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CA 02980430 2017-09-20
WO 2016/156725
PCT/FR2016/050694
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Réducteur de vitesse à deux lignes intermédiaires de transmission
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un réducteur de vitesse à deux lignes
intermédiaires de transmission, en particulier pour une turbomachine.
ETAT DE L'ART
Une turbomachine peut comprendre un ou plusieurs réducteurs mécaniques de
vitesse. C'est notamment le cas d'un turbopropulseur dont l'hélice est
entraînée en
rotation par un arbre de turbine par l'intermédiaire d'un réducteur de
vitesse.
Il existe plusieurs types de réducteur de vitesse tels que les réducteurs à
trains
épicycloïdaux, à chaines, à vis sans fin, à lignes intermédiaires de
transmission, etc. La
présente invention concerne essentiellement un réducteur à lignes
intermédiaires de
transmission (aussi appelé réducteur composé ou compound ).
Dans la technique actuelle, un réducteur de vitesse de ce type comprend une
ligne d'entrée et une ligne de sortie entraînée par la ligne d'entrée par
l'intermédiaire de
deux lignes intermédiaires de transmission. La puissance transmise par la
ligne d'entrée
est séparée entre les lignes intermédiaires avant d'être transférée à la ligne
de sortie.
Les lignes intermédiaires de transmission sont parallèles et comportent en
général
chacune un arbre portant un pignon d'entrée engrainé avec la ligne d'entrée et
un
pignon de sortie engrainé avec la ligne de sortie. En jouant sur le nombre de
dents des
différents pignons, il est possible d'obtenir un rapport de réduction entre la
ligne d'entrée
et la ligne de sortie. Cette architecture permet une réduction de vitesse
importante dans
un espace confiné et avec une masse maîtrisée.
Par définition, un réducteur de ce type est un système hyperstatique. Sans
aménagement particulier, il est possible qu'une ligne intermédiaire passe la
majorité de
la puissance moteur, tandis que l'autre ligne intermédiaire ne passe
pratiquement pas
de puissance.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention propose notamment d'adjoindre à un réducteur de ce type
des moyens de répartition de charges pour se rapprocher d'une répartition
équitable de
la puissance entre les deux lignes intermédiaires.
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En particulier, l'invention est réalisée par un réducteur de vitesse à deux
lignes
intermédiaires de transmission, en particulier pour une turbomachine,
comprenant une
ligne d'entrée et une ligne de sortie entraînée par la ligne d'entrée par
l'intermédiaire
desdites lignes intermédiaires, ces lignes intermédiaires étant sensiblement
parallèles à
un axe de rotation de la ligne d'entrée, ledit réducteur comprenant en outre
des moyens
de répartition de charges entre les lignes intermédiaires, caractérisé en ce
que lesdits
moyens de répartition comportent un pignon solidaire d'un arbre de la ligne
d'entrée, la
ligne d'entrée étant mobile en translation suivant ledit axe et comportant
deux
couronnes de dentures externes hélicoïdales dont les hélices sont orientées
dans des
sens opposés, coopérant respectivement chacune avec un pignon d'une ligne
intermédiaire.
En effet, de manière connue, la transmission des couples par des engrenages à
dentures hélicoïdales engendre des efforts axiaux, qui sont sensiblement
proportionnels
aux couples transmis. Les hélices des dentures des deux couronnes étant
orientées en
sens opposés, les efforts axiaux exercés sur la ligne d'entrée par les lignes
intermédiaires sont de sens opposés respectivement. La résultante de ces
efforts axiaux
déplace la ligne d'entrée vers le pignon de la ligne secondaire à laquelle est
transmis le
couple le plus faible. Ce déplacement, s'effectuant en sens inverse de
l'effort le plus
faible, rééquilibre les jeux pour la ligne intermédiaire concernée et
rééquilibre les
couples transmis. De cette manière, le déplacement axial du pignon en même
temps
que a ligne d'entrée rééquilibre automatiquement les couples transmis aux
lignes
intermédiaires.
Selon différentes variantes de l'invention qui pourront être prises ensemble
ou
séparément :
- lesdits pignons reliés aux lignes intermédiaires sont fixes en translation
parallèlement à l'axe ;
- les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales ont des angles
d'inclinaison de l'hélice sensiblement égaux en valeur absolue ;
- les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales ont un même
diamètre ;
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- les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales sont jointives, de
manière à former des chevrons ;
- les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales ont sensiblement la
même extension suivant l'axe de rotation ; L'extension axiale du pignon ne
permet le déplacement que d'un seul élément de manière à fournir une
solution simple, efficace et stable
- l'hélice de chaque couronne de dentures externes hélicoïdales est
orientée de
sorte que, lors de la transmission d'un couple, un effort axial soit exercé
sur
cette dernière par le pignon relié à la ligne intermédiaire correspondante, en
direction de l'autre couronne de dentures externes hélicoïdales.
