Brevet FR2571112A1 — publié le 19860404

La présente invention concerne en général les transmissions comportant des arbres de sortie animés d'un mouvement de rotation en sens contraire et, plus particuliè- rement, un moteur à turbine à gaz équipé d'une transmission permettant d'obtenir des vitesses égales et opposées d'ar- bres de sortie doubles commandant des hélices contrarotati- ves. On connaît dans la technique des transmissions contrarotatives pour moteurs à turbine à gaz. Des transmis- sions typiques de ce genre comportent des trains épicycloï- daux permettant d'animer les arbres de sortie d'un mouvement en sens contraire et de diviser le couple et la puissance développés par l'arbre de sortie d'un moteur à turbine à gaz. Cependant, de telles transmissions ont tendance à être du type différentiel dans lequel des vitesses identiques et opposées des arbres de sortie ne peuvent être maintenues avec une répartition égale de la puissance sans l'utilisa- tion d'un moyen de synchronisation supplémentaire, complexe, et/ou sans une répartition prédéterminée du couple de charge pour le maintien de ces vitesses à la même valeur. En outre, la puissance à l'arbre des moteurs à turbine à gaz modernes varie entre environ 5888 et 8096 kw, ce qui nécessite natu- rellement une transmission en mesure de supporter cette puissance relativement élevée. - 2 - Il serait souhaitable de disposer de transmissions qui divisent la puissance d'entrée pratiquement également égale entre deux hélices contrarotatives. Il faudrait égale- ment que la transmission soit légère, relativement simple, très durable, et hautement fiable et permette le positionne- ment des arbres d'entrée et de sortie suivant le même axe, c'est-à-dire qu'elle soit d'une construction dite en ligne. Un objet de la présente invention est par consé- quent une transmission perfectionnée comportant des arbres de sortie animés d'un mouvement de rotation en sens con- traire. La présente invention a pour autre objet une transmission perfectionnée pour moteur à turbine à gaz qui soit relativement simple tout en permettant la transmission de puissances à l'arbre atteignant environ 5888 à 8096 kw. La présente invention a pour autre objet une transmission perfectionnée permettant d'obtenir des rota- tions égales et de sens contraire de ses arbres de sortie doubles dans toute la gamme de ses vitesses. La présente invention a pour autre objet une transmission perfectionnée permettant de maintenir une phase fixe entre ses arbres de sortie doubles. La présente invention a pour autre objet une transmission perfectionnée permettant de fournir le même couple à ses arbres de sortie doubles tout en les faisant tourner à la même vitesse dans des sens opposes. La présente invention comprend un carter fixe dans lequel est monté un train d'engrenages épicycloidaux compor- tant une roue soleil, une roue intermédiaire, et une couron- ne dentée, l'engrenage soleil étant muni d'un arbre d'entrée qui s'étend à partir de lui, et la couronne dentée d'un pre- mier arbre de sortie s'étendant à partir d'elle. Une grande roue comportant un second arbre de sortie qui s'étend à par- tir d'elle est également prévue, qui est reliée à un pignon, lequel est fixé à un arbre intermédiaire s'étendant à partir de l'engrenage intermédiaire. Selon un mode de réalisation recommandé de l'invention, les engrenages sont dimensionnés de manière prédéterminée afin d'obtenir des vitesses de ro- tation égales et de sens contraire pour les premier et se- cond arbres de sortie pendant le fonctionnement. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement; - Figure 1, une vue en coupe partielle d'un moteur à turbine à gaz comprenant un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, d'une transmission selon la présente inven- tion; - Figure 2, une vue en bout de la transmission il- lustrée en figure 1, prise le long de la ligne 2-2. En figure 1, on a représenté un moteur à turbine à gaz classique 10 comportant un arbre de sortie 12. Une transmission, représentée dans ses grandes lignes par la ré- férence 14, comprend selon un mode de réalisation de la pré- sente invention, un arbre d'entrée 16 relié d'une manière appropriée à l'arbre de sortie 12 du moteur i0, par exemple par un joint à bride 18. La transmission.l4 permet d'engre- ner deux rangées de plusieurs d'hélices postérieures et an- térieures 20 et 