(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁及び側壁によって画定され且つ遊星歯車装置を作動可能に収容する下部を含むメイントランスミッション・ギアボックス用の自己掃気型複合潤滑サブシステムにおいて、
油だめとノズルと偏向板とを備え、
前記油だめが、潤滑媒体を含み、且つ油だめ内の潤滑媒体のオイルレベルがメイントランスミッション・ギアボックスの底壁の上方の所定の高さになるようにメイントランスミッション・ギアボックスの下部の一体構造の延長部として組み立てられ、
前記メイントランスミッション・ギアボックスの下部の側壁が、第一の所定の半径によって画定される円筒部と、第二の所定の半径によって画定されたのど部分と、上記円筒部と上記のど部分との間の中間部と、を含み、前記第一の所定の半径が前記第二の所定の半径より大きく、その間に半径差を画定し、前記メイントランスミッション・ギアボックスの下部の側壁が、さらに前記円筒部と前記のど部の間の前記半径差によって画定されるノズル入口を含み、このノズル入口を画定する内壁及び外壁が、それぞれ前記のど部及び円筒部に接しており、
前記ノズルが吸込み端と流出端を有し、前記吸込み端が前記ノズル入口によって画定され、前記流出端が前記油だめのオイルレベルの上方になるように前記油だめ内に配置され、
前記遊星歯車装置の遊星歯車列が、所定の半径によって画定された周面を有し且つ前記遊星歯車列の作動中に回転運動する環状の遊星支持板を含み、
前記環状の遊星支持板の前記周面と前記側壁の前記円筒部及び前記のど部が協働して、それぞれ第一及び第二の半径方向寸法を有する第一及び第二の間隙によって画定された制限された一次流路を形成し、
前記偏向板が、前記環状の遊星支持板と協働して、前記メイントランスミッション・ギアボックスの底壁との間に垂直方向の寸法を有する第三の間隙を画定するように取付けられ、
前記偏向板と前記メイントランスミッション・ギアボックスの底壁との間の相互作用により、前記メイントランスミッション・ギアボックスの底部内に集められた潤滑媒体に粘性ポンピング作用を加えて前記潤滑媒体に回転及び遠心速度を与えて前記潤滑媒体を前記制限された一次流路内に外側に流し、
前記回転する遊星支持板の前記周面と前記構造変更された側壁との間の相互作用により、前記制限された一次流路内の前記潤滑媒体に粘性ポンピング作用を加えて前記潤滑媒体をその間に流し、
前記一次流路を流れる前記潤滑媒体の略全部が前記ノズル入口に迂回して前記ノズルを介して前記油だめに送られることを特徴とする、自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項２】
前記油だめ内の潤滑媒体を前記メイントランスミッション・ギアボックスに再循環させる手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項３】
前記第一の間隙を画定する前記第一の半径方向の寸法が、前記一次流路内の金属破片の移動に適した大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項４】
前記第一の間隙を画定する前記第一の半径方向の寸法が約0.97cm（約0.38インチ）であることを特徴とする、請求項３に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項５】
前記第二の間隙を画定する前記第二の半径方向の寸法が、前記一次流路を流れる前記潤滑媒体の略全部が迂回して前記ノズル入口を介して流れるように、前記制限された流路内の流れを強制する大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項６】
前記第二の間隙を画定する前記第二の半径方向の寸法が約0.08cm（約0.03インチ）であることを特徴とする、請求項５に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項７】
前記偏向板と前記メイントランスミッション・ギアボックスの底壁の間の前記第三の間隙を画定する前記垂直方向の寸法が、前記第三の間隙を介する金属破片の移動に適した大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項８】
前記第三の間隙を画定する前記垂直方向の寸法が、約0.97cm（約0.38インチ）であることを特徴とする、請求項７に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項９】
前記遊星歯車列が、
駆動太陽歯車と、
この駆動太陽歯車と機能的に係合する（N/2）個の上側の一次プラネタリピニオンと（N/2）個の下側の一次プラネタリピニオンとからなるＮ個の一次プラネタリピニオンであって、前記上側及び下側の一次プラネタリピニオンが交互に二つの平面に沿って配置されてなる積重ね型の一次プラネタリピニオンと、
Ｎ個の二次プラネタリピニオンと、
それぞれの一次プラネタリピニオンと二次プラネタリピニオンを支持する複合駆動軸と、
前記複数の二次プラネタリピニオンと係合する固定リングギアと、
前記複合駆動軸が回転可能に配置され且つ前記環状の遊星支持板を含む遊星支持アセンブリと、
を含む積重ね型複合遊星歯車列であることを特徴とする、請求項１に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項１０】
