FR3015606A1

FR3015606A1 - Dispositif a deux trains d'engrenages imbriques

Info

Publication number: FR3015606A1
Application number: FR1363119A
Authority: FR
Inventors: Bertrand Sevagen; Marc Lebrun
Original assignee: Sagem Defense Securite SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-26
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: FR3015606B1; US20160319910A1; CN106164534A; WO2015090977A1; CN106164534B; US10161481B2

Abstract

Dispositif à engrenages, caractérisé en ce qu'il comprend au moins : - un arbre pourvu d'un pignon solaire, - au moins deux couronnes coaxiales à denture intérieure à savoir au moins une première couronne et une deuxième couronne ayant au moins un premier tronçon annulaire et un deuxième tronçon annulaire, - des satellites en prise avec le pignon solaire, la première couronne et les tronçons de la deuxième couronne, ceux-ci engrenant avec une relation particulière de dentures .

Description

La présente invention concerne un dispositif à trains d'engrenages imbriqués. Il est connu des trains d'engrenages épicycloïdaux comprenant un planétaire intérieur à denture exté- rieure, nommé solaire, et un planétaire extérieur à denture intérieure, nommé couronne, entre lesquels sont montés des satellites, à denture extérieure, montés sur un porte-satellites monté pour pivoter par rapport au solaire et à la couronne. En fonctionnement, l'un des planétaires est fixe ; l'autre planétaire et le porte- satellites constituent l'entrée et la sortie du train d'engrenages, ou inversement. Ainsi, chaque point de chaque satellite décrit une trajectoire épicycloïdale qui donne son nom à ce type de train d'engrenages. Le rap- port de transmission entre l'entrée et la sortie dépend du nombre de dents des planétaires et des satellites et peut atteindre une valeur de l'ordre de dix. Ce type de train d'engrenages est intéressant en raison de son encombrement transversal (limité à celui de la couronne) et de son bon rendement. Le couple maximal transmissible dépend du nombre de satellites réellement en prise sur les planétaires. Pour augmenter le nombre de satellites, et donc le couple maximal transmissible, on a pensé à sup- primer le porte-satellites. Il est ainsi connu des trains d'engrenages, dits imbriqués, comprenant : un arbre primaire pourvu d'un pignon solaire, une couronne fixe, une couronne mobile et des satellites pourvus chacun d'un premier tronçon d'entrée en prise respectivement avec le pignon solaire et l'une des deux couronnes et d'un deuxième tronçon en prise avec l'autre couronne. L'arbre primaire et la couronne mobile constituent l'entrée et la sortie du train d'engrenage, ou inversement. Le rapport de trans- mission est déterminé par le nombre de dents du pignon solaire, de chacun des deux tronçons des satellites et de chacune des deux couronnes. Les trains imbriqués possèdent un couple maximal transmissible supérieur à celui auto- risé par les trains épicycloïdaux classiques mais ont des rendements inférieurs à ces derniers. En outre, lorsque le nombre de dents des deux tronçons du satellite est différent, l'usinage des tronçons dentés par taillage doit être exécuté en plusieurs reprises d'usinage. Or, des contraintes de montage impo- sent que les tronçons dentés aient au moins une dent alignée l'une avec l'autre avec une précision qu'il est difficile d'atteindre après un taillage. Par ailleurs, l'usinage des tronçons dentés par taillage impose égale- ment d'avoir des gorges de grande largeur entre les tron- çons dentés pour permettre le dégagement de l'outil de taillage. Néanmoins, ces gorges sont généralement trop petites pour permettre le dégagement d'une meule de rectification et interdisent donc toute phase de recti- fication ultérieure, ce qui limite la précision d'usinage. Le niveau de qualité ainsi obtenu limite le couple maximal transmissible car la répartition de la charge appliquée sur chacun des engrènements du train n'est pas équilibrée.