22, respectivement, espacées circonféren- tiellement et reliées d'une manière appropriée à des premier et second arbres de sortie 24 et 26, respectivement, de la transmission 14. Selon le mode de réalisation, donné à titre d'exemple, de la transmission 14 illustrée en figure 1, un train épicycloXdal en étoile 28 est monté dans un carter fixe 30 de la transmission 14. Le train 28 comporte un en- grenage soleil 32 auquel est fixé l'arbre d'entrée 16, l'en- grenage et l'arbre étant placé coaxialement autour de l'axe longitudinal 34 de la transmission 14 et du moteur 10. Le train épicycloïdal 28 comporte en outre une série d'engrena- ges intermédiaires 36 ou engrenages en étoile, espacés cir- conférentiellement (voir figure 2) qui sont en prise avec -4- l'engrenage soleil 32 de manière à tourner avec lui. Une couronne dentée 38 est également incorporée, qui est dispo- sée circonférentiellement autour des engrenages intermédiai- re 36 et solidaire du premier arbre de sortie 24 afin de tourner avec lui, la couronne et l'arbre ayant le même axe que l'axe longitudinal central. A travers chacun des engrenages intermédiaires 36 un arbre intermédiaire 40 s'étend, en leur étant fixé. Une première extrémité 42 de l'arbre intermédiaire 40 est montée en rotation, par exemple, dans un roulement 44 du carter 30, de manière à permettre la rotation de l'engrenage intermé- diaire 36 avec l'arbre 40. Comme le train 28 est un train épicycloïdal en étoile, la série d'engrenages intermédiaires 36 ne tournent pas autour de l'engrenage soleil 32 comme ce- la se produirait dans un train d'engrenages planétaires. A la seconde extrémité 46 de chacun des arbres intermédiaires est monté un pignon 48. Une grande roue dentée 50 est fi- xement montée sur le second arbre de sortie 26 et est placée coaxialement autour de l'axe central 34 et est disposée en- tre les pignons 48 dans le sens radial; elle est en prise avec les pignons et peut donc tourner avec eux. En fonctionnement, l'arbre d'entrée 16 provoque la rotation de l'engrenage soleil 32, ce qui entraîne la rota- tion des engrenages intermédiaires 36 et des pignons 48 en sens contraire. Les engrenages intermédiaires 36 provoquent à leur tour la rotation dans une direction opposée à celle de l'arbre d'entrée 16 de la couronne dentée 38 et du pre- mier arbre de sortie 24 fixé à celle-ci. Les pignons 48 pro- voquent la rotation de la grande roue dentée 50 dans le même sens que l'arbre d'entrée 16 et dans le sens contraire à ce- lui du premier arbre de sortie 24. Dans la mesure o le train épicycloidal 28 est un train en étoile, o les engrenages intermédiaires 36 ou en- grenages en étoile ne sont pas libres de tourner autour de l'engrenage soleil 32, comme cela se produirait dans un train d'engrenages planétaires, une relation fixe entre les engrenages est assurée et il n'y a aucun fonctionnement en différentiel. Par conséquent, la rotation des arbres de sor- tie 24 et 26 est en relation directe, fixe, avec celle de l'arbre d'entrée 16. En outre, par suite de cette relation fixe, une phase fixe prédéterminée, ou relation entre posi- tions angulaires des arbres de sortie 24 et 26, se trouve obtenue. Cela permet de tenir compte de la relation entre phases recommandée entre les hélices postérieures et anté- rieures 20 et 22, de manière, par exemple, à réduire le bruit. Dans le mode de réalisation recommandé qui est il- lustré en figures 1 et 2, le train d'engrenages 28, la gran- de roue dentée 50 et les pignons 48 ont des dimensions tel- les que les arbres de sortie 24 et 26 sont animés de vites- ses de rotation égales et de sens contraire. Plus spécifi- quement, l'engrenage soleil 32, les engrenages intermédiai- res 36, les pignons 48, la couronne dentée 38, la grande roue dentée 50 ont un diamètre du cercle primitif qui est représenté, respectivement, par d, di, d, dcp et d. Le rapport global de réduction M" entre l'arbre r 0 d'entrée 16 et chacun des arbres de sortie 24 et 26 satis- fait les relations suivantes: di/ds = (Mo - 1)/2; d /dS = Mo dp/ds = (Mo 1)/(6M - 2); et p s o d /d = Mo(M + 1)/(3MO - 1). On a déterminé que la transmission 14 venant -d'être décrite permet d'obtenir des rapports globaux de ré- duction M compris entre environ 3,0 et environ 14,0, la limite supérieure étant due à des limitations de dimensions des divers engrenages. Par conséquent, on doit remarquer que la transmission