Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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PROCEDED'ENGAGEMENTDEDEUXELEMENTSENGRENAGEETDISPOSITIF
D'ENTRAINEMENTMETTANTENCEUVREUNILLPROCEDE
La présente invention concerne le domaine de la
transmission motorisée de mouvements et plus
particulièrement un procédé d'engagement de deux éléments
engrenage. L'invention concerne également un dispositif
d'entraînement notamment bien que non exclusivement d'une
roue d'aéronef mettant en uvre un tel procédé.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Dans le domaine de l'aviation, il est désormais
prévu d'équiper les aéronefs d'organes d'entraînement en
rotation des roues pour permettre le déplacement au sol
de l'aéronef sans utiliser ses groupes motopropulseurs.
Des organes d'entraînement montés sur un train
d'atterrissage sont décrits dans les documents WO 2011/
023505 et WO 2015/033160. Ces organes d'entraînement
comportent un moteur électrique relié à un réducteur dont
la sortie est équipée d'un pignon pouvant être à
rouleaux. Le pignon coopère avec une couronne dentée
solidaire de la roue d'aéronef. De cette manière, le
moteur électrique entraîne en rotation le pignon, qui
entraîne à son tour la couronne dentée et donc la roue
pour déplacer l'aéronef.
Pour des questions de sécurité, il est prévu,
notamment au décollage et à l'atterrissage de l'aéronef,
de désolidariser le pignon de la couronne dentée. Pour
cela, des moyens d'actionnement assurent le déplacement
du pignon entre une position de dégagement dans laquelle
le pignon est éloigné de la couronne dentée, et une
position d'engrènement dans laquelle le pignon entraîne
en rotation ladite couronne.
Toutefois, lors de l'engagement du pignon en
rotation sur la couronne, une portion périphérique d'au
moins un des rouleaux dudit pignon vient taper sur des
portions supérieures de dents de la couronne, ce qui
engendre des efforts ponctuels importants remontant dans
l'ensemble des organes d'entraînement mais aussi dans la
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structure du train d'atterrissage de l'aéronef. Pour
éviter toute dégradation de ces organes d'entraînement
(comme par exemple la rupture d'une dent de la couronne
ou bien encore le dysfonctionnement d'un rouleau du
pignon),
lesdits organes sont généralement
surdimensionnés, ce qui entraîne une augmentation de la
masse et donc du coût desdits organes.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a donc pour objet de proposer un moyen
pour limiter les efforts remontant à travers deux
engrenages lors de leur accouplement, et d'obvier au
moins en partie aux inconvénients précités.
PRESENTATION DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention propose un procédé
d'engagement d'un premier élément d'engrenage avec un
deuxième élément d'engrenage, au moins le deuxième
élément d'engrenage étant monté mobile entre une position
d'engrènement et une position de dégagement à l'aide d'un
actionneur.
Selon l'invention, le procédé d'engagement comporte
l'étape d'entraîner au moins l'un des éléments
d'engrenage en rotation pour ménager un écart de vitesse
de rotation non nul entre lesdits éléments d'engrenage. .
Le procédé comporte également l'étape de commander
l'actionneur pour successivement :
- déplacer au moins le deuxième élément d'engrenage
vers la position d'engrènement,
- quand est détectée un contact entre les éléments
d'engrenage, stopper le déplacement du deuxième
élément d'engrenage,
- quand est détectée une position angulaire idéale
d'engagement desdits éléments
d'engrenage,
déplacer le deuxième élément d'engrenage le plus
rapidement possible jusqu'à la position
d'engrènement.
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Arrêter le déplacement du deuxième élément
d'engrenage dès la détection d'un contact permet de
limiter l'effort de contact entre les deux éléments
d'engrenage en attendant que lesdits éléments soient en
phase pour amener le deuxième élément d'engrenage dans la
position d'engrènement.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention,
l'actionneur comprend un vérin ayant une tige pilotée par
une servovalve et reliée au deuxième élément d'engrenage.
Ainsi :
- une augmentation du débit dans la servovalve
permet d'atteindre une pression prédéterminée et
de déplacer la tige du vérin vers la position
d'engrènement,
- une montée de pression jusqu'à un premier seuil
permet la détection du contact entre les éléments
d'engrenage, une modification du débit de la
servovalve permettant alors de stopper le
déplacement de la tige du vérin,
- une baisse de pression jusqu'à un deuxième seuil
pendant une durée prédéfinie permet de détecter
une position angulaire idéale d'engagement des
éléments d'engrenage, une augmentation du débit
dans la servovalve jusqu'à un débit maximum
permettant alors d'amener la tige du vérin jusqu'à
la position d'engrènement.
