Brevet FR2135670A1 — publié le 19721222

i 2135670 L'intérêt des hélices marines à pas variable est largement reconnu» mais jusqu'à présent on n'en a fait qu'un usagé limité par suite des dimensions» du poids et de la complexité des éléments mécaniques qui leurs sont nécessaires pour remplir leurs 5 fonctions. Le moyeu d'une hélice à pas variable doit être supporté par les paliers de l'arbre de l'hélice ; de ce fait» son poids et la distance dont il oblige à éloigner les pales des paliers peuvent imposer des charges excessives à 1'ensemble de l'arbre. A moins que le mécanisme du moyeu commande le pas de 10 l'hélice rigidement et avec précision» il en résulte une inégalité des forces de poussée qui provoque des difficultés de commande aussi bien qu*une augmentation de l'usure. Par conséquent» une commande robuste doit s'accompagner de poids;et de dimensions minimaux. 15 Parmi les diverses commandes de pas» le type le plus utilisé est un mécanisme de moyeu» relativement encombrant et lourd» qui fait vafier le pas des pales de l'hélice en déplaçant vers l'avant et vers l'arrière un arbre horizontal central» dont le déplacement agit sur des bras pour faire tourner les pales autour 20 de leurs axes de commande de pas. Les tolérances de fabrication inévitables dans un tel mécanisme permettent des variations indésirables dans l'orientation angulaire des pales. L'invention» brièvement décrite» sans limiter pour autant son champ d'application» est caractérisée par un carter de moyeu» 25 particulièrement compact» de préférence coulé d'une seule pièce en utilisant un modèle en polystyrène vaporisable composé de plusieurs parties de modèles pour fournir "les divers logements de palierset les autres éléments qui seront décrits ci—après. La paroi extérieure ronde de ce carter de moyeu possède des par-30 ties annulaires en forme de coupelles» dirigées vers l'intérieur» qui portent les logements des paliers extérieurs des axes des pales et les surfaces annulaires orientées vers l'intérieur de ces parties en forme de coupelles subissent les poussées .centrifuges . 35 Un second jeu intérieur de logements pour les axes de pales est formé dans un noyau central creux qui s'étend vers l'arrière suivant l'axe central du moyeu à partir d'une partie antérieure» en forme de plaque» de la pièce coulée constituant le moyeu. Des paliers sont montés dans ces logements et suppor-40 tent les extrémités intérieures des axes de pales dont les extré 72 16269 2 2135670 mités extérieures» auxquelles sont vissées les embases des pales proprement dites» sont supportées par des paliers logés dans les parties en forme de coupelles. La commande de l'angle de pas des axes de pales est effec-5 tuée par l'intermédiaire de collerettes» orientées vers 1*extérieur». des paliers intérieurs* qui appliquent aussi les poussées centrifuges aux surfaces annulaires» orientées vers l'intérieur» des parties en forme de coupelles. Chaque collerette porte un secteur denté qui engrène avec une vis hélicoïdale tan-10 gente du type à surface enveloppe conique» montée sur un arbre dont l'axe est parallèle à l'axe central du moyeu. Chacun de ces arbres est supporté». vers l'avant» par un palier monté dans la partie*en forme de plaque du carter et» vers l'arrière» par un palier supporté par une pièce en forme de bride postérieure di-15 rigée vers l'intérieur. Des roues dentées prévues aux extrémités postérieures de ces arbres engrènent avec un pignon central» entraîné par un engrenage réducteur du type à entraînement harmonique qui est monté a l'extrémité postérieure de la partie du carter en forme 20 de noyau creux. La cavité du noyau contient un moteur rotatif qui entraîne le dispositif d'entraînement harmonique ; un tel moteur est de préférence du type hydraulique. Son arbre central s'étend vers l'avant jusqu'à un accouplement cannelé avec une tige de; commande alignée» disposée à l'intérieur de l'arbre de 25 l'hélice» pour servir de capteur de position et aussi de commande manuelle de secours. L'invention est expliquée plus en détail ci-après» à l'aide d'un de ses modes préférentiels de réalisation» pris à titre illustratif mais nullement