底壁及び側壁によって画定され且つ遊星歯車装置を作動可能に収容する下部と上部とを含むヘリコプタのメイントランスミッション・ギアボックス用の自己掃気型複合潤滑サブシステムにおいて、
油だめとノズルと偏向板とを備え、
前記油だめが、潤滑媒体を含み、且つ油だめ内の潤滑媒体のオイルレベルがメイントランスミッション・ギアボックスの底壁の上方の所定の高さになるようにメイントランスミッション・ギアボックスの下部の一体構造の延長部として組み立てられ、
前記メイントランスミッション・ギアボックスの下部の側壁が、第一の所定の半径によって画定される円筒部と、第二の所定の半径によって画定されたのど部分と、上記円筒部と上記のど部分との間の中間部と、を含み、前記第一の所定の半径が前記第二の所定の半径より大きく、その間に半径差を画定し、前記メイントランスミッション・ギアボックスの下部の側壁が、さらに前記円筒部と前記のど部の間の前記半径差によって画定されるノズル入口を含み、
前記ノズルが吸込み端と流出端を有し、前記吸込み端が前記ノズル入口によって画定され、前記流出端が前記油だめのオイルレベルの上方になるように前記油だめ内に配置され、
前記遊星歯車装置の遊星歯車列が、駆動太陽歯車と、この駆動太陽歯車と機能的に係合する（N/2）個の上側の一次プラネタリピニオンと（N/2）個の下側の一次プラネタリピニオンとからなるＮ個の一次プラネタリピニオンであって、前記上側及び下側の一次プラネタリピニオンが交互に二つの平面に沿って配置されてなる積重ね型の一次プラネタリピニオンと、Ｎ個の二次プラネタリピニオンと、それぞれの一次プラネタリピニオンと二次プラネタリピニオンを支持する複合駆動軸と、前記複数の二次プラネタリピニオンと係合する固定リングギアと、前記複合駆動軸が回転可能に配置されるとともに所定の半径によって画定される周面を有する環状の遊星支持板と、を含む積重ね型複合遊星歯車列であり、この複合遊星歯車列の作動中に前記遊星支持板が回転運動し、
前記環状の遊星支持板の前記周面と前記側壁の前記円筒部及び前記のど部が協働して、それぞれ第一及び第二の半径方向寸法を有する第一及び第二の間隙によって画定された制限された一次流路を形成し、
前記偏向板が、前記環状の遊星支持板と協働して、前記メイントランスミッション・ギアボックスの底壁との間に垂直方向の寸法を有する第三の間隙を画定するように取付けられ、
前記回転する偏向板と前記メイントランスミッション・ギアボックスの底壁との間の相互作用により、前記メイントランスミッション・ギアボックスの底部内に集められた潤滑媒体に粘性ポンピング作用を加えて前記潤滑媒体に回転及び遠心速度を与えて前記潤滑媒体を前記制限された一次流路内に外側に流し、
前記回転する遊星支持板の前記周面と前記構造変更された側壁との間の相互作用により、前記制限された一次流路内の前記潤滑媒体に粘性ポンピング作用を加えて前記潤滑媒体をその間に流し、
前記一次流路を流れる前記潤滑媒体の略全部が前記ノズル入口に迂回して前記ノズルを介して前記油だめに送られ、
前記自己掃気型複合潤滑サブシステムが、前記油だめ内の潤滑媒体を前記メイントランスミッション・ギアボックスに再循環する手段を含むことを特徴とする、自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項１１】
前記第一の間隙を画定する前記第一の半径方向の寸法が、前記一次流路内の金属破片の移動に適した大きさであることを特徴とする、請求項10に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項１２】
前記第一の間隙を画定する前記第一の半径方向の寸法が約0.97cm（約0.38インチ）であることを特徴とする。請求項11に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項１３】
前記第二の間隙を画定する前記第二の半径方向の寸法が、前記一次流路を流れる前記潤滑媒体の略全部が迂回して前記ノズル入口を介して流れるように、前記制限された流路内の流れを強制する大きさであることを特徴とする、請求項10に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項１４】
前記第二の間隙を画定する前記第二の半径方向の寸法が約0.08cm（約0.03インチ）であることを特徴とする、請求項13に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項１５】
前記偏向板と前記メイントランスミッション・ギアボックスの底壁の間の前記第三の間隙を画定する前記垂直方向の寸法が、前記第三の間隙を介する金属破片の移動に適した大きさであることを特徴とする、請求項10に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【請求項１６】
前記第三の間隙を画定する前記垂直方向の寸法が、約0.97cm（約0.38インチ）であることを特徴とする、請求項15に記載の自己掃気型複合潤滑サブシステム。
【発明の詳細な説明】
関連出願
本出願は、1994年５月26日に出願された「ヘリコプタ（Ｓ−4888）用の改良されたパワ−トレ−ン・システム用の積重ね複合遊星歯車装置列」という発明の名称の本出願人の出願中の米国特許出願に関連するものである。
