CA2640040C

CA2640040C - Systeme pour engrenage

Info

Publication number: CA2640040C
Application number: CA2640040A
Authority: CA
Inventors: Alain Vassaux
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2016-07-26
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: ITMI20081698A1; CA2640040A1; FR2921455A1; US8256318B2; IT1391511B1; FR2921455B1; US20090078075A1

Abstract

Système pour engrenage, comprenant une roue dentée (14) montée sur un arbre (12), cette roue (14) étant traversée par des canaux (34) alimentés en lubrifiant, chaque canal (34) débouchant sur la périphérie dentée de la roue. Ladite roue (14) est montée sur une portion d'extrémité (12a) de l'arbre, de manière à pouvoir être entraînée en rotation par cet arbre, ladite portion d'extrémité (12a) étant creuse de sorte qu'elle présente en son intérieur une chambre (32), cette chambre débouchant à l'extrémité de l'arbre via un orifice (33). Lesdits canaux (34) communiquent avec cette chambre (32). Le système comprend un injecteur (30) pour injecter un lubrifiant dans la chambre (32), au travers dudit orifice (33), le lubrifiant pénétrant et circulant dans les canaux (34), jusqu'à la périphérie dentée de la roue, sous l'effet de la force centrifuge liée à la rotation de l'arbre (12).

Description

Système pour engrenage L'invention concerne un système pour engrenage, du type comprenant une roue dentée montée sur un arbre.
Dans la présente demande, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de rotation de l'arbre, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe.
La lubrification des engrenages a toujours été un problème, en particulier lorsqu'il s'agit de lubrifier la zone d'engrenage d'une roue dentée tournant à haute vitesse.
Une solution courante consiste à faire baigner la partie inférieur de la roue dans un lubrifiant, généralement de l'huile. Cette solution est insatisfaisante car une proportion importante du lubrifiant utilisé est éjectée de la périphérie dentée de la roue, sous l'effet de la force centrifuge liée à la rotation de la roue, de sorte que la quantité de lubrifiant dans la zone d'engrenage située dans la partie supérieure de la roue est faible. En outre, il faut une quantité importante de lubrifiant pour que le niveau de lubrifiant soit élevé et que la partie inférieure de la roue baigne suffisamment.
Une autre solution courante consiste à prévoir des injecteurs de lubrifiant, également nommés gicleurs, orientés vers la zone d'engrenage.
Cette solution est également insatisfaisante car le jet de lubrifiant sortant des injecteurs ricoche généralement sur les dents de la roue en rotation et seule une faible quantité de lubrifiant parvient au c ur de la zone d'engrenage.
Une autre solution est décrite dans le document GB 1,355,156.
Ce document propose un système pour engrenage comprenant une roue dentée montée librement sur un arbre, cette roue étant traversée par des premiers canaux alimentés en lubrifiant, le lubrifiant sortant des canaux via des orifices de sorties situés sur les flancs des dents de la roue. Les premiers canaux s'étendent radialement et sont coudés au voisinage des orifices de sorties. Les premiers canaux sont alimentés en lubrifiant par l'intermédiaire de deuxièmes canaux, reliés à une pompe. Les deuxièmes canaux traversent axialement l'arbre et sont coudés avant de déboucher dans une rainure ménagée à la périphérie de l'arbre.
Un inconvénient du système de GB 1,355,156 tient au fait que les premiers et deuxièmes canaux sont de forme complexe et sont donc difficiles et coûteux à réaliser. De plus, concernant les deuxièmes canaux,

