(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプライン部を介して原動機に接続される入力軸と出力軸とが垂直かつ同心に配置され、その間に複数組の遊星歯車列が直列に配置されるとともに第１遊星歯車列がスター型に形成された縦型遊星歯車装置において、入力軸である第１サンギヤ軸が、前記スプライン部による接続および第１サンギヤと第１遊星歯車列のプラネットギヤとのかみ合いによりフローティング支持されるとともに、第１遊星歯車列のリングギヤと一体に形成された第２サンギヤ軸が、第１遊星歯車列のリングギヤとそのプラネットギヤとのかみ合いおよび第２サンギヤと第２遊星歯車列のプラネットギヤとのかみ合いによりフローティング支持され、かつ、第２サンギヤ軸の入力側端部が、歯車ケーシングの支持部材に固定されたジャーナル軸受の摺動面において、支持部材に形成した供給孔から供給される潤滑油の油膜を介して支持されることを特徴とする縦型遊星歯車装置。
【請求項２】
前記ジャーナル軸受が、第２サンギヤ軸の入力側端部に形成された穴部に受け入れられるように、歯車ケーシングに固着された支持部材に設けられていることを特徴とする請求項１記載の縦型遊星歯車装置。
【請求項３】
前記ジャーナル軸受が、第２サンギヤ軸の入力側端部を受け入れるように、歯車ケーシングに固着された支持部材に形成された穴部内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の縦型遊星歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービンなどの高速回転原動機の減速に使用される縦型遊星歯車装置に関し、特に、原動機に接続される入力軸と出力軸とが垂直かつ同心に配置され、その間に複数組の遊星歯車列が直列に配置されるとともに、第１遊星歯車列がスター型に形成された縦型遊星歯車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、遊星歯車装置は、平行軸歯車装置に比してコンパクトで歯車の周速を小さくすることができるため、ガスタービンやスチームタービンなどの高速原動機によってポンプや発電機などを駆動する際に広く使用されている。特に、
ポンプを駆動する場合には、空冷で使用できポンプを設置する建屋のスペースが小さくて済むことなどから、原動機として縦型のガスタービンを使用するとともに、減速のために縦型遊星歯車装置を使用するケースが増えている。
【０００３】
ところで、高速回転用の遊星歯車減速装置では、加工誤差や組立誤差を吸収するために各遊星歯車に均等に荷重を配分させ、誤差による変動荷重を極力小さくする必要がある。このため、サンギヤやリングギヤをプラネットギヤやスプライン部を介して支持し、軸受では支持しない、いわゆる“フローティング”支持構造が多く採用されている。
【０００４】
このようなフローティング支持の場合、回転軸系の固有振動に外乱の影響が加わって発生する自励的な振動の成長で、上記フローティング部品が大きく振動する場合がある。一般に、このような振動の監視は、原動機に接続された高速の第１サンギヤ軸部分の振幅を振動計で計測することにより行われ、経験的に、この振動には各回転部品の振動の一次成分やその倍数成分等が含まれていることが知られている。このうち、回転軸系の固有振動を助長する自励的な振動は、スプラインや歯面の摩擦に起因するため、各回転部品の製作精度を高めても回避できず、自励的な振動が発生する場合には、フローティングになっている部分はその回転軸系の固有振動数で大きく振動し、負荷時においても無負荷時においても振動が収まることはない。
【０００５】
