Brevet FR2979963A1 — publié le 20130315

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine technique des roues d'engrenage, notamment mais pas seulement celles que l'on trouve dans les boites de réduction de turbomachine. L'invention porte plus particulièrement sur la problématique de l'amortissement des vibrations pouvant apparaître dans les roues d'engrenage, notamment dans les pignons réducteurs de turbomoteurs ou pignons de multiplicateurs de vitesse. Il est bien connu que les vibrations qui sont susceptibles d'apparaître dans les roues d'engrenage entrainées en rotation à grande vitesse peuvent endommager les roues. C'est pourquoi l'on cherche à amortir ces vibrations. Pour ce faire, il est notamment connu d'utiliser un jonc métallique annulaire fendu qui est placé en dessous de la jante portant les dents d'engrenage. Généralement, le jonc métallique vient se loger dans une gorge annulaire ménagée dans la surface périphérique intérieure de la jante, concentrique à l'axe de rotation de la roue. Si cette solution permet de réduire de manière notable les vibrations, elle présente toutefois l'inconvénient potentiel de provoquer une usure du jonc et l'apparition indésirable de limaille dans le circuit d'huile. Une autre solution est d'adapter la géométrie au comportement vibratoire, ce qui a pour effet désavantageux d'augmenter la masse de la roue. Encore une autre solution est d'utiliser un dispositif d'amortissement de vibrations comprenant un matériau viscoélastique. Cette solution est notamment décrite dans FR 2 664 667 et GB 2 463 649. Considéré selon la direction de l'axe de rotation de la roue d'engrenage, le matériau viscoélastique est fixé solidairement entre un organe support en acier et un élément de contrainte. Le dispositif d'amortissement de vibrations est fixé à la roue d'engrenage par l'intermédiaire de l'organe support qui est logé sous contrainte radiale dans une gorge annulaire ménagée dans la jante. Ce dispositif d'amortissement réalise un amortissement par cisaillement. Un inconvénient de ce dispositif est que le frottement métal/métal entre l'organe support et la jante de la roue peut générer là encore de l'usure et de la limaille. Objet et résumé de l'invention Un objet de la présente invention est de proposer une roue d'engrenage comportant un dispositif d'amortissement de vibrations amélioré. L'invention porte donc sur une roue d'engrenage comprenant une jante annulaire ayant une première surface périphérique portant des dents d'engrenage et une seconde surface périphérique munie d'un dispositif d'amortissement de vibrations, le dispositif d'amortissement de vibrations étant constitué d'une couche de matériau viscoélastique et d'une contre-couche, la couche de matériau viscoélastique étant disposée radialement entre la jante annulaire et la contre-couche, et la couche de matériau viscoélastique étant fixée directement sur la seconde surface périphérique de la jante annulaire. De manière préférentielle, la première surface périphérique est une surface périphérique extérieure, tandis que la seconde surface périphérique est une surface périphérique intérieure. Dans ce cas, le dispositif d'amortissement de vibrations est fixé directement sur la surface périphérique intérieure de la jante annulaire. Selon une variante, la première surface périphérique est une surface périphérique intérieure, tandis que la seconde surface périphérique est une surface périphérique extérieure. Selon cette conformation, que l'on trouve en particulier dans les trains épicycloïdaux, le dispositif d'amortissement de vibrations est fixé directement sur la surface périphérique extérieure de la jante annulaire. Ainsi, selon l'invention, le dispositif de vibration est constitué de deux couches uniquement, à savoir la couche de matériau viscoélastique et la contre-couche (ou couche de matériau rigide). En outre, toujours selon l'invention, la couche de matériau viscoélastique est fixée directement à la seconde surface périphérique de la jante annulaire, ce qui signifie que contrairement à l'art antérieur décrit ci-dessus, il n'y a pas d'organe support entre la jante et la couche de matériau viscoélastique. La couche de matériau viscoélastique est en effet fixée directement sur la jante de la roue. Un autre avantage de l'invention est qu'elle ne nécessite pas la présence de gorge annulaire ménagée dans la jante. La roue selon l'invention est ainsi dépourvue de gorge annulaire recevant le dispositif d'amortissement de vibrations. En effet, un inconvénient d'une telle gorge est qu'elle génère un accident de forme et une