Brevet FR2887945A1 — publié le 20070105

La présente invention concerne le domaine des turbomachines et porte sur un manchon découpleur dont la fonction est d'assurer la transmission de couple entre un arbre moteur et un arbre coaxial qu'il entraîne. Dans le domaine des turbomachines, pour assurer le démarrage d'un turboréacteur par exemple, on utilise un moyen de démarrage, tel qu'une turbine de démarrage qui entraîne en rotation l'arbre du moteur à démarrer jusqu'à ce que ce dernier fonctionne de manière autonome. Un démarreur connu est entraîné par air. La puissance pneumatique provenant d'un autre moteur en fonctionnement ou d'un groupe auxiliaire est transformée en puissance mécanique au moyen d'une turbine. Un réducteur réduit la vitesse de la turbine jusqu'à une valeur acceptable par le dispositif entraîné tel que la boîte à accessoires du turboréacteur. La chaîne cinématique comprend notamment une roue libre qui permet de désengager le démarreur une fois que le moteur est démarré. Par mesure de sécurité, on dispose un organe d'accouplement entre l'arbre du démarreur et l'arbre de la machine à démarrer qui présente des moyens de désaccouplement des deux arbres pour prévenir les dommages à l'une ou l'autre des machines qui pourraient survenir en cas de dysfonctionnement. On désigne par la suite cet organe d'accouplement par les termes de manchon découpleur. Les fonctions assignées généralement à ce manchon sont les suivantes: En fonctionnement normal, il transmet un couple de démarrage depuis le démarreur jusqu'à l'arbre de la machine entraînée, tel qu'un arbre de la boîte d'accessoires dans un moteur à turbine à gaz, il limite le couple transmis dans ce sens normal. il prévient un cas de blocage de la roue libre, qui serait destructeur pour le démarreur, en empêchant l'entraînement du démarreur à une certaine vitesse en sens inverse. Il apparaît que cette dernière fonction est difficile à assurer car les niveaux de couple inverse pour lesquels le manchon doit agir sont faibles. En outre il est difficile de remplir cette condition sans rendre le manchon fragile. On connaît des dispositifs qui assurent cette fonction de désaccouplement lorsque survient un couple en sens inverse. Le brevet US 4871296 décrit un dispositif composé de deux arbres cannelés réunis par crabots. Dans le sens normal de transmission du couple, les crabots io entraînent les deux arbres. Lorsqu'un couple inverse prédéterminé par la compression d'un ressort est atteint, les crabots s'écartent l'un de l'autre. Lorsqu'une bague, montée sur une tige solidaire de l'arbre menant, vient en butée sur un plat solidaire l'arbre mené, elle s'oppose à la poursuite de l'écartement des deux arbres jusqu'à ce que le couple inverse soit suffisant pour entraîner la rupture de la tige (une zone de rupture a été ménagée sur la tige dans ce but). Ainsi le découplage intervient lorsque la tige fusible est cassée en traction. Le brevet US 6 059 085 décrit un dispositif semblable. Le manchon est composé de deux arbres cannelés réunis par des crabots, par l'entremise desquels le couple en sens normal est transmis. Lorsqu'un couple inverse prédéterminé par la compression du ressort est atteint, les crabots s'écartent l'un de l'autre. Une goupille montée transversalement sur une tige coaxiale et solidaire de l'arbre menant vient en butée dans les créneaux d'une bague. Cette bague est solidaire de l'arbre mené Une zone de rupture préférentielle est ménagée sur la tige, et le découplage intervient lorsque la tige fusible est cassée en torsion. On constate que ce type de solution, avec rupture soit en traction soit en torsion d'une tige fusible transmettant les couples, présente un certain manque de robustesse. En effet les zones de rupture prévues sur les tiges, que ce soit en traction ou en torsion, sont relativement fines. Elles sont sensibles: aux désalignements des cannelures qui provoquent des couples d'encastrement susceptibles de fatiguer le métal; aux couples inverses parasites provoqués par la machine entraînée, telle que la boîte d'accessoires dans un moteur à turbine à gaz. La rupture en fatigue de la tige fusible peut alors provoquer des ruptures intempestives du manchon découpleur ce qui réduit la fiabilité en service du démarreur. io La présente invention vise à pallier les inconvénients