この自励的な振動に対しては、回転軸系の一部に振動を減衰させるダンピング機能を持たせることが有効で、例えば、水平型遊星歯車装置においては、従来より、図５に示されるように、振動を監視する高速サンギヤ軸１に、ティルティングパッドタイプの軸受２を設置する方法が実用に供されている。この場合、軸受２の隙間は、高速回転による発熱を冷却するに充分な潤滑油が流れるように大きくしてあるので、高速サンギヤ軸１は実質的にフローティング支持されている構成になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような方法は極めて効果的であり、回転軸系の固有振動を助長する自励的な振動は殆ど発生しない。しかしながら、固有振動以外の振動成分については、高速の第１サンギヤ軸１の両端部で計測した場合、小さくなっていないことがある。この場合には、リングギヤ３が大きく振動し、その振動成分は、リングギヤ３や出力軸４などの回転成分と、その次数倍成分であることが多い。特に、縦型遊星歯車装置においては、遊星歯車列や回転軸などが垂直に配置されているので、水平型遊星歯車装置のように回転軸を自重によって半径方向の一方に安定させる働きがなく、例えば、転がり軸受で支持されている出力軸４は、軸受の隙間だけ軸に関して直角方向に動くことができ、出力側からの外乱の影響を受け易い。したがって、出力軸が振動すると、その振動成分で高速の第１サンギヤ軸も振動することになる。このように、縦型遊星歯車装置においては、高速の第１サンギヤ軸は、フローティング支持をするリングギヤや、被動機械に接続された出力軸からの影響を受け易いという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、縦型の遊星歯車装置において、自励振動ばかりでなく、それ以外の振動、例えば、外乱の影響による振動を減衰させ、歯車や原動機に振動の悪影響が及ぶことのない、縦型遊星歯車装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、スプライン部を介して原動機に接続される入力軸と出力軸とが垂直かつ同心に配置され、その間に複数組の遊星歯車列が直列に配置されるとともに第１遊星歯車列がスター型に形成された縦型遊星歯車装置において、入力軸である第１サンギヤ軸が、前記スプライン部による接続および第１サンギヤと第１遊星歯車列のプラネットギヤとのかみ合いによりフローティング支持されるとともに、第１遊星歯車列のリングギヤと一体に形成された第２サンギヤ軸が、第１遊星歯車列のリングギヤとそのプラネットギヤとのかみ合いおよび第２サンギヤと第２遊星歯車列のプラネットギヤとのかみ合いによりフローティング支持され、かつ、第２サンギヤ軸の入力側端部が、歯車ケーシングの支持部材に固定されたジャーナル軸受の摺動面において、支持部材に形成した供給孔から供給される潤滑油の油膜を介して支持されたものである。
【０００９】
なお、ジャーナル軸受は、第２サンギヤ軸の入力側端部に形成された穴部に受け入れられるように、歯車ケーシングに固着された支持部材に設けられているか、または、第２サンギヤ軸の入力側端部を受け入れるように、歯車ケーシングに固着された支持部材に形成された穴部内に設けられることが望ましい。
【００１０】
【作用】
第１遊星歯車列のリングギヤと一体に形成された第２サンギヤ軸が、第１遊星歯車列のリングギヤと第１プラネットギヤとのかみ合いおよび第２サンギヤと第２遊星歯車列のプラネットギヤとのかみ合いによりフローティング支持され、かつ、第２サンギヤ軸の入力側端部が、歯車ケーシングの支持部材に固定されたジャーナル軸受の摺動面において、支持部材に形成した供給孔から供給される潤滑油の油膜を介して支持されるので、中速の第２サンギヤ軸の振れが油膜の粘性抵抗力により減衰され、質量が大きく振動エネルギの大きい第１遊星歯車列のリングギヤの振動が抑制され、このリングギヤの振動の影響を受ける高速の第１サンギヤ軸の振動が抑制される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図に示された縦型遊星歯車装置について説明する。なお、図において、同一および相当部分には同一符号が付されている。
【００１２】