concentration de contraintes dans une zone nécessitant un dimensionnement spécifique, voire une augmentation significative d'épaisseur pour garantir la tenue mécanique de la pièce. Selon l'invention, le dispositif d'amortissement est directement fixé sur la seconde surface périphérique de la jante de la roue. Cela permet de ne pas générer d'accident de forme et d'améliorer sensiblement le dimensionnement massique de la roue. Encore un avantage de l'invention réside dans le fait que le dispositif d'amortissement ne comporte que deux couches. En effet, plus il y a de couches, plus l'amortissement est difficile à maîtriser et à reproduire. En outre, grâce à l'absence d'organe de support entre la couche de matériau viscoélastique et la jante, le dispositif d'amortissement de vibrations selon l'invention n'est pas perturbé par les caractéristiques de l'organe support métallique. L'invention permet d'obtenir un amortissement de vibrations par compression, alors que dans l'art antérieur, l'amortissement est réalisé par cisaillement. De manière avantageuse, le dispositif d'amortissement de vibrations présente une géométrie annulaire. Le dispositif d'amortissement peut présenter la forme d'un anneau continu, fendu ou bien encore multi- segmenté. En outre, la contre-couche présente de préférence une longueur axiale au moins égale à celle de la couche de matériau viscoélastique, grâce à quoi la contre-couche recouvre axialement le matériau viscoélastique, et ce afin de le protéger. Néanmoins la contre-couche peut également présenter une longueur inférieure à celle du matériau viscoélastique. La longueur axiale du dispositif d'amortissement de vibrations sera par exemple comprise entre 5 et 15 mm, pour une jante annulaire ayant une longueur axiale de 40 mm. De préférence, la couche de matériau viscoélastique présente une épaisseur radiale comprise entre 0,1 mm et 3 mm. Bien entendu, l'épaisseur de la couche de matériau viscoélastique sera adaptée aux fréquences à amortir. Encore de préférence, la contre-couche présente une épaisseur radiale comprise entre 0,5 mm et 2 mm. Comme matériau constitutif de la contre-couche, on pourra choisir de préférence un matériau plus rigide que le matériau de la couche viscoélastique. Pour la contre-couche, on pourra notamment choisir un matériau métallique, par exemple un acier, ou tout autre matériau rigide tel un matériau composite ou bien encore un matériau plastique. Le matériau viscoélastique sera de préférence un élastomère. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la roue d'engrenage est un pignon, par exemple un pignon réducteur de sortie ou bien un pignon réducteur intermédiaire d'un turbomoteur. L'invention porte également sur une turbomachine, par exemple un turbomoteur d'hélicoptère, comprenant une roue d'engrenage selon l'invention, ladite roue d'engrenage étant alors un pignon réducteur. L'invention porte en outre sur un procédé de fabrication d'une roue d'engrenage selon l'invention, ledit procédé comportant une étape de vulcanisation de la couche de matériau viscoélastique sur la jante annulaire. De préférence, on fournit une roue d'engrenage (initialement dépourvue de dispositif d'amortissement de vibration), on fournit un dispositif d'amortissement de vibrations constitué d'une couche de matériau de viscoélastique et d'une contre-couche, ces deux couches étant préalablement fixées solidairement l'une à l'autre, et on vulcanise le matériau viscoélastique sur la seconde surface périphérique de la jante annulaire afin d'adhériser le dispositif d'amortissement à la roue d'engrenage. Selon une variante, le procédé de fabrication peut également faire intervenir la vulcanisation du matériau viscoélastique simultanément sur la contre-couche et la seconde surface périphérique de la jante de la roue. Selon une autre variante, le procédé de fabrication d'une roue d'engrenage comporte une étape de collage de la couche de matériau viscoélastique sur la seconde surface périphérique de la jante annulaire. Un film de colle est donc présent entre la couche de matériau viscoélastique et la jante. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre un turbomoteur d'hélicoptère comportant une roue d'engrenage selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une roue d'engrenage selon l'invention comportant un dispositif d'amortissement de vibrations; la figure 3 est une vue de détail de la figure 2 montrant le dispositif d'amortissement de vibrations ; la figure 4 est une vue partielle en perspective de la roue d'engrenage de la figure 2. Description détaillée de l'invention La figure 1 illustre une turbomachine 10, en l'espèce un turbomoteur d'hélicoptère. De manière classique, ce turbomoteur 10 comporte un générateur de gaz 12 et une turbine libre 14 entrainée en rotation par le flux de gaz brûlés sortant de la chambre de combustion 16. La turbine libre 14 comprend une roue de turbine 18 qui est fixée à l'une des extrémités d'un arbre 20. A l'autre extrémité de l'arbre 20 se trouve un pignon primaire 22 qui engrène avec un pignon intermédiaire 24. Le pignon intermédiaire 24, qui est entrainé en rotation autour de son axe A par le pignon primaire, engrène avec un pignon de sortie 26 conforme à la présente invention. Le pignon intermédiaire 24 et le pignon de sortie 26 sont des roues d'engrenage qui font partie du réducteur de vitesse 27 de la turbomachine 10. Le pignon de sortie 26, entrainé en rotation autour de son axe B par le pignon intermédiaire, est relié à un arbre de sortie 28 destiné à être accouplé à la boite de transmission principale de l'hélicoptère (non représentée ici). Bien entendu, l'invention pourra s'appliquer à d'autres types de moteurs et turbomoteurs, par exemple aux turbomachines dont les turbines sont liées. Lors du fonctionnement du turbomoteur, le pignon intermédiaire 24 et le pignon de sortie 26 subissent des vibrations. Comme mentionné plus haut, le but de l'invention est d'amortir ces vibrations. Dans cet exemple, le pignon de sortie 26 est donc une roue d'engrenage conforme à l'invention. Sans sortir du cadre de l'invention, le pignon intermédiaire 24 pourrait également être une roue d'engrenage selon la présente invention. Autrement dit, l'invention peut être appliquée au pignon intermédiaire 24 et/ou au pignon de sortie 26. En se référant à la figure 2, on va maintenant décrire plus en détail le pignon de sortie 26 conforme à l'invention. Comme on le voit sur cette vue en coupe axiale, le pignon de sortie 26 comporte classiquement un voile 30 s'étendant radialement entre un moyeu 32 et une jante annulaire 34. La jante annulaire 34 présente une première surface périphérique, à savoir une surface périphérique extérieure 36, et une seconde surface périphérique, à savoir une surface périphérique intérieure 38. Les surfaces périphériques intérieure et extérieure s'étendent de manière annulaire autour de l'axe B. A l'aide de la figure 4, on constate que la surface périphérique extérieure 36 porte des dents d'engrenage 40. Conformément à la présente invention, la surface périphérique intérieure 38 est munie d'un dispositif d'amortissement de vibrations 42 qui est constitué d'une couche de matériau viscoélastique 44 et d'une contre-couche 46. En d'autres termes, le dispositif d'amortissement de vibrations 42 ne comporte que deux couches. Toujours selon l'invention, la couche de matériau viscoélastique 44 est disposée radialement entre la surface périphérique intérieure 38 de la jante et la contre-couche 46. On comprend donc que, dans cet exemple non limitatif, la couche de matériau viscoélastique est fixée à la fois à la surface périphérique intérieure 38 et à la contre-couche 46. Comme on le voit sur la figure 3, selon l'invention, la couche de matériau viscoélastique 44 est fixée directement à la surface périphérique intérieure 38 de la jante annulaire 34, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'organe de couplage entre la couche de matériau viscoélastique 44 et la surface périphérique intérieure 38. En outre, la jante est dépourvue de gorge annulaire. Pour fabriquer le pignon de sortie 26 selon l'invention, on réalise une étape de fixation du dispositif d'amortissement de vibrations 42 à la jante annulaire 34 par collage ou par vulcanisation de la couche de matériau viscoélastique 44 contre la surface périphérique intérieure 38 de la jante annulaire, étant précisé que le pignon de sortie 26 est métallique. Ainsi, lorsque le dispositif d'amortissement est collé à la jante, on comprend qu'il peut exister un film de colle entre la couche de matériau viscoélastique et la surface périphérique intérieure de la jante annulaire. Par ailleurs, la contre-couche 46 pourra être collée ou vulcanisée à la couche de matériau viscoélastique 44. La couche de matériau viscoélastique est vulcanisée à la surface périphérique intérieure de la jante. En se référant à la figure 4, on constate que le dispositif d'amortissement de vibrations 42 présente une forme annulaire en 15 s'étendant sur pratiquement toute la circonférence de la surface périphérique intérieure 38. Le dispositif d'amortissement de vibrations 42 est avantageusement fendu, c'est-à-dire qu'il présente