Un but de l'invention est de fournir un train d'engrenages imbriqué présentant de meilleures performances en terme de couple maximal transmissible. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif à engrenages, qui comprend au moins : - un arbre pourvu d'un pignon solaire, - au moins deux couronnes coaxiales à denture intérieure à savoir au moins une première couronne et une deuxième couronne ayant au moins un premier tronçon annulaire et un deuxième tronçon annulaire, - des premiers satellites pourvus chacun d'au moins un premier tronçon denté en prise avec le pignon solaire, la première couronne et le premier tronçon de la deuxième couronne, - des deuxièmes satellites pourvus chacun d'au moins un premier tronçon denté en prise avec le pignon so- laire, la première couronne et le deuxième tronçon de la deuxième couronne. La somme des nombres de dents de la première couronne et du pignon solaire est un multiple du produit du nombre de premiers satellites par le nombre de tronçons de la deuxième couronne et la somme des nombres de dents de la deuxième couronne et du pignon solaire est un multiple du nombre des premiers satellites. Le premier tronçon annulaire et le deuxième tronçon annulaire ont des dentures identiques et présentent entre eux un décalage angulaire correspondant à un nombre de dents inverse du nombre de tronçons de la deuxième couronne. Ainsi, le dispositif peut être assimilé à plu- sieurs trains d'engrenages imbriqués (à deux trains im- briqués lorsqu'il y a deux tronçons dans la deuxième couronne), eux-mêmes imbriqués l'un dans l'autre. Chaque satellite engrène sur la première couronne et sur un des tronçons annulaires de la deuxième couronne. Chacun des tronçons des satellites peut être ramené à un tronçon denté unique. L'entraxe entre les satellites et les couronnes qui ont des nombres de dents différents est assuré par l'introduction des déports adéquats sur les dentures. Le tronçon denté unique de chaque satellite peut ainsi être obtenu par rectification. Le niveau de qua- lité obtenu par ce procédé d'usinage est plus élevé que celui obtenu par taillage, de sorte que le dispositif est capable de supporter des charges importantes. Selon un mode de réalisation particulier, la pre- mière couronne comprend un premier tronçon annulaire et un deuxième tronçon annulaire disposés de part et d'autre de la deuxième couronne, les satellites étant pourvus chacun d'un deuxième tronçon denté séparé du premier tronçon denté d'une distance supérieure à une largeur du tronçon annulaire de la deuxième couronne avec lequel le premier tronçon denté n'est pas en prise, de sorte que : le premier tronçon denté de chaque premier satellite soit en prise avec le premier tronçon annulaire de la première couronne et le premier tronçon annulaire de la deuxième couronne, le deuxième tronçon denté de chaque premier satellite soit en prise avec le deuxième tronçon annulaire de la première couronne, le premier tronçon denté de chaque deuxième satellite soit en prise avec le deuxième tronçon annulaire de la première cou- ronne et le deuxième tronçon annulaire de la deuxième couronne, le deuxième tronçon denté de chaque deuxième satellite soit en prise avec le premier tronçon annulaire de la première couronne. Ainsi, le train est symétrisé par l'agencement de la première couronne en deux tronçons annulaires placés symétriquement par rapport au plan de jointure des deux tronçons de la deuxième couronne, et l'adjonction de tronçons sur chacun des satellites de telle manière que les premiers satellites et les deuxièmes satellites, pla- cés alternativement tête-bêche sont en prise avec les deux tronçons annulaires de la première couronne. Le nombre de dentures transmettant la charge est ainsi augmenté et le basculement des satellites est annulé. Enfin, l'introduction d'un dispositif de rattra- page de jeu élastique, placé entre les deux tronçons de la deuxième couronne ou entre deux tronçons de la première couronne ou entre deux tronçons du solaire engre- nant respectivement un tronçon sur les premiers et deuxièmes satellites et l'autre tronçon sur les deuxièmes satellites, permet d'obtenir un train imbriqué sans jeu. Ce dernier est capable de transmettre un couple correspondant à la capacité d'un train réduite de la charge appliquée par l'élément élastique sur l'autre train (les premiers satellites transmettent la charge, les deuxièmes satellites font la traîne). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la descrip- tion qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma cinématique représen- tant un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective avec écorché de ce dispositif, - la figure 3 est une vue de ce dispositif en coupe selon le plan III de la figure 2, - la figure 4 est un schéma cinématique re - présentant un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est un schéma cinématique représentant un dispositif équipé d'un organe de rattrapage de jeu entre les deux tronçons de la deuxième couronne, selon une première variante de cet organe de rattrapage de jeu, - la figure 6 est un schéma cinématique représentant un dispositif équipé d'un organe de rattrapage de jeu entre les deux tronçons de la première couronne, selon une deuxième variante de cet organe de rattrapage de jeu, la figure 7 est un schéma cinématique représentant un dispositif équipé d'un organe de rattrapage de jeu entre les deux tronçons du solaire, celui-ci ayant été scindé en deux tronçons séparés, selon une première variante de cet organe de rattrapage de jeu. Le dispositif selon l'invention est par exemple destiné à être associé à un motoréducteur pour former un actionneur. Un tel actionneur est par exemple utilisa- ble pour déplacer une surface de vol d'un aéronef. En référence aux figures 1 à 4, le dispositif à engrenages selon l'invention comprend un bâti 1 sur lequel sont montés : - un arbre 2 pourvu d'un pignon solaire 3, - trois couronnes 4.1, 4.2 et 5 à dentures inté- rieures, coaxiales à l'arbre 2, - des premiers satellites 6.1 et des deuxièmes satellites 6.2 montés entre les couronnes et le pignon solaire 3 pour s'étendre parallèlement à l'arbre 2 et pour tourner autour de l'arbre 2. Les couronnes 4.1, 4.2 comportent des moyens de leur fixation l'une par rapport à l'autre et de leur fixation sur une partie structurelle fixe de l'avion, par exemple par boulonnage. Les couronnes 4.1, 4.2 forment deux tronçons annulaires d'une première couronne. Les cou- ronnes 4.1, 4.2 sont désignées dans la suite comme des couronnes extérieures. Des embouts 1.1 et 1.2, formant bâti, sont montés sur les couronnes 4.1 et 4.2 pour fermer celles-ci. Les 30 embouts 1.1 et 1.2 participent au confinement de l'ensemble du dispositif. L'arbre 2 est monté sur les embouts 1.1 et 1.2 pour pivoter autour de l'axe central de l'ensemble et possède, à l'opposé du pignon solaire 3, une extrémité 35 agencée pour être liée en rotation à l'arbre de sortie du moteur, par exemple par clavetage, joint d'accouplement, goupillage ou autre. La couronne 5 est disposée entre les couronnes 4.1, 4.2. La couronne 5, ou couronne centrale, est montée sur deux paliers tenant aux couronnes 4.1 et 4.2 pour pivoter autour de l'axe central de l'ensemble : la couronne 5 est ici reliée aux couronnes 4.1, 4.2 par des roulements. La couronne 5 comporte un premier tronçon annulaire 5.1 en regard de la couronne 4.1 et un deuxième tronçon annulaire 5.2 en regard de la couronne 4.2. Les tron- çons annulaires 5.1, 5.2 ont des dentures identiques et sont reliés l'un à l'autre avec un décalage angulaire d'une demi-dent. Les tronçons annulaires 5.1, 5.2 de la couronne 5 comportent ici chacun un maneton relié à la surface de vol par exemple par boulonnage, le maneton d'un des tronçons annulaires 5.1, 5.2 comportant un orifice de passage du boulon ayant une section supérieure à la section transversale du boulon pour autoriser le décalage angulaire.

