(57)【要約】【課題】  エピサイクリックギア構成のキャリアへ接続するための遊星ギアボックス、及びそれを含むガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】  エピサイクリックギア構成が、円筒形外面（１０１）により定められる中空本体を含み円筒形外面の反対側に配置された内面（１２５）により定められる支持ピン（９６）を介してエピサイクリックギア構成のキャリア（９０、９２、９４）に取り付けられた、遊星軸受上で回転可能な遊星ギアを含む。ばねフィルムダンパは、支持ピンの円筒形外面と遊星軸受の内側リング（１０２）の対向する内面との間に配置され、環状ギャップを含む。【選択図】      図２
2017133691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の入力及び単一の出力のみを有し、かつサンギア（８０）と、遊星ギアボックス及び前記サンギア（８０）を囲むリングギア（８６）とを含む、エピサイクリックギア構成のキャリア（９０、９２、９４）へ接続するための遊星ギアボックスであって、
前記キャリア（９０、９２、９４）に固定されるように構成され、軸方向に延びる仮想中心軸線（１０６）から半径方向等距離にある円筒形外面（１０１）により定められる中空本体を含み、さらに前記円筒形外面（１０１）の反対側に配置された内面（１２５）により定められる、支持ピン（９６）と、
前記支持ピン（９６）に回転不能に接続され、前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）に対向する内面（１１２）と、少なくとも１つのトラックを定める外面とを定め、前記外面内に定められる各トラックは、それぞれの複数の円筒形ローラ（１０４）を内部に受けて回転可能に案内するように構成される、内側リング（１０２）と、
前記少なくとも１つのトラックの方に面するように配置された円筒形内面（１０３）と、前記リングギア（８６）の方に面するように配置され、前記サンギア（８０）及び前記リングギア（８６）の両方と噛み合うように構成されたギア歯面を定める円筒形外面とを定める、外側リング（８４）と、
前記内側リング（１０２）のそれぞれのトラック内に回転可能に配置され、その各々が前記外側リング（８４）の前記円筒形内面（１０３）に回転可能に接触する、それぞれの複数の円筒形ローラ（１０４）と、
前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）と前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）との間に配置されたスクイーズフィルムダンパと、
を備える、遊星ギアボックス。
【請求項２】
前記支持ピン（９６）は、前記支持ピン（９６）の前記内面（１２５）と前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）との間を、前記支持ピン（９６）を貫通して延び、前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）において出口開口部（９６２）を定める、少なくとも１つの第１のオイル供給孔（９６１）を含み、前記第１のオイル供給孔（９６１）の前記出口開口部（９６２）は、前記スクイーズフィルムダンパと流体連通して配置される、請求項１に記載の遊星ギアボックス。
【請求項３】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記支持ピン（９６）の前記円筒形外面（１０１）と前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）との間に延びる環状ギャップを含む、請求項１に記載の遊星ギアボックス。
【請求項４】
前記支持ピン（９６）は、前記支持ピン（９６）の前記内面（１２５）と前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）との間を、前記支持ピン（９６）を貫通して延び、前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）において出口開口部（９６２）を定める、少なくとも１つの第１のオイル供給孔（９６１）を含み、前記第１のオイル供給孔（９６１）の前記出口開口部（９６２）は、前記環状ギャップと流体連通して配置される、請求項３に記載の遊星ギアボックス。
【請求項５】
前記内側リング（１０２）は、前端（１０２１）と、前記前端（１０２１）から軸方向に遠ざかるように離間された後端（１０２２）とによって定められ、前記スクイーズフィルムダンパは、前記内側リング（１０２）の前記前端（１０２１）内に定められ、仮想中心軸線（１０６）に対して円周方向に延びる前方溝（１０２３）を含む、請求項１に記載の遊星ギアボックス。
【請求項６】
前記前方溝（１０２３）は、前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）から、前記仮想中心軸線（１０６）から半径方向に遠ざかる方向に延びる半径方向深さを定め、前記スクイーズフィルムダンパは、前記前方溝（１０２３）内に配置された前方弾性シール（１３０）をさらに含み、前記前方弾性シール（１３０）は、内径と、前記内径より大きい外径とを定め、前記内径と前記外径との間の差は前記前方弾性シール（１３０）の圧縮されていない厚さを定め、前記前方弾性シール（１３０）の前記圧縮されていない厚さは前記前方溝（１０２３）の前記半径方向深さを上回る、請求項５に記載の遊星ギアボックス。
【請求項７】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記支持ピン（９６）の前記円筒形外面（１０１）と前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）との間に定められる環状ギャップを含み、前記スクイーズフィルムダンパは、前記環状ギャップの前端におけるトロイダル形前方弾性シール（１３０）と、前記環状ギャップの後端におけるトロイダル形後方弾性シール（１３０）とを含む、請求項６に記載の遊星ギアボックス。
【請求項８】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記内側リング（１０２）の前記後端（１０２２）内に定められ、前記仮想中心軸線（１０６）に対して円周方向に延びる後方溝（１０２４）を含み、前記後方溝（１０２４）は、前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）から、前記仮想中心軸線（１０６）から半径方向に遠ざかる方向に延びる半径方向深さを定め、前記スクイーズフィルムダンパは、前記後方溝（１０２４）内に配置された後方弾性シール（１３０）をさらに含み、前記後方弾性シール（１３０）は、内径と、前記内径より大きい外径とを定め、前記内径と前記外径との間の差は、前記後方弾性シール（１３０）の圧縮されていない厚さを定め、前記後方弾性シール（１３０）の圧縮されていない厚さは、前記後方溝（１０２４）の前記半径深さを上回る、請求項６に記載の遊星ギアボックス。
【請求項９】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記支持ピン（９６）の前記円筒形外面（１０１）と前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）との間を、前記仮想中心軸線（１０６）から半径方向に遠ざかる方向に延びる環状ギャップを含み、前記スクイーズフィルムダンパの周囲の周りの任意の点における前記環状ギャップの寸法は、前記弾性シール（１３０）の圧縮度によって決まる、請求項８に記載の遊星ギアボックス。
【請求項１０】
前記前方弾性シール（１３０）及び前記後方弾性シール（１３０）の各々は、トロイダル形シールである、請求項８に記載の遊星ギアボックス。
【請求項１１】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
ハブ（４８）から半径方向に延びる複数のブレード（４０）を含み、前記ハブ（４８）を通って中心に定められた第１の回転軸線の周りに回転可能なファン（３８）と、
前記ファン（３８）の下流に配置された圧縮機（２２）と、
前記圧縮機（２２）の下流に配置されたタービン（３０）と、
前記タービン（３０）と一緒に回転するように前圧縮機（２２）を機械的に結合する回転可能な入力シャフト（３４）と、
単一の入力のみを有し、かつキャリア（９０、９２、９４）と、前記第１の回転軸線に平行な第２の回転軸線の周りに回転可能なサンギア（８０）と、前記サンギア（８０）の周りに円周方向に配置されたリングギア（８６）と、前記キャリア（９０、９２、９４）により支持され、前記第２の回転軸線に平行な第３の回転軸線の周りに前記キャリア（９０、９２、９４）に対して回転可能な遊星ギア（８４）を収容する少なくとも１つの遊星ギアボックスとを含み、前記少なくとも１つの遊星ギア（８４）が前記サンギア（８０）及び前記リングギア（８６）に噛み合う、エピサイクリックギア構成と、
前記ファン（３８）、前記圧縮機（２２）、前記タービン（３０）、及び前記エピサイクリックギア構成を囲むエンジンエンベロープと、
を備え、前記リングギア（８６）及び前記キャリア（９０、９２、９４）の一方は前記エンジンエンベロープに回転不能に結合され、