技術分野
本発明は、潤滑サブシステムに関し、詳しくは、粘性ポンピング作用を提供してメイントランスミッション・ギアボックスの底部から油だめまで潤滑媒体を輸送する形状を有するパワ−トレ−ン・システム用の自己掃気型複合潤滑サブシステムに関する。
発明の背景
潤滑サブシステムは、パワ−トレ−ン・システムと関連する限界機能サブシステムである。パワ−トレ−ン・システムの互いに係合する歯車及び取付軸受は、効果的且つ効率的な動作のために潤滑を必要とする。潤滑サブシステムは、潤滑媒体を供給して、パワ−トレ−ン・システムの互いに係合する構成要素間の摩擦を減少し、互いに係合する構成要素から離れた所に熱エネルギ−を移送し、互いに係合する構成要素から離れた所に生成された金属破片を輸送する媒体としての機能を果たす。図1A及び図1Bにヘリコプタのトランスミッション用の典型的な潤滑サブシステムが概略的に示されている。
図1Aは、BLACK HAWKヘリコプタ（BLACK HAWKはユナイテッド・テクノロジ−社のシコルスキ−・エアクラフト部門の登録商標である）に使用されるタイプの「湿式」湿潤サブシステム110を概略的に示している。潤滑サブシステム110は、BLACK HAWKヘリコプタのパワ−トレ−ン・システムの左右の入力と付属品モジュ−ル102、103（一つの入力モジュ−ル102と一つの付属品モジュ−ル103だけが図示されている）とメイントランスミッション・ギアボックス104に潤滑媒体を供給する。パワ−プラント・システムの軸トルクをメイントランスミッション・ギアボックス104に伝達する入力モジュ−ル102は、エンジンの入力軸と、入力減速装置と、フリ−ホイ−ル・ユニットと、出力軸と、関連する取付軸受／ジンバルを含む。メイントランスミッション・ギアボックス104は、第二段減速装置と関連する取付軸受を収容する上部104Uと、第三段減速装置の機能を果たしヘリコプタの主回転翼軸にトルクを連結するための遊星歯車装置列を収容する下部104Lを含む。
湿式潤滑サブシステム110は、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの底部に配置された油だめ112と、ギアボックス104の上部104Uと下部104Lの間の複数の二次オイルドレ−ン流路114と、ギアボックス104の下部104Lと油だめ112の間の複数の主オイルドレ−ン流路116を含む。
さらに、湿式湿潤サブシステム110は、各々が掃気段118A及びポンプ段118Bを有する左右の給油ポンプ118（一つの給油ポンプ118の段118A及び118Bだけが図示されている）と、各々の入力及び付属品モジュ−ル102、103を油だめ112に連通させる流体配管120と、油だめ112を（潤滑媒体から熱エネルギ−を除去するための）冷却器124に連通させる流体配管122、冷却器124をマニホルド128に連通させる流体配管126と、マニホルド128をメイントランスミッション・ギアボックス104の上部104U及び左右の入力モジュ−ル102に連通させる流体配管130、132とを含む。（図示しない）流体ジェットが、流体配管130、132に連通して、左右の入力モジュ−ル102に収容された減速装置及び取付軸受と左右の付属品モジュ−ル103とメイントランスミッション・ギアボックス104に潤滑媒体を噴霧するようになっている。
油だめ112内の潤滑媒体は、給油ポンプ118の左右のポンプ段118Bによって、配管122を介して冷却器124までポンピングされ、そこで潤滑媒体から熱エネルギ−が抽出される。冷却された潤滑媒体は、その後、流体配管126を介してマニホルド128及び流体配管130、132に輸送されて、上述したパワ−トレ−ン・システムの潤滑のために、潤滑媒体による流体ジェットを提供する。給油ポンプ118の左右の掃気段118Aは、左右の入力及び付属品モジュ−ル102、103から流体配管120を介して油だめ112に潤滑媒体を戻すようになっている。
メイントランスミッション・ギアボックスのハウジング104内の潤滑媒体は、重力により油だめ112に戻される。上部104U内の潤滑媒体は、二次オイルドレ−ン流路114を介して下部104Lに流れ込み、続いて、一次オイルドレ−ン流路116を介して油だめ112に流れ込む。同様に、下部104Lに噴霧された潤滑媒体は、一次オイルドレ−ン流路116を介して油だめ112に流れ込む。
図1Bは、「乾式」潤滑サブシステム111を概略的に示している。「乾式」潤滑サブシステム111の形状は、以下に述べる場合を除いて、上記の「湿式」潤滑サブシステム110とほぼ同様である。「乾式」潤滑サブシステム111の油だめ113は、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lに配置されず、典型的には、メイントランスミッション・ギアボックス104から離れた位置に取付けられ、ヘリコプタの飛行中に姿勢変化に対して敏感にならないように油だめ113の形状及び大きさを最適に設計できるようにしている。「湿式」潤滑サブシステム118の給油ポンプ118の代わりに、「乾式」潤滑サブシステム111は、二つの給油ポンプ119を含み、各々の給油ポンプ119が掃気段119A、119Bとポンプ段119Cを有している。掃気段119Aは、潤滑媒体をそれぞれ左右の入力及び付属品モジュ−ル102、103から流体配管120を介して油だめ113に戻すための原動力を提供する。掃気段119Bは、入力117を介してメイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの底部に集められた潤滑媒体を、流体配管121を介して油だめ113に戻すための原動力を提供する。「乾式」潤滑サブシステム111のポンプ段119Cは、「湿式」潤滑サブシステム110のポンプ段118Bと同様の機能を果たす。
