FR3075898A1 - Arbre de transmission pour une turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un arbre de transmission (10) pour une turbomachine, comportant une première extrémité (11) comportant des premiers moyens d'accouplement (13) et une seconde extrémité (12) comportant des seconds moyens d'accouplement (13), et une zone médiane (15) située entre lesdites extrémités (11, 12), ladite zone médiane (15) comportant au moins une portion présentant une structure en treillis.
Description
ARBRE DE TRANSMISSION POUR UNE TURBOMACHINE
DOMAINE
[001] La présente invention concerne un arbre de transmission pour une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion.
CONTEXTE
[002] Le document FR 3 001 656 divulgue un système d’entraînement d’accessoires, illustré aux figures 1 et 2, pour une turbomachine d’aéronef, par exemple un turboréacteur d’avion.
[003] Une partie de la puissance générée par le turboréacteur est prélevée pour alimenter différents accessoires équipant le turboréacteur ou l’aéronef. Un tel prélèvement peut être réalisé mécaniquement sur l’arbre du corps haute pression de la turbomachine. Pour cela, le système d’entraînement d’accessoires 1 comporte un boîtier d’entraînement interne 2 entraîné par un pignon solidaire de l’arbre du corps haute pression. Le boîtier 2 est relié à un boîtier de renvoi d’angle 3, par un arbre de transmission 4, qui s’étend radialement au travers d’un bras 5 du carter intermédiaire de la turbomachine. Le boîtier de renvoi d’angle 3 est relié à un boîtier d’entraînement d’accessoires 6, également désigné par l’acronyme anglais A.G.B. (pour « Accessory Gear Box ») par l’intermédiaire d’un autre arbre de transmission 7 s’étendant parallèlement à l’axe de la turbomachine. Les arbres 4, 7 sont généralement tubulaires, au moins en partie. Le boîtier d’entraînement d’accessoires 6 entraîne différents accessoires, tels par exemple qu’un générateur, un démarreur, un alternateur, ou des pompes à carburant et à huile. Des plates-formes 8 de montage et d’entraînement de ces accessoires sont prévues sur ce boîtier 6 (figure 2).
[004] Les arbres de transmission doivent répondre à de nombreuses contraintes. Une première contrainte est la vitesse de rotation importante de la turbomachine, et donc également des arbres de transmission. Une deuxième contrainte est la réduction de l’encombrement des arbres de transmission, en particulier du diamètre de chaque arbre de transmission. Une troisième contrainte est la réduction de la masse du moteur et, plus spécifiquement, des arbres de transmission.
[005] La vitesse critique d’un arbre de transmission est la vitesse qui correspond à un maximum de l’amplitude des vibrations de flexion de l’arbre. C’est donc pour cette vitesse que les contraintes supportées par l’arbre seront maximales. Ils s’avèrent que les différentes contraintes précitées tendent à rapprocher le domaine de fonctionnement d’un arbre de transmission de la vitesse critique, ce qui induit : - une augmentation des efforts exercés par l’arbre de transmission sur les pièces annexes, tels par exemple que les roulements ou les carters, pouvant engendrer une détérioration prématurée de ces différents éléments, - une réduction des jeux entre les pièces tournantes et les pièces fixes, due notamment à la flèche de l’arbre de transmission au voisinage du premier mode de flexion, - une augmentation de la complexité et du temps de fabrication, une procédure particulière d’équilibrage de l’arbre de transmission pouvant être requise.
[006] Les arbres de transmission présentent généralement une structure tubulaire. La vitesse critique d’un arbre de transmission est fonction du rapport de sa raideur sur la masse de l’arbre. Par ailleurs, la raideur de l’arbre de transmission est fonction de son diamètre. Une rigidité théorique optimale peut être obtenue en prévoyant un diamètre important de l’arbre de transmission, ce qui permet d’augmenter la raideur, et une épaisseur faible, ce qui permet de réduire la masse. Cependant, comme indiqué précédemment, le fait de prévoir un arbre de transmission de grand diamètre est incompatible avec les exigences d’encombrement.
