Brevet FR2980546A1 — publié le 20130329

DISPOSITIF DE LUBRIFICATION D'UNE BOITE D'ENGRENAGE PAR UNE CAME EXCENTRIQUE DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un dispositif permettant de lubrifier une boîte d'engrenage par une came excentrique. Certaines turbomachines utilisent une boîte d'engrenage pour relier entre eux deux arbres tournants à des vitesses différentes, comme la turbine et la soufflante. La boîte d'engrenage a pour but principal de réduire la vitesse de rotation de la soufflante par rapport à celle de la turbine et peut se présenter sous la forme d'un réducteur de type épicycloïdal ou planétaire. Ces réducteurs comprennent tous deux une couronne intérieure, une couronne extérieure entourant la couronne intérieure, et des satellites engrenant avec les deux couronnes et tournant sur un porte- satellites intermédiaire aux couronnes ; le porte- satellites est tournant par rapport au bâti dans les réducteurs épicycloïdaux, mais fixe dans les réducteurs planétaires, les deux couronnes étant alors tournantes. La lubrification des boîtes d'engrenages doit de toute façon être assurée. Elle s'effectue par un débit d'huile passant par un circuit approprié. Le risque existe toutefois d'une panne de ce circuit, qui produirait alors une interruption de la lubrification et pourrait endommager la boîte rapidement à cause d'un échauffement des dentures. L'objet de l'invention est de se prémunir contre ce risque et de prolonger la lubrification de la boite d'engrenage en cas de panne de la turbomachine pendant la durée nécessaire avant un arrêt complet. Le 5 concept retenu consiste à placer sur l'axe de chaque satellite un système autonome d'alimentation en huile qui est maintenu en mouvement par la boîte d'engrenage elle-même, c'est-à-dire qui continue à fonctionner tant qu'un mouvement subsiste dans la boîte. Le dispositif 10 de lubrification pourra être raccordé au circuit d'huile global de la turbomachine, mais il sera indépendant quant à sa mise en fonctionnement. Pour résumer, l'invention est relative à une boîte d'engrenage pour une turbomachine, comprenant 15 une couronne intérieure, une couronne extérieure et un porte-satellites muni de satellites engrenant chacun avec la couronne intérieure et la couronne extérieure, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de lubrification à pompe entraîné par un axe 20 de satellite. En effet, un mouvement dans la boîte d'engrenage se manifeste forcément par une rotation des satellites, de sorte que la pompe reste active jusqu'à l'arrêt complet de la boîte ; l'huile passant par la pompe peut facilement être projetée vers la denture du 25 satellite, qui engrène avec les deux couronnes et garantit donc la lubrification de toutes les dentures de la boîte. Dans une variante de réalisation, la boîte d'engrenage est caractérisée en ce que la pompe 30 comprend un logement à deux lobes, chacun des lobes comprenant un orifice de remplissage et un orifice d'expulsion de lubrifiant, une came essentiellement triangulaire mobile dans le logement en y formant des chambres destinées au lubrifiant de volume variable, et un excentrique fixé à l'axe de satellite et mobile avec du jeu dans un perçage central de la came. Une telle pompe assure la circulation de lubrifiant à travers elle sans mécanisme complexe ni alimentation extérieure et donc sans entretien. Dans une réalisation préférée, le dispositif de lubrification équipe chacun des satellites en étant entraîné par le satellite respectif, les dispositifs de lubrification, s'étendant sur un cercle, étant fixés au porte-satellites. D'autres aspects de l'invention sont une 15 turbomachine équipée d'une telle boîte d'engrenage, et la pompe équipant cette boîte. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes, qui en illustrent un mode particulier de réalisation non exclusif d'autres : 20 -la figure 1 représente une boîte d'engrenage dépourvue de l'invention, -la figure 2, la boîte d'engrenage pourvue de l'invention à autant d'exemplaires que de satellites, 25 -la figure 3, la boîte d'engrenage où un seul exemplaire de l'invention a été représenté, -les figures 4 et 5, un axe de satellite et une came de pompe mobiles ensemble, -et les figures 6a, b, c, d, e, f, g, h, i 30 et j illustrent différents états pris successivement par la pompe. La Figure 1 représente un réducteur planétaire ordinaire, muni d'une couronne intérieure (1) et d'une couronne extérieure (2) concentriques, équipées respectivement d'une denture extérieure et d'une denture intérieure, et de satellites (3) dont les dentures engrènent avec celles des deux couronnes (1) et (2). Les satellites (3) sont munis d'axes (4) qui leur permettent de tourner dans un porte-satellites (5) en forme annulaire et lui-même mobile en rotation entre les couronnes (1) et (2). Les couronnes (1) et (2) sont, dans l'emploi principalement envisagé ici de la boîte d'engrenage dans une turbomachine, assujetties à l'arbre de turbine pour l'une et à l'arbre de soufflante pour l'autre, avec un rapport des vitesses de rotation qui dépend des rapports des dentures. Conformément à l'invention, chacun des satellites (3) est muni (Figure 2) d'un dispositif de lubrification (6) qui le couvre d'un côté de la boîte d'engrenage. Les dispositifs de lubrification (6) s'étendent sur des secteurs de cercle et forment un secteur de cercle continu. La Figure 3 montre qu'ils comprennent un carter (7) fixé au porte-satellites (5) et une came (8) mobile à l'intérieur du carter (7) sous l'action de l'axe (4) du satellite (3) concerné. L'axe (4) comprend plus précisément, comme le représente la Figure 4, une portion principale (9) servant à la mise en rotation du satellite (3) et une portion excentrique (10) servant à la rotation de la came (8) de la façon qu'on va maintenant détailler. La came (8) a (Figure 5) 30 une forme triangulaire arrondie, les côtés étant des lobes (11) légèrement convexes. La came (8) est percée en son centre d'un trou (12) dont le diamètre est sensiblement plus grand que celui de la portion excentrique (10). Le fonctionnement du dispositif sera détaillé au moyen des Figures 6. L'intérieur du carter (7) est un logement (13) à deux lobes dans lequel la came (8) se déplace avec un petit jeu en étant entraînée par la portion excentrique (10). Le logement (13) est de forme oblongue, avec des grands côtés légèrement concaves à leur milieu et des petits côtés arrondis. Les formes et les dimensions de la came (8), du logement (13), du trou (12) et la position de la portion excentrique (10) sont choisies de sorte que les trois arêtes de la came (8) glissent devant les parois du logement (13) à tout instant, avec seulement un léger jeu, et divisent donc le contenu vide du logement (13) en chambres à volume variable, la portion excentrique (10) imposant à la came (8) un mouvement combiné de rotation et de translation, essentiellement dans la direction d'allongement du logement (10). Enfin, le carter (7) comprend deux orifices de remplissage (14a et 14b) et deux orifices d'expulsion (15a et 15b) du logement (10), près des grands côtés de celui-ci et de part et d'autre de leur ligne médiane, une distance assez petite. A l'état initial de la description (état a), les orifices d'expulsion (15a) et (15b) sont tous deux couverts par la came (8), dont un lobe (11) s'étend au-dessus d'eux, alors que les orifices de remplissage (14a) et (14b) sont partiellement découverts par les extrémités des deux autres lobes, une arête de la came (8) s'étendant entre eux. On s'intéresse à une chambre (16) délimitée par le côté droit du logement (13) et le lobe situé 5 également à droite de la Figure 6a et qui couvre partiellement l'orifice de remplissage (14a) de cette chambre. La rotation de l'axe (4) produit un mouvement de la portion excentrique (10) qui est dirigé principalement vers la droite et dont l'effet est 10 d'accroître le volume de la chambre (16), dans laquelle de l'huile est aspirée par l'orifice de remplissage (14a) (état b). Cette situation dure jusqu'à ce que la portion excentrique (10) soit au plus à droite de sa course (état c), l'orifice de remplissage (14a) ayant 15 peu à peu été couvert par l'avancement de la came (8) et venant alors d'être complètement refermé. Dans la suite de son mouvement, la came (8) maintient la fermeture de cet orifice de remplissage (14a), mais découvre progressivement l'orifice d'expulsion (15a) de 20 la chambre (16), dont le volume