2 ceux-ci doivent traverser axialement l'arbre de la roue. Si la longueur de l'arbre est importante, ces deuxièmes canaux sont encore plus difficiles et coûteux à réaliser. Par ailleurs, lorsqu'on réalise les premiers canaux, on risque d'endommager les flancs des dents. Or, ces flancs appartiennent à
l'interface d'engrenage, ou profil actif, de la denture et leur forme doit être préservée. Enfin, il est nécessaire que la roue tourne par rapport à l'arbre pour que les premiers canaux soient tous alimentés en lubrifiant.
Une autre solution est décrite dans le document US 3,364,776.
Ce document propose un système pour engrenage comprenant une roue dentée montée sur un arbre, cette roue étant traversée par des canaux alimentés en lubrifiant, le lubrifiant sortant des canaux via des orifices de sortie présents sur la périphérie dentée de la roue. Les orifices d'entrée des canaux se situent sur la face latérale de la roue. Pour alimenter les canaux en lubrifiant, soit on plonge la partie inférieur de la roue dans un bain de lubrifiant (voir figure 4 de US 3,364,776), ce qui nécessite une quantité importante de lubrifiant, soit on prévoit un capot en forme de bol monté sur la face latérale de la roue (voir figures 6 et 7 de US 3,364,776).
La fabrication et le montage du capot augmentent le nombre de pièces du système et son coût de fabrication.
L'invention a pour objectif de proposer une solution alternative aux systèmes connus, permettant d'éviter certains de leurs inconvénients.
Cet objectif est atteint grâce à un système pour engrenage, qui comprend une roue dentée montée sur un arbre, cette roue étant traversée par des canaux alimentés en lubrifiant, chaque canal débouchant sur la périphérie dentée de la roue, dans lequel ladite roue est montée sur une portion d'extrémité de l'arbre, de manière à pouvoir être solidaire en rotation de l'arbre, ladite portion d'extrémité étant creuse de sorte qu'elle présente en son intérieur une chambre, cette chambre débouchant à l'extrémité de l'arbre via un orifice, et dans lequel lesdits canaux communiquent avec cette chambre, ce système comprenant un injecteur pour injecter un lubrifiant dans la chambre, cet injecteur étant situé en dehors de la chambre et en face dudit orifice de manière à
injecter le lubrifiant au travers dudit orifice, le lubrifiant pénétrant et circulant dans les canaux, jusqu'à la périphérie dentée de la roue, sous l'effet de la force centrifuge liée à la rotation de l'arbre.

3 La chambre peut être réalisée facilement si elle est choisie de forme simple. Par exemple, on choisit une chambre de forme cylindrique de révolution. De même, les canaux peuvent être réalisés facilement si ils sont choisis de forme simple. Par exemple, on choisit des canaux rectilignes.
Selon ce système, lorsque l'arbre est en rotation, le lubrifiant injecté dans la chambre est projeté, sous l'effet de la force centrifuge, contre la paroi latérale de la chambre et il se forme sur cette paroi un anneau de lubrifiant, c'est à dire une épaisseur (i.e. une couche) de lubrifiant qui épouse la forme annulaire de la chambre et qui alimente les canaux.
Selon ce système, la roue ne baigne donc pas dans un bain de lubrifiant et la quantité de lubrifiant utilisée peut être relativement faible.
Par ailleurs, on notera que l'arbre et la roue sont solidaires en rotation et que la solution de lubrification proposée est parfaitement compatible avec la rotation de l'arbre, en particulier parce qu'aucun raccord n'est nécessaire entre l'arbre et la source de lubrifiant, à savoir l'injecteur. En d'autres termes, l'injecteur peut être séparé de l'arbre. De préférence, l'injecteur est séparé de l'arbre, ce qui simplifie la fabrication du système.
Selon un mode de réalisation, l'orifice de la chambre est centré
sur l'axe de rotation de l'arbre, de sorte que sa position ne change pas lors de la rotation de l'arbre, ce qui facilite l'injection de lubrifiant au travers ce cet orifice.
Selon un mode de réalisation, la chambre est délimitée par un rebord entourant ledit orifice, ce rebord permettant de retenir le fluide lubrifiant dans la chambre. Plus précisément, lorsque l'arbre est en rotation, le rebord permet de retenir l'anneau de lubrifiant et, lorsque l'arbre est au repos, le rebord permet de retenir un fond de lubrifiant, dans la partie basse de la chambre.
Selon un mode de réalisation, chaque canal débouche entre deux dents successives de la roue. Ceci permet de conserver l'intégrité
des flancs des dents (ces flancs constituant l'interface d'engrenage, ou profil actif, de la denture). En outre, les dents ne sont pas fragilisées car les canaux ne les traversent pas.

