JP6360158B2 - ロータを駆動するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロペラ軸などのロータを駆動するための装置に関する。特に、本発明は、限定されないが、任意の関節接続、例えば自在継手などをその両端部に有していないロータを駆動するための装置に関する。

プロペラ軸、およびより一般にロータは、単一のロータ部、または端部同士を位置合わせして結合された複数のロータ部から形成され得る。複数のロータ部から形成されたロータは、２つまたは３つのそのような部分を備えることができ、一般的ではないが４つの部分を含んでもよい。

釣合わせは、一般的に、「不釣合い」、すなわちロータの回転軸周りの質量の不均一な分配の問題を克服するか、または減らすために、ロータ上で行われる。不釣合いは、ロータの慣性軸がその回転中心軸からずれる場合であり、これは、ロータの質量がその中心軸の周りに一様に分配されないことにより生じる。不釣合いとなったロータは、回転時にモーメントを発生させて、振動を生じさせることがある。

２つの釣合い面を用いて一部品ロータを釣り合わせることが知られている。各釣合い面は、ロータの軸に実質的に垂直に配置された面である。多部品ロータを釣り合わせるときには、釣合わせが追加の釣合い面で行われる。すなわち、２部品ロータは３つの面で釣り合わされ、３部品ロータは４つの面で釣り合わされ、４部品ロータは５つの面で釣り合わされ得る。

不釣合いの修正は、一般的に、釣合い重りをロータに溶接することによって行われる。ロータは、通常各ロータ部の端部近くにある釣合わせ面の数に対応する釣合い重りが加えられ得るゾーンを有して設計される。

不釣合いを修正するための機構は一般的に自動化され、この機構により、釣合い重りが、特定の釣合いゾーン内における、各面のロータの軸に沿った設定位置でロータに取り付けられる（例えば、溶接される）。すべての面（必要に応じて）についての重りがロータに加えられると、ロータの不釣合いが同一の方法を用いて再び測定される。任意の面で測定された不釣合いが所定の公差閾値外に残る場合、第２の修正ステップが対応する釣合いゾーン内で行われる。

釣合わせプロセスを実行するために、ロータを駆動するための装置を備える釣合い試験機に、ロータが装着される。ロータの各端部は、ロータのその端部を固定するチャックを備えるそれぞれの取付装置内に位置される。取付装置は、トルクをロータに伝えるように、駆動機構によって駆動される。それが回転するときにロータの不釣合いを測定するために、ロータは、釣合い試験機内においてある程度の動きが許容されなければならない。すなわち、ロータの屈曲が許容されないと、ロータのいかなる不釣合いも（仮に検出されたとしても）効率的に検出され得ない。公知の釣合い試験機は、各チャックにある程度の間隙を設けて、チャックに対するロータのわずかな半径方向の動きを可能にすることにより、この問題に対処しようとする。しかしながら、これにより、ロータ端部の半径方向の動きが正確に測定され得ず、したがって不釣合い試験中に考慮されないため、釣合いの再現性の問題が生じる。代わりの手法は、チャックと駆動機構との間に玉継手を設けることにより、ある程度の関節動作を可能にすることである。しかしながら、そのような構成では、ロータとチャックとの間の間隙、すなわち滑り嵌めがなければ、ロータがチャックに対して軸方向にすこしも動くことができないため、ロータの自然な屈曲が達成され得ない。これは、不釣合いが測定され得る精度を制限する。

本発明の態様によれば、駆動手段に接続し、第１の回転軸の周りを回転する第１の部分と、ロータの一部に係合してロータをそれに対して保持するように構成された取付アセンブリを備え、第２の回転軸の周りを回転するように構成された第２の部分と、第１の部分を第２の部分に接続して、第１の部分の回転動が第２の回転軸の周りの第２の部分の回転動を生じさせる接続部材とを備え、接続部材が、第１の部分に対する第２の部分の半径方向の動きを防止するように実質的に構成されるが、第２の回転軸に対する第１の回転軸の傾斜を可能にする、ロータのための取付装置を提供する。

本発明のこの態様のさらなる特徴が、添付の特許請求の範囲で説明される。

以下で、図面を参照しながら、本発明の実施形態が例としてのみ説明される。
本発明の実施形態による、ロータを駆動するための装置内で支持されたロータの線図である。 本発明の実施形態による、雌スプラインドライバを備える取付装置の横断面図である。 本発明の実施形態による、雌スプラインドライバを備える取付装置の正面図である。 本発明の実施形態による、雌スプラインドライバを備える取付装置の斜視図である。 本発明の実施形態による、雄スプラインドライバを備える取付装置の横断面図である。 本発明の実施形態による、雄スプラインドライバを備える取付装置の正面図である。 本発明の実施形態による、雄スプラインドライバを備える取付装置の斜視図である。

