Brevet FR2608712A1 — publié le 19880624

L'invention concerne des systèmes actionneurs, et plus particulierement un système comportant un arbre de sortie qui est mené par un moteur par l'intermédiaire d'un train d'engrenage planétaire. Les systèmes actionneurs rotatifs d'engrenage sont communément utilisés dans des commandes d'aéronefs. Ces actionneurs sont souvent placés dans des zones très exiguës telles qutàl'intérieur de nacelles de moteur et de bords d'attaque et de fuite d'aéronefs Etant dohne le prix donné à l'espace et au poids dans la construction aéronautique et dans l'intérêt de réduire la traînée aérodynamique, les concepteurs de commandes d'aéronefs s'efforcent de minimiser la dimension des actionneurs de ces commandes. Un actionneur classique comprend habituellement un arbre de sortie a mettre en rotation, un moteur d'entrainement et une structure pour transmettre la force d'entraînement à l'arbre de sortie afin de le faire tourner. Une application d'un tel système actionneur consiste å faire tourner un volet de tuyère de moteur à réaction. L'ensemble du système actionneur est logé à l'intérieur de la nacelle du moteur et, par consequent, ces systèmes n'utilisaient pas eff - cacement l'espace disponible. Le problème principal avec le système décrit ci-dessus est que le bloc d'entraînement et l'arbre de sortie occupent des espaces séparés. L'importance de l'espace occupé par le bloc d'entrainement peut être grande. la nacelle doit être agrandie pour renfermer le moteur d'entraînement, ce qui entraîne un accroissement indésirable de la tramée. L'invention a pour objet principal de proposer un système actionneur rotatif à engrenage simple et peu volumineux. Conformément a l'invention, un arbre rotatif de sortie présentant une surface extérieure d'entrainement délimite une partie creuse intérieure en chevauchement axial par rapport à la surface d'en trainement. Un moteur d'entrainement est monté au moins partiellement dans la partie creuse de l'arbre de sortie et est relié, de préférence par l'intermédiaire d'un système d'engrenage planétaire, de façon à entrainer l'arbre de sortie. En plaçant le moteur d'entrarnement à l'intérieur de l'arbre de sortie, le seul espace nécessaire est essentiellement celui demandé pour l'arbre de sortie lui-même. Pour maximiser l'utilisation de l'espace et simplifier la construction dans le cas ou un moteur hydraulique d'entrainement est utilisé, les conduites d'alimentation et de sortie de fluide sont disposées concentriquement à l'intérieur de l'arbre, le long de son axe. Un autre aspect de l'invention réside dans la présence d'un élément à couronne dentée comportant un corps cylindrique auquel sont associés des doigts s étendant axialement afin d'entrainer directe- ment l'arbre de sortie. Les doigts sont fixés à l'ar- bre de sortie et sont guidés dans des rainures d'un élément annulaire fixe. L'application d'un couple par l'intermédiaire des doigts est maximisée à l'intérieur du diamètre de l'élément annulaire. La structure selon l'invention est également efficace du point de vue du poids, du fait que des pièces, normalement nécessaires dans des systèmes classiques, sont éliminées. Le système d'engrenage planétaire à l'intérieur de l'arbre assume une fonction de palier et évite la nécessité d'une structure sépa-rée pour supporter l'arbre de sortie afin qu'il puisse tourner. Le système d'engrenage et l'arbre de sortie supportent également le moteur, de façon à éliminer la structure de montage de moteur que l'on trouve dans les systèmes classiques. Un autre avantage de la structure de l'invention comportant un moteur hydraulique est que le système d'engrenage planétaire est auto-lubrifiant. Une fuite de fluide en petites quantités, commune dans des moteurs même très perfectionnés, est suffisante pour lubrifier le système d'engrenage. Etant donné que le moteur occupe le même espace que le système d'engrenage à l'intérieur de l'arbre de sortie et qu'il en est très rapproché, le fluide s'échappant s'écoule naturellement sur les éléments dentés, ce qui minimise l'entretien du système. Par-dessus tout, le système de l'invention est d'une construction et d'un entretien simples et d'un faible poids, et il utilise l'espace efficacement. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un système actionneur rotatif à engrenage de l'art antérieur - la figure 2 est une représentation schématique en perspective de la partie de sortie d'un système actionneur de l'art antérieur comportant un élément de sortie qui fait saillie radialement; i la figure 3 est une coupe longitudinale d'un actionneur selon l'invention ;; - la figure 4 est une coupe de l'actionneur suivant la ligne 4-4 de la figure 3 - la figure 5 est une coupe de l'actionneur suviant la ligne 5-5 de la figure 3 - la figure 6 est une vue schématique en perspective de la partie de sortie d'un actionneur analogue à celui montré sur la figure 2, mais réalisé conformément à l'invention - la figure 7 est un schéma de la structure montrée sur la figure 3 ; et - la figure 8 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'une forme de réalisation modifiée de l'actionneur selon l'invention. La figure 1 représente en 10 un actionneur de l'art antérieur tel qu'utilisé sur un volet de tuyère de moteur à réaction. L'actionneur 10 comprend d'une façon générale un arbre 12 de sortie et un moteur d'entrainement 14 pour l'arbre 12. Ce dernier est supporté de façon à tourner dans une ouverture 16 de la cloison pare-feu 18 du moteur au moyen d'un palier 20. Dans l'agencement montré sur la figure 1, le moteur 14 et une partie 22 de l'arbre 12 sont exposés à la surface extérieure 24 de la cloison pare-feu 8. Une nacelle 26 est reliée a la cloison pare-feu 18 et recouvre le moteur 14 et la partie d'arbre 22 pour caréner et protéger l'actionneur. On peut voir que l'espace 28 renfermé dans la nacelle 26 est important et que la partie de la nacelle 26 s'étendant au-dessus du moteur d'entraînement ,4 provoque donc une tramée importante. Des actionneurs conformes à l'invention sont représentés en 30 sur la figure 3 et en 230 sur la figure 8, ces actionneurs étant fixés à une cloison pare-feu 32. Les deux systèmes 30, 230 diffe- rent principalement dans l'emplacement du moteur d'entralnement pour chaque système, et la forme de réalisation, dont le mécanisme est montré sur les figures 3-6, est également représentée schématiquement sur la figure 7 pour une meilleure compréhension. L'actionneur 30 montré sur les figures 3-5 comprend un arbre creux 34 de sortie présentant une surface extérieure 35 destinée à être reliée à une commande, telle qu'un volet 36 de tuyère d'un aéronef 37, pour entraîner cette commande. Une rotation est communiquée à l'arbre 34 par un moteur tournant 38 d'attaque par l'intermédiaire d'un ensemble à engrenage planétaire désigné globalement en 40. La mise en oeuvre du moteur 38, qui s'effectue par l'intermédiaire d'un système 41 de commande comportant une alimentation en fluide hydraulique sous pression, provoque la rotation d'une couronne dentée 42 de sortie logée de façon coulissante contre la surface intérieure 43 de l'arbre 34 de sortie. La couronne dentée 42 comporte un corps cylindrique 44 à deux doigts 46 s'étendant axialement vers la droite sur la figure 3, relies fixement à l'arbre 34 de sortie afin de le faire tourner lorsque la couronne dentée 42 est entraînée. L'actionneur 30 est monté sur la cloison pare-feu 32 principalement au moyen de deux couronnes dentées fixes 48, 50. La couronne dentée 50 comporte une enveloppe cylindrique 52 recouvrant axialement l'ensemble à engrenage 40 et présentant une surface extérieure 54 sensiblement adaptée au diamètre de la surface extérieure 35 de l'arbre 34 de sortie. Un bord annulaire libre 56 de la couronne dentée 50 est en butée contre le bord libre 58, le plus proche de la cloison pare-feu 32, de l'arbre 34 de sortie. La couronne dentée 42 de sortie comporte des dents 59 qui sont en prise avec des satellites 60 de l'ensemble à engrenage 40. Les doigts 46 de la couronne dentée 42, comme on le voit clairement sur les figures 4 et 5, coulissent circonférentiellement dans des fentes 61 de la couronne dentée 50. Chaque fente 61 est délimitée, à ses extrémités, par des surfaces de butée 62 qui arrêtent les doigts pour en limiter la rotation. La