4 Selon un autre mode de réalisation, la roue présente sur sa périphérie dentée une rainure circulaire dans laquelle les canaux débouchent, la largeur axiale de cette rainure étant supérieure à celle des canaux. Ceci permet de percer les canaux sans être gêné et sans avoir à
ré-usiner, après perçage, les profils des dents.
Selon un autre mode de réalisation, pour des questions de faisabilité industrielle, les canaux présentent une section de passage de fluide relativement importante et des buses sont montées dans les canaux, au niveau de la périphérie dentée de la roue, ces buses ayant une section de passage de fluide inférieure à celle des canaux. Ces buses permettent de limiter le débit de fluide qui, sinon, serait plus important que nécessaire.
L'invention a également pour objet un engrenage comprenant un système pour engrenage du type précité et au moins un autre élément denté s'engrenant avec la roue de ce système pour engrenage. Cet autre élément denté peut être une autre roue dentée, une crémaillère, une couronne, etc.
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un exemple de réalisation de l'invention. Cette description fait référence aux figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 est une coupe axiale (suivant les deux demi-plans de coupe P de la figure 2) d'un exemple d'engrenage comprenant un système selon l'invention avec une roue dentée centrale;
- la figure 2 est une vue en perspective représentant partiellement l'engrenage de la figure 1;
- la figure 3 est une vue de côté de la roue dentée centrale de la figure 1; et - la figure 4 est une vue de détail, en perspective, de la périphérie dentée de la roue planétaire de la figure 1.
La figure 1 représente un exemple d'engrenage. Plus précisément, il s'agit d'un train d'engrenage épicycloïdal 10.
Ce train d'engrenage 10 peut être utilisé comme réducteur dans le domaine automobile, ferroviaire, navale ou aéronautique. Plus particulièrement, il peut être utilisé au sein d'une turbomachine, terrestre ou aéronautique, et, notamment, au sein d'un turbopropulseur ou d'un turboréacteur d'avion. Par exemple, il peut être utilisé comme réducteur dans une transmission de puissance mécanique, comme réducteur d'hélice, ou comme réducteur de soufflante (ou réducteur de "fan").
Le train d'engrenage 10 comprend :

5 - Une roue dentée centrale, montée sur un arbre 12 et solidaire en rotation de celui-ci. L'arbre 12 tourne autour de l'axe A. Cette roue dentée est appelée roue planétaire 14, ou planétaire intérieur. Dans l'exemple, la roue planétaire 14 et l'arbre 12 sont en une seule pièce.
- Trois roues dentées qui entourent la roue planétaire 14 et qui s'engrènent avec elle. Ces roues dentées sont appelées satellites 16. Les trois satellites 16 sont montés sur un arbre porte-satellites 18, coaxial avec l'arbre 12 et qui entoure ce dernier.
- Une couronne 20 ayant une denture intérieure, qui entoure les satellites 16 et qui s'engrène avec eux. Cette couronne 20 est aussi appelée planétaire extérieur.
Un carter 22 entoure la roue planétaire 14, les satellites 16 et la couronne 20, et est traversé par les arbres 12 et 18. Ce carter 22 permet de soutenir et de protéger le train d'engrenage 10. De plus, le carter 22 est sensiblement étanche et permet de récupérer le lubrifiant utilisé pour lubrifier le train d'engrenage 10. Le carter 22 présente dans sa paroi inférieure un orifice de sortie 24 par lequel le lubrifiant peut être évacué.
Pour évacuer le lubrifiant, on peut utiliser une pompe 26 reliée audit orifice de sortie 24.
La couronne 20 est solidaire du carter 22 et ces deux éléments sont fixes (i.e. ils ne tournent pas). Les arbres 12 et 18 sont mobiles en rotation autour de l'axe A.
L'arbre 12, en tournant, force les satellites 16 à rouler à
l'intérieur de la couronne 20. Dans leur mouvement, les satellites 16 entraînent l'arbre porte-satellites 18.
La structure générale et le fonctionnement général d'un train d'engrenage épicycloïdal étant connus, ils ne seront pas décrits plus en détail. Le qualificatif épicycloïdal vient de la trajectoire suivant une épicycloïde d'un point d'un satellite 16 observé par rapport à la roue planétaire 14.