前記遊星ギアボックスは、
前記キャリア（９０、９２、９４）に固定されるように構成され、軸方向に延びる第３の回転軸線（１０６）から半径方向等距離にある円筒形外面（１０１）により定められる中空本体を含み、さらに前記円筒形外面（１０１）の反対側に配置された内面（１２５）により定められる、支持ピン（９６）と、
前記支持ピン（９６）に回転不能に接続され、前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）に対向する内面（１１２）と、少なくとも１つのトラックを定める外面とを定め、前記外面内に定められる各トラックは、それぞれの複数の円筒形ローラ（１０４）を内部に受けて回転可能に案内するように構成される、内側リング（１０２）と、
前記少なくとも１つのトラックの方に面するように配置された円筒形内面（１０３）と、前記リングギア（８６）の方に面するように配置され、前記サンギア（８０）及び前記リングギア（８６）の両方と噛み合うように構成されたギア歯面を定める円筒形外面とを定める、遊星ギア（８４）と、
前記内側リング（１０２）のそれぞれのトラック内に回転可能に配置され、その各々が前記外側リング（１０３）の前記円筒形内面（１０３）に回転可能に接触する、それぞれの複数の円筒形ローラ（１０４）と、
前記支持ピン（９６）の前記外面（１−１）と前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）との間に配置されたスクイーズフィルムダンパと、
をさらに含む、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記支持ピン（９６）は、前記支持ピン（９６）の前記内面（１２５）と前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）との間を、前記支持ピン（９６）を通って延び、前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）において出口開口部（９６２）を定める、少なくとも１つの第１のオイル供給孔（９６１）を含み、前記第１のオイル供給孔（９６１）の前記出口開口部（９６２）は、前記スクイーズフィルムダンパと流体連通して配置される、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記支持ピン（９６）の前記円筒形外面（１９１）と前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）との間に延びる環状ギャップを含む、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記環状ギャップの前端におけるトロイダル形前方弾性シール（１３０）と、前記環状ギャップの後端におけるトロイダル形後方弾性シール（１３０）とを含む、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記支持ピン（９６）は、前記支持ピン（９６）の前記内面（１２５）と前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）との間を、前記支持ピン（９６）を通って延び、前記支持ピン（９６）の前記外面（１０１）において出口開口部（９６２）を定める、少なくとも１つの第１のオイル供給孔（９６１）を含み、前記第１のオイル供給孔（９６１）の前記出口開口部（９６２）は、前記環状ギャップと流体連通して配置される、請求項１４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１６】
前記内側リング（１０２）は、前端（１０２１）と、前記前端（１０２１）から軸方向に遠ざかるように離間された後端（１０２２）とによって定められ、前記スクイーズフィルムダンパは、前記内側リング（１０２）の前記前端（１０２１）内に定められ、前記仮想中心軸線（１０６）に対して円周方向に延びる前方溝（１０２３）を含む、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１７】
前記前方溝（１０２３）は、前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）から、前記仮想中心軸線（１０６）から半径方向に遠ざかる方向に延びる半径方向深さを定め、前記スクイーズフィルムダンパは、前記前方溝（１０２３）内に配置された前方弾性シール（１３０）をさらに含み、前記前方弾性シール（１３０）は、内径と、前記内径より大きい外径とを定め、前記内径と前記外径との間の差は前記前方弾性シール（１３０）の圧縮されていない厚さを定め、前記前方弾性シール（１３０）の前記圧縮されていない厚さは前記前方溝（１０２３）の前記半径方向深さを上回る、請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１８】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記支持ピン（９６）の前記円筒形外面（１０１）と前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）との間に定められる環状ギャップを含み、前記スクイーズフィルムダンパは、前記環状ギャップの前端におけるトロイダル形前方弾性シール（１３０）と、前記環状ギャップの後端におけるトロイダル形後方弾性シール（１３０）とを含む、
請求項１７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１９】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記内側リング（１０２）の前記後端（１０２２）内に定められ、前記仮想中心軸線（１０６）に対して円周方向に延びる後方溝（１０２４）を含み、前記後方溝（１０２４）は、前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）から、前記仮想中心軸線（１０６）から半径方向に遠ざかる方向に延びる半径方向深さを定め、前記スクイーズフィルムダンパは、前記後方溝（１０２４）内に配置された後方弾性シール（１３０）をさらに含み、前記後方弾性シール（１３０）は、内径と、前記内径より大きい外径とを定め、前記内径と前記外径との間の差は、前記後方弾性シール（１３０）の圧縮されていない厚さを定め、前記後方弾性シール（１３０）の圧縮されていない厚さは、前記後方溝（１０２４）の前記半径深さを上回る、請求項１７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
前記スクイーズフィルムダンパは、前記支持ピン（９６）の前記円筒形外面（１０１）と前記内側リング（１０２）の前記内面（１１２）との間を、前記仮想中心軸線（１０６）から半径方向に遠ざかる方向に延びる環状ギャップを含み、前記スクイーズフィルムダンパの周囲の周りの任意の点における前記環状ギャップの寸法は、前記弾性シール（１３０）の圧縮度によって決まる、請求項１９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、全体的に、円筒形ローラ軸受に関し、より詳細には、ガスタービンエンジンにおけるエピサイクリックギアボックスの遊星ギアのための円筒形ローラ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、互いに流体連通して配置されたファン及びコアを含み、コアは、ガスタービンを通る流れの方向においてファンの下流に配置される。ガスタービンエンジンのコアは一般に、直流流れ順に、圧縮器セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。複数シャフトのガスタービンエンジンにおいて、圧縮器セクションは、低圧圧縮器（ＬＰ圧縮器）の下流に配置された高圧圧縮器（ＨＰ圧縮器）を含むことができ、タービンセクションは、同様に、高圧タービン（ＨＰタービン）の下流に配置された低圧タービン（ＬＰタービン）を含むことができる。こうした構成では、ＨＰ圧縮器は、高圧シャフト（ＨＰシャフト）を介してＨＰタービンと結合され、ＬＰ圧縮器は、低圧シャフト（ＬＰシャフト）を介してＬＰタービンと結合される。
【０００３】
動作において、ファン上の空気の少なくとも一部がコアの入口に供給される。こうした空気の部分は、加圧空気が燃焼セクションに達するまで、ＬＰ圧縮器によって、次にＨＰ圧縮器によって徐々に圧縮される。燃料が加圧空気と混合され、燃焼セクション内で燃焼されて、燃焼ガスをもたらす。燃焼ガスは、燃焼セクションからＨＰタービンを通り、次にＬＰタービンを通って送られる。タービンセクションを通る燃焼ガスの流れは、ＨＰタービン及びＬＰタービンを駆動し、それぞれのタービンは、ＨＰシャフト及びＬＰシャフトを介して、ＨＰ圧縮器及びＬＰ圧縮器のそれぞれの圧縮器を駆動する。次に燃焼ガスは、排気セクションを通って、例えば大気中に送られる。
【０００４】
