FR3123958A1 - Gearbox shaft resistant to bending stresses - Google Patents

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Abstract

L’invention se rapporte à un Arbre (1, 10, 20) de boite de vitesse comprenant au moins un perçage (3, 4, 24, 14) de lubrification, destiné à acheminer de l’huile depuis l’intérieur dudit arbre (1, 10, 20) vers un élément extérieur coopérant avec l’arbre (1, 10, 20). Selon l’invention, le perçage de lubrification (14, 24) présente une section transversale allongée et fermée. Figure pour l’abrégé : Fig.3The invention relates to a gearbox shaft (1, 10, 20) comprising at least one lubrication bore (3, 4, 24, 14), intended to convey oil from the inside of said shaft ( 1, 10, 20) towards an external element cooperating with the shaft (1, 10, 20). According to the invention, the lubrication bore (14, 24) has an elongated and closed cross section. Figure for abstract: Fig.3

Description

Arbre de boite de vitesse résistant à des contraintes de flexionGearbox shaft resistant to bending stresses

La présente invention concerne un arbre de boite de vitesse résistant à des contraintes de flexion.The present invention relates to a gearbox shaft resistant to bending stresses.

Actuellement, certains arbres de boite de vitesse ne respectent pas les critères numériques d’endurance souhaitée, notamment sur les cas de charge les plus importants de la boite de vitesse. Sur ces arbres, certains points faibles identifiés sur lesquels les contraintes de flexion exercées sont les plus fortes, correspondent à des perçages radiaux assurant la lubrification d’éléments mobiles de la boite de vitesse. Ces contraintes de flexion répétées au cours du temps, risquent de conduire à la rupture en fatigue de l’arbre de vitesse.Currently, some gearbox shafts do not meet the numerical criteria of desired endurance, in particular on the most important load cases of the gearbox. On these shafts, certain weak points identified on which the bending stresses exerted are the strongest, correspond to radial holes ensuring the lubrication of the moving parts of the gearbox. These repeated bending stresses over time risk leading to fatigue failure of the gear shaft.

Une solution pour diminuer les contraintes exercées sur ces perçages, consisterait à augmenter les sections résistives de ces arbres. Or l’architecture de ces arbres étant contrainte, cette solution est peu ou pas satisfaisante.One solution for reducing the stresses exerted on these holes would consist in increasing the resistive sections of these shafts. However, the architecture of these trees being constrained, this solution is little or not very satisfactory.

Un arbre de boite de vitesse selon l’invention est conçu de manière à faire baisser le niveau de contrainte de flexion exercée sur les perçages de lubrification.A gearbox shaft according to the invention is designed so as to lower the level of bending stress exerted on the lubrication holes.

L’invention a pour objet arbre de boite de vitesse comprenant au moins un perçage de lubrification, destiné à acheminer de l’huile depuis l’intérieur dudit arbre vers un élément extérieur coopérant avec l’arbre.The subject of the invention is a gearbox shaft comprising at least one lubrication hole, intended to convey oil from the inside of said shaft to an external element cooperating with the shaft.

Selon l’invention, le perçage de lubrification présente une section transversale allongée et fermée. De cette manière, un arbre de boite de vitesse selon l’invention ne possède plus de perçages de lubrification ayant une section transversale circulaire, comme c’est le cas actuellement sur les arbres existants. Les perçages d’un arbre de boite de vitesse selon l’invention peuvent par exemple avoir une section transversale de forme elliptique ou oblongue. Avantageusement, la section transversale de ces perçages possède deux axes de symétrie perpendiculaires passant chacun par le centre de ladite section. Avec des perçages ayant une section transversale possédant ce type de forme, il a été observé que les contraintes en flexion exercées sur ces perçages étaient fortement diminuées, entrainant un gain de durabilité important, typiquement compris entre 10% et 20%. Si l’arbre de boite de vitesse selon l’invention possédait plusieurs perçages de lubrification, ils auraient tous une section transversale allongée et fermée. L’arbre de boite de vitesse selon l’invention peut indifféremment être un arbre principal ou un arbre secondaire.According to the invention, the lubrication bore has an elongated and closed cross-section. In this way, a gearbox shaft according to the invention no longer has lubrication holes having a circular cross-section, as is currently the case on existing shafts. The bores of a gearbox shaft according to the invention may for example have a cross-section of elliptical or oblong shape. Advantageously, the cross section of these holes has two perpendicular axes of symmetry each passing through the center of said section. With holes having a cross section with this type of shape, it has been observed that the bending stresses exerted on these holes were greatly reduced, leading to a significant gain in durability, typically between 10% and 20%. If the gearbox shaft according to the invention had several lubrication holes, they would all have an elongated and closed cross section. The gearbox shaft according to the invention can either be a main shaft or a secondary shaft.