6 Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un exemple de système pour engrenage selon l'invention. Ce système pour engrenage comprend la roue planétaire 14, l'arbre 12, et un injecteur de lubrifiant 30.
Conformément à l'invention, la roue planétaire 14 est montée sur une portion d'extrémité 12a de l'arbre 12, cette portion d'extrémité
12a étant creuse de sorte qu'elle présente en son intérieur une chambre 32. Cette chambre 32 débouche à l'extrémité de l'arbre via un orifice 33.
Cet orifice 33 se situe sur la face d'extrémité de l'arbre 12. Dans l'exemple, l'arbre 12 et la chambre 32 sont de forme cylindrique de révolution d'axe A, et l'orifice 33 a un contour circulaire, centré sur l'axe A.
La chambre 32 est délimitée d'un côté (du côté droit sur la figure 1) par un rebord annulaire 35 entourant l'orifice 33, et du côté
opposé (du côté gauche sur la figure 1) par une paroi radiale 36 pleine formant une cloison de séparation à l'intérieur de l'arbre 12. La paroi latérale 37 de la chambre 32 correspond à la paroi latérale de la portion d'extrémité 12a de l'arbre.
La roue planétaire 14 est traversée par des canaux 34. Ces canaux 34 sont alimentés en lubrifiant, typiquement de l'huile.
Chaque canal 34 s'étend depuis la chambre 32 jusqu'à la périphérie dentée de la roue planétaire 14. Dans l'exemple, chaque canal 34 est rectiligne et s'étend radialement. Chaque canal 34 communique avec la chambre via un orifice d'entrée 34a et avec l'extérieur via un orifice de sortie 34b. Les orifices d'entrée 34a des canaux sont situés sur la paroi latérale 37 de la chambre 32.
L'injecteur de lubrifiant 30 n'est pas lié à la roue planétaire 14 et à l'arbre 12. Il est situé en dehors de la chambre 32 et monté à travers une paroi du carter 22, en face de l'orifice 33 de la chambre 32.
L'injecteur de lubrifiant 30 est donc fixe.
L'injecteur de lubrifiant 30 permet d'injecter un lubrifiant dans la chambre 32, au travers de l'orifice 33. Ainsi, l'axe d'injection I de l'injecteur 30 traverse l'orifice 33. Dans l'exemple, l'axe d'injection I est incliné par rapport à l'axe A, en direction de la paroi latérale 37 de la chambre 32, de sorte que le lubrifiant entre directement en contact avec la paroi latérale 37.

7 L'injecteur 30 est par exemple alimenté en lubrifiant par la pompe 26. Dans ce cas, le circuit de lubrifiant entre l'injecteur 30, la chambre du carter 22 et la pompe 26 est un circuit fermé.
Lorsque l'arbre est au repos, le rebord 35 permet de retenir un fond de fluide lubrifiant, dans la partie basse de la chambre 32. Le niveau N de ce fond de fluide lubrifiant est représenté en pointillés sur la figure 1.
Lorsque l'arbre 12 est en rotation, sous l'effet de la force centrifuge, le lubrifiant est projeté contre la paroi latérale 37 et il se forme sur cette paroi un anneau de lubrifiant qui alimente les canaux 34, via les orifices d'entrée 34a. Le rebord 35 permet de retenir l'anneau de lubrifiant dans la chambre 32. Le lubrifiant pénètre et circule dans les canaux 34 et sort de ceux-ci, via les orifices de sortie 34b, sous l'effet de la force centrifuge liée à la rotation de l'arbre 12. Le lubrifiant se répand ensuite sur la périphérie dentée de la roue planétaire 14, et lubrifie le pourtour de cette roue ainsi que toutes les interfaces d'engrenage entre la roue planétaire 14 et les satellites 16. Les satellites 16 tournant à la fois sur eux-mêmes et autour de la roue planétaire 14, le lubrifiant passe des satellites 16 à la couronne 20 et lubrifie également celle-ci.
Le lubrifiant est également utilisé pour refroidir le train d'engrenage 10, dès que la température du lubrifiant est inférieure à la température du train d'engrenage. Dans ce cas, la section de passage de fluide des canaux 34 et le nombre de canaux 34 sont également fonction de la puissance calorifique à dissiper.
Les canaux 34 sont généralement de section circulaire et ont un diamètre D bien plus faible que leur longueur. Ils sont par exemple percés par usinage en électroérosion.
Pour des questions de faisabilité industrielle, les canaux 34 peuvent être percés à un diamètre D relativement grand et avoir à leur extrémité, au niveau de la périphérie dentée de la roue planétaire 14, une buse 40, également appelée restricteur (voir figure 4). Cette buse 40 a une section de passage de fluide inférieure à celle des canaux 34 (i.e. une section circulaire de diamètre d inférieur à D) afin de restreindre le débit de lubrifiant sortant du canal 34.
La buse 40 peut être montée avec serrage, ou être sertie, ou être vissée et freinée dans l'orifice de sortie 34b du canal 34. Dans l'exemple de la figure 4, pour faciliter la mise en place de la buse 40, on a

