Brevet FR2613017A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne, de façon générale, les boites de vitesses comprenant des moyens pour ajuster la vitesse de rotation à laquelle leur arbre de sortie est entraîné et, plus précisément, les boites de vitesses comprenant un mécanisme à train planétaire dans lequel le portesatellites forme lui-même un pignon permettant d'entraîner un étage secondaire, et dans lequel la boite de vitesses comprend des embrayages actionnés hydrauliquement par un amplificateur hydraulique. On connait de très nombreuses formes de boites de vitesses pour des trains moteurs transmettant l'énergie provenant d'un moteur tel qu'un moteur à combustion interne à des roues d'entraînement d'un véhicule, à l'hélice d'un avion, à des machines industrielles, etc. Cependant, dans un avion, il est particulièrement important de réduire la taille et le poids du train moteur pour assurer le meilleur rendement et les meilleures performances de l'avion. En conséquence, la plupart des trains moteurs ne sont pas appropriés à une utilisation dans l'aéronautique. Les boites de vitesses permettent souvent non seulement la réduction des vitesses mais également la variation de la vitesse à laquelle l'arbre de sortie est entraîné. Une forme connue de boite de vitesses permettant de produire la vitesse de sortie voulue comprend un système à train planétaire. Dans un tel système, une pluralité de planétaires sont mis en prise entre une couronne planétaire extérieure et un planétaire central, et les axes des satellites sont reliés ensemble par un porte-satellites ou par une cage. La différence entre les vitesses auxquelles tournent le porte-satellites et -a couronne planétaire est utilisée avantageusement pour faire varier la vitesse de l'arbre de sortie de la botte de vitesses. On utilise des embrayages pour mettre en prise sélectivement une série de pignons par rapport à une autre pour faire varier le rapport de vitesse de rotation en sortie. En outre, du fait que les nombreux pignons d'un système & train planétaire doivent être lubrifiés, on utilise souvent un flux de lubrifiant sous pression pour répartir la lubrifi- 26i3017 cation dans tout le carter de la boîte de vitesses. Habituellement, la pression est produite par une pompe haute pression qui est entraînée par le moteur utilisé pour entraîner la boite de vitesses. Une pompe de recyclage séparée fait circuler le lubrifiant en le renvoyant de la boite de vitesses vers un réservoir. La pompe de recyclage augmente encore plus le poids et la taille du train moteur. Une autre caractéristique qui empêche de minimiser la taille et le poids d'une boite de vitesses est le fait que le porte-satellites est également formé séparément des composants d'entraînement du système de la boite de vitesses, ce qui a pour effet d'augmenter sensiblement la longueur et le poids de l'ensemble à train planétaire. En outre,-lorsque l'on utilise des embrayages pour mettre en prise sélectivement des pignons particuliers de manière à faire varier le rapport de vitesse de rotation en sortie, le système d'actionnement des embrayages augmente également le volume et la taille du carter de la boite de vitesses. Habituellement, on utilise des embrayages à actionnement hydraulique, ce qui nécessite une source de fluide haute pression pour actionner les embrayages. Le fluide haute pression est habituellement produit par une pompe séparée qui est entraînée de façon continue par le moteur. Cette configuration réduit encore la puissance disponible pour faire fonctionner la boite de vitesses et augmente le poids et la taille du train moteur. La présente invention pallie les inconvénients précités en permettant d'obtenir une boite de vitesses compacte et légère avec un système à train planétaire qui comprend des embrayages actionnés hydrauliquement et des nouveaux moyens pour produire le fluide fonctionnant à haute pression à partir d'une source à plus basse pression. A cet effet, selon la présente invention, la boite de vitesses comprend: un carter; un arbre d'entraînement supporté en rotation dans ce carter; un arbre de sortie supporté en rotation dans ce carter; des moyens formant train planétaire, comprenant une couronne planétaire montée de manière à tourner