上記の「湿式」及び「乾式」潤滑サブシステム110、111は、それぞれ明確な利点及び欠点を有する。「湿式」潤滑サブシステム110の主な利点の一つは、その形態がメイントランスミッション・ギアボックス104から油だめ112まで潤滑媒体を輸送するために重力排水を利用し、そのため「乾式」潤滑サブシステム111と関連する追加の掃気段119及び関連する流体配管121が必要ないことである。この追加の本体構造部は、「乾式」潤滑サブシステム111を使用する場合にかなりの重量負担となる。また、この追加の本体構造部は、「乾式」潤滑サブシステム111の全体的な信頼性を低下させ易い。
一方、「湿式」潤滑サブシステム110の油だめ112の位置は、油だめ112に含まれる潤滑媒体の動的な流体レベルつまりオイルレベルを激しく変化させるヘリコプタの飛行中に直面し得る姿勢変化に比較的敏感である。潤滑サブシステム110の作動中のある一定の瞬間には、潤滑媒体の約30−50％が油だめ112に含まれ、残りの50−70％がその他のサブシステム全体に配置している。給油ポンプ118は、効果的な作動のために少なくとも２〜４インチの最小の液頭を必要とする（液頭はポンプ入口と油だめ112の動的流体レベルの間の距離として画定される）。
十分な液頭を保証するために給油ポンプ118を油だめ112の下に取り付けてもよいが、ヘリコプタの飛行中の姿勢変化が、液頭を最小の液頭レベル以下にする動的流体レベルの非周期的な変化を引き起こし、給油ポンプ118に空気−油混合物を吸い込ませ、不十分なポンプ作動を生じさせ、その結果、サブシステムの不十分な作動を生じ得る。姿勢変化を補償するために、「湿式」潤滑サブシステム110が過剰な体積の潤滑媒体を含んで姿勢変化の不利な影響に対するサブシステムの感度を下げるように、「湿式」潤滑サブシステム110を設計することができる。しかし、この方法では、過剰な体積の潤滑媒体が必要であり、油だめ構造の容積が増大し、即ち、油だめの垂直方向のエンベロ−プが増大して、費用的及び重量的な不利益を招く。
また、サブシステム110の形態が垂直寸法の大きい構造のエンベロ−プを有する限り、「湿式」潤滑サブシステム110は不利である。このような形態の「湿式」潤滑サブシステム110の油だめ112及び給油ポンプ118は、ヘリコプタの機室領域に入り込んで有用な空間を減少させ得る。
「湿式」及び「乾式」潤滑サブシステムの明確な特性を含む潤滑サブシステムを開発する必要がある。特に、このような潤滑サブシステムでは、「乾式」潤滑サブシステムのように潤滑サブシステムの垂直構造のエンベロ−プを最小にする位置に油だめを配置しなければならない。このような潤滑サブシステムは、姿勢変化に対して比較的感度が鈍く、ヘリコプタの機室領域の空間配置に不利な影響を与えない。しかし、このような潤滑サブシステムは、「湿式」潤滑サブシステムに見られるように、最小数の掃気及び潤滑段からなり、サブシステムの重量を最小にし且つサブシステムの全体的な信頼性を増大するものでなければならない。
発明の概要
本発明の一つの目的は、メイントランスミッション・ギアボックスの下部の一体構造として最適に設計され、粘性ポンピング作用を提供してそのギアボックスの底部からサブシステムの油だめに潤滑媒体を輸送するメイントランスミッション・ギアボックス用の自己掃気型複合潤滑サブシステムを提供することである。
本発明の他の目的は、遊星歯車装置を収容してその遊星歯車装置と係合する構造変更されたハウジングが、潤滑媒体に回転及び遠心速度を与えるメイントランスミッション・ギアボックスの底部内に集められた潤滑媒体に粘性ポンピング作用を加えてギアボックスの底部から油だめまでの潤滑媒体の輸送を容易にするように、メイントランスミッション・ギアボックスの下部の内部構造が構造変更された自己掃気型複合潤滑サブシステムを提供することである。
さらに、本発明は、油だめ内の潤滑媒体が姿勢変化に対して比較的感度が鈍く且つ油だめ内の潤滑媒体の動的流体レベルがギアボックスの底部の上方の所定の距離にあるように、油だめがギアボックスの下部の一体構造の延長部として組み立てられた自己掃気型複合潤滑サブシステムを提供することを目的とする。
また、本発明は、油だめ内の潤滑媒体の体積が「湿式」潤滑サブシステムの潤滑媒体の体積より少なく、それによって潤滑サブシステムの総重量を減少させる自己掃気型複合潤滑サブシステムを提供することを目的とする。
本発明のこれらの目的及び他の目的は、底壁と側壁によって画定されて遊星歯車装置を作動可能に収容する下部を含むメイントランスミッション・ギアボックス用の自己掃気型複合潤滑サブシステムよって達成される。自己掃気型複合潤滑サブシステムは、メイントランスミッション・ギアボックスの下部の一体構造の延長部として組み立てられた油だめを含む。油だめは、動的流体レベルを画定する潤滑媒体を含み、その油だめ内の潤滑媒体の動的流体レベルがサブシステム給油ポンプの入口の上方の所定の高さになるように配置される。