RESUME DE L’INVENTION
[007] L’ invention vise à remédier à ces inconvénients, de manière simple, fiable et peu onéreuse.
[008] A cet effet, elle propose un arbre de transmission pour une turbomachine, comportant une première extrémité comportant des premiers moyens d’accouplement et une seconde extrémité comportant des seconds moyens d’accouplement, et une zone médiane située entre lesdites extrémités, ladite zone médiane comportant au moins une portion présentant une structure en treillis.
[009] La structure en treillis forme un volume de matière qui est poreux ou ajouré dans lequel le matériau utilisé ne représente qu’une partie du volume total. Une telle structure permet de réduire de façon importante la masse ou la quantité de matériau utilisé, tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques. Une telle structure permet également d’éviter tout balourd lié à la présence d’huile au sein de l’arbre de transmission. En effet, en fonctionnement, l’huile migre vers l’extérieur du fait de la force centrifuge, au travers des pores formés par la structure en treillis.
[010] Une telle structure peut être obtenue par une méthode de fabrication additive, telle par exemple que le frittage sélectif par laser, FLS (également connu sous l’appellation anglo-saxonne « Sélective Laser Sintering », SLS). Un tel procédé de fabrication est utilisé pour créer des pièces en trois dimensions, couche par couche, à partir de poudres qui sont frittées ou fusionnées grâce à l'énergie d'un laser de forte puissance, tels par exemple qu’un laser CO2. Bien entendu, d’autres procédés de fabrication additive peuvent être utilisés.
[011] La zone médiane peut être tubulaire.
[012] En variante, la zone médiane peut comporter de la matière répartie sur toute la section de la zone médiane.
[013] En d’ autres termes, la zone médiane peut ne pas être tubulaire. La zone médiane peut alors comporter une structure en treillis sur toute sa section. Ceci permet de limiter la masse de l’arbre et donc d’optimiser la position de sa vitesse critique.
[014] Les premiers moyens d’accouplement et/ou les seconds moyens d’accouplement peuvent comporter au moins une zone pourvue de cannelures.
[015] La structure en treillis peut comporter au moins des premières lignes de matière en forme de spirales, les premières lignes étant décalées les unes par rapport aux autres selon l’axe de l’arbre de transmission, et des secondes lignes de matière en forme de spirales, les secondes lignes étant décalées les unes par rapport aux autres selon l’axe de l’arbre de transmission, les premières lignes de matière croisant les secondes lignes de matière. Ceci a pour avantage de limiter la masse tout en favorisant la tenue au chargement (couple) de l’arbre.
[016] La structure en treillis peut présenter un volume de matière compris entre 10% et 70%.
[017] L’ arbre de transmission peut comporter des canaux de lubrification. Lesdits canaux de lubrification peuvent également être réalisés lors de l’étape de fabrication additive. De même, cette étape peut également permettre la réalisation des cannelures.
[018] L’invention concerne également une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant au moins un arbre de transmission du type précité.
[019] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la figure 1 est une vue en coupe d’un système d’entraînement d’accessoires pour une turbomachine conformément à l’art antérieur ; la figure 2 est une vue en perspective d’une partie du système d’entraînement d’accessoires de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en perspective d’un axe de transmission selon une forme de réalisation de l’invention ; la figure 4 est une vue de détail d’une partie de la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE
[020] Les figures 3 et 4 illustrent un arbre de transmission 10 selon une forme de réalisation de l’invention. Cet arbre 10 est par exemple destiné à relier un boîtier d’entraînement interne et un boîtier de renvoi d’angle. Cet arbre 10 est alors orienté radialement par rapport à l’axe de la turbomachine. [021] L’ arbre de transmission d’effort 10 comporte une première extrémité 11 et une seconde extrémité 12, chaque extrémité 11, 12 comportant plusieurs zones comprenant des cannelures 13, lesdites zones étant décalées les unes des autres le long de l’axe A de l’arbre de transmission 10.