limitatif» en se référant aux dessins 33 annexés dans lesquels : - la figure 1 montre en coupe» suivant un plan central vertical allant de l'avant à l'arrière» un moyeu d'hélice à pas variable conforme à l'invention monté sur un arbre d'hélice» représenté en trait interrompu» 35 — la figure 2 montre» vu de l'arrière» la pièce de fonderie constituant le carter de moyeu utilisé», la partie de droite étant «ne coupe à travers les logements de paliers des axes de pales» de la figure 1» - la figure 3 est une vue de l'arrière du mécanisme de la fi-4D gûre 1 une fois assemblé» partie en élévation et partie en 72 16269 3 2135670 coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1« et - la figure 4 est une vue partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 3. Un moyeu d'hélice à pas variable» réalisé conformément à 5 l'invention» est représenté en coupe sur la figure 1-. Les lignes en trait interrompu» à la droite de cette figure » montrent un arbre d'hélice creux classiquè b_ qui se termine par une bride de montage d^ à laquelle le moyeu est fixé par des vis.f_,disposées suivant un cercle.Une plaque de fermeture ç[ en forme de disque» 10 vissée à travers l'extrémité postérieure de la cavité de l'arbre b» contient un manchon central h.. Dans ce manchon est montée l'extrémité postérieure intérieurement cannelée» d'une tige centrale ]c qui s'étend vers- l'avant a travers 4'arbre creux b et est utilisée comme capteur de pas et comme commande manuelle 15 de secours» ainsi qu'on le décrira ci-après. Sur "la plaque ç[ sont aussi montées des raccords £ à débranchement rapide» pour des tuyaux souples çj_ qui conduisent de l'air et de l'huile sous pression à travers l'arbre creux b_. A l'arrière du mécanisme de moyeu représenté sur la gauche de la figure 1 est monté un caré-20 nage conique classique t.» Le moyeu conforme à l'invention est constitué par un carter compact» dont l'ensemble a été désigné par lO. Il comporte plusieurs éléments relativement complexes décrits ci-après ; toutefois on peut le couler d'une seule pièce en utilisant un 25 noyau vaporisable» constitué de pièces en polystyrène auxquelles se substitue le métal fondu au fur et à mesure qu'il vaporise ces pièces. Cette technique est largement utilisée depuis quelques temps. Le carter 10 est une pièce de fonderie creuse constituant 30 le moyeu» de forme à peu près cylindrique ou en tonneau» formé autour d'un axe central Sa pâroi extérieure ronde 12 est évidée en constituant des parties 13 en forme de coupelles. Chacune d'elles commence par une paroi cylindrique 14 dans laquelle est logée l'embase 15 située à la racine 16 d'une pale 35 d'hélice interchangeable» dont une partie est représentée sur la figure 1. Du côté intérieur de la paroi cylindrique 14» la base de chaque partie 13 en forme de coupelle comporte une surface 17 retenant un joint annulaire d'étanchéité ; du côté intérieur de cette surface 17» il est ménagé un logement 18 pour le 40 premier palier» ou palier extérieur» de l'axe de pale ; vers 72 16269 4 2135670 l'intérieur de ce logement 18, il est prévu une ouverture centrale 19 de la partie 13 comme on le voit sur les figures 1 et 2. Des surfaces annulaires 20, orientées vers l'intérieur et disposées autour des ouvertures centrales 19 des parties en forme 5 de coupelles 13, absorbent les poussées centrifuges des pales» comme on le décrira ci-après. Ces éléments de la pièce moulée 10 sont usinés de manière à définir des axes radiaux de changement de pas z-z, régulièrement répartis autour de l'axe central Dans Ie mode de réalisation représenté, il est prévu 10 cinq parties 13 en forme de coupelles, espacées de 72°chacune. Pour permettre l'élingage» en vue de monter l'assemblage du moyeu et de ses pales sur la bride d_ de l'arbre d'hélice b_, des- rainures circonférentielles 22, destinées à recevoir des élingues» sont prévues sur la paroi extérieure 11 du carter K>, vers, 15 et au voisinage immédiat de ses bords antérieur et postérieur mais à l'écart de ces bords. Après montage du carter» les rainures 22 sont remplies de bandes de remplissage 23, montées au moyen de vis comme le montre la figure 1. A son extrémité