メイントランスミッション・ギアボックスの下部の側壁は、第一の所定の半径によって画定される円筒部と、その円筒部に隣接する中間部と、第二の所定の半径によって画定されるのど部を含むように構造変更される。第一の所定の半径は、半径方向の不連続性が円筒部とのど部の間に画定されるように、第二の所定の半径より大きくなっている。ノズル入口は円筒部とのど部の間の半径方向の不連続性によって画定され、ノズル入口を画定する内壁及び外壁は、それぞれのど部及び円筒部に接している。自己掃気型複合潤滑サブシステムは、さらに吸込み端と流出端を有するノズルを含む。ノズルの吹込み端はノズル入口によって画定され、ノズルの流出端は油だめの動的流体レベルの上方にあるように油だめ内に配置される。
ギアボックスの下部に収容された遊星歯車装置列は、所定の半径によって画定される周面を有する環状の遊星支持板を含む。遊星歯車装置列の動作により、環状の遊星支持板が回転する。環状の遊星支持板の周面と構造変更された側壁の円筒部及びのど部の組み合わせにより、それぞれ第一及び第二の半径方向の寸法を有する第一及び第二の間隙によって画定される制限された一次流路を形成する。環状の遊星支持板に偏向板が取付けられ、偏向板とギアボックスの底部の間に垂直方向の寸法を有する第三の間隙を画定している。
回転する偏向板とメイントランスミッション・ギアボックスの底壁との間の係合により、ギアボックスの底部に集められた潤滑媒体に粘性ポンピング作用が加えられる。粘性ポンピング作用は、潤滑媒体に回転及び遠心速度を与えて、潤滑媒体を外側の制限された一次流路に流し込む。回転する環状の遊星支持板の周面と構造変更された側壁との間の係合により、制限された一次流路内の潤滑媒体に粘性ポンピング作用を加えて、そこに潤滑媒体を流す。一次流路内を流れる潤滑媒体の略全部が、ノズル入口に迂回して、ノズルを介して油だめに輸送される。
遊星歯車装置の作動により、メイントランスミッション・ギアボックス内に金属破片を生成し得る。第一の間隙を画定する第一の半径方向の寸法と第三の間隙を画定する垂直方向の寸法は、それぞれ第三の間隙及び一次流路内のこのような金属破片の移動に適した大きさであり、ギアボックスから油だめまでの潤滑媒体の流出によって、このような金属破片が最終的にギアボックスから油だめまで輸送される。ここに記載された実施例の自己掃気型複合潤滑サブシステムでは、第一及び第三の間隙を画定する第一の半径方向の寸法及び垂直方向の寸法は、約0.97cm（約0.38インチ）である。
第二の間隙を画定する第二の半径方向の寸法は、一次流路内を流れる潤滑媒体の略全部がノズル入口に迂回するように、制限された流路内に潤滑媒体を強制的に流す大きさである。ここに記載された実施例の自己掃気型複合潤滑サブシステムでは、第二の間隙を画定する第二の半径方向の寸法は、約0.08cm（約0.03インチ）である。
【図面の簡単な説明】
本発明及びその付随する特徴及び利点は、以下の図面を考慮して以下の詳細な説明を参照することにより、さらに十分に理解されるであろう。
図1Aは、従来の「湿式」潤滑サブシステムの概略図である。
図1Bは、従来の「乾式」潤滑サブシステムの概略図である。
図２は、本発明による自己掃気型複合潤滑サブシステムの概略図である。
図３は、本発明による自己掃気型複合潤滑サブシステムの機械要素を図示するヘリコプタのメイントランスミッション・ギアボックスの下部の断面図である。
図４は、図３のメイントランスミッション・ギアボックスの下部の斜視図である。
図５は、図４のメイントランスミッション・ギアボックスの下部の平面図である。
図６は、遊星支持アセンブリの環状の遊星支持板の斜視図である。
図７は、本発明による自己掃気型複合潤滑サブシステムのノズルを通る油だめの断面図である。
発明の最良の実施形態
いくつかの図面で同様の参照符号が対応する又は同様の機械要素を特定する図面を参照すると、図２は本発明による自己掃気型複合潤滑（SSHL）サブシステム10の実施例を概略的に示している。ここに記載された実施例のSSHLサブシステム10は、ヘリコプタのメイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lと有効に関連し、上述した「湿式」及び「乾式」潤滑サブシステムの特性を含む。特に、SSHLサブシステム10は、以下にさらに詳細に説明する油だめ12を含み、油だめ12内の潤滑媒体の動的流体レベルが（「乾式」潤滑サブシステムのような）メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの底部に集められる潤滑媒体より上方にあるように配置される。
油だめ12のこのような位置決めは、「乾式」潤滑サブシステム111と同様に、油だめ12内の動的流体レベルにおける姿勢変化の効果を最小にする。メイントランスミッション・ギアボックス104内の潤滑媒体は、流体ジェットから、重力排水によって（「湿式」及び「乾式」潤滑サブシステムのように）メイントランスミッション・ギアボックス104に形成された溝部及びドレン・ポ−ト（例えば図２及び図３の中で参照符号114を参照）を通って、その下部104Lの底部に集まる。しかし、以下に更に詳細に説明するように、SSHLサブシステム10は、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの底部に集められた潤滑媒体を油だめ12まで輸送するために別個の排油ポンプは含んでいない。