図１において、縦型遊星歯車装置は、第１、２および３遊星歯車列１３，１４および１５を直列に配置した３段減速タイプであり、各遊星歯車列は、それぞれサンギヤ軸に固定されたサンギヤ、サンギヤとかみ合うプラネットギヤ、そしてこのプラネットギヤとかみ合うリングギヤとからなっている。すなわち、第１遊星歯車列１３はスター型に形成され、入力軸である高速の第１サンギヤ軸１０に固定された第１サンギヤ１６（歯数２４）と、この第１サンギヤ１６とかみ合う３個の第１プラネットギヤ１７（歯数５５）と、そして、この第１プラネットギヤ１７とかみ合うインターナルギヤである第１リングギヤ１８（歯数１３５）とから成っている。
【００１３】
同様に、第２遊星歯車列１４はスター型に形成され、中速の第２サンギヤ軸１２に固定された第２サンギヤ２２（歯数２５）と、この第２サンギヤ２２とかみ合う４個の第２プラネットギヤ２３（歯数３７）と、そして、この第２プラネットギヤ２３とかみ合うインターナルギヤである第２リングギヤ２４（歯数９９）とから成っている。さらに、第３遊星歯車列１５はプラネタリ型に形成され、出力軸２９に回転自在に支持された第３サンギヤ２５と、この第３サンギヤ２５とかみ合う５個の第３プラネットギヤ２７と、そして、この第３プラネットギヤ２７とかみ合う、歯車ケーシング２１にボルト締めで一体に形成された第３リングギヤ２６とから成っている。
【００１４】
入力軸である高速の第１サンギヤ軸１０、中速の第２サンギヤ軸１２および低速の出力軸２９は、それぞれ垂直かつ同一軸心に配置されている。第１サンギヤ軸１０の入力側端部にはスプライン部１１が設けられ、このスプライン部１１を介して図示されていない原動機である縦型ガスタービンの出力軸に接続されている。出力側端部には第１サンギヤ１６が設けられ、第１プラネットギヤ１７とかみ合うことにより、第１サンギヤ軸１０はフローティング支持されている。また、第２サンギヤ軸１２も、圧入嵌合により一体化された第１リングギヤ１８が第１プラネットギヤ１７とかみ合い、第２サンギヤ２２が第２プラネットギヤ２３とかみ合うことによりフローティング支持されている。なお、ａ−ａはこの装置の軸心である。
【００１５】
第１プラネットギヤ１７は、歯車ケーシング２１にボルトで固着されたプラネットキャリア１９に一体に固定されているスピンドル２０に回転自在に支持されている。歯数５５の第１プラネットギヤ１７は、歯数２４の第１サンギヤ１６および歯数１３５の第１リングギヤ１８とかみ合い、高速の第１サンギヤ軸１０の回転を減速して、第２遊星歯車列１４の第２サンギヤ軸１２に伝達する。第２プラネットギヤ２３は、歯車ケーシング２１に固着されたスピンドル３９に回転自在に支持されている。歯数３７の第２プラネットギヤ２３は、歯数２５の第２サンギヤ２２および歯数９９の第２リングギヤ２４とかみ合い、第２サンギヤ軸１２の回転を減速して第３サンギヤ２５に伝達する。
【００１６】
歯数６７の第３サンギヤ２５とかみ合う歯数４３の第３プラネットギヤ２７は、出力軸２９に固着されたスピンドル２８に回転自在に支持され、歯数１５３の第３リングギヤ２６とかみ合っている。第３遊星歯車列１５においては、かくして、５個の第３プラネットギヤ２７は出力軸２９と一体に公転する。なお、符号３５、３６、３７および３８は、それぞれ円板状のスラストメタルを示し、それぞれの場所において、軸方向のスラストを受け、軸方向の移動を規制している。
【００１７】
このような３段減速構造の縦型遊星歯車装置で、高速の第１サンギヤ軸１０にスプライン部を介して連結されたガスタービンの回転速度３２９００ｒｐｍを、トータル減速比約７３で減速し、出力軸２９に連結された排水ポンプを駆動することが出来る。中速の第２サンギヤ軸１２は、第１遊星歯車列１３の第１リングギヤ１８と一体に形成され、一端部を第１遊星歯車列１３の第１プラネットギヤ１７とかみ合わせ、他端部を第２遊星歯車列１４のプラネットギヤ２３とかみ合わせることによって、フローティング支持されているので、加工誤差や組立誤差による歯面の偏荷重を吸収しながら、複数のプラネットギヤに均等に荷重を伝えている。
【００１８】
第１遊星歯車列１３のプラネットキャリア１９には、支持部材３０がボルトで固着されていて、この支持部材３０の先端部には、入力軸である第１サンギヤ軸１０や出力軸２９と同心である円柱状の軸部３０ａが一体に形成されており、この軸部３０ａの外周にはジャーナル軸受３１が圧入されている（図２参照）。一方、第２サンギヤ軸１２の入力側端部１２ａには、ジャーナル軸受３１に対応する穴部３２が形成され、この穴部３２がジャーナル軸受３１を受け入れている。