antérieure» la pièce de fonderie consti-20 tuant le carter 10 comporte une partie antérieure en forme de plaque, dont l'ensemble a été désigné par 24, comme on le voit bien sur les figures 1 et 2. Sa partie plus épaisse 25, située radialement à l'extérieur est taraudée, du côté postérieur, pour ■ recevoir les vis de montage _f. Vers l'intérieur radiale— 25 ment, mais à une certaine distance de l'axe central j£-y» la partie en forme de plaque 24 se termine par une partie en faisant partie intégrante et constituant un noyeu central creux dirigé vers l'arrière» partie dont l'ensemble a été désigné par 26. Dans le mode de réalisation représenté ici, ce noyau 3 0 26 comporte cinq faces, perpendiculaires aux axes radiaux z-z. Chacune d'elles est alésée» dans la partie en forme de coupelle 13, et vers l'extérieur de celle-ci» pour fournir un second logement 27, pour le palier intérieur de l'axe de pale, présentant une ouverture intérieure et inférieure 28. 35 Vers l'arrière de la pièce de fonderie constituant le car ter lO se trouve une partie postérieure en forme de bride dirigée vers l'intérieur» partie désignée dans son ensemble par 30, d'où cinq bossages 31 font saillie assez loin vers l'intérieur. Sur ses faces antérieure et postérieure» chaque bossage 31 40 possède deux logements de paliers 32 dont les axes sont parai- 72 16269 5 2135670 lèles à l'axe central y-y et sont espacés angulairement autour de cet axe central et placés entre les parties eh forme de coupelles 13» dirigées vers l'intérieur du carter 10* A l'alignement des logements de paliers 32» il est prévu des logements 5 de paliers antérieurs 33 dans la partie de paroi antérieure plus épaisse 25, comme on le voit sur la figure 1 et à droite de la figure 2. Ces logements de paliers 33 sont percés par un outil traversant les logements de paliers 32 de la bride postérieure 30 et à l'alignement de ceux-ci. 10 A l'intérieur de la cavité du noyau central 26. à une cour te distance en arrière de sa face antérieure et en faisant partie intégrante, il est prévu une paroi séparatrice 34 munie d'un trou central suralésé 35 disposé sur l'axe laquelle paroi est ménagé au moulage un passage annulaire de distribu— 15 tion d'air 36. Une ouverture d'entrée d'air 37 donnant accès au passage 36 est percée dans la surface antérieure de la paroi séparatrice 34 ; sur sa surface postérieure sont percées plusieurs ouvertures de sortie d'air 38» une par axe de pale» comme on le décrira plus loin. 20 Des pales d'hélice interchangeables» dont les régions des racines 16 sont représentées sur les figures 1 et 3» présentent» d'une manière classique» des embases 15 de section circulaire» arrondies sur une certaine profondeur» pour s'adapter à la paroi extérieure du carter de moyeu 10. Chaque surface inférieure 2 5 de ces embases comporte une surface annulaire extérieure d'étan- chéité 40» orientée vers le bas» une partie annulaire intérieure évasée 41 qui est vissée sur l'axe de pale de la manière décrite ci-dessous» et une partie axiale de centrage 42 faisant saillie vers l'intérieur. Un alésage axial 43 traverse axialement 30 la partie de centrage 42 pour faire communiquer la région de la racine de la pale 16 avec un passage d'air de bord d'attaque 44. A son extrémité intérieure» l'alésage 43 est agencé pour recevoir un dispositif de raccordement d'air à débranchement rapide» qui est décrit ci-dessous. 3 5 L'espace entre la surface annulaire d'étanchéité 40 de l'embase et la surface 17 en forme de coupelle correspondante 17, située en dessous, est rempli par un joint annulaire en élastomère relativement plat 45» destiné- à empêcher l'eau de pénétrer dans les paliers et dans le mécanisme.intérieur. Vers 40 l'intérieur, radialement» du joint 45 et dans: chaque partie 13 72 16269 e 2135670 en forme de coupelle est disposée la bride extérieure 46 d'un axe de pale désigné dans son ensemble par 47 ; cette bride 46 est percée et taraudée pour recevoir des vis servant au montage de l'embase de pale 15. L'axe 47 est creux î la région extérieure 5 de sa cavité reçoit la partie de centrage saillante 42 de l'embase . Vers l'intérieur» radialement» de sa bride 46, la