(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空タービン駆動軸（１４）と、
前記駆動軸の一端に設けられ、かつ周方向に向いた面を有する歯を備えた外側スプライン（２６）と、
中空被駆動ファン軸（２０）と、
前記被駆動軸の一端に設けられ、かつ前記外側スプライン（２６）に噛合する内側スプライン（３２）と、によって構成され、前記両スプラインが対向するスプライン位置を有するとともに、各軸は前記各スプラインより負荷付与方向と逆向きに軸線方向に延びており、これにより、各軸が、前記スプライン位置において負荷を受ける端部と負荷を受けない端部とを有しており、
前記中空被駆動ファン軸（２０）の前記スプライン位置における外径は、負荷を受ける端部における最大径（４０）から負荷を受けない端部における最小径（４２）までテーパが付されており、
前記中空タービン駆動軸（１４）は、スプライン位置において最小の内径（４８）を有し、該内径（４８）は、負荷を受ける端部から所定の距離にわたって一定であり、その後負荷を受けない端部において最大内径（５２）となるようにテーパが付されてなるガスタービンエンジンのスプライン装置において、
前記外側スプライン（２６）の歯の周方向に向いた面は、中心（５６）を有するとともに、湾曲（５４）を有し、かつこの湾曲の膨らみ部のピーク（５８）を有し、前記膨らみ部のピークは、前記外側スプラインの前記中心（５６）から前記の負荷を受ける端部の側に片寄って位置していることを特徴とするガスタービンエンジンのスプライン装置。
【請求項２】
前記膨らみ部のピークの位置に平坦部（６２，６４）を有し、これにより製造中における測定を容易とする請求項１に記載のガスタービンエンジンのスプライン装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、タービン駆動軸から被駆動ファン軸に負荷を伝達するためのスプラインに関するもので、特に、スプラインの外形に関するものである。
背景技術
スプライン接続は、一方の軸から他方の軸にトルクを伝達するために用いられる。スプラインは、接合する内側及び外側スプラインを噛合させるギア状の歯を有している。
負荷を付与された軸は、その長さ方向に沿って角度変位してねじれを生じる。これは軸の全長において生じるばかりではなく、スプラインにも生じ、負荷に応じて変化する軸のねじれが、特定の軸へ、あるいは特定の軸から伝達される。このため歯の負荷及び応力の分配不良が生じる。
直線歯の場合、負荷は主にスプラインの端部位置に生じる。大きな支持応力と大きな歯の曲げ応力とが加わる。これらの大きな応力は低サイクル疲労寿命を短くする。このようなスプラインは、ヨーロッパ特許公開第０５０３９６４号において、ガスタービン用のファン軸継ぎ手として用いられている。
負荷をより一層均一に分配するために、中央部に膨らみ部（クラウン）を有するクラウンスプラインが知られている。フランス特許公開第２５６２９６９号においては、整列不良や軸方向の係合不良を許容するように、クラウンを有するスプライン装置が、クラッチ用の摺動リンクに用いられている。
発明の概要
中空タービン駆動軸は、一端に外側スプラインを有している。中空被駆動ファン軸は、一端に内側スプラインを有している。内側スプラインは、外側スプラインに噛合し、各軸は、スプラインが相互に噛合する位置から軸線方向に延びている。被駆動軸の外径は、負荷を受ける端部における最大径から負荷を受けない端部における最小径までテーパが付されている。内径に製造上の制限を持つ中空タービン駆動軸は、負荷を受ける端部から所定の距離にわたって一定の最小内径を有し、その後、負荷を受けない端部において最大径となるようにテーパを付されている。
外側スプラインの歯の周方向に向いた面は、膨らみ部（クラウン）を有する湾曲を有しているが、このクラウンは、従来技術のようなスプラインの実際の中心ではなく、スプラインの中心の負荷を受ける側に位置している。
【図面の簡単な説明】
図１は、スプラインを介してファンを駆動する低圧タービンの概略図である。
図２は、スプライン部の詳細図である。
図３は、スプラインの面の曲がり部を示す曲線である。
図４は、従来技術における歯の負荷を示す図である。
図５は、オフセットクラウンとこのオフセット位置における平坦部に対する歯の負荷を示す図である。
好適実施例の説明
図１は、中空低圧タービン駆動軸１４に固定された低圧タービン１２を有するガスタービンエンジン１０を示している。ファン１６及び低圧コンプレッサ１８は、中空被駆動ファン軸２０に固定されている。前記タービン駆動軸は、スプライン２４を介して前記被駆動ファン軸を駆動する。
外側スプライン２６は、タービン駆動軸１４の一端に位置する。この軸は、スプライン部において、負荷を受ける端部２８と負荷を受けない端部３０とを有してる。
内側スプライン３２は、被駆動軸２０の一端に位置する。この軸は、スプライン部において、負荷を受ける端部３４と負荷を受けない端部３６とを有している。各軸は、スプライン部２４から負荷方向と逆方向にそれぞれ延びている。
被駆動軸のスプラインの始点位置３８は、応力集中と大きな負荷の双方が生じる位置である。被駆動ファン軸２０の外径４０は、応力集中にかかわらずに適正な応力レベルを保持するのに十分な大きさとすることが、容易に出来る。スプライン位置の外径は、負荷を受けない端部における最小の外径４２に向かって直線的なテーパが付されている。これは、長さ方向に沿って均一な割合で変化する、軸が受ける負荷に一致する。
駆動軸１４上の位置４４も、大きな負荷を受ける軸において応力集中が生じる点である。駆動軸では、被駆動軸と逆の方法が用いらており、軸の内径を減少させることは外径の応力減少には有効ではないので、応力集中を吸収することは、一層困難である。外径の増加には物理的な限界が有るため、内径は、負荷を受ける端部から距離５０の間、同一の径４８に保持され、その後負荷を受けない端部近傍の最大径５２に向かって均一なテーパが付されている。
図３は、負荷を受けない状態における外側スプラインの周方向に向いた面の形状を示している。これは、直線状の内側スプラインと衝合し、スプラインの長さ方向に均一な負荷を付与する。被駆動ファン軸２０はその全長に亘ってテーパが付されているが、駆動軸１４は、剛性を増加した部分を被駆動端部に有している。スプライン面の湾曲は、スプラインの中心を示す線５６とともに、線５４により誇張した縮尺で示されている。この湾曲の膨らみ部（クラウン）のピーク５８は、中心から１／２インチ（約１．３ｃｍ）片寄っており、その片寄り方向は、低圧タービン駆動軸の負荷を受ける端部に向かう方向である。
また、距離６０は、点６２、６４間の平坦部を示している。これは、応力の均一性を犠牲にするが、製造時における部分の測定を容易にする。
従来のスプライン面の形状は、膨らみ部（クラウン）が中心の位置６６に位置した均一な湾曲となっている。従来技術においても、平坦部は、測定を容易にするために用いられている。歯の負荷は、点６８においてピーク値となり、その計算上の値は３６００ポンド／平方インチ（約２４．８２ＭＰａ）である。これは、３１００ポンド／平方インチ（約２１．３７ＭＰａ）である歯は負荷の平均値と対照的である。
図５は、本発明による歯の負荷７２を示している。負荷の落ち込み７４は、膨らみ部（クラウン）に平坦部を付加した結果である。こうした平坦部がなく、かつ、膨らみ部（クラウン）が湾曲したままに保持されると、応力は、線７６で示すように一定に保持される。
ピーク応力は、このとき約３１５０ポンド／平方インチ（約２１．７１ＭＰａ）となり、従来技術に比べて１２．５％程度減少する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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