relativement simple 14 permet, en soi, d'ob- tenir des vitesses de rotation égales et de sens contraire pour les arbres de sortie dans une gamme importante de rap- - 6 - ports de réduction Mo sans qu'il soit nécessaire d'adjoin- dre des réducteurs de vitesse. En outre, on peut dimension- ner la transmission 14 de manière à l'utiliser dans un mo- teur à turbine à gaz 10 pour permettre la transmission aux hélices controrotatives 20 et 22 d'une puissance à l'arbre atteignant, par exemple, environ 8096 kw. Bien que la transmission 14 permette d'obtenir des vitesses de rotation égales et de sens contraire à la sor- tie, on remarquera que les couples transmis aux premier et second arbres de sortie 24 et 26 ne sont pas nécessairement identiques. Cependant, grâce à la relation fixe entre engre- nages à l'intérieur de la transmission 14 qui fournissent une relation fixe entre vitesses de sortie des arbres 24 et 26, il est possible d'obtenir des couples de sortie identi- ques, le cas échéant. Par exemple, on peut régler le pas de chacune des hélices postérieures et antérieures 20 et 22 de manière à soumettre les premier et second arbres de sortie 24 et 26, respectivement, à des charges différentes afin d'obtenir des couples identiques. Cependant, la relation fixe entre les vitesses de sortie des arbres 24 et 26 est néanmoins maintenue. Dans un tel mode de fonctionnement, il est tenu compte des charges différentielles auxquelles les arbres de sortie 24 et 26 sont soumis par la réaction de l'arbre in- termédiaire 40 dans le carter 30. Cependant, ce couple est relativement petit dans la mesure o il ne représente que la différence des couples entre les premier et second arbres 24 et 26. Naturellement, lorsque les hélices 20 et 22 fonc- tionnent avec des pas sensiblement identiques, des couples dont la différence de valeur correspont sont développés dans les premier et second arbres de sortie 24 et 26, avec la production d'une charge de réaction sensiblement nulle entre l'arbre intermédiaire 40 et le carter 30. Bien qu'on ait décrit un mode de réalisation re- 2 5 7 1 1 1 2 - 7 commadé de la présente invention, d'autres modes de réalisa- tion apparaîtront à l'homme du métier. Par exemple, bien qu'on ait décrit trois pignons 48, on peut également utili- ser deux pignons, voire un pignon. Cependant, on préfère em- ployer au moins trois pignons 48 et trois engrenages inter médiaires 36 disposés symétriquement de manière à obtenir des charges équilibrées et bien réparties. REVEND I CAT IONS 1. Transmission (14) caractérisée en ce qu'elle comprend: - un train étoilé d'engrenages épicycloïdaux (28) S comportant un engrenage soleil (32), un engrenage intermé- diaire (36) et une couronne dentée (38); - une grande roue dentée (50); et - un pignon (48) en prise avec l'engrenage inter- médiaire et la grande roue dentée pour tourner avec eux. 2. Transmission (14) selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'elle comporte en outre: - un arbre d'entrée (16) fixé à l'engrenage soleil (32); - un arbre intermédiaire (40) interconnectant l'engrenage intermédiaire (36) et le pignon (48); - un premier arbre de sortie (24) solidaire de la couronne dentée (38); et - un second arbre de sortie (26) solidaire de la grande roue dentée (50); les premier et second arbres de sortie pouvant être animés d'un mouvement de rotation en sens contraire. 3. Transmission (14) selon la revendication 2, ca- ractérisée en ce que l'arbre d'entrée (16) et les premier et second arbres de sortie (24; 26) sont disposés coaxialement autour d'un axe que l'axe longitudinal (34) de la transmis- sion. 4. Transmission (14) selon la revendication 2, ca- ractérisée en ce que le train d'engrenages épicycloïdaux en étoile (28), la grande roue dentée (50) et le pignon (48) sont dimensionnés de manière à obtenir des vitesses de rota- tion égales et de sens contraire pour les premier et second arbres de sortie (24; 26). 5. Transmission (14) selon la revendication 2, ca- ractérisée en ce que le train d'engrenages épicycloïdaux (28), la grande roue dentée (50), et le pignon (48) sont di- mensionnés de manière à obtenir un rapport global de réduc- tion M entre l'arbre d'entrée (16) et chacun des arbres O de sortie (24, 26) compris dans une plage allant environ de 3,0 à 14,0. 