Selon une caractéristique possible de l’invention, la section transversale du perçage est définie par un grand axe matérialisant sa plus grande longueur et par un petit axe matérialisant sa plus grande largeur, lesdits deux axes étant perpendiculaires et passant par le centre de ladite section transversale. Avantageusement, le petit axe et le grand axe représentent des axes de symétrie de la section transversale.According to a possible characteristic of the invention, the cross section of the hole is defined by a major axis materializing its greatest length and by a minor axis materializing its greatest width, said two axes being perpendicular and passing through the center of said cross section. . Advantageously, the minor axis and the major axis represent axes of symmetry of the cross section.

Selon une caractéristique possible de l’invention, le perçage est disposé sur l’arbre de sorte que le grand axe de sa section transversale s’étende parallèlement à un axe longitudinal de l’arbre. Autrement dit, la section transversale du perçage s’étend le long d’un axe longitudinal de l’arbre de boite de vitesseAccording to a possible feature of the invention, the bore is arranged on the shaft so that the major axis of its cross section extends parallel to a longitudinal axis of the shaft. In other words, the cross section of the hole extends along a longitudinal axis of the gearbox shaft

Selon une caractéristique possible de l’invention, la section transversale du perçage a une forme elliptique. Cette configuration illustre un premier mode de réalisation préféré d’un arbre de boite de vitesse selon l’invention.According to a possible feature of the invention, the cross section of the bore has an elliptical shape. This configuration illustrates a first preferred embodiment of a gearbox shaft according to the invention.

Selon une caractéristique possible de l’invention, le rapport de la longueur du grand axe sur la longueur du petit axe est compris entre 1.2 et 1.5. Il s’agit d’une plage de valeur pour laquelle il a été observé une diminution significative des contraintes de torsion exercées sur les perçages.According to a possible characteristic of the invention, the ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis is between 1.2 and 1.5. This is a range of values for which a significant reduction in the torsional stresses exerted on the holes has been observed.

Selon une caractéristique possible de l’invention, le rapport est égal à 1.47. Cette valeur correspond en quelque sorte à une valeur idéale pour laquelle la diminution des contraintes exercées sur les perçages a été maximale, tout en maintenant opérationnel ledit arbre.According to a possible characteristic of the invention, the ratio is equal to 1.47. This value corresponds in some way to an ideal value for which the reduction in the stresses exerted on the bores has been maximal, while keeping said shaft operational.

Selon une caractéristique possible de l’invention, la section transversale du perçage a une forme oblongue, caractérisée par deux bords rectilignes parallèles et par deux bords semi-circulaires joignant lesdits deux bords rectilignes. Cette configuration illustre un deuxième mode de réalisation préféré d’un arbre de boite de vitesse selon l’invention.According to a possible feature of the invention, the cross section of the bore has an oblong shape, characterized by two parallel rectilinear edges and by two semi-circular edges joining said two rectilinear edges. This configuration illustrates a second preferred embodiment of a gearbox shaft according to the invention.

Selon une caractéristique possible de l’invention, le petit axe joint les deux bords rectilignes en étant perpendiculaire à ceux-ci et le grand axe joint les sommets des deux bords semi-circulaires en étant parallèle auxdits deux bords rectilignes, le rapport de la longueur dudit grand axe sur la longueur dudit petit axe étant compris entre 1.2 et 1.5.According to a possible characteristic of the invention, the minor axis joins the two rectilinear edges while being perpendicular thereto and the major axis joins the vertices of the two semi-circular edges while being parallel to said two rectilinear edges, the ratio of the length of said major axis along the length of said minor axis being between 1.2 and 1.5.