Les premiers satellites 6.1 sont ici au nombre de trois et sont pourvus chacun d'un premier tronçon denté 8.1 en prise avec le pignon solaire 3, la couronne 4.1 et le tronçon annulaire 5.1 de la couronne centrale 5, et d'un deuxième tronçon denté 9.1 en prise avec la couronne 4.2. Le premier tronçon denté 8.1 et le deuxième tronçon denté 9.1 de chaque satellite 6.1 sont séparés d'une distance supérieure à une largeur du tronçon annulaire 5.2 avec lequel le premier tronçon denté 8.1 n'est pas en prise.

Les deuxièmes satellites 6.2 sont ici au nombre de trois et sont pourvus chacun d'au moins un premier tronçon denté 8.2 en prise avec le pignon solaire 3, la couronne 4.2 et le deuxième tronçon annulaire 5.2 de la couronne centrale 5, et d'un deuxième tronçon denté 9.2 en prise avec la couronne 4.1. Le premier tronçon denté 8.2 et le deuxième tronçon denté 9.2 de chaque satellite 6.2 sont séparés d'une distance supérieure à une largeur du tronçon annulaire 5.1 avec lequel le premier tronçon denté 8.2 n'est pas en prise. En définitive, les deuxièmes satellites sont identiques aux premiers satellites.

Les satellites sont de préférence supportés radia- lement par des anneaux roulants, connus en eux-mêmes, non représentés. Le nombre de dents du tronçon annulaire 5.1 est identique au nombre de dents du tronçon annulaire 5.2.

La somme du nombre de dents du pignon solaire 3 et de chacun l'un ou de l'autre des tronçons annulaires 5.1, 5.2 de la couronne 5 est égal à un multiple du nombre de premiers satellites 6.1 (le nombre de premier satellites 6.1 étant identique au nombre de deuxièmes satellites 6.2). Le nombre de dents de la couronne 4.1 est identique au nombre de dents de la couronne 4.2. Le nombre de dents de chaque couronne 4.1, 4.2 est différent du nombre de dents des tronçons 5.1 et 5.2 et la somme du nombre de dents du pignon solaire 3 et de l'une ou l'autre des couronnes 4.1 ou 4.2 et est égale à un multiple du nombre total de satellites 6.1, 6.2 (soit ici multiple de six). La présence des satellites 6.1, par l'effet du tronçon 8.1, impose que les dentures de la couronne 4.1 et du premier tronçon annulaire 5.1 de la couronne 5 soient alignées l'une avec l'autre. La présence des satellites 6.2, par l'effet du tronçon 8.2, impose que les dentures de la couronne 4.2 et du deuxième tronçon 5.2 de la couronne 5 soient alignées l'une avec l'autre.