Selon une caractéristique particulière, le premier
seuil de pression est sensiblement égal à 30 bars.
Selon une autre caractéristique particulière, le
deuxième seuil de pression est sensiblement égal à 20
bars.
De manière particulière, la durée prédéfinie du
deuxième seuil de pression est sensiblement égale à 100
millisecondes.
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L'invention concerne également un dispositif
d'entraînement comprenant :
- un premier élément d'engrenage,
- un deuxième élément d'engrenage mobile entre une
position d'engrènement avec le premier élément
d'engrenage et une position de dégagement à l'aide
d'un actionneur,
- un moteur entraînant en rotation l'un des éléments
d'engrenage,
- des moyens de détection d'un contact entre lesdits
éléments d'engrenage,
- une unité électronique de commande reliée à
l'actionneur, au moteur et aux moyens de
détection.
Selon l'invention, l'unité électronique de commande
est agencée pour mettre en uvre le procédé précédent.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention,
l'actionneur comprend un vérin ayant une tige reliée au
deuxième élément d'engrenage, une servovalve pilote le
vérin et les moyens de détection comportent un capteur de
pression.
Selon une caractéristique particulière, le vérin est
un vérin hydraulique.
Selon une autre caractéristique particulière, le
moteur est un moteur électrique.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention,
le premier élément d'engrenage est une couronne dentée et
le deuxième élément d'engrenage est un pignon à rouleaux.
De manière particulière, la couronne dentée est
solidaire d'une roue.
L'invention concerne aussi un train d'atterrissage
équipé d'un tel dispositif.
DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la
description qui suit, laquelle est purement illustrative
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et non limitative, et doit être lue en regard des figures
annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement un
dispositif d'entraînement selon un mode de réalisation
particulier de l'invention, le deuxième engrenage étant
dans la position de dégagement,
- la figure 2a est une vue partielle du dispositif
illustré à la figure 1 dans laquelle le premier élément
d'engrenage et le deuxième élément d'engrenage sont en
contact, le deuxième élément d'engrenage étant entre la
position de dégagement et la position d'engrènement,
- la figure 2b est une vue partielle du dispositif
illustré à la figure 1 dans laquelle le deuxième élément
d'engrenage est dans la position d'engrènement,
- la figure 3 représente schématiquement le procédé
de l'invention,
- la figure 4 représente au cours du temps le
déplacement de la tige du vérin et la pression régnant à
l'intérieur du vérin lors de la mise en uvre du procédé
de l'invention illustré à la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
PARTICULIER DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, un train d'atterrissage
d'un aéronef est équipé d'un dispositif d'entraînement D
selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
Le train d'atterrissage comprend une jambe comportant un
caisson pourvu de moyens de sa liaison à la structure de
l'aéronef et une tige coulissant dans le caisson et ayant
une extrémité libre pourvue d'un moyeu d'une roue R.
Le dispositif d'entraînement D comporte une couronne
1 dentée comprenant une rangée de dents la. La couronne 1
forme un premier élément d'engrenage solidaire de la roue
R de l'aéronef, la couronne 1 et la roue R ayant un même
axe de rotation Xl.
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Le dispositif d'entraînement D comporte également un
pignon 2 comprenant une pluralité de rouleaux 2a
équitablement répartis autour d'un axe de rotation X2 qui
est parallèle à l'axe de rotation Xl. Le pignon 2 à
rouleaux 2a forme un deuxième élément d'engrenage
solidaire d'un arbre de sortie d'un réducteur associé à ,
un moteur électrique.
Le pignon 2 est relié au niveau de l'axe de rotation
X2 à une extrémité libre d'une tige T d'un vérin V
hydraulique. Le vérin V comporte un corps C solidaire du
train d'atterrissage et à l'intérieur duquel peut se
déplacer la tige T suivant un axe Xv orthogonal aux axes
de rotation Xl, X2. Une extrémité de la tige T formant
piston délimite avec le corps C du vérin une chambre Ch.