ＬＰタービンはＬＰシャフトを駆動し、ＬＰシャフトはＬＰ圧縮機を駆動する。ＬＰ圧縮器の駆動に加えて、ＬＰシャフトは、エピサイクリックギア構成の出力ギアボックスを通じてファンを駆動することができ、これにより、より高い効率のためにＬＰシャフトの回転速度より低い単位時間当たりの回転数でファンを回転させることが可能になる。出力ギアボックスは、リングギア及び複数の遊星ギアに対して中心に配置されたサンギア（ｓｕｎ  ｇｅａｒ）を回転可能に支持し、複数の遊星ギアは、サンギアの周りに配置され、かつ、サンギアとリングギアとの間に係合する。ＬＰシャフトは、サンギアに結合されることにより、エピサイクリックギア構成への入力を提供し、一方、ファンは、スターギアボックスが使用されるか又は遊星ギアボックスが使用されるかに応じて、遊星ギア又はリングギアのキャリアと一緒に回転するように結合することができる。各遊星ギアは、サンギア及びリングギアと噛み合う。キャリア又はリングギアの一方が固定状態に保持されること、又は両方とも固定状態に保持されないこともある。各遊星ギアは、遊星ギアボックス内に収容される支持ピン上に取り付けられたそれ自体の軸受上で回転可能であり、エピサイクリックギア構成のキャリアの周辺領域に取り付けられる。ファンのシャフトは、出力ギアボックスとも呼ばれるサンギアボックス内に収容されるそれ自体の軸受上で回転可能である。
【０００５】
いずれの所与のガスタービンエンジン応用例においても、遊星ギアは、ＬＰシャフトの回転速度とファンシャフトの回転速度との設定された減速比を与えるように設計される。各遊星ギアを収容する各遊星ギアボックスはガスタービンエンジンの流路内に配置されるので、問題は、一方ではエンジンの全ての飛行条件を満たす信頼性が高く頑丈な遊星ギアボックスを設計しながら、他方では、遊星ギアボックスを収容するために他の場合に必要とされるよりも、全体のエンジンサイズがより大きく重いことを必要としない方法で、流路内に収めるのに十分にコンパクトな遊星ギアボックスを設計することである。
【０００６】
遊星ギアボックスは、構成要素間で動力を伝達する際の減速装置又は増速装置として使用されるので、ギアボックスの効率は極めて重要である。出力ギアボックスの長期にわたる動作中、様々な動的問題が常に生じることになる。従って、これらの動的問題に耐性があり、それを軽減させ軸受の能力は、出力ギアボックスの容量、寿命及び信頼性を改善することができ、それによりエンジン保守の頻度が少なくなる。さらに、遊星軸受の寿命及び遊星軸受の荷重容量を最大にするために、遊星ギアを支持する遊星軸受（すなわち、遊星ギアの回転を支持する軸受）に適切な潤滑及び冷却を与えることが必要である。従って、予想される動的問題に対処するための軸受の耐性におけるいずれの改善も、遊星軸受の適切な潤滑及び冷却に悪影響を与えてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第９０４６０４１号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、又は、本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【０００９】
本開示の１つの例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンの動力ギアボックスは、少なくとも２つの遊星ギアを有するエピサイクリックギア構成を含み、各遊星ギアは、キャリアピン上に支持されるそれぞれのローラのセットを有するローラ軸受である遊星軸受を含む。各ローラ軸受は、減衰とアンダーレース潤滑の両方をシステムにもたらすために、キャリアピンとローラ軸受の内側リングとの間に取り付けられたスクイーズフィルムダンパを含む。ターボファンエンジンのＬＰシャフトは、回転入力を動力ギアボックスに提供し、ターボファンエンジンのファンシャフトを回転させるために、動力ギアボックスからの出力が提供される。遊星構成の本実施形態の１つの実施において、各遊星ギアは、サンギア入力及び固定リングギアと噛み合って、低減した回転速度の出力を遊星ギアのキャリアに与えるギア歯面を含む外側リングを有する。スター構成（ｓｔａｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）の本実施形態の別の実施において、各遊星ギアは、サンギア入力と噛み合う一方でキャリアが固定状態に保持されて、低減した回転速度の出力をリングギアに与えるギア歯面を含む外側リングを有する。
【００１０】
本開示の別の例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンの動力ギアボックスは、少なくとも２つの遊星軸受を有するエピサイクリックギア構成を含み、各遊星軸受は、キャリアピン上に取り付けられたローラ軸受を含む。各ローラ軸受は、減衰と潤滑の両方をシステムにもたらすために、遊星ギアとローラ軸受の外側レース（外輪）との間に取り付けられたスクイーズフィルムダンパを含む。ターボファンエンジンのＬＰシャフトは、回転入力を動力ギアボックスに提供し、ターボファンエンジンのファンシャフトを回転させるために、動力ギアボックスからの出力が提供される。遊星構成の本実施形態の１つの実施において、各遊星ギアは、サンギア入力及び固定リングギアと噛み合って、低減した回転速度の出力を遊星ギアのキャリアに与えるギア歯面を含む。スター構成の本実施形態の別の実施において、各遊星ギアは、サンギア入力と噛み合う一方でキャリアは固定状態に保持されて、低減した回転速度の出力をリングギアに与えるギア歯面を含む。
【００１１】
本開示の更に別の例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンの動力ギアボックスは、少なくとも２つの遊星軸受を有するエピサイクリックギア構成を含み、各遊星軸受は、キャリアピン上に取り付けられたローラ軸受を含む。各ローラ軸受は、減衰をシステムにもたらすために、遊星ギアとローラ軸受の外側レースとの間に取り付けられた減衰ばねを含む。ターボファンエンジンのＬＰシャフトは、回転入力を動力ギアボックスに提供し、ターボファンエンジンのファンシャフトを回転させるために、動力ギアボックスからの出力が提供される。遊星構成の本実施形態の１つの実施において、各遊星ギアは、サンギア入力及び固定リングギアと噛み合って、低減した回転速度の出力を遊星ギアのキャリアに与えるギア歯面を有する。星構成の本実施形態の別の実施において、各遊星ギアは、サンギア入力と噛み合う一方でキャリアは固定状態に保持されて、低減した回転速度の出力をリングギアに与えるギア歯面を含む。
【００１２】
本開示の別の例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンは、少なくとも１つの圧縮機を有する圧縮機セクションと、圧縮機セクションの下流に配置され、少なくとも１つのタービンを含むタービンセクションとを含む。圧縮機セクションは、低圧圧縮機と、低圧圧縮機の下流の高圧圧縮機とを含むことができる。タービンセクションは、高圧（ＨＰ）タービンと、ＨＰタービンの下流の低圧（ＬＰ）タービンとを含む。上記に要約して述べられ、以下により詳細に説明されるように、ガスタービンエンジンはまた、エピサイクリックギア構成を介して低圧圧縮機を低圧タービンに機械的に結合する低圧シャフトも含み、該エピサイクリックギア構成は、２つ又はそれより多い遊星ギアを含む動力ギアボックスを含み、各遊星ギアは、それぞれの遊星軸受組立体により回転可能に支持される。
【００１３】
本開示の上記の例示的な実施形態の各々は、スクイーズフィルムダンパ又は減衰ばねを遊星軸受自体に直接組み込むことによって、非常にコンパクトかつ効率的な方法で、減衰をシステムに付加する。これらの実施形態の各々は、遊星軸受の潤滑及び冷却の効果を損なうことなく、軸受の動的耐性能力を最大にして、軸受の負荷容量、信頼性及び耐用寿命を最大にする。従って、各実施形態により、エンジンの作動可能な時間が長くなる。
【００１４】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１５】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の種々の実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】図１の例示的なガスタービンエンジンのファンシャフトとＬＰシャフトとの間のエピサイクリックギア構成の４分の１セグメントの構成要素の部分斜視図及び部分断面図。
【図３】図２において図３と表記される鎖線の矩形で切り取った構成要素の一部の概略断面図。
【図４】図１の例示的なガスタービンエンジンのファンシャフトとＬＰシャフトとの間のエピサイクリックギア構成の１つの実施形態の４分の１セグメントの構成要素の部分斜視図及び部分断面図。
【図５】図４において図５と表記される鎖線の矩形で切り取った構成要素の一部の１つの実施形態の概略断面図。
【図６】図４において図６と表記される鎖線の矩形内でとられた構成要素の一部の別の実施形態の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は相対的な重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」とは、流路における流体の流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。本明細書で使用される場合、流体は、空気のようなガス又は潤滑剤のような液体とすることができる。
【００１８】