se met par ailleurs à diminuer et entraîne une expulsion de l'huile par ledit orifice (15a) (état d). L'expulsion dure à peu prés jusqu'à ce que la portion excentrique (10) ait fait un tour complet depuis l'état initial (état e), l'orifice 25 d'expulsion (15a) étant alors couvert. La chambre (16) est alors à son volume minimal. On peut alors s'intéresser à une autre chambre (17) voisine, à gauche de la précédente, et elle aussi au volume minimal, mais dont la rotation de l'axe (4) accroît le volume à cet 30 instant. Un remplissage de la chambre (17) en huile se produit, l'orifice de remplissage (14b) communiquant à la chambre (17) en étant progressivement découvert par la came (8) (état f), jusqu'à atteindre un volume maximal (état g). L'orifice de remplissage (14b) est alors couvert par la came (8), qui découvre au contraire l'orifice d'expulsion (15b) et suscite l'expulsion progressive de l'huile en réduisant progressivement le volume de la chambre (17) dans la suite de son mouvement (état h) jusqu'à ce que le volume de la chambre (17) redevienne minimal (état i). Dans la suite de la rotation, l'état initial est retrouvé (état j) et le cycle recommence. La came (8) a ainsi la propriété de diviser à tout instant l'intérieur du logement (13) en trois ou quatre chambres dont une est toujours en remplissage d'huile et l'autre en expulsion, ce qui garantit la continuité de la lubrification. Il est possible d'optimiser les formes de la came (8) et du logement (13) pour porter la circulation du lubrifiant à travers les dispositifs de lubrification (6) à un maximum Plus précisément, une forme avantageuse du logement (13) et définie par les équations x = E cosil + R cos (11/3) et y = E sinµ + R sin (11/3), où x et y sont les coordonnées du bord de logement suivant un axe X de symétrie du logement traversant les centres des lobes, Y l'autre axe de symétrie du logement, µ est un angle quelconque (égal à zéro sur l'axe X), R est le rayon de la came (8) passant par les trois sommets, et E est l'excentricité de la came (8) par rapport à l'axe (9). Avec une forme arrondie légèrement convexe des côtés de la came (8) et un placement judicieux des orifices d'entrée et de sortie(14, 15), il est possible de réduire les volumes des chambres à un minimum pendant l'expulsion du lubrifiant, de leur donner un grand volume pendant le remplissage, et de faire en sorte que les orifices 5 d'expulsion et de remplissage soient couverts seulement au volume minimum et au volume maximum respectivement. Les boîtes d'engrenage connues possèdent un circuit de lubrification comprenant des conduits à l'intérieur des axes (4) des satellites (3) pour 10 lubrifier les piliers lisses de rapport de ces axes (9) par des ramifications des conduits qui traversent les axes (9) radialement. L'huile est prélevée par des écopes tournantes ou un dispositif analogue d'un lieu inférieur de la boîte d'engrenage où elle s'accumule, 15 et acheminée auxdits conduits. Ce circuit connu peut être complété par des collecteurs d'huile reliant les conduits aux orifices de remplissage (14a) et (14b) et par des gicleurs reliés aux orifices d'expulsion (15a) et (15b), qui projettent l'huile vers la denture des 20 satellites (3) et permettent donc d'exploiter complètement l'invention. DISPOSITIF DE LUBRIFICATION D'UNE BOITE D'ENGRENAGE PAR UNE CAME EXCENTRIQUE DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un dispositif permettant de lubrifier une boîte d'engrenage par une came excentrique. Certaines turbomachines utilisent une boîte d'engrenage pour relier entre eux deux arbres tournants à des vitesses différentes, comme la turbine et la soufflante. La boîte d'engrenage a pour but principal de réduire la vitesse de rotation de la soufflante par rapport à celle de la turbine et peut se présenter sous la forme d'un réducteur de type épicycloïdal ou planétaire. Ces réducteurs comprennent tous deux une couronne intérieure, une couronne extérieure entourant la couronne intérieure, et des satellites engrenant avec les deux couronnes et tournant sur un porte- satellites intermédiaire aux couronnes ; le porte- satellites est tournant par rapport au bâti dans les réducteurs épicycloïdaux, mais fixe dans les réducteurs