Selon une caractéristique possible de l’invention, l’arbre comprend deux perçages disposés le long dudit arbre, de sorte que leurs grands axes soient parfaitement alignés l’un sur l’autre.According to a possible characteristic of the invention, the shaft comprises two holes arranged along said shaft, so that their major axes are perfectly aligned with one another.

Selon une caractéristique possible de l’invention, l’arbre constitue un arbre secondaire de ladite boite de vitesse.According to a possible characteristic of the invention, the shaft constitutes a secondary shaft of said gearbox.

Un arbre de boite de vitesse selon l’invention présente l’avantage de pouvoir mieux absorber les contraintes de flexion auxquelles il est soumis durant une utilisation de la boite de vitesse, grâce à une modification judicieuse de ses perçages de lubrification, ne nécessitant aucune modification en profondeur dudit arbre. Il a de plus l’avantage de conserver la même géométrie et le même encombrement que ceux des arbres existants, lui permettant de se substituer sans aucune difficulté à ces arbres existants.A gearbox shaft according to the invention has the advantage of being able to better absorb the bending stresses to which it is subjected during use of the gearbox, thanks to a judicious modification of its lubrication holes, requiring no modification. in depth of said tree. It also has the advantage of retaining the same geometry and the same size as those of existing shafts, allowing it to replace these existing shafts without any difficulty.

On donne ci-après une description détaillée d’un mode de réalisation préféré d’un arbre de boite de vitesse selon l’invention, en se référant aux figures suivantes :A detailed description of a preferred embodiment of a gearbox shaft according to the invention is given below, with reference to the following figures:

représente une vue de côté d’un arbre secondaire de boite de vitesse selon l’état de la technique, shows a side view of a gearbox secondary shaft according to the state of the art,

représente une de côté d’une zone de l’arbre secondaire de la , montrant un perçage de lubrification, represents a side of a zone of the secondary shaft of the , showing a lubrication hole,

représente une vue de côté d’une zone d’un premier mode de réalisation préféré d’un arbre de boite de vitesse selon l’invention, montrant un perçage de lubrification de forme elliptique, shows a side view of a zone of a first preferred embodiment of a gearbox shaft according to the invention, showing an elliptical-shaped lubrication hole,

représente une vue en perspective agrandie du perçage de lubrification de l’arbre de la , shows an enlarged perspective view of the shaft lubrication hole of the ,

représente une vue de côté d’une zone d’un deuxième mode de réalisation préféré d’un arbre de boite de vitesse selon l’invention, montrant un perçage de lubrification de forme oblongue, shows a side view of a zone of a second preferred embodiment of a gearbox shaft according to the invention, showing an oblong lubrication hole,

représente une vue en perspective agrandie du perçage de lubrification de l’arbre de la . shows an enlarged perspective view of the shaft lubrication hole of the .

En se référant à la , un arbre secondaire 1 d’une boite de vitesse selon l’état de la technique, comprend schématiquement un corps 2 creux allongé, possédant deux perçages 3, 4 de lubrification. Ces deux perçages de lubrification 3, 4 relient un espace interne du corps creux 2, et l’extérieur dudit corps creux 2, pour permettre le passage d’une huile destinée à lubrifier toutes les pièces en mouvement gravitant autour de cet arbre secondaire 1 dans la boite de vitesse.By referring to the , a secondary shaft 1 of a gearbox according to the state of the art, schematically comprises an elongated hollow body 2, having two holes 3, 4 for lubrication. These two lubrication holes 3, 4 connect an internal space of the hollow body 2, and the exterior of said hollow body 2, to allow the passage of an oil intended to lubricate all the moving parts gravitating around this secondary shaft 1 in the gearbox.

En se référant à la , les deux perçages 3, 4 de lubrification ont chacun une section transversale circulaire.By referring to the , the two lubrication bores 3, 4 each have a circular cross-section.

