CH628963A5

CH628963A5 - Transmission par engrenages a trains partages.

Info

Publication number: CH628963A5
Application number: CH583878A
Authority: CH
Inventors: Jean-Claude Tetard
Original assignee: Cit Alcatel
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1982-03-31
Also published as: US4197758A; NL182097C; FR2401364B1; FR2401364A1; DE2825768C2; NL7806606A; NL182097B; GB2000248A; DE2825768A1; IT7824454A0; IT1095160B; GB2000248B

Description

La présente invention concerne une transmission par engrenage à trains d'engrenages partagés d'un mouvement qu'il est impossible ou difficile de réaliser par un engrenage du type classique.

Lorsque l'on veut transmettre un mouvement d'un arbre à un autre arbre parallèle au premier, on sait que l'on recourt en général à des engrenages. Lorsque la vitesse de rotation de l'un au moins des deux arbres est très élevée, on réduit la vitesse périphérique de l'engrenage en réduisant son diamètre, mais alors on est obligé d'augmenter sa longueur pour maintenir son volume constant et par suite rendre constante sa résistance mécanique. Il se pose alors des problèmes de portée de la denture qui limitent l'emploi d'un modèle classique d'engrenage.

De même, lorsque la puissance à transmettre d'un arbre à un autre atteint des valeurs élevées de l'ordre de 80 à 100 mégawatts, tout engrenage de modèle classique ne peut pas donner satisfaction en raison de contraintes mécaniques excessives. De sorte que l'on a été amené à utiliser suivant l'art connu des solutions comportant plusieurs trains d'engrenages. Etant donné que l'on sait fabriquer des engrenages transmettant par exemple jusqu'à 40 ou 50 mégawatts, on a été amené à coupler ensemble des trains d'engrenages parallèles. On a ainsi constitué des trains d'engrenages partagés supportant chacun une charge égale ou inférieure à 50 MW et il est devenu possible de transmettre des puissances élevées en les répartissant entre plusieurs trains d'engrenages supportant chacun une puissance inférieure ou égale à 50 MW.

On sait construire à l'heure actuelle des transmissions par engrenages à trains d'engrenage partagés à six engrenages pour diviser par deux la puissance à transmettre sur chaque engrenage.

Si la puissance P à transmettre est très élevée, on sait construire à l'heure actuelle une transmission par entrenages à 2 N + 2 engrenages transmettant par trains d'engrenages la puis- " sance

P N.

Chaque engrenage nécessitant pour des raisons exposées plus loin, deux paliers, il en résulte qu'il est nécessaire d'utiliser 2 N + 2 engrenages et 4 N + 4 paliers.

La figure 1 représente schématiquement une transmission par engrenages à trains d'engrenages partagés du type clas-25 sique divisant la puissance à transmettre en deux.

La figure 2 représente schématiquement une transmission classique et une transmission selon l'invention divisant par deux la puissance à transmettre réalisée suivant l'invention.

La figure 3 repésente schématiquement une transmission 30 classique divisant la puissance à transmettre par trois.

La figure 4 représente schématiquement la solution du même problème suivant l'invention.

La figure 5 représente un exemple de réalisation.

35 La figure 1 décrit l'installation utilisée suivant la technique connue. Si l'on veut transmettre une puissance de 80 MW fournie sur l'arbre 5, on associe à l'engrenage 1, deux engrenages 2 et 2' de part et d'autre de l'engrenage 1 et engrenant sur celui-ci. Ces engrenages 2 et 2' se partageront la puissance 40 à transmettre deux engrenages 3 et 3' au moyens d'arbres 13 et 24. A leur tour ces engrenages 3 et 3' transmettent la puissance à l'engrenage 4 monté sur l'arbre 8. Les flèches tracées sur la figure indiquent le cheminement de la puissance.

Pour obtenir une répartition égale des puissances sur les 45 deux trains d'engrenages malgré le défaut de réalisation des dentures, il est indispensable que les deux engrenages 3 et 3' exercent en même temps, sur la denture de l'engrenage 4, la même action, ce qui peut être réalisé en interposant entre les engrenages 2 et 3,2' et 3', des arbres de torsion de même rigi-50 dité. Ces arbres de torsion sont susceptibles de flexion, il est donc indispensable de disposer deux paliers sur l'arbre au voisinage de ces arbres de torsion. Il résulte de tout ceci que le dispositif classique comportera bien six engrenages et douze paliers 11 à 42.