planétaires, les deux couronnes étant alors tournantes. La lubrification des boîtes d'engrenages doit de toute façon être assurée. Elle s'effectue par un débit d'huile passant par un circuit approprié. Le risque existe toutefois d'une panne de ce circuit, qui produirait alors une interruption de la lubrification et pourrait endommager la boîte rapidement à cause d'un échauffement des dentures. L'objet de l'invention est de se prémunir contre ce risque et de prolonger la lubrification de la boite d'engrenage en cas de panne de la turbomachine pendant la durée nécessaire avant un arrêt complet. Le 5 concept retenu consiste à placer sur l'axe de chaque satellite un système autonome d'alimentation en huile qui est maintenu en mouvement par la boîte d'engrenage elle-même, c'est-à-dire qui continue à fonctionner tant qu'un mouvement subsiste dans la boîte. Le dispositif 10 de lubrification pourra être raccordé au circuit d'huile global de la turbomachine, mais il sera indépendant quant à sa mise en fonctionnement. Pour résumer, l'invention est relative à une boîte d'engrenage pour une turbomachine, comprenant 15 une couronne intérieure, une couronne extérieure et un porte-satellites muni de satellites engrenant chacun avec la couronne intérieure et la couronne extérieure, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de lubrification à pompe entraîné par un axe 20 de satellite. En effet, un mouvement dans la boîte d'engrenage se manifeste forcément par une rotation des satellites, de sorte que la pompe reste active jusqu'à l'arrêt complet de la boîte ; l'huile passant par la pompe peut facilement être projetée vers la denture du 25 satellite, qui engrène avec les deux couronnes et garantit donc la lubrification de toutes les dentures de la boîte. Dans une variante de réalisation, la boîte d'engrenage est caractérisée en ce que la pompe 30 comprend un logement à deux lobes, chacun des lobes comprenant un orifice de remplissage et un orifice d'expulsion de lubrifiant, une came essentiellement triangulaire mobile dans le logement en y formant des chambres destinées au lubrifiant de volume variable, et un excentrique fixé à l'axe de satellite et mobile avec du jeu dans un perçage central de la came. Une telle pompe assure la circulation de lubrifiant à travers elle sans mécanisme complexe ni alimentation extérieure et donc sans entretien. Dans une réalisation préférée, le dispositif de lubrification équipe chacun des satellites en étant entraîné par le satellite respectif, les dispositifs de lubrification, s'étendant sur un cercle, étant fixés au porte-satellites. D'autres aspects de l'invention sont une 15 turbomachine équipée d'une telle boîte d'engrenage, et la pompe équipant cette boîte. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes, qui en illustrent un mode particulier de réalisation non exclusif d'autres : 20 -la figure 1 représente une boîte d'engrenage dépourvue de l'invention, -la figure 2, la boîte d'engrenage pourvue de l'invention à autant d'exemplaires que de satellites, 25 -la figure 3, la boîte d'engrenage où un seul exemplaire de l'invention a été représenté, -les figures 4 et 5, un axe de satellite et une came de pompe mobiles ensemble, -et les figures 6a, b, c, d, e, f, g, h, i 30 et j illustrent différents états pris successivement par la pompe. La Figure 1 représente un réducteur planétaire ordinaire, muni d'une couronne intérieure (1) et d'une couronne extérieure (2) concentriques, équipées respectivement d'une denture extérieure et d'une denture intérieure, et de satellites (3) dont les dentures engrènent avec celles des deux couronnes (1) et (2). Les satellites (3) sont munis d'axes (4) qui leur permettent de tourner dans un porte-satellites (5) en forme annulaire et lui-même mobile en rotation entre les couronnes (1) et (2). Les couronnes (1) et (2) sont, dans l'emploi principalement envisagé ici de la boîte d'engrenage dans une turbomachine, assujetties à l'arbre de turbine pour l'une et à l'arbre de soufflante pour l'autre, avec un rapport des vitesses de rotation qui dépend des rapports des dentures. Conformément à l'invention, chacun des satellites (3) est muni (Figure 2) d'un dispositif de lubrification (6) qui le