La chambre Ch est raccordée via une servovalve Sv à un
réservoir Rv contenant un fluide F sous pression. La
servovalve Sv permet de réguler une pression P à
l'intérieur de la chambre Ch du vérin V, soit un
déplacement Dp de la tige T.
Le pignon 2 est ainsi montée mobile entre une
position de dégagement illustrée à la figure 1 dans
laquelle le pignon 2 est éloigné de la couronne 1, et une
position d'engrènement illustrée à la figure 2b dans
laquelle le pignon 2 est en phase avec la couronne 1 pour
engrener celle-ci.
Une unité électronique de commande UC est reliée à la
servovalve Sv, au moteur électrique et à un capteur de
pression Cp traversant de manière étanche le corps C du
vérin V pour mesurer la pression P à l'intérieur de la
chambre Ch du vérin V.
Le procédé d'engagement du pignon 2 avec la couronne
1 va maintenant être détaillé.
Comme illustré à la figure 3, une première étape 10
consiste en ce que l'unité de commande UC contrôle le
moteur électrique pour entraîner en rotation le pignon 2
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de façon à ménager un écart de vitesse non nul entre
ledit pignon 2 et la couronne 1. L'écart de vitesse est
préférentiellement supérieur à 3 rpm (rotation par
minute) pour éviter qu'un rouleau 2a du pignon 2 soit en
permanence en face d'une dent la de la couronne 1. Cet
écart correspond sensiblement à la somme en valeur
absolue des imprécisions sur les mesures et les commandes
de vitesses de rotation du pignon et de la couronne. Il
peut aussi être préférable de limiter cet écart de
vitesse ou bien encore le couple délivré par le moteur
électrique pour minimiser les efforts au moment du
contact entre la couronne 1 et le pignon 2. Cette
limitation peut notamment être déterminée en fonction du
design du pignon et de la couronne ou bien encore des
performances recherchées du dispositif d'entraînement.
Ainsi, un écart de vitesse sensiblement égale à 4rpm est
préféré.
Lors d'une deuxième étape 20, le débit de la
servovalve Sv est augmenté par l'unité de commande UC
pour atteindre dans la chambre Ch du vérin V une pression
P suffisante pour déplacer la tige T du vérin V. Le
pignon 2 se déplace alors à une vitesse sensiblement
constante vers la position d'engrènement jusqu'à ce que
l'un des rouleaux 2a du pignon 2 rentre en contact avec
une portion supérieure lb d'une dent la de la couronne 1
(figure 2a). L'écart de vitesse entre le pignon 2 et la
couronne 1 étant non nul, le rouleau glisse alors le long
de la portion supérieure lb de la dent la.
Dès lors, l'unité de commande UC détecte via le
capteur de pression une montée de pression de la chambre
Ch du vérin V provoquée par le contact entre le pignon 2
et la couronne 1 qui contraint le déplacement Dp de la
tige T. Lorsque la montée de pression est supérieure à un
premier seuil Si, l'unité de commande UC modifie, lors
d'une troisième étape 30, le débit de la servovalve Sv de
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façon à stopper l'avancement de la tige T vers la
position d'engrènement. La troisième étape 30 permet
ainsi de limiter les efforts de contact entre le pignon
et la couronne, et par conséquent de limiter les
remontées d'effort dans les différents éléments du
dispositif et de la structure du train d'atterrissage. De
préférence, le premier seuil Si est sensiblement égal à
30 bars. Cette valeur peut notamment être définie en
fonction de la pression nécessaire au déplacement de la
tige T du vérin V qui dépend entre autre de la vitesse de
déplacement souhaitée et du design du vérin V
(frottements entre la tige T et la chambre Ch du vérin V,
A cet effet, une remontée et une descente du rouleau
2a le long de la portion supérieure lb de la dent
engendre alors respectivement une montée et une baisse de
la pression P à l'intérieur de la chambre Ch du vérin V.
Dès lors, la pression à l'intérieur de la chambre Ch
du vérin V oscille avec des amplitudes supérieures au
premier seuil si.
L'avancement de la tige étant limité par le débit de
la servovalve et la rotation relative se poursuivant, le
rouleau 2a finit donc par ne plus être en contact avec la
dent et se trouve entre deux dents. Dans le même temps,
la pression à l'intérieur de la chambre arrête alors
d'osciller et diminue jusqu'à un deuxième seuil S2. De
préférence, le deuxième seuil S2 est sensiblement égal à
20 bars.