en même temps que l'arbre d'entrainement et 26 10 17 présentant une denture annulaire tournée radialement vers l'intérieur, une pluralité de satellites venant en prise avec la couronne planétaire, un porte-satellites comprenant des moyens pour supporter en rotation ces satellites, et un planétaire central supporté coaxialement avec l'arbre d'entraînement et venant en prise avec les satellites,; un second engrenage monté en rotation sur l'arbre de sortie; des moyens pour entraîner ce second engrenage, comprenant une couronne à denture tournée radialement vers l'extérieur disposée sur le porte-satellites et pouvant venir en prise avec le second engrenage; et des moyens pour sélectionner l'une d'au moins deux vitesses de rotation en sortie, comprenant des premiers moyens d'embrayage pour empêcher sélectivement la rotation du planétaire central, des seconds moyens d'embrayage pour verrouiller sélectivement ce planétaire central à l'arbre d'entraînement de manière qu'il tourne avec lui, ainsi que des moyens pour actionner alternativement les premiers moyens d'embrayage et les seconds moyens d'embrayage. Un avantage particulier d'un boite de vitesses selon la présente invention tient au fait que le porte-satellites à la forme d'un pignon d'engrenage qui forme le pignon d'entraînement du second étage ou étage de sortie de la boite de vitesses. De la sorte, grace à la présente invention, on évite les inconvénients des structures de porte-satellites que l'on connaissait jusqu'à présent, qui nécessitent une liaison mécanique entre le porte-satellites et le second étage de la boite de vitesses. En outre, la présente invention évite le recours à une pompe entraînée de façon continue pour la production du fluide haute pression nécessaire à l'actionnement des embrayages hydrau- liques. Dans la présente invention, un amplificateur hydraulique relié à une source de fluide basse pression augmente la pression, et le fluide pressurisé est délivré à un accumulateur, o il est stocké. Une fois que l'accumulateur a été rempli, il n'y a plus de prélèvement continu d'énergie dans le système. C'est seulement lorsque les embrayages ont été actionnés qu'il y a besoin de faire remonter à nouveau la pression dans l'amplificateur et de la fournir à l'accumu- lateur pour qu'il la conserve en vue d'un usage ultérieur. En conséquence, dans une situation o l'on passe peu les vitesses, la boîte de vitesses de la présente invention permet d'utiliser l'énergie du moteur avec un rendement notablement plus élevé qu'avec les boite de vitesses que l'on connaissait jusqu'à présent, dans lesquelles il est prévu des pompes haute pression séparées pour commander hydrauliquement les plateaux d'embrayage servant à la sélection des rapports de vitesses. En outre, un éjecteur utilisant un effet venturi recycle l'huile de lubrification et de refroidissement depuis la boite de vitesses vers un réservoir. Du fait que la chute de pression d'huile est minimale dans certains des organes, comme par exemple dans le générateur, on dispose d'une source de pression d'huile à relativement haute pression. Cette huile à haute pression est utilisée pour actionner un éjecteur qui recycle l'huile de lubrification et de refroidissement depuis la boite de vitesses vers un réservoir. On évite ainsi le besoin d'une pompe de recyclage spécifique, ce qui diminue notablement le poids et la consommation énergétique de la boite de vitesses. Dans le mode de réalisation préféré, la boîte de vitesses est une boite à deux vitesses. L'embrayage de grande vitesse est chargé par ressort à sa position en prise, de sorte que la boite de vitesses se trouve normalement à son rapport de vitesse le plus élevé. L'application d'une pression hydraulique au mécanisme d'embrayage dégage le planétaire central de la couronne planétaire d'entrée et le maintient immobile par rapport au carter. Le résultat est que le pignon d'engrenage formant porte-satellites tourne autour du planétaire central, entraînant ainsi le second étage de la boite de vitesses à une vitesse plus faible. De la sorte, la boite de vitesses de la présente invention est nettement plus légère et plus compacte que les boites à deux vitesses que l'on connaissait jusqu'à présent. En outre, la boite de vitesses peut recevoir une lubrification par le système existant de lubrification du moteur. Bien que le fonctionnement soit pratiquement semblable à celui d'une boite de vitesses du type à carter sec, on réalise un débit de retour positif de l'huile vers le réservoir d'huile au moyen d'un éjecteur, au lieu d'une pompe de recyclage qui consomme de l'énergie. En outre, le mécanisme d'embrayage procure les avantages d'un actionnement d'embrayage hydraulique à haute pression sans avoir besoin d'une pompe haute pression entraînée en continu, et il est particulièrement bien adapté à une utilisation o l'on actionne rarement l'embrayage. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels, d'une vue à l'autre, les mêmes références numériques renvoyent à des éléments identiques d'une vue à l'autre, et sur lesquels: - la figure 1 est une vue arrière d'une boîte de vitesses construite conformément aux principes de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe prise approximativement selon la ligne 2-2 de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe prise approximativement selon la ligne 3-3 de la figure 1. Tout d'abord, la figure 1 montre une boite de vitesses 10 de la présente invention, comprenant un carter 12. Le carter 12 comprend des moyens pour supporter en rotation un arbre d'entraînement ou d'entrée 14 et des moyens pour supporter en rotation un arbre entraîné ou de sortie 16. Des paliers conventionnels peuvent être utilisés pour ces moyens afin de supporter en rotation l'arbre dans le carter. Le carter 12 comprend également un flasque de montage 18 et des boulons d'assemblage 19 pouvant recevoir un générateur, indiqué schématiquement en 20, et permettant de mettre l'arbre de rotor 22 du générateur en prise avec un pignon combiné 24 que l'on décrira plus en détail par la suite. Un mécanisme d'entraînement 26 relie l'arbre d'entrée 14 à l'arbre de sortie 16 à l'une de deux vitesses souhaitées. Si l'on se réfère maitenant à la figure 2, on a représenté le mécanisme d'entraînement 26 reliant l'arbre d'entrée 14 à l'arbre de sortie 16 pour permettre un fonctionnement à deux 261!017 vitesses. L'arbre 14 est supporté en rotation par des paliers 34 et 36 eux-mêmes supportés par le carter. Une couronne planétaire 38 est en prise avec l'arbre 14 de manière à pouvoir tourner avec lui, par exemple au moyen d'un manchon cannelé 39 monté sur l'arbre 14. Le manchon 39 procure également un moyen de relier un arbre interne 40 coaxialement en rotation avec l'arbre d'entrée 14. La couronne planétaire 38 comprend une denture 42 tournée radialement vers l'intérieur. La denture 42 vient en prise avec les périphéries d'une pluralité de satellites 44, chaque satellite 44 tournant sur une broche 46. Chaque satellite vient également en prise avec un planétaire central 48 placé coaxialement avec l'arbre interne 40. Un porte-satellites reliant les axes ou broches 46 des satellites 44 est avantageusement réalisé sous forme d'un pignon d'engrenage 50. Le pignon d'engrenage 50 forme l'entrée du second étage du mécanisme d'entrainement 26 et tourne à la vitesse à laquelle les broches 46 tournent autour de l'arbre d'entrée 14. Le pignon d'engrenage 50 est également en prise avec un pignon droit 52 monté sur l'arbre de sortie 16. L'arbre de sortie 16 est supporté en rotation dans le carter 12 par des paliers 54. Le carter 12 de la boite de vitesses comprend également des embrayages 58 et 60, respectivement de grande vitesse et de petite vitesse. L'embrayage 58 de grande vitesse, lorsqu'il est actionné, verrouille le planétaire central 48 à l'arbre interne 40 de manière à tourner avec la couronne d'entrée 38. Ceci est obtenu en verrouillant hydrauliquement des plateaux d'embrayage imbriqués reliés à l'arbre interne 40 à un manchon 49 formé d'une seule pièce avec le planétaire central 48, tout en débrayant simultanément l'embrayage de petite vitesse 60. Inversement, l'actionnement de l'embrayage de petite vitesse verrouille le planétaire central 48 par rapport au carter 12, de sorte que ce planétaire central 48 ne peut pas tourner autour de l'arbre d'entrée 14, ceci étant fait en débrayant en même temps l'embrayage de grande vitesse 58. Les deux embrayages 58 et 60 sont actionnés par un fluide