couvre d'un côté de la boîte d'engrenage. Les dispositifs de lubrification (6) s'étendent sur des secteurs de cercle et forment un secteur de cercle continu. La Figure 3 montre qu'ils comprennent un carter (7) fixé au porte-satellites (5) et une came (8) mobile à l'intérieur du carter (7) sous l'action de l'axe (4) du satellite (3) concerné. L'axe (4) comprend plus précisément, comme le représente la Figure 4, une portion principale (9) servant à la mise en rotation du satellite (3) et une portion excentrique (10) servant à la rotation de la came (8) de la façon qu'on va maintenant détailler. La came (8) a (Figure 5) 30 une forme triangulaire arrondie, les côtés étant des lobes (11) légèrement convexes. La came (8) est percée en son centre d'un trou (12) dont le diamètre est sensiblement plus grand que celui de la portion excentrique (10). Le fonctionnement du dispositif sera 5 détaillé au moyen des Figures 6. L'intérieur du carter (7) est un logement (13) à deux lobes dans lequel la came (8) se déplace avec un petit jeu en étant entraînée par la portion excentrique (10). Le logement (13) est de forme oblongue, avec des grands côtés 10 légèrement concaves à leur milieu et des petits côtés arrondis. Les formes et les dimensions de la came (8), du logement (13), du trou (12) et la position de la portion excentrique (10) sont choisies de sorte que les trois arêtes de la came (8) glissent devant les parois 15 du logement (13) à tout instant, avec seulement un léger jeu, et divisent donc le contenu vide du logement (13) en chambres à volume variable, la portion excentrique (10) imposant à la came (8) un mouvement combiné de rotation et de translation, essentiellement 20 dans la direction d'allongement du logement (10). Enfin, le carter (7) comprend deux orifices de remplissage (14a et 14b) et deux orifices d'expulsion (15a et 15b) du logement (10), près des grands côtés de celui-ci et de part et d'autre de leur ligne médiane, 25 une distance assez petite. A l'état initial de la description (état a), les orifices d'expulsion (15a) et (15b) sont tous deux couverts par la came (8), dont un lobe (11) s'étend au-dessus d'eux, alors que les orifices de remplissage (14a) et (14b) sont 30 partiellement découverts par les extrémités des deux autres lobes, une arête de la came (8) s'étendant entre eux. On s'intéresse à une chambre (16) délimitée par le côté droit du logement (13) et le lobe situé 5 également à droite de la Figure 6a et qui couvre partiellement l'orifice de remplissage (14a) de cette chambre. La rotation de l'axe (4) produit un mouvement de la portion excentrique (10) qui est dirigé principalement vers la droite et dont l'effet est 10 d'accroître le volume de la chambre (16), dans laquelle de l'huile est aspirée par l'orifice de remplissage (14a) (état b). Cette situation dure jusqu'à ce que la portion excentrique (10) soit au plus à droite de sa course (état c), l'orifice de remplissage (14a) ayant 15 peu à peu été couvert par l'avancement de la came (8) et venant alors d'être complètement refermé. Dans la suite de son mouvement, la came (8) maintient la fermeture de cet orifice de remplissage (14a), mais découvre progressivement l'orifice d'expulsion (15a) de 20 la chambre (16), dont le volume se met par ailleurs à diminuer et entraîne une expulsion de l'huile par ledit orifice (15a) (état d). L'expulsion dure à peu prés jusqu'à ce que la portion excentrique (10) ait fait un tour complet depuis l'état initial (état e), l'orifice 25 d'expulsion (15a) étant alors couvert. La chambre (16) est alors à son volume minimal. On peut alors s'intéresser à une autre chambre (17) voisine, à gauche de la précédente, et elle aussi au volume minimal, mais dont la rotation de l'axe (4) accroît le volume à cet 30 instant. Un remplissage de la chambre (17) en huile se produit, l'orifice de remplissage (14b) communiquant à la chambre (17) en étant progressivement découvert par la came (8) (état f), jusqu'à atteindre un volume maximal (état g). L'orifice de remplissage (14b) est alors couvert par la came (8), qui découvre au contraire l'orifice d'expulsion (15b) et suscite l'expulsion progressive de l'huile en réduisant progressivement le volume de la chambre (17) dans