その代わりに、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの内側ハウジングは、変更されたギアボックス・ハウジングとそこに収容された第三段減速装置が協働して粘性ポンピング力を提供し、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの底部に集められた潤滑媒体を油だめ12まで輸送するように構造変更されて、それによって「乾式」潤滑サブシステム111に追加の掃気段119Bを組み込む必要性を除去する。即ち、本発明によるSSHLサブシステム10では、「湿式」潤滑サブシステム111に見られる最小数の給油ポンプが組み込まれている。
さらに図２に示すように、SSHLサブシステム10は、（「湿式」及び「乾式」潤滑サブシステムの両方の場合と同様に）そこから油だめ12に潤滑媒体を輸送するための各々の入力及び付属品モジュ−ル102、103用の別個の掃気段118Aと、油だめ12から左右の入力モジュ−ル102、左右の付属品モジュ−ル103及びメイントランスミッション・ギアボックス104まで潤滑媒体を再循環させるために、対応するポンプ段118Bを含む。このような構成要素／機械要素の構造的及び機能的特徴が上述した「湿式」及び「乾式」潤滑サブシステム110、111の対応する構成要素／機械要素と同等物である限り、SSHLサブシステム10から構成される他の機能部品／機械要素は、一般に図２のブロック図に示される。
ここに記載された実施例のSSHLサブシステム10は、シコルスキ−・エアクラフトによって開発されたＳ−92 HELIBUSヘリコプタ（Ｓ−92及びHELIBUSはユナイテッド・テクノロジ−社のシコルスキ−・エアクラフト部門の商標である）のメイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの一体構造として最適に設計されている。特に、図３乃至図５及び図７に典型的に示されるSSHLサブシステム10の油だめ12は、Ｓ−92 HELIBUSメイントランスミッション・ギアボックス104のうちの下側円筒部104の一体構造の延長部として組み立てられ、特に図３（図７も参照）に示されるように、中間壁12Iによって画定される上側室12UCと下側質12LCからなる。ドレン・ポ−ト14は、典型的に図３に示され、（メイントランスミッション・ギアボックス104の上部104Uから油だめ12への潤滑媒体の重量排水を容易にする。
ヘリコプタに取り付けられたメイントランスミッション・ギアボックス104とともに、油だめ12は、メイントランスミッション・ギアボックス104が取り付けられるヘリコプタの機体の長方形の開口部の前部とメイントランスミッション・ギアボックス104の下側円筒部104Lとの間に位置されている（図５を参照）。図３に参照符号16によって典型的に示される油だめ12の動的流体レベルは、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの底壁の上方の数インチである。記載された実施例では、動的流体レベルは、その底壁の上方の約５インチである（図３の参照符号Ｈを参照）。
図３乃至図５に図示されるように、Ｓ−92 HELIBUSメイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの内部構造は、底壁18と構造変更された側壁20によって画定される。側壁20は、そこに収容された第三段減速装置と係合して自己掃気油だめポンプとして動作し、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの底部18に集められた潤滑媒体を油だめ12まで輸送するように構造変更される。図４及び図５に示されるように、構造変更された側壁20は、例えば機械加工、鋳造などにより組み立てられ、略円筒形の側壁20の略全周を形成する所定の半径R22によって画定される円筒部22と、円筒部22の一端に隣接する中間部24と、中間部24に隣接する所定の半径R26によって画定されるのど部分26とを含む。
図４及び図５は、所定の半径R22が所定の半径R26より大きい、即ち、R22＞R26であることを示す。のど部分26の端部と修正された側壁20の円筒部22の他端の間の半径方向の不連続性により、略長方形の断面のノズル入口28が画定される。即ち、ノズル入口28を画定する内壁及び外壁は、それぞれのど部26及び円筒部22に接している。ノズル入口28は、Ｓ−92 HELIBUSメイントランスミッション・ギアボックス104の底部18に集められた潤滑媒体を、ここから油だめ12へと流出するように導くようになっている。
図５及び図７に示すように、SSHLサブシステム10は、上記のノズル入口28によって画定される吹込み端を有するノズル60と、流出端64（図２も参照）を含む。ノズル60は、潤滑媒体をノズル入口28から油だめ12に流すようになっている。ノズル60の流出端64は、油だめ12の上側室12UC及び下側室12LCを分離する中間壁121の上方の上側室12UCに配置される。即ち、流出端64は、油だめ12の動的流体レベル16の上方に配置される。ノズル60の流出端64のこのような位置決めは、メイントランスミッション・ギアボックス104の上部104Uから油だめ12に流出する潤滑媒体からの背圧が、粘性ポンピングによって油だめ12に輸送される潤滑媒体の妨げにならないようにしている。