relation dimensionnelle entre les doigts et les fentes est telle que, dans la forme de réalisation décrite, une plage de rotation d'environ 75" est possible. Les extrémités libres 63 des doigts 46 sont plus étroites que les parties des doigts 46 se trouvant dans les fentes 61 et elles sont logées étroitement dans des alvéoles 64 définis dans des parties surépaissies 66 de l'arbre de sortie 34. Des boulons 68 traversent l'arbre 34 et les extrémités libres 63 pour assujettir fixement leur assemblage. Bien que deux doigts soient représentés, il s'agit d'un choix de conception qui depend en partie de la plage de rotation prévue. La mise en oeuvre du moteur 38 fait tourner une roue dentée 78 de sortie montée sur l'arbre 72 du moteur. Des premier et second trains d'engrenages planétaires 74, 76 réducteurs de vitesse, montés classiquement, transmettent le mouvement de la roue dentée 70 à une roue planétaire 78 de l'ensemble à engrenage 40. La roue 70 de sortie est en prise avec une couronne dentée 80 qui est réalisée d'une seule pièce avec une roue planétaire 82 de l'engrenage 74 ou qui est autrement accouplée à cette roue planétaire 82. Des satellites 84, 86 se déplacent à l'intérieur de la couronne dentée 50, le mouvement des satellites 86 étant transmis à la roue planétaire 78 de l'engrenage 40. La roue planétaire 78 comporte des dents 90 en prise avec des parties dentées 91 des satellites 60.Ces derniers sont en prise avec la couronne dentée 50 et des dents 92 de la couronne dentée fixe 48. Les dents 93 de la couronne dentée fixe 50 sont en prise avec les satellites 60. L'arbre 34 de sortie est creux sur toute sa longueur. L'ensemble à engrenage 40 et les trains d'engrenages 74, 76 sont logés à l'intérieur d'une cavité ou d'un evidement 94 délimité par la surface intérieure 43 de l'arbre 34 à proximité immédiate de la cloison pare-feu 82. Le moteur 38 est également logé dans la cavité 94 et est disposé de façon que l'axe 96 de son arbre 72 soit espacé radialement de l'axe de rotation 98 de l'arbre de sortie 34. Le moteur 38, du fait qu'il est logé dans la cavité 94 de l'arbre, ne demande pas plus d'espace que celui que l'arbre 34 occupe lui-même. En conséquence, on obtient une structure très compacte qui constitue une alternative préférée à la structure de l'art antérieur de la figure 1 dans laquelle le moteur 14 se trouve en totalité à l'extérieur de l'arbre de sortie 12. On obtient donc une économie effective de 100 sur l'espace occupé par le moteur par rapport å la structure de la figure 1 , en utilisant la présente invention. Le moteur 38 est de préférence hydraulique. Un autre aspect de l'invention réside dans la présence de conduits concentriques 100, 102 pour définir un circuit de fluide hydraulique. Le conduit Icu de faible diamètre définit un passage d'alimentation en fluide, et un passage 104 de retour de fluide est défini entre la surface extérieure 106 du conduit 98 et la surface intérieure 108 du conduit 102. L'ensemble se trouvant à l'intérieur de la cavité 94 comprend une console 110. Cette dernière présente un alésage 112 logeant étroitement la surface extérieure 114 du conduit 102. Un joint d'étanchéité 116 est disposé entre la surface 118 délimitant l'alésage 112 et la surface extérieure 114 du conduit 102. L'ensemble à engrenage 40 et les trains d'engrenage 74, 76 sont donc enfermés de façon étanche et efficace à l'intérieur d'une chambre 120. La chambre 120 peut être remplie d'un lubrifiant pour engrenage de façon que l'on obtienne un actionneur à engrenage lubrifié autonome. Bien qu'un seul actionneur soit représenté sur les dessins, l'invention prévoit également divers autres agencements pour cet actionneur. Par exemple, deux des actionneurs représentés sur les dessins peuvent être utilisés avec des moteurs hydrauliques doubles associés par leurs engrenages de façon que leurs couples s'additionnent. Une addition des vitesses peut également être utilisée pour davantage de souplesse dans les performances du système. L'avantage de la couronne dentée mobile 42 avec ses doigts associés pour entrainer l'arbre de sortie, par rapport à l'art antérieur, sera expliqué en regard des figures 