図１は、釣合わせ時に釣合い試験機（図示されず）内で支持されるロータ１０を示す。ロータは、当技術分野で一般的に公知であるように、例えば駆動軸およびカルダン軸を含むプロペラ軸などの任意の適切なタイプのものであってよい。しかしながら、本発明は、主に一部品ロータ、すなわち関節接続、例えば自在継手などがその両端部にないロータと共に使用するように工夫されたものである。本例では、ロータはスプライン端部１０ａ、１０ｂを有する。

そのような釣合い試験機は、ロータ１０を駆動するための装置を備え、装置は、ロータ１２の両端部を支持することによりロータ１０を取り付けるための第１の取付装置１０および第２の取付装置１４を備える。釣合い試験機は、１または複数のモータおよびそれぞれの歯車装置と共に、取付装置１２、１４を介して、その端部の一方または両方でロータ１０を回転駆動することにより、ロータ１０をその軸の周りで指定された回転速度まで回転させるように動作可能である。

ロータ１０が複数のロータ部（図示されず）を備える場合、当技術で周知のように、２つの隣接するロータ部間の接続部分が、取付装置間に位置する中心受台支持部に取り付けられ、締め付けられる。

ロータ１０には、一端部に雌凹部、およびその他端部に突出する雄部が設けられてもよい。あるいは、ロータ１０には、２つの雌部または２つの雄部が設けられてもよい。本明細書に記載の実施形態では、ロータ１０に雄部および雌部が設けられ、したがって、取付装置に、ロータの端部を保持するためのそれぞれの雄スプラインドライバおよび雌スプラインドライバが設けられる（すなわち、雄スプラインドライバがロータ１０の雌端部を保持し、雌スプラインドライバがロータ１０の雄端部を保持する）ことが前提とされる。他の組合せが想定される。ロータ１０は、一端部から、または両端部から、取付装置１２、１４の一方または両方を介して駆動され得る。ロータ１０が単一の端部のみから駆動される場合、ロータの他端部（すなわち、駆動されない端部）は、スピンドルに取り付けられた、ロータ１０を支持するためのチャックを含んでもよい。

図２、図３、および図４に示すように、取付装置１００は、第１の回転軸の周りを回転するための駆動手段（モータなど）に接続する第１の部分１０８と、第２の部分１０２とを備える。第２の部分１０２は、取付アセンブリ１０２であって、ロータ１０の一部に係合して、ロータ１０をそれに対して保持するように構成された取付アセンブリ１０２を備え、第２の回転軸の周りを回転するように構成される。第１の軸と第２の軸とが互いに位置合わせされ得ることが理解されるべきである。そのような取付アセンブリ１０２は、一般に、「チャック」と呼ばれる。

取付装置１００はまた、第１の部分１０８を第２の部分１０２に接続する接続部材１１０を備える。第１の部分は駆動アセンブリを備える。駆動アセンブリ１０８の回転動が接続部材１１０を介して取付アセンブリ１０２に伝えられ、接続部材１１０は、回転駆動を効果的に伝えるように略ねじりに対して剛性である。駆動アセンブリ１０８は、例えば、モータにより駆動されるスピンドルへの駆動接続を通じて、またはモータ出力軸により直接など、公知の駆動手段によって駆動されてよい。

取付アセンブリ１０２は、偏向可能な支持部材１３６に接続された複数の保持構成１０４を備える。各保持構成１０４は、ロータ１０の表面部分に当接する表面（湾曲面であってよい）を提供し、各保持構成１０４は支持部材１３６に締結される。支持部材１３６の外周も、接続部材１１０の内側リング１１６に締結される。接続部材１１０は、第１の部分（すなわち、駆動アセンブリ１０８）に対する第２の部分（すなわち、取付アセンブリ１０２）の半径方向の動きを防止するように実質的に構成されるが、第２の回転軸に対する第１の回転軸の傾斜を可能にする。

図示されたように、駆動アセンブリ１０８は、取付アセンブリ１０２の全体または（少なくとも取付アセンブリ１０２の周囲に沿った）かなりの部分を受ける凹部を提供するドラム１１２と、ドラム１１２の半径方向内方に設けられたチャンバ１１４とを備える。言い換えると、取付アセンブリ１０２は、駆動アセンブリ１０８のドラム１１２内に実質的に収容される。接続部材１１０は、チャンバ１１４から離間されたドラム１１２の開放面の一部にわたって配置されて、取付アセンブリ１０２の一部に重なるようになっている。