surface extérieure de l'axe 47 comporte un premier épaulement de palier 48 ; autour de cet épaulement est monté un premier palier d'axe, 10 ou palier extérieur 49, qui repose dans le premier logement de palier 18 de la partie 13 en forme de coupelle du carter 10. L'axe 46 se prolonge vers l'intérieur par une partie tubulaire 50, dont une partie présente des rainures mortaisées 51 et porte une collerette 52, ainsi qu'on le décrira ci-après. Vers l'inté-15 rieur, radialement» de la partie ainsi rainurée» la partie tubulaire 50 de l'axe 46 possède un filetage extérieur 53 sur lequel est monté un écrou 54. Comme on le voit sur le côté droit de la figure 3» la partie tubulaire 50 se termine par un second épaulement de palier intérieur 55 sur lequel est monté un second 20 palier intérieur d'axe 56» placé à l'intérieur du logement 27. Dans ces conditions, les flexions de la pale sont absorbées par les paliers extérieur et intérieur 48 et 56» situés à une certaine distance l'un de l'autre» respectivement dans la partie 13 en forme de coupelle et dans la partie en forme de noyau 26. 25 Au voisinage de l'extrémité extérieure de la cavité de l'axe 47 et à distance vers l'intérieur de la partie de centrage de l'embase de pale, est disposée une monture 57 en forme de disque pour un raccord d'air 58 du type à débranchement rapide» qui est relié d'une manière classique à la partie de pale 15 et qui 30 débouche dans le passage d'air 44 du bord d'attaque de pale lorsque l'embase de pale 15 est montée sur l'axe 47. Un tube à air 59 relié le raccordd'air 58 à l'une des ouvertures de distribution d'air 38, comme on le voit sur les figures 1 et 3. Sur la surface supérieure de la collerette 52 repose un 35 palier de butée centrifuge 60 qui porte contre la surface intérieure annulaire 20 de la partie 13 en forme de coupelle de la pièce de fonderie 10. La force centrifuge exercée par la rotation des pales d'hélice sur leur axe 47 est transmise par 1'écrou 54» par une entretoise 61 disposée sur cet écrou et 40 ensuite par la collerette 52' et le palier de butée» pour être 72 16269 7 2135670 finalement absorbée par la surface intérieure 20 de la partie 13 en forme de coupelle. La commande de changement de pas de l'hélice est effectuée de la manière suivante. Autour d'une partie de la circonférence 5 de la collerette 52 est prévue une languette saillante 63» dirigée vers l'extérieur» qui en fait partie intégrante. Sur cette languette 63 est montée» à l'aide de boulons» comme on le voit sur la figure 4, la bride.intérieure 64 d'un secteur denté 65 qui engrène avec une vis hélicoïdale tangente 66. Ils constituent 10 un engrenage à vis tangente du type à surface enveloppe conique. Comme on le voit sur la figure 4, ce type d'engrenage assure un contact d'engrènement sur toute l'étendue d'un angle de 45°» de sorte que les contraintes et l'usure se trouvent réduites ; cet agencement élimine le jeu qui existe dans les mécanismes de 15 changement de pas qui utilisent des biellettes articulées. La vis hélicoïdale 66 est montée sur un arbre 67, allant de l'avant à l'arrière» dont l'extrémité antérieure» comme on le voit sur la figure 1» est supportée par un palier 68 situé dans le logement de palier antérieur 33. L'extrémité postérieure de l'arbre 20 67 traverse le bossage à bride 31 et est supportée en cet endroit par un palier à galets coniques 68 et un palier à billes 69 montés dans la paire de logements 32 respectivement en avant et en arrière du bossage 31. A l'arrière du palier 69, une roue dentée droite 70 est montée sur l'arbre 67. 