また、図５には、油だめ12の中間壁121に形成された二つの油だめ開口72、74が示されている。ノズル60の流出端64は、指示油だめ開口72を貫通して突出している。また、図５には、二つの潤滑ポンプ118のポンプ段118Bを油だめ12及び上側のハウジング104Uに連通する出口76が示されている。油だめ12と協働して切粉検出ユニット78が取付けられ、油だめ12中の金属破片を指示するようになっている。ヘリコプタの中心線（突き合わせ線０）の油だめ12の底部には、ポンプ入口75が配置されている。この位置は、ヘリコプタのロ−ル運動により生ずる入口75の上方の動的流体レベル16の変動を最小にする。動的流体レベル16は、ポンプ入口75の上方の寸法Ｈとしてより精密に記載されるが、このためポンプ入口75とメイントランスミッション・ギアボックス104の底壁18は実用的には同等である。ポンプ入口75は、流れ管77によって切粉ディテクタ78及びポンプ出口76と流動的に連通している。
メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104L内には、ヘリコプタ・パワ−トレ−ン・システムの第三段減速装置が収容されている。1994年５月26日に出願された「ヘリコプタ（Ｓ−4888）用の改良されたパワ−トレ−ン・システム用の積重ね複合遊星歯車装置列」という発明の名称の本出願任の出願中の米国特許出願にさらに詳細に記載されているように、Ｓ−92  HELIBUSメイントランスミッション・ギアボックス104の第三段減速装置は、駆動太陽歯車30と、積重ね一次プラネタリピニオン32U、32Lと、複数の二次プラネタリピニオン34と、複合駆動軸36と、固定リングギア38と、複数の遊星支持アセンブリ40とを含む積重ね複合遊星歯車装置列からなる。
本発明によるSSHLサブシステム10に特に興味のあるものは、図３に概略的に示され且つ図６にさらに詳細に示されるように、遊星支持アセンブリ40の機械要素からなる環状の遊星支持板42である。支持板42は、所定の外径D42を有し、複合駆動軸36を回転可能に支持する複数の穴部44と周面46を含む。以下の段落で記載するように、周面46と構造変更された側壁20が協働して、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lに流路を画定する。周面46は、メイントランスミッション・ギアボックス104の構造変更された側壁20と機能的に係合し、メイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lの底部18に集められた潤滑媒体を油だめ12に輸送する本発明によるSSHLサブシステム10に粘性ポンピング作用を与える。
環状の遊星支持板42の周面46と構造変更された側壁20の円筒部22との組合わせにより、第一の所定の幅寸法、即ち半径方向の寸法を有する第一の間隙50によって画定される一次流路を形成する（図３を参照）。支持板42の直径D42は、一般に積重ね複合遊星歯車装置列の構造的及び機能的な要件によって画定される。従って、下部の側壁20は、R22−D42/2が第一の間隙50の第一の所定の幅寸法を画定するような円筒部22の半径R22になるように構造変更される。記載された実施例では、第一の間隙50の第一の所定の幅寸法は、約0.97cm（約0.38インチ）である。
第一の間隙50の所定の幅寸法は、メイントランスミッション・ギアボックス104に収容された第三段減速装置の機能的な作動のために軸受のスポ−リング（剥げ落ち）や歯のスポ−リングなどによって生成される金属破片が、メイントランスミッション・ギアボックス104から油だめ12まで輸送される潤滑媒体によって除去されるという設計目的に基づいている。従って、第一の間隙50は、一次流路内のこのような金属破片の移動に適する大きさでなければならない。第一の間隙50の幅寸法を画定する第二の設計目的は、構造変更された側壁20と環状遊星の支持板42との間の係合によって提供される粘性ポンピング作用が、メイントランスミッション・ギアボックス104の底部18から油だめ12まで金属破片を輸送するのに十分な速度を潤滑媒体に与えるという要件である。記載された実施例では、環状の遊星支持板42の周面46の回転速度は、約7.7m/s（約25ft/s）である。経験的な分析では、約0.97cm（約0.38インチ）の半径方向の寸法を有する第一の間隙50が、第三の段減速装置の作動によって生成した最も大きい金属破片の移動を容易にするのに十分であることを示した。
環状の遊星支持板42の周面46と構造変更された側壁20ののど部26との組み合わせにより、第二の所定の幅寸法、即ち半径方向の寸法を有する第二の間隙52によって画定される制限された流路を形成する（図５を参照）。即ち、R26−D42/2は、第二の間隙52の第二の所定の幅寸法を画定する。記載された実施例では、第二の間隙52の第二の所定の幅寸法は、約0.08cm（約0.03インチ）である。制限された流路のサイジング、即ち第二の間隙52のサイジングは、粘性ポンピングを受ける潤滑媒体の略全部が、ノズル入口28及びノズル60を介する流出によって最終的にメイントランスミッション・ギアボックス104の外に輸送されるという設計要件、即ち、第二の間隙52によって画定される制限された流路を流れる流体が最小であるという設計要件に基づく。本質的には、これは、ノズル入口28によって画定される流路の比、即ちR22−D42/2が、第二の間隙52によって画定される制限された流路よりかなり大きなことを補償することによって達成される。記載された実施例では、その比は、約0.89/0.08≒11＋である。