【００１９】
歯車ケーシング２１の上部には、油溜め３３が設けられ、この油溜め３３には図示しない油路から潤滑油が供給されている。この潤滑油は、プラネットキャリア１９および支持部材３０に形成された供給孔３４を通り、ジャーナル軸受３１に至り、第２サンギヤ軸１２の穴部３２との摺動面３１ａに達し、第２サンギヤ軸１２の回転によって、この摺動面３１ａには油膜が形成される。この油膜は粘性の減衰抵抗力を有し、第２サンギヤ軸１２の振動を抑制する作用を奏する。
【００２０】
したがって、この第２サンギヤ軸１２と一体の第１リングギヤ１８の振動も抑制されることとなる。この第１リングギヤ１８の振動が抑制されると、この第１リングギヤ１８の振動エネルギによる第１サンギヤ軸１０への影響が減少し、高速の第１サンギヤ軸１０の振動も小さくなる。さらに、外乱等の影響により出力軸２９が振れても、その振動エネルギは、第２サンギヤ軸１２のジャーナル軸受３１の摺動面３１ａで減衰されるため、第１サンギヤ軸１０には影響が少ない。
【００２１】
なお、ジャーナル軸受３１におけるオイルクリヤランスは、フローティング支持される第２サンギヤ軸１２の倒れを考慮し、第２サンギヤ軸１２が最大に傾いた場合でも、当該ジャーナル軸受３１が直接第２サンギヤ軸１２接触しない値になっている。また、供給孔３４の端部には、絞りプラグ３４ａを設けて潤滑油の一部をスラストメタル３８に供給することが望ましい。さらに、図２に示されるように、ジャーナル軸受３１の内周面には、供給孔３４に接続する円周溝３４ｂを形成し、摺動面３１ａへ潤滑油が均一に供給されるようにする。
【００２２】
図３および４は、この発明の第２実施例である、縦型遊星歯車装置の要部断面をそれぞれ示している。なお、図１および２に示された第１実施例とは、ジャーナル軸受部の構造が異なるのみで、その他の部分は同一であるので、同一部分んついては説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００２３】
第１遊星歯車列１３のプラネットキャリア１９には、支持部材４０がボルトで固着され、この支持部材４０の先端部４０ａには、入力軸である第１サンギヤ軸１０や出力軸２９と同心に円筒の穴部４１が形成され、この穴部４１には筒状のジャーナル軸受４２が嵌入、固定されている。一方、中速の第２サンギヤ軸４４の入力側端部には、小径の円柱状軸部４４ａが形成され、この円柱状軸部４４ａが、支持部材４０の先端部４０ａに形成された穴部４１に嵌入されたジャーナル軸受４２に挿入されている。
【００２４】
潤滑油は、図１および２に示された第１実施例と同様に、プラネットキャリア１９および支持部材４０に形成された供給孔４３を通り、ジャーナル軸受４２に至り、第２サンギヤ軸４４の円柱状軸部４４ａとの境界面すなわち摺動面４２ａに達する。第２サンギヤ軸４４の回転により、この摺動面４２ａには油膜が形成される。したがって、この実施例においても、上記第１実施例と同様の作用、効果を得ることが出来る。なお、筒状のジャーナル軸受４２の外周面および／または内周面には、供給孔４３に通ずる円周溝４３ｂを形成し、摺動面４２ａに潤滑油が均一に供給されるようにするのがよい。
【００２５】
なお、第２遊星歯車列１４の第２サンギヤ軸１２および４４の回転速度は、高速の第１サンギヤ軸の回転速度に比して減速されているので、振動減衰のために、高速回転用の高価なティルティングパッドを使用する必要がなく、安価な通常の真円軸受や多円弧軸受を使用することができる。
【００２６】
以下の表は、縦型遊星歯車装置における高速の第１サンギヤ軸の軸振動を、非接触型の軸振動計で計測したデータを示したものである。これらの表は、定格回転速度における５０％負荷時の実測値であり、表２はこの発明の第１実施例におけるデータを、表１はジャーナル軸受が設けられていない場合のデータを表すものである。なお、表１の内容は図６に、表２の内容は図７にそれぞれグラフとして示されている。
【００２７】
0004116207.tif 000002