L'unité de commande détecte alors, via le capteur de
pression Cp, une baisse de pression P à l'intérieur de la
chambre Ch du vérin V jusqu'au deuxième seuil S2. Si la
pression reste inférieure au deuxième seuil S2 pendant
une durée t prédéfinie, le débit de la servovalve est
alors, lors d'une quatrième étape 40, augmenté jusqu'à un
débit maximum de façon à déplacer rapidement la tige vers
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la position d'engrènement. De préférence, la durée t est
sensiblement égale à 100ms.
Le pignon 2 étant alors sensiblement en phase avec la
couronne 1, le déplacement Dp rapide de la tige T du
vérin V permet au pignon 2 d'atteindre la position
d'engrènement. Dès lors, la pression P à l'intérieur de
la chambre du vérin V augmente jusqu'à atteindre
sensiblement la pression du fluide F contenu dans le
réservoir Rv.
La figure 4 illustre le déplacement Dp de la tige T
du vérin V entre la position de dégagement et la position
d'engrènement ainsi que l'évolution de la pression P à
l'intérieur de la chambre Ch du vérin V au cours des
étapes 10, 20, 30, 40.
Il est également possible de déterminer la position
angulaire idéale d'engagement du pignon 2 avec la
couronne 1 en calculant le moment où ledit pignon et
ladite couronne 1 sont sensiblement en phase après qu'un
contact ait été détecté entre eux. Différents paramètres
sont alors à prendre en compte : dimensions et espacement
des dents la de la couronne 1, vitesse de rotation du
pignon 2 par rapport à la couronne 1, position du point
d'impact du rouleau 2a sur la dent la, etc_
L'inconvénient de ce type de détermination de la
position angulaire idéale est que l'exactitude du calcul
dépend directement de la position du point d'impact du
rouleau 2a sur la dent la, laquelle est purement
hypothétique dans ce cas.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode
de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant
dans le champ de l'invention telle que définie par les
revendications.
La position du pignon 2 et de la couronne 1 dans le
dispositif d'entraînement D peut notamment être inversée.
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Bien qu'ici le deuxième élément d'engrenage soit un
pignon à rouleaux, un autre type de pignon peut être
envisagé comme par exemple un pignon équipé de dents.
Bien qu'ici le mouvement pour engager le pignon avec
la couronne soit un mouvement de translation, un
mouvement de rotation peut aussi être envisagé.
L'axe Xv suivant lequel se déplace la tige T du vérin
V peut ne pas être orthogonal à l'axe de rotation X1 de
la couronne dentée.
De même, si l'engagement entre le pignon et la
couronne est ici radial, il peut très bien être axial ou
tangentiel (cas notamment des engrenages coniques).
Bien que le vérin V soit ici hydraulique,
l'utilisation d'un vérin pneumatique associé à une
électrovanne est tout aussi envisageable pour un
fonctionnement similaire au mode de réalisation décrit.
Il est également possible de remplacer le vérin V et
la servovalve Sv par un actionneur électromécanique,
comme par exemple un moteur électrique associé à une
chaîne mécanique reliée au pignon. Le blocage du moteur
en position ou en vitesse nulle permet alors de stopper
le déplacement du pignon. La détection du contact entre
le pignon et la couronne peut alors être réalisée en
utilisant par exemple des capteurs d'effort agencés dans
ladite chaîne mécanique (ponts de jauge) ou bien encore
en observant une variation de la puissance électrique
délivrée par le moteur (une rotation du moteur va
apparaître au moment du contact et impliquer une
augmentation du couple nécessaire et donc du courant).
La détection du contact entre le pignon et la
couronne peut aussi être réalisée en mesurant la
déformation du pignon, notamment via un laser.
Une autre solution est de mesurer directement le
déplacement du pignon et d'observer un ralentissement ou
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un arrêt dudit déplacement en amont de la position
d'engrènement via par exemple un capteur de position.
Afin d'éviter la détection de faux contact entre le
pignon et la couronne, la détection d'une augmentation ou
d'une baisse de pression peut être conditionnée par le
déplacement Dp de la tige T du vérin V, via notamment un
capteur de position de la tige du vérin.
Le capteur de pression Cp peut être agencé ailleurs
que sur le corps du vérin, comme par exemple sur le
circuit hydraulique reliant le vérin V au réservoir Rv.
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