25 La commande de la totalité des roues dentées droites 70 est exercée au moyen d'un pignon central de grand diamètre 71 dont la partie centrale 72 sert de sortie à un engrenage réducteur du type à entraînement harmonique, désigné dans son ensemble par 73. En son centre le pignon, central 71 est supporté par un pa-30 lier 74 sur l'arbre central 76 de l'engrenage réducteur» concen-triquement à l'axe A l'arbre 76 est fixé» en avant du pi gnon central 71, un organe d'entraînement elliptique 77. Son pourtour extérieur» radialement» 78 tourne contre une cage flexible 79, qui renferme des billes et qui remplit l'extrémité 35 antérieure d'un carter d'entraînement flexible 80» dont la forme au repos est celle d'un cylindre creux» mais dont la flexibilité lui permet de prendre une forme bombée.elliptique par déformation. A son extrémité postérieure» le carter 80 est fixé, par des boulons 81» disposés en cercle, sur la partie céntrale72 du 40 pignon central 71. Sur la surface extérieure de son'extrémité 72 16269 8 2135670 antérieure» le carter flexible 80 comporte une denture extérieure 82. Lorsque l'élément elliptique d'entraînement 77 tourne et déforme progressivement la cage 79 et le carter 80» sa denture extérieure 82 est entraînée vers l'extérieur pour engrener 5 avec la denture intérieure 83 d'une couronne dentée fixe 84 qui l'entoure et qui est montée par des vis sur la surface postérieure du noyau central 26 de la pièce de fonderie 10. Du fait que le carter 80 porte moins de dents 82» il sera mis en rotation relativement lentement. 10 L'arbre central 76.de l'engrenage réducteur est le prolon gement vers l'arrière de l'arbre d'un moteur rotatif hydraulique 85 monté à 1 * intérieur de la cavité,du noyau central 26 et à l'arrière de la paroi séparatrice 34. Le moteur 85 est alimenté par deux tubes à huile 86 qui traversent la paroi sépara-15 trice 34 et qui sont reliés à des raccords à débranchement rapide 87, lesquels sont montés sur une plaque 88 logée à l'extrémité antérieur de la cavité du noyau 26. Un raccord à débranchement rapide analogue 89, pour de l'air comprimé» est également monté sur la plaque 88 et est relié par un tube 90 à 20 l'ouverture d'entrée d'air 37 du passage distributeur 36. Lorsque de l'huile est refoulée dans le moteur 85, l'arbre 76 de celui-ci fait tourner l'élément elliptique d'entraînement 77 relativement vite» ce qui fait tourner le carter 80 d'une manière relativement lente» et fait tourner par conséquent le 25 pignon central 71. Un tel mouvement d'entraînement harmonique classique produit une forte réduction du mouvement de rotation entre le moteur 85 et les roues dentées droites 70 montées aux extrémités des arbres parallèles 67. Chacun de ceux-ci entraîne une roue hélicoïdale tangente 66 qui fait tourner un 30 secteur denté 65 à une vitesse encore plus faible» ce qui augmente le couple et donne au système une certaine irréversibilité. Par conséquent» le moteur 85 exerce une commande très précise de faibles variations dans la position angulaire des axes de-pales 47. 35 L'extrémité antérieure 92 de l'arbre 76 du moteur présente des cannelures extérieures 93 qui s'engagent axialement dans l'extrémité de la tige le qui traverse la cavité de l'arbre d'hélice b_. Un appareillage électrique ou électronique classique mesure la rotation de la tige le pour mesurer avec précision 4 0 les positions angulaires des axes de pales 47. En outre» si le 72 16269 9 2135670 moteur rotatif 85 venait à tomber en panne» on pourrait faire tourner la tige jfc» par son extrémité antérieure» pour entraîner l'arbre 76 du moteur dans l'un ou l'autre sens ; on obtiendrait ainsi un procédé de secours pour commander le pas de l'hélice. 5 La compacité du carter 10* qui permet de réduire au mini mum la distance de la bride ci à l'axe radial z-z des pales 47, diminue le couple de flexion que l'hélice exerce sur l'arbre b et les effets de tout déséquilibre. Les axes 67 des arbres des vis hélicoïdales sont disposés» comme le montre la figure 3* à lO égales distances entre les parties 13 en forme de coupelles et les secteurs dentés 65 s'étendent vers 1^extérieur» radialement à partir de l'axe central Plus loin que les surfaces 20, absorbant les poussées centrifuges» des parties 13 en forme de coupelles. Cette disposition à l'extérieur rend maximale la ri-15 gidité avec laquelle est commandé le pas de l'hélice. En montant le moteur de commande 85 à l'intérieur de la cavité du noyau 26 du carter 10» sur laquelle est également monté l'engrenage réducteur d'entraînement harmonique» on simplifie grandement l'assemblage et l'inspection du mécanisme qui peut être 20 contrôlé en totalité avant d'être fermé par une plaque de fermeture postérieure 94 montée de la manière réprésentée sur la figure 1. Des dispositifs accessoires classiques» tels que ceux servant à remplir d'huile le carter 10» n'ont pas été représentés 2 5 sur les figures. De même» on n'a pas représenté l'appareillage électrique ou électronique classique destiné à être monté à l'extrémité antérieure de la tige îe pour compter les tours du moteur 85 et mesurer ainsi les positions angulaires des pales notamment par voie électronique. Le choix et l'utilisation de 3C ces dispositifs sont immédiats pour tout technicien. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède» l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse» au contraire» toutes 3 5 les variantes. 72 16269 10 2135670 REVENDICATIONS 1« Moyeu à commande de pas pour hélice marine» caractérisé en ce qu'il comporte un carter creux» ayant une surface extérieure ronde et un axe central» des moyens de commande tournants disposés 5 sur cet axe central» des moyens à palier montés dans ce carter sur les axes de pales s'étendant à peu près radialement vers l'extérieur à partir de cet axe central» des axes de pales supportés par ces moyens à palier» des moyens à roue dentée tournant avec chaque axe de pale» des moyens à vis hélicoïdale tangente lO tournant sur des axes parallèles à l'axe central et disposés à une certaine distance l'un de l'autre au voisinage de chacun des axes de pales pour engrener avec les moyens à roue denté montés sur les axes de pales» et des moyens réducteurs à engrenages pour accoupler toutes les vis hélicoïdales tangentes aux moyens 15 de commande tournants disposés sur l'axe central» le mouvement de rotation de ces moyens de commande étant transmis» d'une manière à peu près irréversible» aux axes de pales avec diminution de vitesse angulaire et augmentation du couple. 2. Moyeu à commande de pas d'hélice marine selon la revendica-20 tion 1» caractérisé en ce que le carter comporte une partie antérieure en forme de plaque qui supporte une partie en forme de noyau central creux dirigé vers l'arrière et que cette partie en forme de noyau comporte des moyens à palier disposés suivant les axes géométriques des axes de pales pour supporter intérieu-25 rement les axes de pales. 3. Moyeu à commande de pas d'hélice marine selon la revendication 1» caractérisé en ce que le carter comporte une partie antérieure en forme de plaque qui supporte une partie en forme de noyau central creux dirigé vers l'arrière et que les moyens de commande 30 tournants, disposés sur l'axe central comportent un moteur rotatif monté à l'intérieur de la partie en forme de noyau central creux. 4. Moyeu à commande de pas d'hélice marine selon la revendication 1» caractérisé en ce que le carter comporte une partie anté- 35 rieure en forme de plaque qui supporte une partie en forme de noyau central creux dirigé vers l'arrière» et que les moyens réducteurs à engrenages sont du type à entraînement harmonique et sont montés à l'extrémité postérieure du noyau central creux précité. 40 5. Moyeu à commande de pas d'hélice marine selon la revendication 72 16269 " 2135670 « 1» caractérisé en ce que les moyens à vis hélicoïdale tangente et les moyens à roue dentée tournant avec chaque axe de pale» constituant des engrenages du type à surface enveloppe conique. 6. Moyeu à commande de pas d'hélice marine selon la revendica-5 tion 1» caractérisé en ce que le carter comporte des parties en forme de coupelles» pour le-logement des embases de pales» chacune de ces parties en forme de coupelles s'étendant vers l'intérieur à partir de la paroi extérieure ronde du carter et comportant une ouverture d'extrémité intérieure entourée par une 10 surface annulaire orientée vers 1 * intérieur» . que les moyens à roue dentée tournant avec chaque axe de pale comportent un secteur denté» fixé à une collerette s'opposant aux poussées centrifuges et montée sur chaque axe de pale» et que ce secteur denté engrène avec les moyens à vis hélicoïdale tangente le long 15 d'une ligne de contact dirigée radialement vers 1'extérieur à partir de l'axe central et située plus loin que la surface annulaire orientée vers l'intérieur» afin de loger d'une manière compacte le mécanisme à l'intérieur du carter.