ここで、図全体を通して同一の参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態による、ガスタービンエンジンの概略断面図である。より具体的には、図１の実施形態において、ガスタービンエンジンは、本明細書で「ターボファン１０」と呼ばれる高バイパスターボファンジェットエンジン１０である。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照として与えられる長手方向中心線１２に対して平行に延びる）、及び軸方向Ａに垂直な半径方向Ｒを定める。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４と、該ファンセクション１４の下流に配置されるコアタービンエンジン１６とを含む。
【００１９】
図示された例示的なコアタービンエンジン１６は、環状入口２０を定める実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。図１に概略的に示すように、外側ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及びその後に下流に続く高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及びその後に下流に続く低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを収容する。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動可能に接続し、これらを一緒に回転させる。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機１２に駆動可能に接続し、これらを一緒に回転させる。圧縮セクション、燃焼セクション２６、タービンセクション、及びノズルセクション３２は協働してコア空気流路を定める。
【００２０】
図１に示す実施形態において、ファンセクション１４は、離間した様式でディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図１に示すように、ファンブレード４０は、概ね半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延びる。ファンブレード４０が、ファンブレード４０のピッチを同時にまとめて変えるように構成された適切な作動部材４４に作動可能に結合されることにより、各ファンブレード４０は、ピッチ軸線Ｐの周りにディスク４２に対して回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２及び作動部材４４は、出力ギアボックス４６を横切ってＬＰシャフト３６により動力供給されるファンシャフト４５を介して、長手方向軸線１２の周りに一緒に回転可能である。出力ギアボックス４６は、ＬＰシャフト３６に対してファンシャフト４５の、従ってファン３８の回転速度をより効率的なファン回転速度に調整するための複数のギアを含む。
【００２１】
図１の例示的な実施形態をさらに参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通して空気流を推進させるように空力的な輪郭が形成された回転可能な前方ハブ４８に覆われる。さらに、例示的なファンセクション１４は、ファン３８及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向に囲む環状ファンケーシング又は外側ナセル５０を含む。ナセル５０は、複数の円周方向に離間された出口ガイドベーン５２によりコアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成できることを理解されたい。代替的に、ナセル５０はまた、構造ファンフレームのストラットにより支持することもできる。さらに、ナセル５０の下流セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分にわたって延びて、これらの間にバイパス空気流溝５６を定めることができる。
【００２２】
ターボファンエンジン１０の作動中、所定容積の空気５８がナセル５０及び／又はファンセクション１４の関連した入口６０を通ってターボファン１０に流入する。所定容積の空気５８がファンブレード４０を通過すると、矢印６２で示される空気５８の第１の部分は、バイパス空気流溝５６内に導かれ又は送られ、矢印６４で示される空気５８の第２の部分は、コア空気流路の上流セクション内に、より具体的には、ＬＰ圧縮機２２の入口２０内に導かれる又は送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との比は、一般的にバイパス比として知られている。空気の第２の部分６４の圧力は、高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通して燃焼セクション２６内に送られるときに増大し、そこで高加圧空気が燃料と混合されて燃焼し、燃焼ガス６６を与える。
【００２３】
燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８内に送られこれを通って膨張し、そこで燃焼ガス６６からの熱及び／又は運動エネルギーの一部が、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービンステータベーン６８、及び、ＨＰシャフト又はスプール３４に結合されたＨＰタービンロータブレード７０の連続する段を介して抽出され、従って、ＨＰシャフト又はスプール３４を回転させ、それによりＨＰ圧縮機２４の動作が支援される。次に、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０内に送られこれを通って膨張し、そこで熱及び運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービンステータベーン７２、及び、ＬＰシャフト又はスプール３６に結合されたＬＰタービンロータブレード７４の連続する段を介して、燃焼ガス６６から抽出され、従って、ＬＰシャフト又はスプール３６を回転させ、それによりＬＰ圧縮機２２の動作及び／又は出力ギアボックス４６によるファン３８の回転が支援される。
【００２４】
その後、燃焼ガス６６は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通して送られて推進スラストを与える。同時に、空気の第１の部分６２の圧力は、空気の第１の部分６２がターボファン１０のファンノズル排気セクション７６から排出される前にバイパス空気流溝５６を通して送られるときに大幅に増大し、これも推進スラストを与える。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０及びジェット排気ノズルセクション３２は、少なくとも部分的に、コアタービンエンジン１６を通して燃焼ガス６６を送るための高温ガス経路７８を定める。
【００２５】
しかしながら、図１に示す例示的なターボファンエンジン１０は、単なる例証に過ぎず、他の例示的な実施形態においては、ターボファンエンジン１０は、他のいずれかの適切な構成を有し得ることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態においては、ファン３８は、他のいずれかの適切な方法で構成することができ（例えば、固定ピッチファンとして）、さらに、他のいずれかの適切なファンフレーム構成を用いて支持することができる。さらに、他の例示的な実施形態において、他のいずれかの適切なＬＰ圧縮機２２の構成を用い得ることも理解されたい。また、さらに他の例示的な実施形態においては、本開示の態様を他のいずれかの適切なガスタービンエンジンに組み込むことができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態においては、本開示の態様は、例えばターボシャフトエンジン、ターボプロップエンジン、ターボコアエンジン、ターボジェットエンジン等に組み込むことができる。
【００２６】
例えば図２及び図４に概略的に示すように、出力ギアボックス４６は、望ましくは、リングギア８６が、サンギア８０及び遊星ギア８４の周りに円周方向に配置されたエピサイクリックギア構成である。図２及び図４に概略的に示すように、中心に位置するサンギア８０は、図１に示す長手方向軸線１２の周りに回転可能である。サンギア８０を回転可能に支持する軸受は本開示の焦点ではないので、図から省かれている。
【００２７】
例えば図２及び図４に概略的に示すように、サンギア８０の４分の１セクションが示され、遊星ギア８４の各々は、リングギア８６及び望ましくは二重螺旋パターンのギア歯８１を有するサンギア８０と噛み合う。従って、各遊星ギア８４は、望ましくは、サンギア８０のギア歯８１と噛み合うように構成された二重螺旋パターンのギア歯８５を有し、従って、リングギア８６もまた、望ましくは、各遊星ギア８４の歯８５と噛み合うように構成された二重螺旋パターンのギア歯８７を有する。集合的に、サンギア８０、遊星ギア８４、及びリングギア８６は、ギア列を構成し、これらのギア８０、８４、８６は、鋼合金から作製することができる。
【００２８】