L'invention concerne également une turbomachine comportant au moins un tel
réducteur de vitesse.
L'invention concerne également un procédé de transmission d'un couple de
rotation, en particulier dans une turbomachine, au moyen d'un réducteur de
vitesse
comportant une ligne d'entrée, deux lignes intermédiaires de transmission, et
une ligne
de sortie entraînée par la ligne d'entrée par l'intermédiaire desdites lignes
intermédiaires, les lignes intermédiaires étant sensiblement parallèles à un
axe de
rotation de la ligne d'entrée, procédé consistant à ajuster la position axiale
de la ligne
d'entrée, le long dudit axe, de façon à égaliser les charges entre les deux
lignes
intermédiaire. De préférence, l'ajustement de la position axiale de la ligne
d'entrée est
réalisé de manière automatique par le réducteur, et résulte d'un équilibrage
des couples
transmis par la ligne d'entrée aux lignes intermédiaires, respectivement.
DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et
avantages
de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description
suivante faite à
titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans
lesquels
- la figure 1 est une vue très schématique d'un réducteur de vitesse à deux
lignes
intermédiaires de transmission, vu de côté,
- la figure 2 est une vue très schématique d'un réducteur de vitesse à deux
lignes
intermédiaires de transmission, vu de face,
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- 1es figures 3 et 4 sont des vues schématiques partielles et de dessus d'un
réducteur du
type précité selon l'invention, la figure 3 représentant une répartition non
homogène des
charges entre les lignes intermédiaires et la figure 4 représentant une
répartition
homogène des charges entre les lignes intermédiaires, et
- la figure 5 est une demi-vue très schématique en coupe axiale d'une ligne
d'entrée
équipée de moyens de répartition de charges selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 représente de manière très schématique un réducteur 1 de vitesse à
deux lignes intermédiaires de transmission, ce réducteur 1 comportant pour
l'essentiel
quatre parties : une ligne d'entrée 2, une ligne de sortie 3 et deux lignes
intermédiaires
de transmission 4, 5 qui sont entrainées par la ligne d'entrée 2 et entraînent
à leur tour
la ligne de sortie 3.
Les différentes parties 2, 3, 4, 5 du réducteur 1 sont en général montées dans
un
carter du réducteur qui n'est pas représenté ici, ce carter comportant un
premier orifice
pour le passage de la ligne d'entrée 2 et son raccordement à un premier
élément d'une
turbomachine par exemple, et un second orifice pour le passage de la ligne de
sortie 3
et son raccordement à un second élément de la turbomachine. Le premier élément
est
par exemple un arbre de turbine de la turbomachine et le second élément est un
arbre
d'entraînement d'une hélice de cette turbomachine dans le cas où cette
dernière est un
turbopropulseur.
La ligne d'entrée 2 comprend un arbre 6 portant un pignon 7 à denture externe.
Le pignon 7 et l'arbre 6 sont coaxiaux et tournent autour d'un même axe noté
B. Sur
l'exemple présenté, ils sont entraînés suivant le sens de rotation 0, inverse
aux aiguilles
d'une montre, par l'arbre de la turbomachine.
La ligne de sortie 3 comprend un arbre 8 portant un pignon 9 à denture
externe.
Le pignon 9 et l'arbre 8 sont coaxiaux et tournent autour d'un même axe noté
A. Ils
tournent ici dans le même sens de rotation U que le pignon 7 et l'arbre 6 de
la ligne
d'entrée 2, mais à une vitesse différente.
Les lignes d'entrée et de sortie 2, 3 sont parallèles. Leurs axes de rotation
B, A
sont donc parallèles.
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Les lignes intermédiaires de transmission 4, 5 sont sensiblement parallèles.
Chaque ligne 4, 5 comporte un arbre 10, 11 qui porte un pignon d'entrée 12, 13
à une
première extrémité et un pignon de sortie 14, 15 à une seconde extrémité. Les
pignons
de sortie 14, 15 sont engrenés avec le pignon 9 de la ligne de sortie 3. Les
pignons
5 d'entrée 12, 13 sont engrenés avec le pignon 7 de la ligne d'entrée 2.
Les pignons 12,
13, 14, 15 sont à dentures externes. Chaque arbre 10, 11 et ses pignons 12,
13, 14, 15
sont coaxiaux et tournent autour d'un même axe noté C, D parallèle aux axes A
et B. Ils
tournent dans un sens de rotation inverse à celui O de l'arbre 6 de la ligne
d'entrée 2.