6. Transmission (14) selon la revendicaton 2, ca- ractérisée en ce que l'engrenage soleil (32), l'engrenage intermédiaire (36), le pignon (48), et la grande roue dentée (50) ont chacun un diamètre du cercle primitif donné par ds, di, dp, dc et dr, respectivement, et Mo re- présente un rapport global de réduction entre l'arbre d'en- trée (16) et chacun des arbres de sortie (24, 26), et pour obtenir des vitesses de rotation égales et de sens contraire des premier et second arbres de sortie, les relations sui- vantes s'appliquent: di/ds = (Mo - 1)/2; dc/ds Mo; dp/ds = (M2 - 1)/(6M 2); et dPds =oM dr/ds = Mo(Mo + 1)/3Mo - 1). 7. Transmission (14) selon la revendication 6, ca- ractérisée en ce que le rapport global de réduction Mo est compris dans une plage allant d'environ 3,0 'à environ 14,0. 8. Transmission (14), caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter fixe (30); - un train d'engrenages épicycloïdaux en étoile (28) comportant un engrenage soleil (32), un engrenage in- termédiaire (36) et une couronne dentée (38), l'engrenage intermédiaire comprenant un arbre intermédiaire (40) s'éten- dant coaxialement à partir de lui et présentant une première extrémité (42) reliée en rotation au carter fixe, l'engrena- ge soleil (32) comportant un arbre d'entrée (16) s'étendant à partir de lui et la couronne dentée (38) comportant un premier arbre de sortie (24) s'étendant à partir d'elle; - une grande roue dentée (50) ayant le même axe que l'axe longitudinal (34) du train d'engrenages et que - 10 - l'arbre d'entrée (16), et comportant un second arbre de sor- tie (26) s'étendant à partir d'elle; et - un pignon (48) fixé à une seconde extrémité (46) de l'arbre intermédiaire et en prise avec la grande roue dentée afin de tourner avec elle; - les premier et second arbres de sortie pouvant être animés d'un mouvement de rotation de même vitesse et de sens contraire. 9. Transmission (14) selon la revendication 8, ca- ractérisée en ce que le train d'engrenages épicycloïdaux (28), la grande roue dentée (50) et le pignon (48) sont di- mensionnés de manière à obtenir un rapport global de réduc- tion M entre l'arbre d'entrée (16) et chacun des arbres o de sortie (24, 26) compris dans la plage allant environ de 3,0 à 14,0. 10. Transmission (14) pour moteur à turbine à gaz (10), caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter fixe (30); - un train d'engrenages épicycloïdaux en étoile (28) comportant un engrenage soleil (32), un engrenage in- termédiaire (36) et une couronne dentée (38), l'engrenage intermédiaire comprenant un arbre intermédiaire (40) s'éten- dant coaxialement à partir de lui et présentant une première extrémité.(42) reliée en rotation au carter fixe, l'engrena- ge soleil (32) comportant un arbre d'entrée (16) s'étendant à partir de lui et la couronne dentée comprenant un premier arbre de sortie (24) s'étendant à partir d'elle; - une grande roue dentée (50) ayant le même axe que l'axe longitudinal (34) du train d'engrenages et que l'arbre d'entrée (16), et comportant un second arbre de sor- tie (26) s'étendant à partir d'elle; et - un pignon (48) fixé à une seconde extrémité (46) de l'arbre intermédiaire et en prise avec la grande roue dentée (50) pour tourner avec elle, les premier et second arbres de sortie pouvant être animés d'une rotation de même - 11 - vitesse et en sens contraire. 11. Transmission (14) selon la revendication 10, caractérisée en ce que chacun des premier et second arbres de sortie (24, 26) comporte en outre une série d'hélices (20, 22) espacées circonférentiellement qui sont fixées des- sus. 12. Transmission (14) selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'engrenage soleil (32), l'engrenage intermédiaire (36), le pignon (48), la couronne dentée (38) et la grande roue dentée (50) ont chacun un diamètre du cer- cle primitif donné par d5, di, d d c, et dr, res- pectivement, et Mo représente un rapport global de réduc- tion entre l'arbre d'entrée (16) et chacun des arbres de sortie (24, 26), et pour obtenir des vitesses de rotation égales et de sens contraire des premier et second arbres de sortie, les relations suivantes s'appliquent: di/ds = (M - 1)/2; dc/ds =Mo; c s 0o d /ds = (M - l)/(6M - 2); et P 0 0 dr/ds = Mo (Mo + 1)/(3MO - 1). 13. Transmission (14) selon la revendication 12, caractérisée en ce que le rapport global de réduction M est compris dans une plage allant environ de 3,0 à 14,0. est compris dans une plage allant environ de 3,0 à 14,0.