FR3034158A1

FR3034158A1 - Reducteur de vitesse a deux lignes intermediaires de transmission

Info

Publication number: FR3034158A1
Application number: FR1552581A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Beck; Benjamin Feraud
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-09-30
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: RU2017133005A; WO2016156725A1; RU2017133005A3; EP3274609A1; JP2018515723A; RU2720600C2; US20180100562A1; CN107406147A; FR3034158B1; CA2980430A1

Abstract

L'invention concerne un réducteur de vitesse à deux lignes intermédiaires de transmission (4,5), en particulier pour une turbomachine, comprenant une ligne d'entrée (2) et une ligne de sortie (3) entraînée par la ligne d'entrée par l'intermédiaire desdites lignes intermédiaires, ces lignes intermédiaires étant sensiblement parallèles à un axe (B) de rotation de la ligne d'entrée (2), ledit réducteur comprenant en outre des moyens de répartition de charges entre les lignes intermédiaires (4, 5), caractérisé en ce que lesdits moyens de répartition comportent un pignon (7) relié à la ligne d'entrée, mobile en translation suivant ledit axe (B) et comportant deux couronnes de dentures externes hélicoïdales (7a, 7b) dont les hélices sont orientées dans des sens opposés, coopérant respectivement chacune avec un pignon (12, 13) d'une ligne intermédiaire (4, 5). Elle concerne également une turbomachine comportant un tel réducteur de vitesse et un procédé de répartition des charges dans un tel réducteur.

Description

1 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 30 des moyens de répartition de charges pour se rapprocher d'une répartition équitable de la puissance entre les deux lignes intermédiaires.

3034158 2 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 5 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 relié à la ligne d'entrée, mobile en translation suivant ledit axe et comportant deux couronnes de dentures externes hélicoïdales dont les hélices sont orientées dans des sens opposés, coopérant 10 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 15 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 de la ligne d'entrée 20 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 ; 25 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 ; les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales sont jointives, de manière à former des chevrons ; 3034158 3 - les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales ont sensiblement la même extension suivant l'axe de rotation ; - 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 5 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 10 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 15 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.

20 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 25 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, - les 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 30 charges entre les lignes intermédiaires et la figure 4 représentant une répartition homogène des charges entre les lignes intermédiaires, et 3034158 4 - 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 5 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 10 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 15 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 c), inverse aux aiguilles 20 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 Ù que le pignon 7 et l'arbre 6 de la ligne d'entrée 2, mais à une vitesse différente.

25 Les lignes d'entrée et de sortie 2, 3 sont parallèles. Leurs axes de rotation B, A sont donc parallèles. 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 30 de sortie 14, 15 sont engrenés avec le pignon 9 de la ligne de sortie 3. Les pignons d'entrée 12, 13 sont engrenés avec le pignon 7 de la ligne d'entrée 2. Les pignons 12, 3034158 5 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 c) de l'arbre 6 de la ligne d'entrée 2. Ici, leurs vitesses de rotation sont sensiblement les mêmes, les pignons 13, 14 ayant 5 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 10 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 15 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 20 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- 25 dire que les dentures sont formées sur un cylindre. De plus les deux couronnes de dentures 7a, 7b ont un même diamètre. 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.

30 De manière connue, le fonctionnement des engrenages à dentures hélicoïdales crée un effort axial variant de manière sensiblement proportionnelle au couple transmis.

3034158 6 Sur l'exemple présenté, en référence à la figure 3, pour le sens de rotation c) 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, 5 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 10 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 15 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.

20 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 pignon 7 d'être mobile par rapport à l'arbre de la turbine. Cette liberté axiale peut 25 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 f1 engendré par la ligne intermédiaire de gauche 4 sur le pignon 7 de la ligne d'entrée 2 30 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 3034158 7 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 5 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 f1', f'2 sur le pignon 7 dus aux couples sur les lignes 10 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 15 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 20 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 f1, 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 engendrés par ce couple sont rattrapés au niveau des paliers 17, 18, ce qui permet de 25 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 30 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 3034158 8 (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), 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 (f1, 10 f2). 15

Claims

REVENDICATIONS1. Réducteur de vitesse (1) à deux lignes intermédiaires de transmission (4,5), en particulier pour une turbomachine, comprenant une ligne d'entrée (2) et une ligne de sortie (3) entraînée par la ligne d'entrée par l'intermédiaire desdites lignes intermédiaires, ces lignes intermédiaires étant sensiblement parallèles à un axe (B) de rotation de la ligne d'entrée (2), ledit réducteur comprenant en outre des moyens de répartition de charges entre les lignes intermédiaires (4, 5), caractérisé en ce que lesdits moyens de répartition comportent un pignon (7) relié à la ligne d'entrée, mobile en translation suivant ledit axe (B) et comportant deux couronnes de dentures externes hélicoïdales (7a, 7b) dont les hélices sont orientées dans des sens opposés, coopérant respectivement chacune avec un pignon (12, 13) d'une ligne intermédiaire (4, 5).
2. Réducteur de vitesse (1) selon la revendication 1, dans lequel lesdits pignons (12, 13) reliés aux lignes intermédiaires (4, 5) sont fixes en translation parallèlement à l'axe (B).
3. Réducteur de vitesse (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales (7a, 7b) ont des angles d'inclinaison de l'hélice sensiblement égaux en valeur absolue.
4. Réducteur de vitesse (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales (7a, 7b) ont un même diamètre.
5. Réducteur de vitesse (1) selon la revendication 4, dans lequel les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales (7a, 7b) sont jointives, de manière à former des chevrons. 3034158 10
6. Réducteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, lequel les deux couronnes de dentures externes hélicoïdales (7a, 7b) ont sensiblement la même extension suivant l'axe de rotation (B). 5
7. Réducteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'hélice de chaque couronne de dentures externes hélicoïdales (7a, 7b) est configurée de sorte que, lors de la transmission d'un couple, un effort axial (f1, f2) soit exercé sur cette dernière par le pignon (12, 13) relié à la ligne intermédiaire correspondante, en direction de l'autre couronne de dentures externes 10 hélicoïdales (7b, 7a).
8. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un réducteur de vitesse (1) l'une des revendications précédentes. 15
9. Procédé de transmission d'un couple de rotation, en particulier dans une turbomachine, au moyen d'un réducteur de vitesse (1) comportant une ligne d'entrée (2), deux lignes intermédiaires de transmission (4,5), et une ligne de sortie (3) entraînée par la ligne d'entrée par l'intermédiaire desdites lignes intermédiaires, les lignes intermédiaires (4, 5) étant sensiblement parallèles à un 20 axe (B) de rotation de la ligne d'entrée (2), procédé consistant à ajuster la position axiale de la ligne d'entrée (2), le long dudit axe (B), de façon à égaliser les charges entre les deux lignes intermédiaire (4, 5).
10. Procédé de transmission d'un couple de rotation selon la revendication 9, dans 25 lequel l'ajustement de la position axiale de la ligne d'entrée (2) est réalisé de manière automatique par le réducteur (1), et résulte d'un équilibrage des couples transmis par la ligne d'entrée (2) aux lignes intermédiaires (4, 5), respectivement.