55 La figure 2 fait apparaître la même répartition de puissance réalisée cette fois suivant l'invention. Les éléments de la figure 2 portent les mêmes références que sur la figure 1. Pour obtenir le partage de la puissance suivant l'invention, il faut que les arbres de torsion 24 et 13 soient dimensionnés de 60 façon appropriée.

En effet, si l'arbre 13 étant entièrement rigide, toute la puissance passerait par cet arbre et le train d'engrenages 2,3, serait inutile.

Si, au contraire, l'arbre 24 était rigide, toute la puissance 65 passerait par le train d'engrenages 2,3 et l'arbre 13 serait _ inutile, il existe donc une valeur intermédiaire de rigidité pour chacun des deux arbres permettant le partage de la puissance dans un rapport donné, '/> en l'occurrence.

Pour que la puissance appliquée se répartisse de façon égale entre les deux branches, il faut que la torsion des arbres 13 et 24 entraîne des déplacements égaux des dents des engrenages attaquant l'engrenage de sortie 4.

Si K est le rapport de réduction des deux engrenages, l'arbre 13 doit se tordre d'un angle K fois plus grand que l'arbre 24 sous un couple K fois plus faible, car le décalage de la denture de (3) doit être égal au décalage de la denture de (4). Il en résulte que l'élasticité des arbres de torison doit être dans le rapport du carré des vitesses de rotation des engrenages.

Les arbres de torsion peuvent être disposés à l'extérieur des dentures, comme le représente le schéma de la figure 2. Mais pour gagner du volume dans l'installation, il peut être très avantageux d'utiliser une disposition où les arbres de torsion sont placés à l'intérieur de l'engrenage et sont reliés à ce dernier par un arbre creux.

La figure 3 correspond au cas classique du réducteur en étoile où l'arbre menant porte l'engrenage 1 dont la rotation entraîne la rotation des trois engrenages 2,2' et 2"; ces trois engrenages sont réunis par des arbres de torsion à des engrenages 3,3' et 3" qui entraînent à leur tour l'engrenage 4 ici N = 3. On répartit la puissance reçue sur l'arbre d'entraînement de l'engrenage 1 en trois puissances égales réparties sur les trois arbres de torsion et sur les engrenages 3,3' et 3" qui restituent la puissance totale à l'arbre mené de l'engrenage 4. On a huit engrenages et seize paliers.

Ce cas sera traité suivant l'invention au moyen d'un train d'engrenages de six engrenages et de douze paliers suivant le schéma de la figure 4.

Les arbres de torsion seront déterminés de façon à assurer le passage du 'A de la puissance de l'engrenage 1 à l'engrenage 2, puis le tiers de la puissance de l'engrenage 3 vers l'engrenage 4 et le tiers de la puissance de (3 ' ) vers l'engrenage 4'.

L'exemple de réalisation est décrit en référence à la figure 5. Sur l'arbre d'entrée 5 est un engrenage 1, entraînant l'engrenage 2 monté sur l'arbre creux 14 qui transmet son mouvement de rotation à l'arbre de torsion 24 réuni à l'arbre de sortie 8 par un plateau d'accouplement 15. L'arbre 5 entraîne également par l'intermédiaire du plateau d'accouplement, 9 l'arbre de torsion 13. Celui-ci à son tour est claveté en 7 sur l'arbre creux 6 qui supporte l'engrenage 3 qui entraîne l'engrenage 4. De sorte que l'arbre 8 est sollicité d'une part par l'engrenage 4 et d'autre part par l'arbre creux 24 accouplé en bout de l'arbre 8.

La répartition des sollicitations entraînant l'arbre 8 dépend

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de la rigidité des arbres de torsion 13 et 24. En effet, sous l'action du couple appliqué à l'arbre d'entrée 5, l'arbre de torsion 13 va subir une déformation de torsion entraînant une rotation de l'engrenage 3. Cette rotation va mettre en contact les dentures de l'engrenage 3 et les dentures de l'engrenage 4.

Par ailleurs, le couple moteur appliqué à l'arbre d'entrée 5 va faire tourner l'engrenage 1; la denture de l'engrenage 1 va exercer une pression sur l'engrenage 2 dont la rotation va entraîner une torison de l'arbres de torsion 24.