hydraulique haute pression d'une façon bien connue, qui ne sera pas décrite en détail. En revanche, la présente invention utilise une nouvelle source de fluide haute pression différente des pompes à fluide que l'on connaissait jusqu'à présent, actionnées en continu. Le fluide haute pression utilisé pour actionner les embrayages est obtenu par amplification de pression à partir d'une source de fluide à basse pression telle que l'huile de refroi- dissement et de lubrification recyclée vers un réservoir. Une source de basse pression 64, représentée schématiquement sur la figure 2, est en communication de fluide avec un amplificateur de pression hydraulique 66. L'amplificateur 66 fournit du fluide à haute pression à un accumulateur 68 o il est stocké jusqu'à ce que des moyens commutateurs 70 permettent la décharge du fluide haute pression vers les moyens de passage de fluide 71 reliés aux embrayages 58 et 60. Lorsque l'accumulateur 68 a été rempli à une pression prédéterminée, l'amplificateur 66 s'arrête automatiquement pour éviter un prélèvement continu d'énergie sur les moyens utilisés pour alimenter l'amplificateur, par exemple un entraînement auxiliaire. Dans le mode de réalisation préféré, l'embrayage de grande vitesse 58 est normalement maintenu en position actionnée au moyen d'un mécanisme de sollicitation à ressort désigné schématiquement en 62. De la sorte, les moyens de passage de fluide 71 fournissent du fluide haute pression simultanément à l'embrayage de grande vitesse 58 et à l'embrayage de petite vitesse 60 pour débrayer l'embrayage 58 au moment o l'on embraye l'embrayage 60. Dans un tel système, on comprendra que l'absence de pression de fluide hydraulique appliquée aux embrayages 60 et 68 va faire en sorte que l'arbre de sortie 16 de la boite de vitesses 10 va se placer automatiquement sur la position de grande vitesse. Plus particulièrement, lorsqu'aucun fluide haute pression n'est appliqué, via les moyens de passage de fluide 71, aux embrayages 58 et 60, les moyens 62 de sollicitation par ressort verrouillent les plateaux de l'embrayage de grande vitesse, mettant en prise l'arbre interne 40 avec le manchon 49 du planétaire central 48. Ceci fait tourner ensemble le planétaire central 48 et la couronne annulaire 38, produisant un rapport de vitesse de 1:1,0 entre l'arbre d'entrée 14 et le pignon 50 du portesatellites. Inversement, lorsque l'on fournit du fluide haute pression aux embrayages 58 et 60, le manchon 49 du planétaire central 48 est verrouillé au carter 12 et reste fixe. Dans ce cas, les satellites 44 interagissent avec la couronne dentée 42 et le planétaire central 48, de sorte que le pignon 50 du porte-satellites est entraîné à petite vitesse. La source de basse pression 64 peut être obtenue à partir de toutes source de fluide facilement disponible, comme par exemple à partir du système de refroidissement ou de lubrifi- cation du moteur. Bien qu'un amplificateur de pression 66 soit habituellement moins efficace qu'une pompe de pressurisation, il ne consomme aucune énergie après que l'accumulateur 68 ait été rempli. En conséquence, lorsque l'on passe rarement les vitesses, l'accumulateur 68 sera la plupart du temps rempli et l'amplificateur 66 restera inactif. Donc, dans les appli- cations aéronautiques ou l'on passe rarement les vitesses, le système d'actionnement d'embrayage de la boite de vitesses 10 de la présente invention entraine finalement un prélèvement d'énergie plus faible que les pompes haute pression que l'on connaissait jusqu'à présent. Sur la figure 3, on a représenté le mécanisme d'entraînement du générateur, qui comprend un engrenage combiné 24. Un premier pignon axial de l'engrenage 24 comprend une denture 82 pouvant venir en prise avec la denture 84 de la couronne dentée 38. Un second pignon axial de l'engrenage combiné 24 comprend une denture d'engrenage 86 pouvant venir en prise avec une denture 88 de l'arbre de moteur du générateur 22. L'engrenage combiné 24 est supporté en rotation autour d'un boulon de maintien 90 au moyen d'une rondelle 92. Du fait que l'engrenage combiné 24 tire son énergie directement de la couronne dentée 38, on comprendra que, indépendamment de la vitesse à laquelle est entraîné le porte- satellites 50, le générateur 