une fente 48 s'ouvrant de préférence sur toute l'épaisseur radiale et toute la longueur axiale du dispositif d'amortissement. Un intérêt est d'améliorer l'adaptation 20 de la contre-couche à la géométrie et aux déformations de la roue afin d'améliorer l'absorption des vibrations. Comme on peut le voir sur la figure 3, la contre-couche 46 présente une longueur axiale sensiblement égale à celle de la couche de matériau viscoélastique 44. La longueur axiale de la contre-couche 25 pourrait être légèrement supérieure à celle de la couche de matériau viscoélastique. Le fait que la contre-couche recouvre axialement la couche de matériau viscoélastique permet de protéger cette dernière afin de limiter les interactions et agressions du milieu environnant (transport, manipulation, fluide en contact, etc...). 30 Dans cet exemple, le dispositif d'amortissement de vibrations 42 est disposé axialement au bord de la jante annulaire 34. Il pourra toutefois être disposé en léger retrait, par exemple de quelques millimètres. A titre d'exemple non limitatif, l'épaisseur radiale el de la couche 35 de matériau viscoélastique est comprise entre 0,5 mm et 3 mm, tandis que l'épaisseur radiale e2 de la contre-couche est comprise entre 0,5 mm et 2 mm. Ces épaisseurs seront choisies en fonction des dimensions du pignon, des fréquences à amortir et du choix des matériaux constitutifs des deux couches précitées. Dans cet exemple, le matériau viscoélastique est un élastomère du type Nitrile tandis que la contre-couche est un acier, étant précisé que l'on pourra éventuellement choisir un autre matériau, par exemple un métal, un matériau composite, ou encore un matériau plastique. La longueur axiale I du dispositif d'amortissement de vibrations est comprise entre 5 et 15 mm, donc sensiblement supérieure à son épaisseur. La couche de matériau viscoélastique travaille en compression. On peut ainsi obtenir un amortissement par compression des vibrations sur une plage de fréquences comprise environ entre 5 et 30 kHz. L'amortissement des vibrations offre la possibilité de réduire sensiblement la masse du pignon de sortie en diminuant notamment l'épaisseur, de la jante, du voile et/ou du moyeu. Le gain de masse est de l'ordre de 20% sur le pignon de sortie. Le même résultat peut être obtenu sur le pignon intermédiaire.20 REVENDICATIONS1. Roue d'engrenage (26) comprenant une jante annulaire (34) ayant une première surface périphérique (36) portant des dents d'engrenage (40) et une seconde surface périphérique (38) munie d'un dispositif d'amortissement de vibrations (42), caractérisée en ce que le dispositif d'amortissement de vibrations est constitué d'une couche de matériau viscoélastique (44) et d'une contre- couche (46), en ce que la couche de matériau viscoélastique (44) est disposée radialement entre la jante annulaire (34) et la contre-couche, et en ce que la couche de matériau viscoélastique est fixée directement à la seconde surface périphérique (38) de la jante annulaire. 2. Roue d'engrenage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'amortissement de vibrations (42) présente la forme d'un anneau fendu, continu ou multi-segmenté. 3. Roue d'engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la jante annulaire (34) est dépourvue de gorge annulaire recevant le dispositif d'amortissement. 4. Roue d'engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle présente un axe de rotation (B), et en ce que la contre-couche (46) présente une longueur axiale au moins égale à celle de la couche de matériau viscoélastique (44). 5. Roue d'engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche de matériau viscoélastique (44) présente une épaisseur radiale (el) comprise entre 0,1 mm et 3 mm. 6. Roue d'engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la contre-couche (46) présente une épaisseur radiale (e2) comprise entre 0,5 mm et 2 mm. 7. Roue d'engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la contre-couche (46) est réalisée dans un matériau métallique, composite ou plastique. 8. Turbomachine (10) comprenant une roue d'engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ladite roue d'engrenage étant un pignon (26). 9. Procédé de fabrication d'une roue d'engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de vulcanisation de la couche de matériau viscoélastique sur la seconde surface périphérique de la jante annulaire. 10.Procédé de fabrication d'une roue d'engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de collage de la couche de matériau viscoélastique sur la seconde surface périphérique de la jante annulaire.