A titre d'exemple, les nombres de dents sont les suivants : 24 pour le pignon solaire 3, 54 pour les couronnes 4.1, 4.2, 57 pour la couronne 5, 16 pour les tronçons dentés 8.1, 8.2, 9.1, 9.2.

En résumé, les différentes caractéristiques numériques sont liées les unes aux autres par les relations suivantes : - le nombre de premiers satellites 6.1 (ou de deuxièmes satellites 6.2) est un diviseur commun de la somme du nombre de dents de la couronne 5 et du solaire 3 d'une part, et de la somme et du nombre de dents de la couronne 4.1, 4.2 et du solaire 3 d'autre part ; - le nombre de dents de la couronne 5 est diffé- rent du nombre de dents de la couronne 4.1, 4.2. Préférentiellement : - le nombre maximal de satellites 6.1, 6.2 est égal au plus grand commun diviseur du nombre de dents du pignon solaire 3 et du nombre de dents de la couronne 4.1, 4.2 ; - le nombre maximal de premiers satellites 6.1 (ou de deuxièmes satellites 6.2) est égal au plus grand diviseur commun du nombre de dents de la couronne 5 et du nombre de dents de la couronne 4.1, 4.2.

En référence à la figure 4, le dispositif selon le deuxième mode de réalisation comprend, comme dans le premier mode de réalisation : - deux embouts 1.1 et 1.2, - un arbre 2 pourvu d'un pignon solaire 3, - trois couronnes 4.1, 4.2 et 5, coaxiales à l'arbre 2, - des premiers satellites 6.1 et des deuxièmes satellites 6.2 montés entre les couronnes et le pignon solaire 3 pour s'étendre parallèlement à l'arbre 2 et pour tourner autour de l'arbre 2. Toutefois, dans le deuxième mode de réalisation, la couronne centrale 5 est fixe par rapport à la partie structurelle fixe de l'aéronef et les couronnes extérieures 4.1, 4.2 sont reliées à la surface de vol et sont mobiles par rapport à la partie structurelle fixe de l'aéronef. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute va- riante entrant dans le champ de l'invention telle que défi- nie par les revendications. En particulier, la structure générale du dispositif peut être modifiée. Le nombre de satellites peut être différent de celui décrit : par exemple neuf. Dans ce cas, la cou- ronne centrale comporte trois tronçons annulaires décalés d'un tiers de dents les uns par rapport aux autres. La somme du nombre de dents du solaire et des couronnes extérieures est égale à un multiple de neuf et la somme du le nombre de dents du solaire et d'un chaque tronçon annulaire de la couronne centrale est égal à un multiple de trois. Il est possible de prévoir sur l'arbre des pi- gnons fous pour supporter les satellites en maintenant ceux-ci radialement en position. Les nombres de dents peuvent être modifiés tant que sont respectées les formules figurant ci-dessus. Le dispositif peut ne comprendre qu'une couronne extérieure 4. Une variante du dispositif comprend un système de rattrapage de jeu entre les deux tronçons de la deuxième couronne ou entre les deux tronçons de la première couronne ou entre deux tronçons du solaire engre- nant pour l'un sur les premiers satellites et pour les autres sur les deuxièmes satellites. En référence à la figure 5, le système comprend un organe de rattrapage de jeu sous la forme d'un élément annulaire élastique 10 reliant en rotation les tronçons 5.1, 5.2 à la sortie. Par son élasticité, l'élément annu- laire élastique 10 applique un couple de torsion entre les tronçons 5.1, 5.2 au travers de la sortie 5 de manière à rattraper les jeux existants entre les autres composants du dispositif en relation d'engrènement. En référence à la figure 6, le système comprend un organe de rattrapage de jeu sous la forme d'un élément élastique 10 reliant en rotation les tronçons 4.1, 4.2 l'un à l'autre. Par son élasticité, l'élément annulaire élastique 10 applique un couple de torsion entre les tronçons 4.1, 4.2 au travers du bâti fixe de manière à rattraper les jeux existants entre les autres composants du dispositif en relation d'engrènement. En référence à la figure 7, le pignon solaire 3 comprend un premier tronçon 3.1 engrenant avec les premiers satellites 8.1 et un deuxième tronçon 3.2 engrenant avec les premiers satellites 8.2. Le système comprend un organe de rattrapage de jeu sous la forme d'un élément élastique 10 reliant en rotation l'un à l'autre les deux tronçons 3.1, 3.2 du pignon solaire 3. Par son élasticité, l'élément élastique 10 applique un couple de torsion entre les tronçons 3.1, 3.2 au travers de l'arbre 2 de manière à rattraper les jeux existants entre les autres composants du dispositif en relation d'engrènement.