図２に示されるように、接続部材１１０は、外側リング１１４と、外側リング１１４から離間された、外側リング１１４と同心の内側リング１１６とを備える。適切な締結具により、外側リング１１４は駆動アセンブリ１０８のドラム１１２に接続され、内側リング１１６は取付アセンブリ１０２に接続される。接続プレート１１０と取付アセンブリ１０２および駆動アセンブリ１０８のそれぞれの間の接続は、例えばそれぞれのリングの周囲に沿って離間されたボルトによってもたらされ得る。

外側リング１１４と内側リング１１６とは、２つのリング１１４、１１６間に延びる複数の伸張部材１１８により接続される。図示されたように、３つの伸張部材１１８が設けられてよい。あるいは、２つ、４つまたはそれ以上の伸張部材１１８が設けられてもよい。伸張部材１１８は、接続部材１１０の軸の周りで互いに周方向に均一に離間される。伸張部材１１８は、使用中に内側リング１１６と外側リング１１４との間の間隔が維持されるように、半径方向の剛性をもたらす。このようにして、取付アセンブリ１０２は、駆動アセンブリ１０８に対して半径方向に保持される。この位置で、取付アセンブリ１０２および駆動アセンブリ１０８の軸が、互いに、かつ装置内に取り付けられたロータ１０の軸に位置合わせされる。

接続部材１１０の伸張部材１１８間の間隔によって、接続部材１１０の面における、ある程度の可撓性が可能になる。言い換えると、接続部材１１０の「表面」は、接続部材１１０の内側リング１１６に及ぼされる応力により、その直径にわたってＳ字形横断面を形成するようにわずかに変形され得る。この可撓性によって、接続部材１１０はジンバル接続部として作用することができ、その結果取付アセンブリ１０２の中心軸が、駆動アセンブリ１０８の中心軸とのその位置合わせから外れる、例えば傾斜することができるようになっている。このように、接続部材１１０は、取付装置１００の第１の部分１０８と第２の部分１０２との間の相対的な半径方向の動きを防止するように実質的に構成されるが、その可撓性によって、駆動アセンブリ１０８の回転軸（すなわち、第１の軸）に対する取付アセンブリ１０２の回転軸（すなわち、第２の軸）の傾斜が可能になる。特に、接続部材１１０は、ロータ１０が保持構成１０４により保持される面（図示された実施形態では、実質的に接続部材１１０の面）における第１の部分１０８に対する第２の部分１０２の半径方向の動きを防止する。

周方向に均一に離間された奇数の伸張部材１１８を設けることにより、接続部材１１０はより大きい可撓性が許容される。その理由はその直径に垂直な対向する可撓性を生じさせるような２つの伸張部材１１８が直径にわたって互いに直接対向して位置しないからである。勿論、前述したように、本発明の範囲から逸脱することなく偶数の伸張部材が使用されてもよい。

ロータ１０が装置内に取り付けられて駆動アセンブリ１０８により駆動されると、ロータ１０は、その長さに沿った１または複数の位置におけるその質量の不均一な軸方向分散によって生じるロータ１０の不釣合いにより、その所望の回転軸から外れることがある。この不釣合いの度合いが釣合わせシステムにより測定される。何らかの不釣合いの正確な測定値を得るために、ロータ１０は、その端部の各々を保持するチャックによって半径方向にしっかりと保持されなければならないが、ロータ１０は、軸方向に曲がる／屈曲することが許容されなければならない。

本発明の構成は、駆動アセンブリ１０８に対する取付アセンブリ１０２の半径方向の動きを防止する、半径方向に剛性の構造を提供する。さらに、取付アセンブリ１０２によって保持されたロータ１０の端部は、いかなる実質的な半径方向の間隙も設けられることなくチャックの保持構成１０４内に固定されて、ロータ１０の大きい半径方向の動きが、保持構成１０４により保持される部分で許容されないようにする。実施形態では、保持構成１０４が接続部材１１０の面に略位置合わせされて、ロータ１０がその面で半径方向に保持されるようになっている。

接続部材１１０の可撓性により、取付アセンブリ１０２および駆動アセンブリ１０８の回転軸が互いに（軸から任意の方向へ）傾斜することができるため、取付アセンブリ１０２の保持構成１０４に保持されたロータ１０は、その静止時の位置から傾斜することができる。言い換えると、ロータ１０は、回転時に曲がる／屈曲することを許容される。