Ici, leurs vitesses de rotation sont sensiblement les mêmes, les pignons 13,
14 ayant
respectivement les mêmes rapports de diamètre avec des couronnes de dentures
externes hélicoïdales 7a, 7b correspondantes sur le pignon 7.
Comme expliqué dans ce qui précède, ce type de réducteur 1 est un système
hyperstatique et il est possible qu'une ligne intermédiaire, par exemple 10,
passe la
majorité de la puissance moteur, tandis que l'autre ligne intermédiaire 11 ne
passe
pratiquement pas de puissance. Cette mauvaise répartition de puissance ou de
charges
peut être due aux jeux entre les engrenages. Par exemple, comme on le voit en
figure 2,
bien que les pignons 14, 15 soient en contact aux points G, H avec le pignon
9, et que
le pignon 12 de l'une des lignes intermédiaires 4 soit en contact au point E
avec le
pignon 7, il est difficile de s'assurer de l'absence de jeu en F, entre le
pignon 7 et le
pignon 13 de l'autre ligne intermédiaire 5.
L'invention propose une solution à ce problème en équipant le réducteur 1 de
moyens de répartition des charges entre les lignes intermédiaires 4, 5.
Le principe général de l'invention est représenté aux figures 3 et 4. Selon
l'invention, le pignon 7 comporte une première et une deuxième couronne 7a, 7b
de
dentures externes hélicoïdales, d'axe de révolution l'axe B, chacune engrenant
respectivement les pignons 12, 13 des lignes intermédiaires 10, 11, ces
dernières étant
respectivement à gauche et à droite sur les figures. De plus, le sens
d'enroulement des
hélices des dentures des deux couronnes 7a, 7b sont opposés.
Ici, les deux couronnes de dentures hélicoïdales 7a, 7b sont cylindriques,
c'est-à-
dire que les dentures sont formées sur un cylindre. De plus les deux couronnes
de
dentures 7a, 7b ont un même diamètre. De la sorte, il n'est pas nécessaire de
prévoir le
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déplacement axial des pignons des lignes intermédiaires ou des lignes
intermédiaires
pour permettre un contact avec les dentures des pignons des lignes
intermédiaires.
Les pignons 12, 13 des lignes intermédiaires 4, 5 ont également des dentures
externes hélicoïdales, avec un pas et un sens d'enroulement de l'hélice
adaptés pour
coopérer avec la couronne de dentures hélicoïdale 7a, 7b correspondante.
De manière connue, le fonctionnement des engrenages à dentures hélicoïdales
crée un effort axial variant de manière sensiblement proportionnelle au couple
transmis.
Sur l'exemple présenté, en référence à la figure 3, pour le sens de rotation D
de l'arbre
6 correspondant à celui indiqué sur la figure 1, la transmission d'un couple
vers la ligne
de transmission intermédiaire gauche 4 crée un effort axial f1, qui est dirigé
vers le haut
et s'applique au niveau du contact E de la première couronne 7a avec le pignon
12,
tandis que la transmission d'un couple vers la ligne de transmission
intermédiaire droite
5 crée un effort axial f2, qui est dirigé vers le bas et s'applique au niveau
du contact F
de la deuxième couronne 7b avec le pignon 13.
Selon un deuxième aspect de l'invention, illustré sur la figure 4, le pignon 7
est ici
mobile selon l'axe B de la ligne d'entrée 2, par rapport au carter du
réducteur 1, non
représenté. Les pignons 12, 13 des lignes intermédiaires 4, 5 sont, quant à
eux, fixes
par rapport audit carter. Sur l'exemple présenté, le pignon 7 est solidaire de
l'arbre 6,
des paliers 16, 17 placés axialement de part et d'autre du pignon 7
maintiennent l'axe 6
centré sur l'axe B de la ligne d'entrée tout en lui permettant de se déplacer
axialement.
Par exemple, en référence à la figure 5, la bague intérieure 18a, 18b de
chaque
palier 16, 17 est solidaire de l'arbre 6 alors que la bague extérieure 19a,
19b est fixe par
rapport au carter, non représenté. A titre d'exemple, la bague extérieure 19a,
19b est
lisse et les éléments roulants, de préférence des rouleaux 20a, 20b,
permettent des
mouvements axiaux de la bague intérieure 18a, 18b en glissant axialement dans
la
bague extérieure 19a, 19b,
Pour la transmission du couple à la ligne d'entrée 2 du réducteur, l'extrémité
de la
l'arbre 6 comprend par exemple des cannelures 21 engagées dans des cannelures
22
complémentaires d'un manchon 23 de raccordement de la ligne d'entrée 2 du
réducteur
1 à l'arbre de la turbine, non représenté. Les cannelures permettent également
au
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pignon 7 d'être mobile par rapport à l'arbre de la turbine. Cette liberté
axiale peut
également être assurée par un élément flexible additionnel.