例えば図２及び図４に概略的に示すように、キャリア９０、９２、９４はサンギア８０を囲み、サンギア８０は、キャリアに対して回転可能である。キャリアは、少なくとも１つの遊星ギア８４を、望ましくは環状アレイの遊星ギア８４を支持し、２つの遊星ギア８４の切り欠き部分が図２及び図４で見ることができ、その各々は、部分斜視図及び部分断面図で与えられる。出力ギアボックス４６（図１）の図示される例においては、４つの遊星ギア８４があるが、様々な数の遊星ギア８４を使用することができる。
【００２９】
例えば図２及び図４に概略的に示すように、キャリアは、前方壁９０と、前方壁９０から軸方向に遠ざかるように離間された後方壁９２とを含み、協働して各遊星ギアボックスのキャリアの部分を形成する。図２及び図４に概略的に示すように、前方壁９０及び後方壁９２の各々はそれぞれ、そこを貫通するそれぞれの同軸ボア９１及び９３を定める。図２及び図４に概略的に示すように、キャリアは、望ましくは、キャリアの前方壁９０と後方壁９２との間に軸方向に延び、これらを接続する複数の側壁９４を含む。望ましくは、側壁９４の対が、キャリアのそれぞれの前方壁９０及び後方壁９２内にそれぞれ定められる同軸ボア９１、９３の両側に配置される。
【００３０】
本明細書で企図されるエピサイクリックギア構成の第１の例示的な実施形態は、望ましくは、単一の入力及び単一の出力のみを有する遊星構成（遊星ギア８４の回転軸が、サンギア８０の回転軸を中心に回転する）を利用し、サンギア８０及び遊星ギア８４を囲むリングギア８６は、図に示されていない方法で外側ケーシング１８に結合されることにより、固定状態で与えられ、この特定の構成は、多数の従来の方法のいずれでも実施することができるので、そのいずれか１つは本開示の例示的な実施形態を示す目的に適している。例えば、リングギア８６は、例えば図２及び図４に示されるように、そこを貫通する複数の軸方向孔８９が穿孔された中央円周方向フランジ８８を介して外側ケーシング１８に固定することができる（機械的にボルト留めされること又は溶接されることにより）。この遊星構成において、サンギア８０は、ＬＰシャフト３６（図１）である入力によって回転され、一方、遊星ギアボックスを支持するキャリア（図２及び図４の９０、９２、９４）は、図１に示すファンシャフト４５である機械的負荷に結合される。この例示的な遊星構成において、キャリアは、従来の方法でファンシャフト４５に回転不能に結合されるので、これらは同じ速度で一緒に回転するが、この結合方法は、本開示の理解には重要でないため、さらに説明する必要はない。従って、この例示的な実施形態において、出力ギアボックス４６は、公知の方法でサンギア８０（ＬＰシャフトの速度で回転する）の回転速度を、キャリアに結合された負荷に適した回転速度に、すなわちファンシャフト４５の回転に適した回転速度に低減させるのに有効である。
【００３１】
本明細書で企図されるエピサイクリックギア構成の第２の例示的な実施形態は、望ましくは、スター構成（リングギア８６がサンギア８０を中心に回転し、一方、遊星ギア８４の回転軸がサンギア８０の回転軸に対して固定されたままである）を利用し、リングギア８６は、従来の方法でファンシャフト４５に回転不能に結合されるので、これらは同じ速度で一緒に回転する。しかしながら、遊星ギアの実施形態で上述したように、この結合方法も同様に、本開示の理解に重要でないため、さらに説明する必要はない。エピサイクリックギア構成のスター構成を用いるこの代替的な例示的実施形態において、キャリアが、外側ケーシングシング１８に結合され、この結合の細部も本発明の所望の態様の説明に必要でない。
【００３２】
しかしながら、どちらの実施形態（遊星及びスター）においても、例えば図２及び図４に概略的に示すように、リングギア８６は、各遊星ギア８４と回転可能に噛み合い、遊星ギア８４の各々は、軸受により回転可能に支持され、次いで遊星ギアボックスに支持され、次いでキャリア９０、９２、９４に支持される。遊星ギア８４の各々がキャリア９０、９２、９４上の異なる箇所に同様に構成され、取り付けられることを理解した上で、１つの遊星ギア８４についての軸受の構成及び取り付けが説明される。
【００３３】
例えば図２、図３（部分的に）及び図４に示すように、支持ピン９６は、中空で概ね円筒形であり、円筒形外面１０１を定める本体である。例えば図２及び図４に概略的に示すように、支持ピン９６の円筒形外面１０１は、支持ピン９６を通って軸方向に延びる仮想中心軸線１０６から等距離に半径方向に配置される。この仮想中心軸線１０６はまた、遊星ギア８４についての回転軸も定める。例えば図２及び図４に概略的に示すように、支持ピン９６は、円筒形外面１０１の反対側に配置される内面１２５により、さらに本体として定められる。例えば図２及び図４に概略的に示すように、内面１２５は、円形である横断形状を有する円筒形であり、従って、内面１２５は、望ましくは、円筒形外面１０１に対して同心円状に配置される。
【００３４】
例えば図２、図３（部分的に）及び図４に概略的に示すように、支持ピン９６は、該支持ピン９６の後端から離間配置され、後端とは軸方向に反対側の前端を有する。例えば図２及び図４に示すように、支持ピン９６の前端は、支持ピン９６内に定められる内部キャビティの部分を定める前方壁９５で完全に閉鎖される。図２及び図４に示される断面図には、前方壁９５の半分しか見えないが、この前方壁９５は、支持ピン９６の前端を横切って完全に延びる。
【００３５】
支持ピン９６は、遊星ギア８４の軸受をキャリア９０、９２、９４に取り付けるために設けられ、従って、キャリアに対して回転不能に固定されるように構成される。例えば図２及び図４に示すように、支持ピン９６の両端（前端及び後端）は、キャリア９０、９２、９４内に定められるボア９１及び９３のそれぞれのボア内に受けられ、例えば、圧入により内部に回転不能に保持される。例えば図２及び図４に示すように、支持ピン９６の前端は、ねじ付き縮径面９７を含み、一方、後端は、環状の半径方向外向きに延びるフランジ９８を含む。リテーナ９９（この例では、ねじ付きロックナット）は、前端における縮径面９７に係合し、後方への軸方向運動に抗して支持ピン９６を適所に固定する。
【００３６】
例えば図３に符号９６１により示される矢印で概略的に示すように、支持ピン９６は、望ましくは、そこを通って形成される複数のオイル供給孔９６１を含む。各オイル供給孔９６１は、支持ピン９６を通って、支持ピン９６の円筒形内面１２５と円筒形外面１０１との間に延びる。例えば図３に概略的に示すように、各オイル供給孔９６１は、望ましくは、支持ピン９６の円筒形内面１２５から円筒形外面１０１に半径方向に延びる。例えば図３に概略的に示すように、各オイル供給孔９６１は、支持ピン９６の外面１０１における出口開口部９６２を定める。これらの供給孔９６１は、遊星軸受を潤滑し、冷却するためのオイルの制御された流れを計量するような大きさである。
【００３７】
作動において、オイルは、圧力下で、支持ピン９６の後端の開口部を通って、支持ピン９６の後端の開口部の反対に配置された前方壁９５により部分的に定められかつ例えば図２及び図４に示される中空支持ピン９６の内部キャビティ内に、従来の方法で送り込まれる。この支持ピン９６の内部キャビティに入るオイルは、圧力下で、１００と表記される矢印で図３に概略的に表される内部キャビティから、こうしたオイル供給孔９６１を通って半径方向外向きに流れる。例えば図２及び図４に示される遊星軸受の二重トラックの実施形態においては、一般的に、支持ピンの周りに円周方向に配置され、遊星軸受のトラックの各々に対して互いから等距離で離間された（９０度の間隔）４つのオイル供給孔９６１が設けられる。しかしながら、図３では、２つのトラックの各々に対してこれら４つの孔９６１のうち１つだけが見えている。このオイルが支持ピン９６の円筒形内面１２５によって定められる中空オイルキャビティに供給される圧力は、具体的な遊星ギア８４及びエンジン１０に応じて変化し得るので、支持ピン９６を通るオイル供給孔９６１は、利用可能なオイル圧力における適正なオイル流量を保証して遊星軸受に適切な潤滑及び冷却を与えるために、相応の大きさである。支持ピンの内部キャビティ内のオイル圧力がおよそ６５ポンド毎平方インチの場合、各トラックに対する４つのオイル供給孔９６１の各々は、支持ピン９６の内部キャビティから遊星軸受に向かって計量して毎分約１．１ガロンのオイルの流れをもたらすために望ましくは約０．０３９インチの直径を有することになる。
【００３８】
以下により十分に説明されるように、オイルは、出口開口部９６２から、スクイーズフィルムダンパの環状ギャップ内に流れる（後述される）。この環状ギャップは、支持ピン９６の外面１０１と内側リング１０２（後述される）の内面１１２との間に半径方向及び軸方向の両方に延びる。図３に１００２と表記される矢印及び黒太線で概略的に示されるように、スクイーズフィルムダンパの環状ギャップからのオイルの流れは、ローラ１０４及び遊星軸受のケージに冷却と潤滑の両方をもたらす。
【００３９】