la suite de son mouvement (état h) jusqu'à ce que le volume de la chambre (17) redevienne minimal (état i). Dans la suite de la rotation, l'état initial est retrouvé (état j) et le cycle recommence. La came (8) a ainsi la propriété de diviser à tout instant l'intérieur du logement (13) en trois ou quatre chambres dont une est toujours en remplissage d'huile et l'autre en expulsion, ce qui garantit la continuité de la lubrification. Il est possible d'optimiser les formes de la came (8) et du logement (13) pour porter la circulation du lubrifiant à travers les dispositifs de lubrification (6) à un maximum Plus précisément, une forme avantageuse du logement (13) et définie par les équations x = E cosil + R cos (11/3) et y = E sinµ + R sin (11/3), où x et y sont les coordonnées du bord de logement suivant un axe X de symétrie du logement traversant les centres des lobes, Y l'autre axe de symétrie du logement, µ est un angle quelconque (égal à zéro sur l'axe X), R est le rayon de la came (8) passant par les trois sommets, et E est l'excentricité de la came (8) par rapport à l'axe (9). Avec une forme arrondie légèrement convexe des côtés de la came (8) et un placement judicieux des orifices d'entrée et de sortie(14, 15), il est possible de réduire les volumes des chambres à un minimum pendant l'expulsion du lubrifiant, de leur donner un grand volume pendant le remplissage, et de faire en sorte que les orifices 5 d'expulsion et de remplissage soient couverts seulement au volume minimum et au volume maximum respectivement. Les boîtes d'engrenage connues possèdent un circuit de lubrification comprenant des conduits à l'intérieur des axes (4) des satellites (3) pour 10 lubrifier les piliers lisses de rapport de ces axes (9) par des ramifications des conduits qui traversent les axes (9) radialement. L'huile est prélevée par des écopes tournantes ou un dispositif analogue d'un lieu inférieur de la boîte d'engrenage où elle s'accumule, 15 et acheminée auxdits conduits. Ce circuit connu peut être complété par des collecteurs d'huile reliant les conduits aux orifices de remplissage (14a) et (14b) et par des gicleurs reliés aux orifices d'expulsion (15a) et (15b), qui projettent l'huile vers la denture des 20 satellites (3) et permettent donc d'exploiter complètement l'invention. REVENDICATIONS1)Boîte d'engrenage pour une turbomachine, comprenant une couronne intérieure (1), une couronne extérieure (2) et un porte-satellites (5) muni de satellites (3) dentés engrenant chacun avec la couronne intérieure et la couronne extérieure, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de lubrification à pompe entraîné par un axe (4) de satellite. 2)Boîte d'engrenage pour une turbomachine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe comprend un logement (13) à deux lobes, chacun des lobes comprenant un orifice de remplissage (14) et un orifice d'expulsion (15) de lubrifiant, une came (8) essentiellement triangulaire mobile dans le logement (13) en y formant des chambres (16, 17) de volume variable, et un excentrique (10) fixé à l'axe (4) de satellite et mobile avec du jeu dans un perçage (12) central de la came. 3)Boîte d'engrenage suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la came (8) a des côtés convexes et arrondis et le logement (13) a une forme définie par les équations x = E cosg + R cos (g/3) et y = E sing + R sin (g/3), où x et y sont les coordonnées du bord de logement suivant un axe X de symétrie du logement traversant les centres des lobes, Y l'autre axe de symétrie du logement, g est un angle quelconque (égal à zéro sur l'axe X), R est le rayon de la came (8) passant par les trois sommets, et E est l'excentricité de la came (8) par rapport à l'axe (9). 4)Boîte d'engrenage suivant l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisée en ce qu'un dit dispositif de lubrification à pompe équipe chacun des satellites en étant entraîné par l'axe du satellite respectif, les dispositifs de lubrification s'étendant sur un cercle et étant fixé au porte-satellites. 5)Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend une boîte d'engrenage suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 6)La pompe suivant la revendication 2 ou 3.