Dans la boite de vitesse, cet arbre secondaire 1 est fixé à ces deux extrémités, considérées suivant un axe longitudinal dudit arbre 1, par des moyens de fixation comportant des roulements à billes. Au sein de la boite de vitesse, cet arbre secondaire 1 est soumis, de façon répétée, à de fortes contraintes de flexion lorsque cette boite de vitesse est utilisée. Or, certains éléments de cet arbre secondaire 1 sont particulièrement sensibles à ces contraintes de flexion, parmi lesquels les perçages de lubrification 3, 4. En effet, la contrainte de flexion au niveau de ces perçages 3, 4 est élevée. De cette manière, en étant soumis à une telle contrainte de flexion de façon répétée, les perçages de lubrification 3, 4 risquent de se dégrader assez rapidement au cours du temps, rendant ledit arbre secondaire 1 inopérant.In the gearbox, this secondary shaft 1 is fixed at these two ends, considered along a longitudinal axis of said shaft 1, by fixing means comprising ball bearings. Within the gearbox, this secondary shaft 1 is repeatedly subjected to strong bending stresses when this gearbox is used. However, certain elements of this secondary shaft 1 are particularly sensitive to these bending stresses, including the lubrication holes 3, 4. Indeed, the bending stress at the level of these holes 3, 4 is high. In this way, by being repeatedly subjected to such a bending stress, the lubrication holes 3, 4 risk degrading quite rapidly over time, rendering said secondary shaft 1 inoperative.

Afin de pouvoir remédier à ce problème de contraintes de flexion élevées exercée sur les perçages de lubrification 3, 4 circulaires, un arbre secondaire 10, 20 de boite de vitesse selon l’invention, met en œuvre des perçages de lubrification ayant chacun une section transversale fermée et allongée.In order to be able to remedy this problem of high bending stresses exerted on the circular lubrication holes 3, 4, a secondary shaft 10, 20 of a gearbox according to the invention implements lubrication holes each having a cross section closed and elongated.

En se référant aux figures 3 et 4, un premier mode de réalisation préféré 10 d’un arbre de boite de vitesse selon l’invention, comprend au moins un perçage de lubrification 14 dont la section transversale a une forme elliptique. Cette section transversale est définie classiquement par un grand axe D et par un petit axe d, lesdits deux axes d, D étant perpendiculaires et passant par le centre de la section transversale. Le grand axe D matérialise la plus grande longueur de la section transversale et le petit axe d matérialise la plus grande largeur de ladite section. Le petit axe et le grand axe représentent des axes de symétrie de la section transversale. De façon avantageuse, le rapport de la longueur du grand axe D sur la longueur du petit axe d est compris entre 1.2 et 1.5, et de façon encore plus avantageuse est égal à 1.47. Le perçage 14 de lubrification est disposé sur l’arbre 10 de boite de vitesse de sorte que son grand axe D s’étende parallèlement à un axe longitudinal dudit arbre 10. Dans le cas où l’arbre 10 de boite de vitesse possèderait plusieurs perçages 14 de lubrification, ceux-ci seraient préférentiellement orientés sur ledit arbre 10 de sorte que leurs grands axes D soient parallèles à un axe longitudinal de cet arbre 10. Grâce à la forme particulière de la section transversale de ces perçages de lubrification 14, on observe une diminution de la contrainte de flexion s’exerçant sur lesdits perçages 14. Pour ce premier mode de réalisation préféré d’un arbre 10 de boite de vitesse selon l’invention, on obtient un gain en durabilité de l’ordre de 20%, par rapport à des perçages de section transversale circulaire.Referring to Figures 3 and 4, a first preferred embodiment 10 of a gearbox shaft according to the invention comprises at least one lubrication bore 14 whose cross section has an elliptical shape. This cross section is conventionally defined by a major axis D and by a minor axis d, said two axes d, D being perpendicular and passing through the center of the cross section. The major axis D materializes the greatest length of the cross section and the minor axis d materializes the greatest width of said section. The minor axis and the major axis represent axes of symmetry of the cross section. Advantageously, the ratio of the length of the major axis D to the length of the minor axis d is between 1.2 and 1.5, and even more advantageously is equal to 1.47. The lubrication hole 14 is arranged on the gearbox shaft 10 so that its major axis D extends parallel to a longitudinal axis of said shaft 10. In the case where the gearbox shaft 10 would have several holes 14 of lubrication, these would preferably be oriented on said shaft 10 so that their major axes D are parallel to a longitudinal axis of this shaft 10. Thanks to the particular shape of the cross section of these lubrication holes 14, one observes a decrease in the bending stress exerted on said holes 14. For this first preferred embodiment of a gearbox shaft 10 according to the invention, a gain in durability of the order of 20% is obtained, relative to holes of circular cross-section.