例えば図２、図３、図４、図５及び図６に示すように、遊星軸受は、内側リング１０２を含むが、図５及び図６に示される図には、内側リング１０２のトラックを定めるガイドレール１０８の一部しか見えない。図２及び図４の各々は、部分斜視図及び部分断面図である内側リング１０２の半セクションの概略的表示を示す。例えば図２、図３及び図４に示すように、内側リング１０２は円筒形内面１１２を定める。例えば図３に概略的に示すように、内側リング１０２の前端１０２１の円筒形内面１１２は、支持ピン９６の円筒形外面１０１の前端１０１１に回転不能に接続される。同様に、内側リング１０２の後端１０２２は、支持ピン９６の円筒形外面１０１の後端１０１２に回転不能に接続される。従って、遊星軸受の内側リング１０２及び支持ピン９６は、両端において互いに回転不能に接続され、互いに同心円状に配置された２つの別個の構成要素であるが、互いに離間配置されて、内側リング１０２及び支持ピン９６のそれぞれの両端の間を半径方向及び軸方向の両方に延びる環状ギャップを定める。これらの回転不能な取り付け要素の各々は、例えば図２に符号８３で識別される特徴部により概略的に表され、溶接、又はメカニカルファスナ、又は回転不能な接続の他の従来の手段を用いて、内側リング１０２を支持ピン９６に固定することができる。
【００４０】
遊星軸受は、望ましくは、内側レース（内輪）により案内され、単一の一体の構成要素として形成される。例えば図３に示すように、単一の構成要素の内側リング１０２は、望ましくは、その内面１１２の反対側に配置された外面を有し、この外面は、遊星軸受の内側レースを構成する少なくとも１つのローラ軌道１０７又は１０９を定める少なくとも１つのローラトラックを定める。本明細書で企図されるとき、内側リング１０２は、単一のトラック、又は二重トラック内側リング１０２、又は三重トラック内側リング１０２等のような複数のトラックを含むことができる。しかしながら、本明細書における遊星ギアボックスの構造及び動作の説明では、二重トラック内側リング１０２の特定の例を使用し、従って、付加的なトラックをどのように収容するか、又は二重トラックの１つを排除した後に単一のトラックがどのように残るかを伝える。
【００４１】
例えば図２及び図４に示すように、それぞれのトラックは、軸方向に互いから離間されて配置され、内側リング１０２の周りに円周方向に延びる一対のガイドレール１０８により定められる。従って、二重トラックの実施形態において、内側リング１０２の外面は、内側リング１０２の周りに円周方向に連続的に延びる２対のガイドレール１０８を組み込む。ローラ軌道１０７、１０９の各々は、二重トラック遊星軸受の内側レース１０７、１０９として機能する。ガイドレール１０８の各対は、２つの環状内側レース１０７、１０９、すなわち、互いから軸方向に離間された前方軌道１０７及び後方軌道１０９の一方を定める。
【００４２】
トラックの対の各々は、内側リング１０２の円筒形内面１１２に対して円周方向及び同心円状に延びる、軌道１０７又は１０９の形態の表面を定める。従って、各トラックは、内側リング１０２のそれぞれのトラック内に回転可能に配置された複数のローラ１０４の各々の円筒形外面１１４（図３）に接触する表面を提供する、それぞれの軌道１０７、１０９を含む。互いから軸方向に離間された二重軌道１０７、１０９を有する単一の内側リング１０２を使用することにより、ローラ１０４のセット間の良好な同心度がもたらされるが、２つの別個の内側リング１０２を用いることもできる。内側リング１０２の軸方向寸法は、望ましくは、該内側リング１０２がキャリアの対向する軸方向に離間された壁９０、９２に対して軸方向に移動できないような大きさである。
【００４３】
例えば図３に概略的に示すように、各ガイドレール１０８は、内側リング１０２の外面１１３の周りに円周方向に連続的に延びる外面１２８を含み、内側リング１０２の外面内に定められるそれぞれの環状軌道１０７、１０９から半径方向外側に配置される。各ガイドレール１０８の外面１２８は、内側リング１０２の外面の最大直径寸法を定め、トラックの各々についてのローラケージの部分として円周方向に延びるそれぞれのサイドレール１１８に対してそれぞれの案内面を提供する。
【００４４】
図２及び図３に示す実施形態において、スクイーズフィルムダンパが、支持ピン９６の外面１０１と内側リング１０２の内面１１２との間に配置される。図２及び図３に示される実施形態を参照すると、上述のように、内側リング１０２の前端１０２１の前部及び後端１０２２の後部の円筒形内面１１２の各々が、それぞれ支持ピン９６の円筒形外面１０１の前端１０１１の前部及び後端１０１２の後部に対して半径方向に反対に回転不能に配置される。従って、遊星軸受の内側リング１０２及び支持ピン９６は、両端において互いに回転不能に接続され、互いに対して同心円状に配置されるが、互いに離間配置されて内側リング１０２及び支持ピン９６のそれぞれの両端間を半径方向及び軸方向の両方に延び得る環状ギャップを定める、２つの別個の構成要素である。これらの回転不能な取り付け要素の各々は、例えば図２に符号８３で識別される特徴部により概略的に表される。
【００４５】
しかしながら、内側リング１０２の前端１０２１の後部は、仮想中心軸線１０６に対して円周方向に延びる前方溝１０２３により定められ、支持ピン９６の外面１０１と内側リング１０２の内面１１２との間に配置されたスクイーズフィルムダンパの前端を形成する。同様に、内側リング１０２の後端１０２２の前部は、仮想中心軸線１０６に対して円周方向に延びる後方溝１０２４により定められ、支持ピン９６の外面１０１と内側リング１０２の内面１１２との間に配置されたスクイーズフィルムダンパの後端を形成する。図３に示すように、前方溝１０２３及び後方溝１０２４の各々は、内側リング１０２の内面１１２から、遊星軸受の仮想中心軸線１０６から半径方向に遠ざかる方向に延びる半径方向深さを定める。
【００４６】
図３に示すように、スクイーズフィルムダンパは、前方溝１０２３内に配置された前方弾性シール１３０と、後方溝１０２４内に配置された後方弾性シール１３０とをさらに含む。各弾性シール１３０は、望ましくは、圧縮されていない状態で円形の断面を有する連続的「Ｏリング」に形成された中空管状要素である。中空管状要素を定める壁は、同じく望ましくは、図３及び図５に示す実施形態ではトロイダル形シールである弾性シール１３０の、圧縮されていない状態で円形の断面を有する同心の内面及び外面を有する。しかしながら、弾性シール１３０は、半径方向の弾性特性を与える断面形状を有することしか必要としない。例えば、ラップ接合部を備え、図３及び図５に示されるＯリング１３０の中空のトロイダル形断面ではなく、中実の矩形断面を有する分割ピストンリングも、所望の弾性シール１３０を提供する。トロイダル形断面を有する弾性シール１３０の幾つかの他の代替的な例として、「Ｚ」、「Ｃ］、「Ｉ」又は「Ｔ」形状のいずれかを有する断面を有する弾性シールが挙げられる。弾性シール１３０に関する所望の剛性特性を与えるように、材料厚、ウェブの角度、フィレット半径等といった弾性シールの断面の幾何学的形状を選択することができる。
【００４７】
前方弾性シール１３０及び後方弾性シール１３０の各々は、内径１３１と、内径より大きい外径１３２とを定め、それぞれの弾性シールの内径と外径との間の差は、それぞれの弾性シール１３０の半径方向における圧縮されていない厚さを定める。図３及び図５に示す断面において、弾性シール１３０の内径の端点の１つとして含まれるそれぞれの弾性シール１３０上の点は、符号１３１で示される。同様に、図３及び図５に示す断面における弾性シール１３０の外径の端点の１つとして含まれるそれぞれの弾性シール１３０上の点は、符号１３２で示される。従って、それぞれの弾性シール１３０の圧縮されていない半径方向厚さは、それぞれの弾性シール１３０が配置されるそれぞれの溝１０２３、１０２４の半径方向深さより大きい。このようにそれぞれの弾性シール１３０が圧縮されていない状態にあるとき、スクイーズフィルムダンパは、支持ピン９６の外面１０１と内側リング１０２の内面１１２との間に配置された、上述の環状ギャップを提供する。弾性シール１３０は、内側リング１０２に弾性的に当たって環状ギャップの前端及び後端をシールし、遊星軸受に、内側リング１０２を支持ピン９６と同軸の位置に付勢する半径方向のセンタリング力をもたらす。
【００４８】
弾性シール１３０を構成するために、適切な剛性及び疲労寿命を有するいずれの材料を用いることもできる。例えば、半径方向のばね係数「Ｋ」など、弾性シール１３０の所望の剛性特性を与えるように、壁厚、直径等のような弾性シール１３０の断面の幾何学的形状を選択することができる。弾性シール１３０の各々と直列にばね（図示せず）を結合することにより、弾性シール１３０の機能特性をさらに調整し、最適化することができる。
【００４９】
例えば図２、図３及び図４に概略的に示すように、支持ピン９６は、支持ピン９６の内面１２５（図２及び図４）と外面１０１との間を、支持ピン９６を通って延びる少なくとも１つの第１のオイル供給孔９６１を含む。上述し、例えば図３に概略的に示すように、各オイル供給孔９６１は、支持ピン９６の外面において出口開口部９６２を定め、各オイル供給孔９６１の出口開口部９６２は、スクイーズフィルムダンパの環状ギャップと流体連通して配置される。スクイーズフィルムダンパの周囲の周りの任意の点における環状ギャップの寸法は、オイルの圧力、弾性シール１３０の圧縮度、及び出力ギアボックス４６の動作中に生じ得る種々の動的問題により引き起こされ得る支持ピン９６の外面１０１の方向への半径方向の内側リング１０２の撓みによって決まる。しかしながら、スクイーズフィルムダンパの環状ギャップの半径方向における測定距離は、通常、数千分の１インチのオーダーであり、従って、図３の環状ギャップの相対的サイズの表示は、実際よりも大きくなされ、単に説明のための概略図に過ぎない。矢印及び図３に１００１として示される黒い太線で概略的に表されるように、オイルの流れは、スクイーズフィルムダンパの環状ギャップに入り、遊星軸受に減衰をもたらし、出力ギアボックス４６の作動中に生じる動的問題を軽減する。