rencontrés avec les manchons de l'art antérieur. Conformément à l'invention, le manchon découpleur comprenant un arbre menant et un arbre mené coaxiaux, reliés par des crabots par lesquels l'arbre menant transmet un couple moteur à l'arbre mené dans un sens, un organe de liaison étant relié à un premier des deux arbres d'une part et au second arbre d'autre part, de telle manière que l'organe de liaison se désolidarise du premier arbre en cas de survenue d'un couple inverse audelà d'un seuil déterminé, les deux arbres étant alors libres l'un par rapport à l'autre, est caractérisé par le fait que l'organe de liaison est relié par vissage à un écrou, qui par rapport au premier arbre est mobile en translation contre un ressort de rappel, et mobile en rotation sur un angle limité, l'organe de liaison se désolidarisant du premier arbre par dévissage de l'écrou. . De préférence le premier arbre est l'arbre mené. En assurant le découplage, non plus par la rupture d'une tige fusible mais en dévissant une vis d'un écrou, on a pu constater que le manchon était beaucoup moins sensible aux sollicitations parasites. Par ailleurs, le couple inverse de découplage est taré par l'effort nécessaire à ouvrir les crabots et déterminé par le réglage du ressort. Conformément à une autre caractéristique, l'organe de liaison est mobile en rotation sur un angle limité. Ce débattement angulaire rend encore le manchon - 4 moins sensible aux sollicitations parasites. Cependant il entre aussi dans le cadre de l'invention de prévoir un angle nul. Avantageusement, l'organe de liaison est en forme de tige coaxiale aux deux arbres, et, en particulier, la tige est maintenue par une goupille au second arbre. Selon un mode de réalisation préféré, le premier arbre comprend un alésage axial dans lequel est logé l'écrou ainsi qu'un ressort de rappel de l'écrou en direction axiale. Plus particulièrement, l'écrou comprend au moins une surface formant butée en rotation coopérant avec une surface formant butée solidaire du premier arbre. Conformément à une autre caractéristique, les crabots comprennent des dents avec des portions de surface coopérant entre elles pour transmettre le couple de l'arbre menant dans un sens de rotation et des portions de surface inclinées par rapport à l'axe de rotation coopérant entre elles de telle manière que les crabots s'écartent l'un de l'autre quand le couple transmis est inversé. Conformément à une autre caractéristique, le manchon comprend une zone de rupture préférentielle de limitation du couple transmis en sens normal. On décrit maintenant un mode de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un manchon d'accouplement entre un démarreur est un turboréacteur; - la figure 2 est une vue en coupe axiale du manchon de la figure 1 à l'état accouplé ; - la figure 3 est une vue de face du manchon à l'état accouplé ; - la figure 4 est une vue en coupe axiale du manchon de la figure 1 à l'état découplé ; - la figure 5 est une vue de face du manchon à l'état découplé. Le manchon 1 de l'invention est représenté, selon une vue isométrique, sur la figure 1. Il comprend un premier élément 3, à axe de révolution, avec un arbre menant cannelé 31 et relié par des crabots 35 à un second élément 5, à axe de révolution, avec un arbre mené cannelé 51. Ces crabots 35 sont formés par les extrémités cylindriques des deux éléments 3 et 5 appliquées l'une contre l'autre, et comportant chacune des dents avec des surfaces radiales 35A d'un côté, et des surfaces 35B, inclinées par rapport aux précédentes de l'autre. Une portion 32 fusible rompt quand le couple transmis excède une valeur déterminée. En fonctionnement normal l'arbre menant 31, tournant dans le sens de la flèche, entraîne l'arbre 51 par le biais des crabots 35 et des surfaces radiales 35A. On voit, sur la figure 2, le manchon en coupe axiale selon la direction AA de la figure 3. L'élément 3 comprend un alésage axial 33 dans lequel est logé une portion d'extrémité 81 d'une tige 8 axiale. Cette tige est maintenue par une goupille 9 traversant l'élément 3. La tige 8 se prolonge à l'intérieur d'un alésage axial 53 ménagé dans l'élément 5. La tige 8 est filetée à son extrémité en 82. A l'intérieur de cet alésage 53, se trouve un écrou 20, mobile en translation entre un épaulement annulaire 53A de l'alésage et un