Pour que le couple transmis à l'arbre 8 par le plateau d'accouplement 15 soit égal au couple appliqué par la denture de l'engrenage 4, il faut et il suffit que les angles de torsion des arbres 13 et 24 soient proportionnels à leur vitesse de rotation, c'est-à-dire que la rigidité de ces arbres soit proportionnelle au carré de leur vitesse.

On voit qu'on dispose donc d'un moyen simple permettant de répartir également la charge entre deux trains d'arbres en utilisant seulement quatre engrenages 1,2,3 et 4 et huit paliers: 11 et 12 pour l'arbre 5,31 et 32 pour l'arbre creux 6, 21 et 22 pour l'arbre creux 14 et les paliers 41 et 42 pour l'arbre 8.

On note que la réalisation comporte deux arbres de torsion 13 et 24 insérés à l'intérieur des arbres creux 6 et 14; on peut ainsi réduire le volume du dispositif dans des proportions très importantes.

On peut également noter que deux butées, la butée 16 sur l'arbre 6 et la butée 17 sur l'arbre 14, suffisent à assurer la stabilité de l'installation. En effet, les engrenages 1 et 3 sont taillés avec des angles d'inclinaison d'hélice oposés de façon à éliminer toute poussée axiale. Il en est de même des engrenages 2 et 4. Il y a lieu également de noter que l'élasticité introduite dans le dispositif par l'emploi d'arbres de torsion permet de tolérer un léger défaut géométrique dans la réalisation des dentures. Ce défaut ne provoquera que de faibles écarts de surcharge par rapport à la répartition par moitié de la charge des deux engrenages 2 et 3.

L'exemple qui vient d'être décrit correspond à un dispositif transmettant une puissance de 90 M W à 6400 tours par minute.

D'une manière générale, la présente transmission trouve son plein emploi sur toutes les machines de grande puissance, tant lorsque la vitesse de rotation est élevée que lorsque le couple appliqué est très important. En particulier, le présent dispositif est extrêmement avantageux à la sortie du turboma-chines de grande puissance ou sur des installations de bacs d'essai de turbomachines à très grande vitesse.

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s

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3 feuilles dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Transmission par engrenages à trains d'engrenages partagés comprenant N trains d'engrenages transmettant chacun la Ne partie de la puissance à transmettre ainsi que des arbres de torsion, caractérisée en ce qu'elle comprend 2 N engrenages reliés deux à deux par 2 N - 2 arbres de torsion.
2. Transmission selon la revendication 1 comprenant deux trains d'engrenages montés en parallèle dans lesquels la charge est répartie au moyen d'arbres de torsion, caractérisée en ce qu'elle comprend quatre engrenages (1,2,3,4) reliés deux à deux par des arbres de torsion (13,24).
3. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que les rigidités des arbres de torsion (13,24) sont dans le rapport du carré des vitesses de rotation des arbres.
4. Transmission selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'un au moins des arbres de torsion (13) est disposé à l'intérieur de l'engrenage (3) qu'il entraîne.
5. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que les dentures des engrenages (1,3) montés sur un train d'arbres ont des inclinaisons égales et opposées.

Une telle installation occupe un volume important et nécessite un nombre important de constituants. Ainsi, une installation connue partageant la puissance transmise en 2, N = 2, nécessite six engrenages et douze paliers, le but de l'in-5 vention a été de chercher à réduire le nombre d'engrenages mis en œuvre ainsi que le nombre de paliers. De sorte que l'objet de l'invention est une transmission par engrenages à trains d'engrenages partagés comprenant N trains d'engrenages transmettant chacun la Ne partie de la puissance à io transmettre, ainsi que des arbres de torsion, caractérisée en ce qu'elle comprend 2 N engrenages reliés deux à deux par 2 N -2 arbres de torsion.

Dans le cas où la puissance à transmettre est inférieure ou égale à 80 MW, la transmission par engrenages à trains d'en-îs grenages partagés peut comprendre deux trains d'engrenages montés en parallèle dans lesquels la charge est répartie au moyen d'arbres de torsion, et dans lesquels quatre engrenages sont reliés deux à deux par deux arbres de torsion.

La nature et la portée de l'invention seront comprises d'une manière plus complète en se reportant à la description donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence.

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