20 sera entraîné à une vitesse constante ne dépendant que des rapports de vitesses définis par l'engrènement des dentures 84, 82, 86 et 88. De préférence, la denture 88 est formée directement sur l'arbre 22, plutôt que par une roue dentée distincte. En revenant à la figure 1, on comprend que l'on introduit un fluide, comme de l'huile, à une pression relativement élevée pour lubrifier et refroidir le mécanisme d'engrenage du générateur 20 ainsi que les engrenages de la boite de vitesses et d'autres accessoires. Dans le mode de réalisation préféré, la boîte de vitesses 10 et le générateur 20 ont besoin d'un débit d'huile d'environ 3 gallons par minute (11 litres par minute) pour le refroidissement et la lubrifi- cation. Une pompe à huile, illustrée schématiquement en 28, fournit le fluide à la pression élevée nécessaire à partir d'une réserve d'huile conservée dans un réservoir 30. La pompe 28 peut être entraînée à la manière d'un accessoire de la boîte de vitesses 10, ou bien par le moteur d'entrainement. L'huile retourne au réservoir 30 par des conduites appropriées assistées par un éjecteur 32, au lieu de l'être par une pompe de recyclage. L'éjecteur est alimenté par l'huile qui a traversé le circuit de refroidissement du générateur. De préférence, l'huile utilisée pour lubrifier et refroidir la boîte de vitesses 10 est la même huile, provenant du même réservoir, que celle utilisée par le moteur auquel est relié la boite de vitesses 10. Comme la perte de pression de fluide dans certains accessoires, notamment le générateur 20, est relativement faible, l'huile de refroidissement du générateur constitue une source de fluide à pression relativement élevée. L'éjecteur 32 utilise la haute pression de l'huile du générateur et l'effet venturi bien connu pour recycler l'huile depuis la boite de vitesses 10 vers le réservoir 30. Les éjecteurs utilisent un courant à haute pression pour créer un vide dans un circuit secondaire d'une manière bien connue dans la technique, et qui ne sera pas décrite en détail. En utilisant un éjecteur 32, on élimine le besoin d'une pompe de recyclage spécifique, évitant ainsi le poids supplémentaire et le prélèvement d'énergie d'une telle pompe. En conséquence, la présente invention propose une boite de vitesses 10 qui est notablement plus légère et plus compacte que les boites de vitesses à vitesse variable que l'on connaissait jusqu'à présent. La boite de vitesses 10 élimine avantageusement le besoin d'une pompe hydraulique alimentée en énergie pour faire fonctionner les embrayages hydrauliques, en lui substituant un amplificateur hydraulique et un accu- mulateur, qui consomment moins d'énergie lorsque l'on passe rarement les vitesses. De la même façon, on peut éliminer la pompe de recyclage en utilisant un éjecteur qui se sert du fluide à haute pression du circuit de générateur pour recycler l'huile vers le réservoir. REVENDICATIONS 1. Une boite de vitesses, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter (12), - un arbre d'entraînement (14) supporté en rotation dans ce carter, - un arbre de sortie (16) supporté en rotation dans ce carter, - des moyens formant train planétaire (26), comprenant une couronne planétaire (38) montée de manière à tourner en même temps que l'arbre d'entrainement et présentant une denture annulaire (42) tournée radialement vers l'intérieur, une pluralité de satellites (44) venant en prise avec la couronne planétaire, un porte-satellites comprenant des moyens (46) pour supporter en rotation ces satellites, et un planétaire central (48) supporté coaxialement avec l'arbre d'entraînement et venant en prise avec les satellites, - un second engrenage (52) monté en rotation sur l'arbre de sortie, - des moyens pour entraîner ce second engrenage, comprenant une couronne (50) à denture tournée radialement vers l'extérieur disposée sur le porte-satellites et pouvant venir en prise avec le second engrenage, et - des moyens pour sélectionner l'une d'au moins deux vitesses de rotation en sortie, comprenant des premiers moyens d'embrayage (60) pour empêcher sélectivement la rotation du planétaire central, des seconds moyens d'embrayage (58) pour verrouiller sélectivement ce planétaire central à l'arbre d'entraînement de manière qu'il tourne avec lui, ainsi que des moyens pour actionner alternativement les premiers moyens d'embrayage et les seconds moyens d'embrayage. 