ressort de rappel 10, annulaire. L'écrou peut coulisser sans jeu dans l'alésage. Le ressort 10 prend appui contre une entretoise 12 bloquée par un anneau d'arrêt 13 logé dans une gorge annulaire ménagée dans l'alésage du côté du crabot. L'écrou 20 comprend une portion 22, opposée au ressort 12, et qui coulisse dans un logement axial 55 ménagé dans l'élément 5 dans le prolongement de l'alésage 53. On voit sur la figure 3 la forme de la portion 22 et de son logement 55. La portion 22 est de forme oblongue et comporte deux flancs parallèles 22A qui sont espacés de deux flancs 55A parallèles du logement 55, de manière à permettre à l'écrou 20 de pivoter autour de son axe par rapport à l'élément 5 sur un certain angle. Le débattement angulaire est par exemple de 5 degrés. L'écrou 20 est taraudé en son centre et reçoit l'extrémité filetée 82 de la tige 8. Le fonctionnement du dispositif est décrit ci-après. Le manchon est rendu solidaire du démarreur par l'intermédiaire d'un jonc de blocage 34. Dans le sens normal de transmission du couple, l'arbre menant entraîne l'arbre mené par les surfaces de crabot 35A. io Lorsque survient un couple inverse, au-delà d'un seuil de couple prédéterminé par la force de compression du ressort 10, les crabots glissent sur les surfaces inclinées 35B. L'écrou est alors entraîné en rotation par rapport à l'élément 5 jusqu'à ce que les flancs plats 22A de la portion 22 viennent en appui contre les flancs plats 55A du logement 55. On voit la position prise par l'écrou par rapport à l'élément 5 sur la figure 5. Si le couple inverse se poursuit, alors que la tige 8 est maintenue par la goupille 9 dans l'élément 3, l'écrou se dévisse. Après un certain nombre de tours défini par la longueur de filetage 82 en prise dans l'écrou, le découplage intervient. A ce moment l'écrou est repoussé par le ressort de compression 10 et vient en butée contre l'épaulement 53A. Les deux éléments 3 et 5 sont alors libres l'un par rapport à l'autre. On a représenté sur la figure 4, qui est une vue en coupe axiale selon la direction BB de la figure 5 la position relative des deux éléments 3 et 5 après découplage. REVENDICATIONS 1. Manchon découpleur comprenant un arbre menant (31) et un arbre mené (51) coaxiaux, reliés par des crabots (35) par lequel l'arbre menant transmet un couple moteur à l'arbre mené dans un sens en fonctionnement normal, un organe de liaison (8) étant relié à un premier (51) des deux arbres d'une part et au second arbre (31) d'autre part, de telle manière que l'organe de liaison se désolidarise du premier arbre en cas de survenue d'un couple inverse au-delà d'un seuil déterminé, les deux arbres étant alors libres en rotation l'un par rapport à l'autre, caractérisé par le fait que l'organe de liaison (8) est relié par vissage à un écrou (20), qui par rapport au premier arbre (51) est mobile en translation contre un ressort de rappel (10), et mobile en rotation sur un angle limité, l'organe de liaison se désolidarisant du premier arbre (51) par dévissage de l'écrou (20). . 2. Manchon selon la revendication 1 dont le premier arbre (51) est l'arbre mené. 3. Manchon selon la revendication 1 ou 2 dont l'organe de liaison est en forme de tige (8) coaxiale aux deux arbres. 4. Manchon selon la revendication précédente, dont la tige est maintenue par une goupille (9) au second arbre (31). 5. Manchon selon la revendication 1 dont le premier arbre (51) comprend un alésage (53) axial dans lequel est logé l'écrou (20) ainsi qu'un ressort (10) de rappel de l'écrou (20) en direction axiale. 6. Manchon selon la revendication précédente dont l'écrou (20) comprend au moins une surface (22A) formant butée en rotation coopérant avec une surface (55A) formant butée solidaire du premier arbre. 7. Manchon selon l'une des revendications précédentes dont les crabots (35) comprennent des dents avec des portions de surface (35A) coopérant entre elles pour transmettre le couple de l'arbre menant dans un sens de rotation et des portions de surface (35B) inclinées par rapport aux précédentes coopérant entre elles de telle manière que les crabots s'écartent l'un de l'autre quand le couple transmis est inversé. 8. Manchon selon l'une des revendications précédentes comprenant une zone (32) de rupture préférentielle de limitation du couple transmis en io sens normal.