取付アセンブリ１０２は、ロータ１０の端部に係合するように構成された係合構成１０６を備える。係合構成１０６は、ロータ１０の端部に形成されたスプライン１０ａ、１０ｂに係合するように構成されたスプラインドライバ１２０によって提供される。図２は、雌スプラインドライバ１２０を備える取付装置を示す。雌スプラインドライバ１２０は、ロータ１０の端部を受けるための内向き周面を提供し、スプラインが周面から取付アセンブリ１０２の回転軸側へ内方に延びる。スプライン１２０は、ロータ１０の表面から外方に延びるスプラインと係合するように構成される。スプラインドライバ１２０は座部１２６内に配置され、座部は、端壁を提供してその位置を越えるロータ１０の軸方向の動きを防止する。ロータ１０の端部と座部１２６との間に止めパッド１２４が配置されて、ロータ１０のクッションとなって締まり嵌めをもたらす。スプラインは、係合構成１０６とロータ１０との間に改良された係合をもたらすが、それらは必須ではない。止めパッド１２４も本発明に必須ではないが望ましい。

前述したように、取付アセンブリ１０２は、ロータ１０の表面の一部に当接するように構成された、複数の半径方向に離間された保持構成１０４を備える。より詳細には、取付アセンブリ１０２の中心回転軸の周りで周方向に均一に離間された位置に、６つの保持構成１０４が設けられる（あるいは、より多いまたは少ない保持構成が設けられてもよい）。

ピストン１３０は保持構成１０４と係合構成１０６との間に設けられる。ピストン１３０は、保持構成１０４と係合構成１０６の座部１２６との間に位置するロータ１０の部分を受けるように構成される（しかしながら、他の実施形態では、そのようにする必要はない）。

実施形態では、取付アセンブリ１０２は、加圧空気源（図示されず）を受けるための開口１２８をさらに提供する。開口１２８は、駆動アセンブリ１０２の内側チャンバ１１４内にそれ自体が収容される係合構成１０６の座部１２６に設けられ、開口１２８内に、または開口１２８を通して加圧空気源（例えば、空気シリンダ）が設けられてよい。開口１２８は、ピストン１３０の表面に隣接して形成されたチャンバと流体連通する。チャンバ内の空気圧の増加によりピストン１３０が保持構成１０４側へ軸方向に動かされるように、ピストン１３０の周りにシールが設けられ、そのような動きにより保持構成１０４の半径方向外方への動きを生じさせる。

ピストン１３０の作用により、支持部材１３６の中心領域１３５が面外へ偏向させられ、保持構成１０４がロータ１０の表面から離れる（半径方向外方へ撓む）。空気圧が除去されると、支持部材１３６の弾力性により、支持部材１３６が確実にその略平面状態へ再偏向してピストン１３０を押し戻し、それにより、保持構成１０４がロータ１０に表面に係合させられる。当技術では、これはしばしばダイヤフラムチャックと呼ばれる。

図５から図７に示されるように、ロータ１０端部の雌スプライン部分を受けるように構成された取付装置２００が設けられてよく、取付アセンブリ２０２には雄スプラインドライバ２２０が設けられる。取付装置２００のすべての態様は、係合構成２０６を除いて前記取付装置１００と同一である。図２から図４に関連して説明された対応部分に関する、図５から図７で用いられる参照数字は、それらの図で使用される場合の対応する数字よりも１００大きい数字により示される。例えば、チャックの保持構成には、図２から図４では１０４が付され、図５から図７では２０４が付される。

係合構成２０６は、座部２２６内で支持された基部を有する雄スプラインドライバ２２０と、ロータ１０の端部に設けられたそれぞれの雌凹部に係合するように基部から延びる係合部分２４０とを備える。係合部分２４０は、ロータ１０内に設けられた凹部の壁内に画定されたスプラインと係合するように構成された、半径方向外方へ延びるスプラインを提供する。

２つのそのような取付装置１００、２００を備えるロータ１０を駆動するための装置は、釣合い試験機の一部を形成することができる。釣合い試験機は複数の測定デバイスを備え、これらの測定デバイスは、マシン内に取り付けられたロータの不釣合いを測定するために、第１の取付装置と第２の取付装置との間の位置に配置される。不釣合いを修正するための機構は自動化されてよく、この機構により、釣合い重りが、特定の釣合いゾーン内における、不釣合いが測定される各面について、ロータの軸に沿った設定位置でロータ１０に溶接され、または他の方法で取り付けられる。例示的な方法のみとして、すべての面（必要に応じて）についての重量がロータに加えられると、ロータの不釣合いが同一の方法を用いて再び測定される。任意の面で測定された不釣合いが所定の公差閾値外に残る場合、修正の第２のステップが対応する釣合いゾーン内で行われる。

