、剛性材料（例えば金属）から作られた同軸の二つの部材５８と５９との間に挟み込まれ、且つ部分５１の外側の円筒面及びフランジ５４の外側の平坦な面を画成する。

図２を参照すると、好ましくは、スペーサ６０は、各フランジ５４と、対応するプレート１６、１７との間に介在せしめられる。スペーサ６０はそれぞれのタブ６１を有し、タブ６１は、回転を妨げるべくプレート１６、１７の縁上に収まるように軸線２１に対して平行に曲げられる。

ユニット１が動いているときにリング３０によってスクリュー３４に伝達される小さな運動が、突出することとは対照的に、離間され且つフォーク１５のプレート１６、１７によって画成される二つの点においてアーム１４によって支持される各スクリュー３４のおかげで、比較的小さいせん断応力を生成する。

これと同時に、制動材５５は緩衝材を形成し、緩衝材は、孔３２の内面とシャンク３９の外面との間における軸線５に対する接線方向の小さな相対運動と、部分３１の平坦な面とプレート１６、１７との間における軸線５に対する径方向の小さな相対運動とを確実なものとする。これら小さな運動が、摺動を生じさせず、且つ、衝撃を防ぐように制動されるので、摩耗が、リング３０がスクリュー３４によって係合されてアーム１４に連結される領域において低減される。

ブッシング５０がプレート１６及び１７の両方について同一であるという事実によって、ジョイント１０を組み立てるための構成部品のリスト、ひいてはコストも減少せしめられる。これと同時に、各部分３１について、制動部５７を備えた二つのフランジ５４を使用することによって、軸線２１に沿った制動作用が二倍生成される。さらに、部分５１が孔３２と係合するので、ブッシング５０は、アーム１４に収まる前にリング３０に収まることができ、このためジョイント１０の組立が容易にされる。

頭部３５及びナットスクリュー４３が、相対運動における部材とは対照的に、互いに対して固定された部材（すなわち、ワッシャー３６を無視すると、プレート１６、１７）上に軸線２１に沿って載るので、スクリュー３４による連結は、ネジのトルクが比較的小さい場合でさえも堅く且つ安全性が高く、スパイラロックのネジ部及びワッシャー３６はスクリューが緩むのを防ぐことを補助する。

最後に、部材１１、１２の形状は、部材１１、１２が故障しにくくなるように、アーム１４と融合する湾曲面２３を画成する。

添付の特許請求の範囲において定義されるような本発明の範囲を逸脱することなく、本明細書において記述され且つ示されたようなジョイント１０に対して変更がなされうることは明らかである。

特に、制動システムは孔１９及び２０内にも提供されてよい。

Claims (13)

1. ヘリコプター駆動ユニット用の非回転式ユニバーサルジョイント（１０）であって、
   長手方向の軸線（５）回りに延在するリング（３０）であって、９０°離間され且つ前記長手方向の軸線（５）に対して径方向のそれぞれの第１貫通孔（３２）を有する四つの連結部（３１）を具備するリング（３０）によって画成されるスパイダーと、
   二つの連結部材（１１、１２）であって、エンジン（２）のケーシング（６）及び減速ギア（３）のケーシング（７）に対して固定され且つそれぞれの対のアーム（１４）を具備し、各連結部材（１１、１２）の前記アーム（１４）が、互いに直径方向に反対側に位置し、他方の連結部材のアームに対して９０°オフセットし、且つそれぞれのフォーク（１５）を具備し、前記フォーク（１５）の各々が、対応する前記連結部（３１）によって係合される接線方向のスロット（１８）を間に画成する二つの対向するフィンガー（１６、１７）を具備し、各前記フォーク（１５）のフィンガー（１６、１７）が、対応する前記連結部（３１）内の第１孔（３２）と同軸のそれぞれの第２貫通孔（１９、２０）を有する、二つの連結部材（１１、１２）と、
   四つの連結ボルト装置（３３）であって、各々が、対応する前記連結部（３１）にそれぞれの前記フォーク（１５）を固定するためにあり、且つ、
   ａ）前記第１孔（３２）及び第２孔（１９、２０）と係合するシャンク（３９）を備えたスクリュー（３４）と、
   ｂ）前記シャンク（３９）のネジ切りされた端部（４１）に螺入されるナットスクリュー（４３）と
   を具備する、四つの連結ボルト装置（３３）と
   を具備する非回転式ユニバーサルジョイントにおいて、
   前記連結ボルト装置（３３）が、前記スクリュー（３４）のシャンク（３９）と前記リング（３０）の連結部（３１）との間に介在せしめられた第１制動手段（５６）を具備することを特徴とする、非回転式ユニバーサルジョイント。
2. 前記連結ボルト装置（３３）が、前記リング（３０）の連結部（３１）と前記フォーク（１５）のフィンガー（１６、１７）との間に介在せしめられた第２制動手段（５７）を具備することを特徴とする、請求項１に記載のジョイント。
3. 各前記連結部（３１）について、前記第１制動手段（５６）及び第２制動手段（５７）が、前記シャンク（３９）と前記連結部（３１）との間に介在せしめられた第１部分（５６）と、該第１部分（５６）に結合され、且つ、前記連結部（３１）と、対応する前記フィンガー（１６、１７）との間に介在せしめられた第２部分（５７）とを具備する制動材料（５５）の層によって画成されることを特徴とする、請求項２に記載のジョイント。
4. 前記連結ボルト装置（３３）各々が、前記第１制動手段（５６）を具備し且つ前記第１孔（３２）と係合するブッシング（５０）を具備することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のジョイント。
5. 前記ブッシング（５０）が前記第２制動手段（５７）も具備することを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載のジョイント。
6. 各前記連結部（３１）について、前記第１孔（３２）の入口及び出口にそれぞれ収められる、それぞれの一対のブッシング（５０）を具備することを特徴とする、請求項５に記載のジョイント。
7. 前記ブッシング（５０）が同一の形状及び大きさであることを特徴とする、請求項６に記載のジョイント。
8. 各前記ブッシング（５０）が、互いに同軸であり且つ前記第１制動手段（５６）に対して両側に固定された二つの剛性部材（５８、５９）を具備することを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項に記載のジョイント。
9. 各前記ブッシング（５０）の剛性部材が前記第２制動手段（５７）に対して両側に固定されることを特徴とする、請求項８に記載のジョイント。
10. 前記ブッシング（５０）と前記フィンガー（１６、１７）との間に介在せしめられた少なくとも一つのスペーサ（６０）を具備することを特徴とする、請求項９に記載のジョイント。
11. 各前記ナットスクリュー（４３）が、対応する前記フォーク（１５）内の第２孔（２０）と係合する、内部がネジ切りされた筒状部（４４）を具備することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のジョイント。
12. 各前記ナットスクリュー（４３）が、対応する前記フォーク（１５）のフィンガー（１７）上に載る環状フランジ（４７）を具備することを特徴とする、請求項１１に記載のジョイント。
13. 前記ナットスクリュー（４３）のネジ部がスパイラロック（SPIRALOCK：登録商標）であり又は同等のセルフロックシステムを具備することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のジョイント。