図３に示されるように、偏向板80は、メイントランスミッション・ギアボックス104の底壁18に対して所定の垂直方向の寸法を有する所定の第三の間隙54を画定するように、環状の遊星支持板42に取り付けられる。第三の間隙54の所定の垂直方向の寸法は、第一の間隙50について上述した設計目的と同じ設計目的に基づいている。偏向板80は、支持板42の回転によって生成される遠心力により、金属破片と潤滑媒体をそこから一次流路へ外側に向けるようになっている。外側への流れは、遊星歯車列を流れる、即ち偏向板80の頂面付近を流れる金属破片と潤滑媒体を含むとともに、偏向板80とメイントランスミッション・ギアボックス104の底壁18の間で集められ金属破片と潤滑媒体を含む。偏向板80の底面には、支持板42の下から外側への潤滑媒体の流れを容易にするために溝を付けてもよい。
回転する偏向板80によって遊星歯車列から金属破片と潤滑媒体に作用する遠心力に加えて、（ｉ）回転する偏向板80の底面とメイントランスミッション・ギアボックス104の底壁18との間及び（ii）回転する環状の遊星支持板42の周面46と構造変更された側壁20との間の係合により、（ｉ）集められた潤滑媒体をメイントランスミッション・ギアボックス104の底壁18から第一の間隙50によって画定される一次流路まで外側に、及び（ii）一次流路からノズル入口28を通って外部に輸送する粘性ポンピング作用が提供される（潤滑媒体の流れの実用的な分析では、潤滑媒体の約65％が回転する偏向板80とメイントランスミッション・ギアボックス104の底壁18との間の係合の結果であることを示した）。
粘性ポンピング作用は、それぞれ固定部材、即ち、底壁18及び構造変更された側壁20と、移動部材、即ち、偏向板80及び支持板42との間に配置される流体に作用する。固体部材に隣接する流体は本質的に固定されているとともに、移動部材に隣接する流体は移動部材の速度に接近する速度を有している。即ち、移動部材の速度は、流体の粘性抵抗のために隣接する流体に与えられる。図４及び図５において参照符号Ｒは、偏向板80と環状の遊星支持板42の回転方向を示している。偏向板80及び支持板42の回転によって生じた粘性ポンピング作用により、潤滑媒体に回転速度と遠心速度の両方が与えられて、メイントランスミッション・ギアボックス104の底部に集められた潤滑媒体が、構造偏向された側壁20と支持板42によって画定される一次流路内へ外側に流される。
第二の重量な点は、流体の流れには運動量の保存があることを述べるベルヌ−イの法則である。粘性ポンピング作用は、第一の間隙50によって画定される一次流路を通る所定の体積の潤滑媒体の流れを生成する。ベルヌ−イの法則によれば、所定の体積の流れは、ノズル入口28の領域では略一定である。第二の間隙52によって画定される制限された流路とノズル入口28によって画定されるノズル流路は、のど部分26の初めに累積する流路を画定するので、粘性ポンピング作用によって生成された所定の体積の流れの略全部がノズル入口28を通って迂回する。
即ち、（ｉ）底壁18と偏向板80の間及び（ii）構造変更された側壁20と環状の遊星支持板42の周面46との間の回転相互作用による粘性ポンピングにより、潤滑媒体がノズル入口28とノズル60を介してメイントランスミッション・ギアボックス104の外部に輸送される。粘性ポンプ理論は、本発明によるSSHLサブシステム10によって生成される粘性ポンピング作用が１分当たり約10ガロン（gpm）の潤滑媒体をメイントランスミッション・ギアボックス104の下部104Lから油だめ12まで輸送するのに十分であることを示している。SSHLサブシステム10の給油ポンプ118は、メイントランスミッション・ギアボックス104に約14.4gpmを吐出する大きさである。
この14.4gpmのうち、約6.6のgpmが、メイントランスミッション・ギアボックス104の底部18に供給又は重力排水される。上述したように、本発明によるSSHLサブシステム10によって提供される粘性ポンピング作用が、メイントランスミッション・ギアボックス104の底部18から油だめ12への潤滑媒体の輸送を取扱うのに十分であることは明らかである。
以上、本発明によるSSHLサブシステム10についてのＳ−92 HELIBUSメイントランスミッション・ギアボックスの特定の構造的及び機械的な特徴に関して説明したが、当業者は、このSSHLサブシステムが上記実施例に制限されるものではなく、上記のように作動するように変更できるどのような歯車装置にも使用できることを認めるであろう。従って、本発明のSSHLサブシステムは、添付した請求の範囲内において、上述した場合以外にも実施できることを理解すべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図６】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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