釣合い試験機が図示された装置のいずれかまたは両方を含んでもよいことが理解されるべきである。あるいはさらに、釣合い試験機に、図２から図４に示される装置のうちの２つ、または図５から図７に示される装置のうちの２つが設けられてもよい。これは、釣り合わされるロータの端部の構成によって決まる。

「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」という用語ならびにその変形は、本明細書および特許請求の範囲で使用されるとき、特定の特徴、ステップ、または整数が含まれることを意味する。これらの用語は、他の特徴、ステップ、または構成要素の存在を排除するものと解釈されるべきではない。

それらの特定の形態で表現され、または開示された機能、もしくは開示された結果を達成する方法もしくはプロセスを実行するための手段に関して表現された、前述の説明または以下の特許請求の範囲または添付図面で開示された特徴は、適宜、別個にまたはそのような特徴の任意の組合せにおいて、本発明をその様々な形態で実現するために利用され得る。

Claims (16)

1. 駆動手段に接続し、第１の回転軸の周りを回転する第１の部分と、
   ロータの一部に係合して前記ロータをそれに対して保持するように構成された取付アセンブリを備え、第２の回転軸の周りを回転するように構成された第２の部分と、
   前記第１の部分を前記第２の部分に接続して、前記第１の部分の回転動が前記第２の回転軸の周りの前記第２の部分の回転動を生じさせる接続部材と
   を備え、
   前記接続部材が、前記第１の部分に対する前記第２の部分の半径方向の動きを防止するように実質的に構成されるが、前記第２の回転軸に対する前記第１の回転軸の傾斜を可能にすることを特徴とする、ロータのための取付装置。
2. 前記第１の部分は、前記第１の回転軸周りの回転をもたらすためのモータに接続されるように構成された駆動アセンブリであることを特徴とする請求項１に記載の取付装置。
3. 前記接続部材は、前記第１の回転軸に略垂直に延びる面に位置決めされることを特徴とする請求項１または２に記載の取付装置。
4. 前記接続部材は、前記第１の回転軸および／または前記第２の回転軸から略半径方向に離れて延びる面に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の取付装置。
5. 前記接続部材は半径方向に剛性であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の取付装置。
6. 前記接続部材はねじりに対して剛性であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の取付装置。
7. 前記接続部材は、外側リングと、前記外側リングから離間された、前記外側リングと同心の内側リングとを備え、前記外側リングは前記第１の部分に接続され、前記内側リングは前記第２の部分に接続され、前記外側リングおよび内側リングは複数の伸張部材により接続されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の取付装置。
8. 前記伸張部材は、前記接続部材の軸の周りで互いに周方向に均一に離間されることを特徴とする請求項７に記載の取付装置。
9. 前記取付アセンブリは係合構成を備え、前記係合構成は、前記ロータの端部に係合し、前記端部をそれに対してしっかりと回転保持するように構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の取付装置。
10. 前記係合構成は、前記ロータの前記端部に形成された１または複数のスプラインに係合するように構成されたスプライン凹部によって提供されることを特徴とする請求項９に記載の取付装置。
11. 前記係合構成は、前記ロータの前記端部内または前記端部上に設けられた凹状雌構成に係合する雄構成であることを特徴とする請求項１０に記載の取付装置。
12. 前記係合構成は、前記ロータの前記端部に、または前記端部上に設けられた雄構成を受けるための雌構成であることを特徴とする請求項１０に記載の取付装置。
13. 前記取付アセンブリは、前記ロータの表面の一部に当接するように各々構成された、複数の周方向に離間された半径方向に可動な保持構成を備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の取付装置。
14. 前記第２の部分は、前記取付アセンブリを受けるための凹部を備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の取付装置。
15. ロータの対向するそれぞれの第１の端部および第２の端部を受けるための、請求項１乃至１４のいずれか一項に各々記載の二つの取付装置と、第１の取付装置および第２の取付装置の一方または両方を駆動するために接続された少なくとも１つのモータとを備えることを特徴とする、ロータを駆動するための装置。
16. 請求項１５に記載の装置を備える釣合い試験機であって、前記試験機に取り付けられたロータの不釣合いを測定するために、前記第１の取付装置と前記第２の取付装置との間の位置に配置された複数の測定デバイスをさらに備えることを特徴とする釣合い試験機。