8 élargi le canal 34 de manière à créer à l'intérieur de celui-ci un logement 43 avec un épaulement 42 sur lequel repose la buse 40. Les buses 40 sont de préférence en un matériau identique à celui de la roue, ou en un matériau présentant un coefficient de dilatation voisin, pour éviter les dilatations différentielles aux différentes températures de fonctionnement du train d'engrenage 10.
Comme représenté sur les figures 2 et 3, la roue planétaire 14 présente sur sa périphérie dentée une rainure circulaire 45 dans laquelle les canaux 34 débouchent, la largeur axiale L de cette rainure 45 étant supérieure à celle des canaux 34. Ceci facilite l'usinage des canaux 34 et des logements 43, ainsi que la mise en place des buses 40, et ceci permet, en particulier, de ne pas toucher le profil actif de la denture de la roue planétaire 14 lors de l'usinage.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système pour engrenage, comprenant une roue dentée montée sur un arbre, la roue étant traversée par des canaux alimentés en lubrifiant, chaque canal débouchant sur la périphérie dentée de la roue, dans lequel ladite roue est montée sur une portion d'extrémité de l'arbre, de manière à pouvoir être entraînée en rotation par ledit arbre, ladite portion d'extrémité étant creuse de sorte qu'elle présente en son intérieur une chambre, ladite chambre débouchant à l'extrémité de l'arbre via un orifice; et dans lequel lesdits canaux communiquent avec ladite chambre; ledit système comprenant un injecteur pour injecter un lubrifiant dans la chambre, ledit injecteur étant situé en dehors de la chambre et en face dudit orifice de manière à injecter le lubrifiant au travers dudit orifice, le lubrifiant pénétrant et circulant dans les canaux, jusqu'à la périphérie dentée de la roue, sous l'effet de la force centrifuge liée à la rotation de l'arbre, la chambre étant délimitée par un rebord entourant ledit orifice, ledit rebord permettant de retenir le fluide lubrifiant dans la chambre, et chaque canal communiquant avec la chambre via un orifice d'entrée situé sur une paroi latérale de la chambre, et l'axe d'injection dudit injecteur traversant l'orifice et étant incliné par rapport à l'axe de rotation de l'arbre, en direction de ladite paroi latérale, de sorte que le lubrifiant entre directement en contact avec la paroi latérale.

2. Système pour engrenage selon la revendication 1, dans lequel ledit orifice est centré sur l'axe de rotation de l'arbre.

3. Système pour engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel chaque canal débouche entre deux dents successives de la roue.

4. Système pour engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, dans lequel la roue présente sur sa périphérie dentée au moins une rainure circulaire dans laquelle les canaux débouchent, la largeur axiale de ladite au moins une rainure étant supérieure à la largeur axiale des canaux.

5. Système pour engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, dans lequel des buses sont montées dans les canaux, au niveau de la périphérie dentée de la roue, lesdites buses ayant une section de passage de fluide inférieure à une section de passage de fluide des canaux.

6. Système pour engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, dans lequel les canaux sont rectilignes.

7. Système pour engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, dans lequel les canaux s'étendent radialement par rapport à l'axe de rotation de l'arbre.

8. Engrenage comprenant un système pour engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et au moins un autre élément denté s'engrenant avec la roue dudit système.

9. Turbomachine comprenant un engrenage selon la revendication 8.