En se référant aux figures 5 et 6, un deuxième mode de réalisation préféré 20 d’un arbre de boite de vitesse selon l’invention, comprend au moins un perçage de lubrification 24 dont la section transversale a une forme oblongue. Une telle section transversale est délimitée par deux bords rectilignes 25, 26 parallèles et par deux bords 27, 28 semi-circulaires joignant lesdits deux bords rectilignes 25, 26. Cette section transversale est classiquement définie par un grand axe D’ joignant les sommets des deux bords semi-circulaires 27, 28 et par un petit axe d’ joignant les deux bords rectilignes 25, 26, en étant perpendiculaire à ceux-ci. Lesdits deux axes d’, D’ sont perpendiculaires et passent par le centre de la section transversale. Ils définissent deux axes de symétrie de la section transversale. De façon avantageuse, le rapport de la longueur du grand axe D’sur la longueur du petit axe d’est compris entre 1.2 et 1.5, et de façon encore plus avantageuse est égal à 1.47. Le perçage 24 de lubrification est disposé sur l’arbre 20 de boite de vitesse de sorte que son grand axe D’ s’étende parallèlement à un axe longitudinal dudit arbre 20. Dans le cas où l’arbre 20 de boite de vitesse possèderait plusieurs perçages 24 de lubrification, ceux-ci seraient orientés sur ledit arbre 20 de sorte que leurs grands axes D’soient parallèles à un axe longitudinal de cet arbre 20. Grâce à la forme particulière de la section transversale de ces perçages de lubrification 24, on observe une diminution de la contrainte de flexion qui s’exerce sur lesdits perçages 24. Pour ce deuxième mode de réalisation préféré d’un arbre 20 de boite de vitesse selon l’invention, on obtient un gain en durabilité de 16% par rapport à des perçages de section transversale circulaire.Referring to Figures 5 and 6, a second preferred embodiment 20 of a gearbox shaft according to the invention comprises at least one lubrication bore 24 whose cross section has an oblong shape. Such a cross section is delimited by two rectilinear parallel edges 25, 26 and by two semi-circular edges 27, 28 joining said two rectilinear edges 25, 26. This cross section is conventionally defined by a major axis D′ joining the vertices of the two semi-circular edges 27, 28 and by a minor axis of joining the two rectilinear edges 25, 26, being perpendicular thereto. Said two axes d', D' are perpendicular and pass through the center of the cross-section. They define two axes of symmetry of the cross section. Advantageously, the ratio of the length of the major axis D′ to the length of the minor axis d is between 1.2 and 1.5, and even more advantageously is equal to 1.47. The lubrication hole 24 is arranged on the gearbox shaft 20 so that its major axis D' extends parallel to a longitudinal axis of said shaft 20. In the case where the gearbox shaft 20 would have several lubrication holes 24, these would be oriented on said shaft 20 so that their major axes D' are parallel to a longitudinal axis of this shaft 20. Thanks to the particular shape of the cross section of these lubrication holes 24, observes a decrease in the bending stress exerted on said holes 24. For this second preferred embodiment of a gearbox shaft 20 according to the invention, a gain in durability of 16% is obtained compared to holes of circular cross section.

Un arbre 1, 10, 20 selon l’invention peut par exemple constituer un arbre primaire ou un arbre secondaire d’une boite de vitesse.A shaft 1, 10, 20 according to the invention can for example constitute a primary shaft or a secondary shaft of a gearbox.