【００２８】
0004116207.tif 000003
【００２９】
図６において、縦軸は振動振幅値（μｍ）を、横軸は振動周波数（Ｈｚ）を示し、出力軸の振動成分である７．５Ｈｚにおける振動振幅が６７．４μｍ（振動振幅値のデータ０．６７４Ｅ＋２は０．６７４×１０2すなわち６７．４μｍを表す。）と計測されており、その２倍成分の１５Ｈｚにおいても１６μｍであることがわかる。これは、出力軸の振動によって、高速の第１サンギヤ軸が振られていることを示すものである。また、高速の第１サンギヤ軸の回転成分である５４７．５Ｈｚにおいて、５２．３μｍの振動振幅値が計測されている。なお、表１および２において、各構成要素の振動成分の振動周波数および振動振幅値のデータは、振動振幅値の大きい順に表されている。
【００３０】
この発明が適用された場合には、図７に示されるように、出力軸の振動成分は２７．５μｍに低下しており、約１／２．５に減少している。また、高速の第１サンギヤ軸の回転成分である５５０Ｈｚにおいては、５１．９μｍの振動振幅値が計測され、殆ど変化していない。このことは、この発明が出力軸からの影響（外乱）に対して、充分な効果があることを示すものである。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、第１遊星歯車列のリングギヤと一体に形成された第２遊星歯車列の第２サンギヤ軸が、第１遊星歯車列のリングギヤと第１プラネットギヤとのかみ合いおよび第２サンギヤと第２遊星歯車列のプラネットギヤとのかみ合いによりフローティング支持され、かつ、第２サンギヤ軸の入力側端部が、歯車ケーシングの支持部材に固定されたジャーナル軸受の摺動面において、支持部材に形成した供給孔から供給される潤滑油の油膜を介して支持されるので、中速の第２サンギヤ軸の振れが油膜の粘性抵抗力により減衰され、固有振動に関する自励的な振動を減衰させることができるとともに、質量が大きく振動エネルギの大きい第１遊星歯車列のリングギヤや出力軸側からの振動を減衰させることができる。したがって、高速の第１サンギヤ軸の振動振幅が小さくなり、歯車や原動機に及ぼされる悪影響が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例を示す縦型遊星歯車装置の断面図である。
【図２】  図１の縦型遊星歯車装置のジャーナル軸受部の断面図である。
【図３】  この発明の第２実施例を示す縦型遊星歯車装置の要部断面図で
ある。
【図４】  図３の縦型遊星歯車装置のジャーナル軸受部の断面図である。
【図５】  図５は従来の水平型遊星歯車装置の断面図である。
【図６】  図６は表１の内容を示すグラフである。
【図７】  図７は表２の内容を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    第１サンギヤ軸（入力軸）
１１    スプライン
１２、４４    第２サンギヤ軸
１３    第１遊星歯車列
１４    第２遊星歯車列
１５    第３遊星歯車列
１６    第１サンギヤ
１７    第１プラネットギヤ
１８    第１リングギヤ
２０、２８，３９    スピンドル
２１    歯車ケーシング
２２    第２サンギヤ
２３    第２プラネットギヤ
２４    第２リングギヤ
２５    第３サンギヤ
２６    第３リングギヤ
２７    第３プラネットギヤ
２９    出力軸
３０、４０    支持部材
３０ａ、４４ａ    円柱状軸部
３１、４２    ジャーナル軸受
３２    穴部
３３    油溜め
３４、４３    供給孔
３５、３６、３７、３８    スラストメタル
【図１】
0004116207.tif 000004
【図２】
0004116207.tif 000005
【図３】
0004116207.tif 000006
【図４】
0004116207.tif 000007
【図５】
0004116207.tif 000008
【図６】
0004116207.tif 000009
【図７】
0004116207.tif 000010