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif à engrenages, caractérisé en ce qu'il comprend au moins : - un arbre (2) pourvu d'un pignon solaire (3), - au moins deux couronnes coaxiales à denture in- térieure à savoir au moins une première couronne (4.1, 4.2) et une deuxième couronne (5) ayant au moins un premier tronçon annulaire (5.1) et un deuxième tronçon annulaire (5.2), - des premiers satellites (6.1) pourvus chacun d'au moins un premier tronçon denté en prise avec le pignon solaire (3), la première couronne (4.1, 4.2) et le premier tronçon (5.1) de la deuxième couronne (5.2), - des deuxièmes satellites (6.2) pourvus chacun d'au moins un premier tronçon denté en prise avec le pi- gnon solaire (3), la première couronne (4.1, 4.2) et le deuxième tronçon (5.2) de la deuxième couronne (5), en ce que la somme du nombre de dents de la première couronne (4.1, 4.2) et du pignon solaire (3) est un nombre multiple du produit du nombre de premiers satellites par le nombre de tronçons de la deuxième couronne (5), en ce que la somme du nombre de dents de la deu- xième couronne et du pignon solaire (3) est un nombre de dents multiple du nombre des premiers satellites (6.1), en ce que le premier tronçon annulaire (5.1) et le deuxième tronçon annulaire (5.2) ont des dentures identiques et présentent entre eux un décalage angulaire correspondant à un nombre de dents inverse du nombre de tronçons de la deuxième couronne (5).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première couronne comprend un premier tronçon annulaire (4.1) et un deuxième tronçon annulaire (4.2) disposés de part et d'autre de la deuxième couronne (5), les satel- lites (6.1, 6.2) étant pourvus chacun d'un deuxième tron-çon denté séparé du premier tronçon denté d'une distance supérieure à une largeur du tronçon annulaire (5.1, 5.2) de la deuxième couronne avec lequel le premier tronçon denté n'est pas en prise, de sorte que le premier tronçon denté de chaque premier satellite (6.1) soit en prise avec le premier tronçon annulaire (4.1) de la première couronne et le premier tronçon annulaire (5.1) de la deuxième couronne (5), le deuxième tronçon denté prise avec le première couronne, le premier tronçon denté de chaque deuxième satellite (6.2) soit en prise avec le deuxième tronçon annulaire (4.2) de la première couronne et le deuxième de chaque premier satellite (6.1) soit en 10 deuxième tronçon annulaire (4.2) de la tronçon annulaire (5.2) de la deuxième couronne (5), le 15 deuxième tronçon denté de chaque deuxième satellite (6.2) soit en prise avec le premier tronçon annulaire (4.1) de la première couronne.
3. Dispositif selon la revendication 1, dans le-quel la deuxième couronne (5) est mobile par rapport au 20 bâti (1) et la première couronne (4.1,
4.2) est fixe par rapport au bâti (1). 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la deuxième couronne (5) est fixe par rapport au bâti (1) et la première couronne extérieure (4.1, 25 4.2) est mobile par rapport au bâti (1).
5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les satellites (6.1,
6.2) sont supportés radiale-ment par des anneaux roulants. 6. Dispositif selon la revendication 1, 30 dans lequel les satellites (6.1, 6.2) sont supportés radialement par des pignons fous.
7. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un système de rattrapage de jeu.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans 35 lequel le système de rattrapage de jeu comprend unélément élastique reliant en rotation les deux tronçons (5.1, 5.2) de la deuxième couronne (5).
9. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le système de rattrapage de jeu comprend un élément élastique reliant en rotation deux tronçons du pignon solaire (3) engrenant pour l'un sur les premiers satellites (6.1) et pour les autres sur les deuxièmes satellites (6.2).
10. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le système de rattrapage de jeu comprend un élément élastique reliant en rotation deux tronçons (4.1, 4.2) de la première couronne.