Claims (10)

Arbre (1, 10, 20) de boite de vitesse comprenant au moins un perçage (3, 4, 24, 14) de lubrification, destiné à acheminer de l’huile depuis l’intérieur dudit arbre (1, 10, 20) vers un élément extérieur coopérant avec l’arbre (1, 10, 20), caractérisé en ce que le perçage de lubrification (14, 24) présente une section transversale allongée et fermée.Gearbox shaft (1, 10, 20) comprising at least one lubrication bore (3, 4, 24, 14), intended to convey oil from the inside of said shaft (1, 10, 20) to an external element cooperating with the shaft (1, 10, 20), characterized in that the lubricating bore (14, 24) has an elongated and closed cross-section. Arbre de boite de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du perçage (14, 24) est défini par un grand axe (D, D’) matérialisant sa plus grande longueur et par un petit axe (d, d’) matérialisant sa plus grande largeur, et en ce que lesdits deux axes sont perpendiculaires et passent par le centre de ladite section transversale.Gearbox shaft according to Claim 1, characterized in that the cross section of the bore (14, 24) is defined by a major axis (D, D') materializing its greatest length and by a minor axis (d, d ') materializing its greatest width, and in that said two axes are perpendicular and pass through the center of said cross section. Arbre de boite de vitesse selon la revendication 2, caractérisé en ce que le perçage (14, 24) est disposé sur l’arbre (10, 20), de sorte que le grand axe (D, D’) de sa section transversale s’étende parallèlement à un axe longitudinal de l’arbre (10, 20).Gearbox shaft according to Claim 2, characterized in that the bore (14, 24) is arranged on the shaft (10, 20), so that the major axis (D, D') of its cross section is extends parallel to a longitudinal axis of the shaft (10, 20). Arbre de boite de vitesse selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la section transversale du perçage (14) a une forme elliptique.Gearbox shaft according to any one of Claims 2 or 3, characterized in that the cross section of the bore (14) has an elliptical shape. Arbre de boite de vitesse selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport de la longueur dudit grand axe (D) sur la longueur dudit petit axe (d) est compris entre 1.2 et 1.5.Gearbox shaft according to Claim 3, characterized in that the ratio of the length of the said major axis (D) to the length of the said minor axis (d) is between 1.2 and 1.5. Arbre de boite de vitesse selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport est égal à 1.47.Gearbox shaft according to Claim 5, characterized in that the ratio is equal to 1.47. Arbre de boite de vitesse selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la section transversale du perçage (24) a une forme oblongue, caractérisée par deux bords rectilignes (25, 26) parallèles et par deux bords semi-circulaires (27, 28) joignant lesdits deux bords rectilignes (25, 26).Gearbox shaft according to any one of Claims 2 or 3, characterized in that the cross section of the bore (24) has an oblong shape, characterized by two rectilinear edges (25, 26) parallel and by two semi-circular edges. circular (27, 28) joining said two rectilinear edges (25, 26). Arbre de boite de vitesse selon la revendication 7, caractérisé en ce que le petit axe (d’) joint les deux bords rectilignes (25, 26) en étant perpendiculaire à ceux-ci et le grand axe (D’) joint les sommets des deux bords semi-circulaires (27, 28) en étant parallèle auxdits deux bords rectilignes (25, 26), et en ce que le rapport de la longueur dudit grand axe (D’) sur la longueur dudit petit (d’) axe est compris entre 1.2 et 1.5.Gearbox shaft according to Claim 7, characterized in that the minor axis (d') joins the two rectilinear edges (25, 26) while being perpendicular thereto and the major axis (D') joins the vertices of the two semi-circular edges (27, 28) being parallel to said two rectilinear edges (25, 26), and in that the ratio of the length of said major axis (D') to the length of said minor axis (d') is between 1.2 and 1.5. Arbre de boite de vitesse selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend deux perçages (14, 24) disposés le long dudit arbre (10, 20), de sorte que leurs grands axes (D, D’) soient parfaitement alignés l’un sur l’autre.Gearbox shaft according to any one of Claims 1 to 8, characterized in that it comprises two bores (14, 24) arranged along the said shaft (10, 20), so that their major axes (D, D') are perfectly aligned with each other. Arbre de boite de vitesse selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il constitue un arbre secondaire de ladite boite de vitesse.Gearbox shaft according to any one of Claims 1 to 9, characterized in that it constitutes a secondary shaft of the said gearbox.
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