En référence à la figure 3, si l'une des lignes intermédiaires, par exemple
celle de
gauche 4, est plus chargée, cela veut dire que le couple transitant par cette
ligne
intermédiaire 4 est plus important que sur l'autre ligne intermédiaire 5, donc
l'effort fi
engendré par la ligne intermédiaire de gauche 4 sur le pignon 7 de la ligne
d'entrée 2
est plus important que celui f2 engendré par la ligne intermédiaire de droite
5. Cela
génère une résultante axiale orientée vers le haut et appliquée au pignon 7 de
la ligne
d'entrée 2, ce qui provoque un déplacement axial de la ligne d'entrée 2 vers
le haut,
dans la direction du pignon 13 de droite, sur lequel est exercé le couple le
plus faible.
Ce déplacement permet de rééquilibrer les jeux au niveau de la ligne d'entrée.
Dans l'exemple présenté, si l'effort f2 exercé par le pignon 13 de la ligne
intermédiaire
de droite 5 est plus faible que celui de la ligne intermédiaire de gauche 4,
le pignon 7 de
la ligne d'entrée 2 va se déplacer vers le haut et ainsi plaquer les dents de
la deuxième
couronne hélicoïdale 7a contre celles du pignon de droite 13, permettant au
pignon 7 de
transmettre un couple plus élevé à la ligne intermédiaire de droite 5. En
référence à la
figure 4, à l'équilibre, les efforts fi', f'2 sur le pignon 7 dus aux couples
sur les lignes
intermédiaires 4, 5 s'annulent, ce qui veut dire que les couples transmis aux
lignes
intermédiaires 4, 5 sont égaux.
Sur l'exemple présenté, les couronnes 7a, 7b du pignon 7 de la ligne d'entrée
sont écartées axialement et leurs dentures ont sensiblement la même extension
axiale.
Cependant, cet exemple n'est pas limitatif. En particulier les deux couronnes
de
dentures hélicoïdales peuvent être jointives et former ainsi une seule denture
en
chevrons sur le pignon d'entrée 7. Les pignons 12, 13 des lignes
intermédiaires 4, 5
peuvent aussi être légèrement décalés par rapport aux couronnes de dentures
7a, 7b
et/ou être plus étroits axialement, de manière à ce que le déplacement de la
ligne
d'entrée 2 ne les mette pas en contact avec la couronne de denture 7b, 7b
coopérant
avec le pignon de l'autre ligne intermédiaire.
Selon un autre avantage de l'invention, comme on peut le voir sur la figure 4,
les
points d'application E, F des efforts axiaux fi, f2 sont décalés axialement.
Ils créent
donc un couple selon un axe perpendiculaire à l'axe B de la ligne d'entrée 2.
Les efforts
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engendrés par ce couple sont rattrapés au niveau des paliers 17, 18, ce qui
permet de
charger les roulements. On évite ainsi des problèmes de glissement des
éléments
roulants 20a, 20b dans les paliers 17, 18.
L'exemple de mode de mise oeuvre présenté n'est pas limitatif, notamment en ce
qui concerne les caractéristiques géométriques des pignons 7, 12, 13
participant au
processus de répartition des charges ni en ce qui concerne les rapports de
couples
transmis à chaque ligne intermédiaire 4, 5 par la ligne d'entrée 2. Cet
exemple illustre
un procédé de transmission d'un couple de rotation, au moyen d'un réducteur de
vitesse
(1) de type compound , consistant à ajuster la position axiale de la ligne
d'entrée (2)
de façon à égaliser les charges entre les deux lignes intermédiaire (4, 5).
Dans un tel
procédé, le déplacement axial d de la ligne d'entrée 2 résulte d'un
équilibrage des
couples transmis par la ligne d'entrée (2) aux lignes intermédiaires (4, 5),
respectivement. Cela est permis notamment par l'existence d'un effort axial
(f1, f2)
exercé sur la ligne d'entrée (2) par chaque ligne intermédiaire (4, 5),
croissant en
fonction du couple transmis et orienté différemment pour chaque ligne
intermédiaire,
respectivement, tandis que ledit couple transmis est une fonction croissante
du
déplacement axial d de la ligne d'entrée (2) dans le sens opposé audit effort
axial (fi,
f2).