2 et 6. Sur la figure 2, il est représenté une structure de l'art antérieur qui comprend un corps cylindrique 122 à denture intérieure réalisé d'une seule pièce avec des bossages 124 de montage. Un élément tournant 126 de sortie, faisant saillie radialement, se déplace sur une distance prédéterminée dans une ouverture allongée 28 ménagée dans la paroi du corps. L'élément de sortie 126 est relié à une commande (non représentée) située radialement à l'extérieur de la surface extérieure 129 du corps. La figure 6 représente la structure selon l'invention dans un corps sensiblement similaire, correspondant au corps 52, qui est du même diamètre que le corps ou l'enveloppe 122 et auquel sont associés des bossages 124 de montage. L'élément de sortie de la figure 6 comprend les deux doigts 46 qui sont entrainés de l'intérieur du corps pour tourner dans les fentes 61 du corps 52. L'application d'un couple par l'intermédiaire des doigts 46 est élevée au maximum à l'intérieur du diamètre de la surface extérieure 54 du corps. On obtient donc, avec la structure conforme à l'invention, un actionneur d'arbre à couple élevé, de faible poids, bien regroupé. I.e système 230 montré sur la figure 8, comme mentionné précédemment, comprend, de façon correspondante à la forme de réalisation de la figure 3, un arbre 234 de sortie attaqué par une couronne dentée 242 de sortie à laquelle sont associés des doigts 246 fixés par des boulons 268 à l'arbre 234 de sortie. Ce dernier est relié, par exemple, à une surface 36 de commande d'un aéronef 37 comme dans la forme de réalisation décrite précédemment. Un mouvement de rotation d'un moteur 238', qui est commandé hydrauliquement, est transmis par un engrenage planétaire 240, fondamentalement identique au système décrit précédemment et comprenant les éléments dentés 48, 50, 60 et 78, a la couronne dentée 242 de sorte. Le système 230 est supporté par la cloison parefeu 32 au moyen de couronnes dentées fixes 248, 250, comme dans la forme de réalisation décrite précédemment. La différence principale entre le système de la figure 8 et celui de la figure 3 est que l'arbre 238 d'entrainement relié au moteur est centré sur l'axe 234 et que les trains d'engrenages 74, 76 sont supprimés à la faveur d'un entrainement plus direct. Un flasque 260 ferme de façon étanche une chambre 262 à l'intérieur de laquelle se trouve l'ensemble à engrenage 240. Le flasque 260 présente une ouverture 264 qui reçoit étroitement un corps ou une enveloppe 266 pour l'arbre 238 de sortie du moteur. Le moteur 238' entraine une roue planétaire 267 (correspondant approximativement à la roue planétaire 78) qui, elle-même, entrarne des satellites 270 et, par suite, la couronne dentée 242 de sortie et l'arbre 234 de sortie. Le système d'actionnement permet de supprimer les paliers normalement utilisés pour supporter l'arbre de sortie et la structure de montage du moteur. Etant donne que le moteur et la structure de transmis sio sont regroupés dans l'arbre et font partie i.rit - grante de ce dernier, les fonctions de montage et de palier sont assurées à l'intérieur de l'arbre. La suppression des paliers d'arbres et de la structure classique de montage du moteur, ainsi que la présence des conduites concentriques d'alimentation et de retour, mentionnées précédemment, rendent très simple la mise en place de ce système compact d'actionnement. On peut voir surtout que l'installation est simplifiée, que des pièces sont supprimées et que, par conséquent, le poids global de la structure est réduit en comparaison avec les systèmes de l'art antérieur. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la structure d'entraînement en rotation décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Structure perfectionnée d'entraînement en rotation, caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre rotatif (34) de sortie présentant une surface extérieure (35) d'entraînement et délimitant une partie creuse (94) en chevauchement axial avec la surface d'entraînement, un moteur d'entraînement (38) comportant un élément rotatif (72) de sortie, des moyens de montage du moteur d'entraînement au moins partielle-ment dans la partie creuse de i' l'arure de sortie, et des moyens (42) reliant l'élément de sortie à l'arbre de sortie afin que ce dernier soit entraîné en rotation lors de la mise en marche du moteur d'entraînement. 