2. La boite de vitesses de la revendication 1, dans laquelle les premiers et seconds moyens d'embrayage (58,60) sont des embrayages hydrauliques, et dans laquelle les moyens d'actionnement de l'embrayage comprennent des moyens pour procurer une alimentation de fluide haute pression à l'un au 261 O17 moins des deux moyens d'embrayage. 3. La boite de vitesses de la revendication 2, dans laquelle lesdits moyens pour procurer l'alimentation de fluide haute pression comprennent un amplificateur hydraulique (66), permettant d'obtenir un fluide haute pression à partir d'une source basse pression, et des moyens accumulateurs (68) pour stocker ce fluide haute pression avant de le délivrer. 4. La boîte de vitesses de la revendication 3, dans laquelle lesdits moyens pour actionner alternativement-les premiers et les seconds moyens d'embrayage comprennent en outre des moyens de commutation (70) pour relier sélectivement les moyens accumulateurs à chacun de ces moyens d'embrayage pour leur délivrer le fluide haute pression. 5. La boite de vitesses de la revendication 4, dans laquelle les seconds moyens d'embrayage (58) comprennent des moyens (62) pour solliciter élastiquement cet embrayage dans sa position embrayée, et dans laquelle il est en outre prévu des moyens de passage de fluide (71) pour délivrer le fluide haute pression à la fois aux premiers et aux seconds moyens d'embrayage de sorte que les seconds moyens d'embrayage soient débrayés lorsque les premiers moyens d'embrayage sont embrayés. 6. La boite de vitesses de la revendication 1, comprenant des moyens pour délivrer un fluide sous pression au carter de la boite de vitesses, et des moyens passifs (32) pour renvoyer ce fluide du carter vers un réservoir (30). 7. La boite de vitesses de la revendication 6, dans laquelle les moyens pour délivrer le fluide comprennent une pompe accessoire (28) qui pompe le fluide du réservoir vers le carter. 8. La boite de vitesses de la revendication 7, dans laquelle l'huile du moteur fait partie dudit fluide, et dans laquelle le réservoir d'huile du moteur fait partie dudit réservoir. 9. La boite de vitesses de la revendication 6, dans laquelle lesdits moyens passifs de renvoi de fluide comprennent un éjecteur (32). 10. La boite de vitesses de la revendication 6, dans laquelle un fluide de lubrification fait partie dudit fluide. 11. La boite de vitesses de la revendication 6, dans laquelle un fluide de refroidissement fait partie dudit fluide. 12. La boîte de vitesses de la revendication 1, comprenant en outre: - des troisièmes moyens formant engrenage (24) pour entraîner un accessoire en réponse à la rotation de l'arbre d'entraînement (14), - un générateur (20) avec un arbre de rotor (22) s'étendant vers l'extérieur hors de son carter, et - des moyens pour monter ce générateur sur ledit carter (12) de la boite de vitesses, de sorte que l'arbre du rotor soit aligné pour venir en prise avec les troisièmes moyens formant engrenage. 13. La boite de vitesses de la revendication 12, dans laquelle les troisièmes moyens formant engrenage (24) comprennent une denture (82) tournée radialement vers l'extérieur et formée sur la surface la plus éloignée vers l'extérieur de ladite couronne planétaire (38). 14. La boite de vitesses de la revendication 9, dans laquelle les moyens pour délivrer le fluide sous pression délivrent également du fluide à un accessoire (20) entraîné par la boite de vitesses, et dans laquelle la chute de pression du fluide délivré à cet accessoire est inférieure à la chute de pression du fluide délivré au carter, de sorte que le fluide délivré à cet accessoire puisse alimenter l'éjecteur de recyclage (32) permettant de renvoyer le fluide du carter vers le réservoir (30). 15. La boite de vitesses de la revendication 14, dans laquelle ledit accessoire comprend un générateur (20) monté sur la boite de vitesses et entraîné par des troisièmes moyens formant engrenage (24) pouvant mettre en prise un arbre de rotor (22) du générateur et une couronne dentée (82), tournée radialement vers l'extérieur, formée sur la périphérie de la couronne planétaire (38).