【００５０】
例えば図２に示す実施形態において、遊星ギアの外側リング８４は、望ましくは、遊星軸受のギア歯面８５と遊星軸受の外側レースを定める円筒形内面１０３の両方を形成する一体成形の構成要素である。遊星軸受の遊星ギア８４の円筒形内面１０３は、遊星軸受のローラ１０４に接触しこれを保持する。従って、例えば図２に示す実施形態において、遊星軸受の外側リング８４の円筒形外面は、サンギア８０のギア歯面８１及びリングギア８６のギア歯面８７の両方と噛み合うように構成されたギア歯面８５により定められる。
【００５１】
しかしながら、図４、図５及び図６に示される実施形態において、遊星軸受のローラ１０４に接触しこれを保持する表面は、サンギア８０のギア歯面８１及びリングギア８６のギア歯面８７の両方と噛み合うように構成されたギア歯面８５により定められる要素とは別個の要素により与えられる。例えば図４、図５及び図６に概略的に示されるように、遊星軸受の外側リング８４１及び遊星ギア８４２は、一緒に回転不能に接続され、互いに対して同心円状に配置されるが、互いから離間配置されて、外側リング８４１と遊星ギア８４２との間に半径方向及び軸方向の両方に延びる環状ギャップを定める、２つの別個の構成要素である。
【００５２】
例えば図５及び図６に概略的に示されるように、遊星ギア８４２は、リングギア８６のギア歯面８７と噛み合うように構成されたギア歯面８５を定める外面を定める。遊星ギア８４２とサンギア８０との間の関係は、図５及び図６の図には示されないが、遊星ギア８４２のギア歯面８５は、同じくサンギア８０のギア歯面８１と噛み合うように構成される。
【００５３】
例えば図５及び図６に示すように、外側リング８４１は、内側リング１０２（図４）のガイドレール１０８のそれぞれの対の間に定められる少なくとも１つのトラックの方に面するように配置された円筒形内面１０３を定める。遊星軸受の外側リング８４１の円筒形内面１０３は、遊星軸受のローラ１０４に接触しこれを保持する。
【００５４】
例えば図５及び図６に概略的に示すように、遊星ギア８４２は、外側リング８４１の外面８４３に面し、これに対向する内面８４４を定める。図５及び図６に示すように、外側リング８４１の外面８４３は、望ましくは、円筒形であり、リングギア８６の方に面するように配置される。例えば図５及び図６に示すように、遊星ギア８４２の内面８４４は、外側リング８４１の外面８４３に対して同心円状に配置されるが、半径方向に測定された僅かな距離だけ離間配置され、外側リング８４１の軸方向長さの実質的に大部分において軸方向に延び、これらの間に環状ギャップを定める。従って、図４、図５及び図６に示す実施形態において、外側リング８４１の外面８４３と遊星軸受の遊星ギア８４２の内面８４４との間を半径方向及び軸方向の両方に延びる環状ギャップが、遊星軸受の外側リング８４１と遊星ギア８４２との間に提供される。環状ギャップは、図５よりも図６においてより著しく示され、図５の概略表示では、太い矢印がこの環状ギャップ内に定められている。
【００５５】
さらに、図４、図５及び図６に示される実施形態において、遊星ギア８４２は、外側リング８４１に回転不能に接続される。図４、図５及び図６に示される実施形態において、遊星軸受の外側リング８４１及び遊星ギア８４２を互いに回転不能に接続する要素は、符号８３で示される構造により概略的に表される。この接続機構８３は、いかなる数の従来の実施構成を利用することもできる。従って、接続機構８３は、特定の用途に応じて、所望のように、例えば、ばねフィンガハウジングを含むことも又は含まないこともある機械的ファスナにより提供することができる。しかしながら、例えば溶接又は他の機械的ファスナのような回転不能接続の他の従来の手段を用いて、外側リング８４１を遊星ギア８４２に回転不能に固定することもできる。
【００５６】
図４及び図５に示す実施形態において、スクイーズフィルムダンパは、外側リング８４１の外面８４３と遊星ギア８４２の内面８４４との間に配置される。図４及び図５に示す実施形態を参照すると、遊星ギア８４２の前端８４２１は、仮想中心軸線１０６（図４）に対して円周方向に延びる前方溝８４２３により定められ、外側リング８４１の外面８４３と遊星ギア８４２の内面８４４との間に配置されるスクイーズフィルムダンパの前端を形成する。同様に、遊星ギア８４２の後端８４２２は、仮想中心軸線１０６（図４）に対して円周方向に延びる後方溝８４２４により定められ、外側リング８４１の外面８４３と遊星ギア８４２の内面８４４との間に配置されるスクイーズフィルムダンパの後端を形成する。図５に示すように、前方溝８４２３及び後方溝８４２４の各々は、遊星ギア８４２の内面８４４から、遊星軸受の仮想中心軸線１０６（図４）から半径方向に遠ざかる方向に延びる半径方向深さを定める。
【００５７】
代替的に、前方溝及び後方溝は、遊星ギア８４２の内面８４４の代わりに、外側リング８４１の外面８４３内に形成することができ、同等の効果を得る。
【００５８】
図５に示すように、スクイーズフィルムダンパは、前方溝８４２３内に配置された前方弾性シール１３０と、後方溝８４２４内に配置された後方弾性シール１３０とをさらに含む。これらの弾性シール１３０の構造及び機能は、例えば図３に示す実施形態と関連して既に上述しており、従って、繰り返す必要はない。図３と関連して上述されるように、スクイーズフィルムダンパの環状ギャップの半径方向の測定距離は、通常、数千分の１インチのオーダーであり、従って、図５の環状ギャップの相対的サイズの図示は、実際よりも大きくなされ、単に説明のための概略図に過ぎない。
【００５９】
図５に符号８２で示される矢印で概略的に示すように、図５の実施形態において、スクイーズフィルムダンパには、外側リング８４１を通って外側リング８４１の円筒形内面１０３と円筒形外面８４３との間に延び、望ましくは半径方向に延びる少なくとも１つのオイル供給孔８２により、オイルが供給される。図５の断面は単一のオイル供給孔８２のみを示すが、望ましくは、遊星軸受の外側リング８４１の周りに円周方向に、複数のオイル供給孔８２を設けることができる。例えば図５に概略的に示すように、各オイル供給孔８２は、外側リング８４１の外面８４３における出口開口部８２１を定める。図５に８２２と表記される矢印及び黒い太線で概略的に示されるように、オイルの流れは、出口開口部９６２（図３参照）から流出して、スクイーズフィルムダンパの環状ギャップに流入し、矢印８２２が指し示す方向に軸方向及び円周方向に拡がり、スクイーズフィルムダンパの環状ギャップを満たし、従って、遊星軸受に減衰をもたらし、出力ギアボックス４６の作動中に生じる動的問題を軽減する。これらのオイル供給孔８２は、遊星軸受の潤滑及び冷却のため、及び、出力ギアボックス４６の作動中に遊星軸受に生じ得る予想される動的問題を減衰させるために、制御されたオイルの流れを計量するような大きさである。
【００６０】
さらに、スクイーズフィルムダンパには、環状ギャップ内から、弾性シール１３０の少なくとも１つを超えて再びオイルサンプに戻るオイルの循環を再加圧及び再循環することを可能にする少なくとも１つのオイル抽気通路が設けられる。図示される図のいずれにも示されていないが、オイル抽気通路は、望ましくは、弾性シール１３０を通ってのびるボアとして、又は、弾性シール１３０の外面の周りに定められる溝として、定めることができる。もちろん、各々のこうしたオイル抽気通路は、環状ギャップ内の適切な圧力を確実に維持するような大きさである。
【００６１】
図４及び図６に示す実施形態において、スクイーズフィルムダンパの代わりに、減衰ばね１４０が、外側リング８４１の外面８４３と遊星ギア８４２の内面８４４との間に配置される。従って、減衰ばね１４０は、外側リング８４１の外面８４３と遊星ギア８４２の内面８４４との間に定められる環状ギャップ内に配置される。
【００６２】
図６に示される図は、切断面が半径方向、及び半径方向に垂直な軸方向の両方に延び、従って、円周方向に３６０°延びる減衰ばね１４０の横断面図のみを示す。適切な剛性及び疲労寿命を有する任意の材料を用いて、減衰ばね１４０を構成することができる。減衰ばね１４０は、半径方向における弾性特性を与える断面形状を有することだけが必要である。図６に示される断面を有する減衰ばね１４０の幾つかの代替的な例は、「Ｚ」、「Ｃ」、「Ｉ」又は「Ｔ」形状のいずれかを有する断面を有するものを含む。減衰ばね１４０の直径、並びに壁厚、ウェブの角度、フィレット半径等のような減衰ばねの断面の幾何学的形状は、例えば半径方向のばね係数「Ｋ」などの減衰ばね１４０についての所望の剛性特性を与えるように選択することができる。
【００６３】
例えば図２、図３、図４、図５及び図６に示す実施形態において、複数の円筒形ローラ１０４が、内側リング１０２と、遊星軸受の外側レースとして働く遊星ギア８４又は外側リング８４１の円筒形内面１０３との間に配置される。例えば図３に概略的に示すように、内側リング１０２内のトラックの対の各々は、内側軌道１０７、１０９及び遊星軸受の外側レースの両方に対して自由に回転するそれぞれの複数の円筒形ローラ１０４を受け入れて、内部に回転可能に案内するように構成される。
【００６４】