[022] L’arbre 10 comporte en outre des zones cylindriques 14 pouvant par exemple former des portées destinées au montage de paliers, tels que des roulements.
[023] L’arbre 10 comporte de plus une zone médiane 15, venant ou non de matière avec au moins l’une des zones d’extrémité 11, 12 de l’arbre 10. La zone médiane 15 est ici tubulaire et comporte une structure en treillis comprenant des premières lignes de matière 16 en forme de spirales, les premières lignes 16 étant décalées les unes par rapport aux autres selon l’axe A de l’arbre de transmission 10, et des secondes lignes de matière 17 en forme de spirales, les secondes lignes 17 étant décalées les unes par rapport aux autres selon l’axe A de l’arbre de transmission 10, les premières lignes de matière 16 croisant les secondes lignes de matière 17. La structure en treillis forme ainsi un motif régulier dont le volume de matière est compris entre 10 et 70%.
[024] Une telle structure peut être obtenue par une méthode de fabrication additive, telle par exemple que le frittage sélectif par laser, FLS (également connu sous l’appellation anglo-saxonne « Sélective Laser Sintering », SLS). Un tel procédé de fabrication est utilisé pour créer des pièces en trois dimensions, couche par couche, à partir de poudres qui sont frittées ou fusionnées grâce à l'énergie d'un laser de forte puissance, tels par exemple qu’un laser CO2. Bien entendu, d’autres procédés de fabrication additive peuvent être utilisés. La structure en treillis peut être réalisée en alliage de titane par exemple.
[025] L’ arbre de transmission 10, et en particulier la zone médiane 15, peut comporter des canaux de lubrification non représentés. Lesdits canaux de lubrification peuvent également être réalisés lors de l’étape de fabrication additive. De même, cette étape peut également permettre la réalisation des cannelures 13.
[026] Comme indiqué précédemment, une telle structure permet de réduire de façon importante la masse ou la quantité de matériau utilisé, tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques. Une telle structure permet également d’éviter tout balourd lié à la présence d’huile au sein de l’arbre de transmission 10. En effet, en fonctionnement, l’huile migre vers l’extérieur du fait de la force centrifuge, au travers des pores formés par la structure en treillis.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Arbre de transmission (10) pour une turbomachine, comportant une première extrémité (11) comportant des premiers moyens d’accouplement (13) et une seconde extrémité (12) comportant des seconds moyens d’accouplement (13), et une zone médiane (15) située entre lesdites extrémités (11, 12), ladite zone médiane (15) comportant au moins une portion présentant une structure en treillis.
- 2. Arbre de transmission (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone médiane (15) est tubulaire.
- 3. Arbre de transmission (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone médiane (15) comporte de la matière répartie sur toute la section de la zone médiane (15).
- 4. Arbre de transmission (10) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les premiers moyens d’accouplement et/ou les seconds moyens d’accouplement comportent au moins une zone pourvue de cannelures (13).
- 5. Arbre de transmission (10) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure en treillis comporte au moins des premières lignes de matière (16) en forme de spirales, les premières lignes étant décalées les unes par rapport aux autres selon l’axe (A) de l’arbre de transmission (10), et des secondes lignes de matière (17) en forme de spirales, les secondes lignes (17) étant décalées les unes par rapport aux autres selon l’axe (A) de l’arbre de transmission (10), les premières lignes de matière (16) croisant les secondes lignes de matière (17).
- 6. Arbre de transmission (10) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la structure en treillis présente un volume de matière compris entre 10% et 70%.
- 7. Arbre de transmission (10) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte des canaux de lubrification.
- 8. Turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant au moins un arbre de transmission (10) selon l’une des revendications 1 à 7.
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| CN112222400A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-01-15 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | 油气分离器用金属点阵材料结构、转动件及制造方法 |
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-
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