2. Structure d'entraînement selon la revendication-1,caractérisée en ce que le moteur d'entrainamene est monté de façon que l'axe (96) de rotation de l'élément de sortie soit décalé radialement de l'axe de rotation de l'arbre de sortie. 3. Structure d'entraînement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surfact extérieure d'entraînement est cylindrique et les moyens de liaison se trouvent a l'intérieur du diamètre de ladite surface d'entraînement. 4. Structure d'entraînement selon ia revendication 1,caractérisée en ce que le moteur d'entraînement est commandé hydrauliquement et est associé à des conduits (100, 102) d'alimentation en fluide et de retour de fluide, ces conduits étant montés de façon à être alignés coaxialement entre eux et avec l'axe de rotation de l'arbre de sortie. 5. Structure d'entraînement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de liaison comprennent une couronne dentée rotative (42) à laquelle est assocLé un doigt (46), des moyens reliant le doigt à l'arbre de sortie afin que ce dernier suive la rotation de la couronne dentée. 6. Structure d'entraînement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est associée à un aéronef (37) comportant un moteur auquel est associé un volet mobile (36) de tuyère, des moyens étant prévus pour relier de façon fonctionnelle l'arbre de sortie au volet de tuyère. 7. Structure perfectionnée d'entraînement en rotation destinée à être reliée à un support, caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre rotatif (34) de sortie présentant une surface extérieure (35) d'entraînement ayant un diamètre extérieur, un moteur (38) d'entraînement ayant un élément (72) de sortie, des moyens destinés à relier l'élément de sortie du moteur à l'arbre de sortie afin que ce dernier soit mis en rotation lorsque le moteur d'entraînement est mis en marche, les moyens de liaison comprenant des moyens rotatifs (46) enclenchés fixement avec l'arbre de sortie, une couronne (50) destinee à être fixée à un support, coaxialement à l'arbre rotatif de sortie, ladite couronne comportant des moyens destinés à guider le mouvement des moyens rotatifs d'enclenchement lors de la mise en marche du moteur d'entraînement. 8. Structure d'entraînement selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de guidage comprennent une fente incurvée (61) ménagée dans la couronne et les moyens enclenchés fixement avec l'arbre de sortie comprennent un doigt (46) qui se déplace et est guidé dans la fente. 9. Structure d'entraînement selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'arbre desortie définit une partie creuse (94) en chevauchement axial avec la surface d'entraînement et des moyens de montage du moteur d'entraînement de façon que ce dernier se trouve au moins partiellement dans la partie creuse de l'arbre de sortie. 10. Structure d'entraînement selon la revendication 7, en association avec un aéronef (37) comportant un moteur auquel est associé un volet mobile (36) de tuyère,caractérisée en ce que des moyens sont destinés à relier de façon fonctionnelle l'arbre de sortie au volet de tuyère. 11. Structure d'entraînement selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens enclenchés fixement avec l'arbre de sortie comprennent un corps cylindrique (50) duquel le doigt fait saillie axialement. 12. Structure d'entraînement selon la revendication 9, caractérisée en ce que le moteur d'entraînement est commandé hydrauliquement et est associé à des conduits (100, 102) d'alimentation en fluide et de retour de fluide, ces conduits étant montés de façon à être alignés coaxialement entre eux et avec l'axe de rotation de l'arbre de sortie. 13. Structure d'entraînement selon la revendication 9, caractérisée en ce que la couronne et l'arbre de sortie délimitent ensemble un espace entre l'étendue axiale combinée de la couronne et de l'arbre de sortie, espace à l'intérieur duquel se trouvent les moyens de liaison et le moteur d'entraînement.