従って、内側リング１０２の二重トラックの実施形態において、内側リング１０２の軌道１０７、１０９は、２つのタンデム形リング内にローラ１０４を受け入れる。第１の複数の円筒形ローラ１０４は、内側リング１０２のトラックの対の第１のものの中の前方軌道１０７上に回転可能に配置される。同様に、第２の複数の円筒形ローラ１０４は、内側リング１０２のトラックの対の第２のものの中の後方軌道１０９上に回転可能に配置される。従って、内側リング１０２の軌道１０７、１０９は、それぞれのトラック内に配置された円筒形ローラ１０４の円筒形外面１１４の各々の一部に接触する。円筒形ローラ１０４は、例えば窒化ケイ素（Ｓｉ2Ｎｉ4）などの公知の組成物のセラミック材料を含むことができる。
【００６５】
図示する内側レースにより案内される遊星ギアボックスの例示的な二重トラックの実施形態において、２つの別個のローラケージが、望ましくは、内側リング１０２と外側リング８４との間に配置される。各ローラケージは、内側リング１０２及び外側リング８４の両方に対して自由に回転できるが、外側リング８４の回転速度とは異なる回速速度で回転する。例えば図３に概略的に示される実施形態においては、内側リング１０２は並列型二重トラックを有するが、二重トラックの各々の上に別個のローラケージが設けられる。各ローラケージは、内側リング１０２のトラックの対のそれぞれのトラックの上方に配置される略矩形開口部のそれぞれの円周方向列を定める。
【００６６】
各ローラケージ内の各周方向列は、複数の略矩形開口部を定める。図２及び図４に概略的に示すように、各ローラケージの略矩形開口部は、軸方向に伸長する一対の対向する平行な離間配置されたウェブ要素１２０により境界付けられる。例えば図２、図３、図４、図５及び図６に示すように、ローラケージの各略矩形開口部は、円周方向に伸長する一対の対向する平行な離間配置されたサイドレール１１８により境界付けられる。例えば図２及び図４に示すように、各ローラケージのそれぞれのウェブ要素１２０は、ローラケージの対向する肩部要素１１８間を軸方向に延びるように配置される。両ローラケージの全ウェブ１２０が同様に構成され、同様の寸法にされる。各ローラケージは、内側リング１０２のそれぞれの軌道１０７、１０９を有するそれぞれのトラックにおいて、そのそれぞれのトラック内の円周方向に隣接する円筒形ローラ１０４の各対のそれぞれの円筒形ローラ１０４の間の円周方向におけるそれぞれの分離を維持するように構成される。
【００６７】
例えば図３、図５及び図６に示すように、各ローラケージのそれぞれのサイドレール１１８は、該サイドレール１１８及びガイドレール１０８の２つのそれぞれの対向する面の間に緊密な間隙を有するように、内側リング１０２のそれぞれのガイドレール１０８の上方に配置される。遊星軸受は、望ましくは、内側レースにより案内されるので、ローラケージは、ケージのサイドレール１１８により定められる円筒形状の円周方向内面と内側リング１０２のガイドレール１０８の円筒形状の円周方向外面との間に緊密な間隙を有するように設計され、この緊密な間隔は、望ましくは、０．００５インチ以上０．０５０インチ以下のオーダーである。
【００６８】
図３及び図５は、遊星ギアボックスの実施形態の遊星ギアを貫通する支持ピン９６からのオイルを潤滑する流れのための実施可能な経路の概略図である。図３及び図５において、太い実線は、減衰、潤滑及び冷却目的でオイルが移動する経路を概略的に表す。
【００６９】
図示の実施形態において、遊星ローラ軸受は、任意の適切な材料で形成することができる。例えば、少なくとも特定の例示的な実施形態において、ローラ軸受は、クロム鋼又は高炭素クロム鋼などの適切な金属材料で形成することができる。代替的に、他の例示的な実施形態において、遊星ローラ軸受は、適切なセラミック材料で形成された１つ又はそれ以上の構成要素を含むことができる。
【００７０】
本開示の上記の例示的な実施形態の各々は、スクイーズフィルムダンパ又は減衰ばね１４０を遊星軸受自体に直接組み込むことによって、非常にコンパクトで効率的な方法でシステムに減衰を加える。スクイーズフィルムダンパの実施形態は、シール機能に軸受のセンタリング機能を与え、標準的な機械加工プロセスにより溝を機械加工することができるので、軸受の動的耐性能力を改善する他の方法よりも安価なシステムを与える。減衰ばねの実施形態は、溝を機械加工するステップを排除するさらなる利点を有する。これらの実施形態の各々は、遊星軸受の潤滑及び冷却の効果を損なうことなく、軸受の動的耐性能力を最大にして、軸受の負荷容量、信頼性及び耐用寿命を最大にする。従って、各実施形態により、エンジン１０の作動可能な期間が長くなる。
【００７１】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる組み込まれる方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。）例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。
【００７２】
本発明の特定の実施形態を説明してきたが、本発明の技術的思想及び範囲から逸脱することなく種々の修正形態を実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。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上記の説明は、単に例示の目的で提供され、限定を目的とするものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向又は軸方向中心線
１４  ファンセクション
１６  コアタービンエンジン
１８  外側ケーシング
２０  入口
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３２  ジェット排気セクション
３４  高圧シャフト／スプール
３６  低圧シャフト／スプール
３８  ファン
４０  ブレード
４２  ディスク
４４  作動部材
４５  ファンシャフト
４６  出力ギアボックス
４８  ナセル
５０  ファンケーシング又はナセル
５２  出口ガイドベーン
５４  下流セクション
５６  バイパス空気流経路
５８  空気
６０  入口
６２  空気の第１の部分
６４  空気の第２の部分
６６  燃焼ガス
６８  ステータベーン
７０  タービンロータブレード
７２  ステータベーン
７４  タービンロータブレード
７６  ファンノズル排気セクション
７８  高温ガス経路
８０  サンギア
８２  サンギアのギア歯
８２  外側リングのオイル供給孔
８２１  外側リングの外面におけるオイル供給孔の出口開口部
８２２  概略的に示す矢印
８３  遊星軸受の外側リングと遊星ギアとの間の接続機構
８４  遊星軸受の遊星ギア外側レース
８４１  図４、図５及び図６の遊星軸受の外側リング
８４２  図４、図５及び図６の遊星軸受の遊星ギア
８４２１  遊星ギアの前端
８４２２  遊星ギアの後端
８４２３  遊星ギアの前端の前方溝
８４２４  遊星ギアの後端の後方溝
８４３  外側リングの円筒形外面
８４４  遊星ギアの内面
８５  遊星ギアのギア歯
８６  リングギア
８７  リングギアのギア歯
８８  リングギアの円周方向中央フランジ
８９  フランジを通る軸方向孔
９０  キャリアの前方壁
９１  前方壁を通るボア
９２  キャリアの後方壁
９３  後方壁を通るボア
９４  キャリアの軸方向に延びる側壁
９５  支持ピンの前壁
９６  遊星軸受の支持ピン
９６１  支持ピンを通るオイル供給孔
９６２  支持ピンの外面における孔の出口開口部
９７  支持ピンのねじ付き縮径面
９８  支持ピンの環状の半径方向外向きに延びるフランジ
９９  支持ピンのリテーナ
１００  圧力下で支持ピンの内部キャビティから流れるオイルを概略的に表す図３の矢印
１００１  図３のスクイーズフィルムダンパの環状ギャップに入るオイルの流れ
１００２  図３のローラ１０４を潤滑するための環状ギャップからのオイルの流れ
１０１  支持ピンの円筒形外面
１０１１  支持ピンの円筒形外面の前端
１０１２  支持ピンの円筒形外面の後端
１０２  内側リング
１０２１  内側リングの前端
１０２２  内側リングの後端
１０２３  前方溝
１０２４  後方溝
１０３  遊星ギアの外側レースを定める円筒形内面
１０４  円筒形ローラ
１０６  支持ピンの中心軸及び遊星ギアの回転軸
１０７  内側リングの前方軌道
１０８  内側リングのガイドレール
１０９  内側リングの後方軌道
１１２  内側リングの円筒形内面
１１３  内側リングの外面
１１４  ローラの円筒形外面
１１６  遊星軸受の外側レース
１１８  ローラケージのサイドレール
１２０  ローラケージのウェブ要素
１２１  円周方向に延びる溝
１２２  螺旋形状の溝
１２３  軸方向に延びる溝
１２４  内側リングを通る経路
１２５  支持ピンの円筒形内面
１２７  軌道内のアンダーカットチャネル
１２８  ガイドレールの外面
１２９  軌道内のアンダーカットチャネル
１３０  弾性シール
１３１  弾性シールの内径
１３２  弾性シールの外径
１４０  減衰ばね
【図１】
2017133691.tif 000003
【図２】
2017133691.tif 000004
【図３】
2017133691.tif 000005
【図４】
2017133691.tif 000006
【図５】
2017133691.tif 000007
【図６】
2017133691.tif 000008
【外国語明細書】
2017133691000001.pdf