Brevet FR3025010A1 — publié le 20160226

Réducteur de vitesse pour une turbomachine DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un réducteur de vitesse pour une turbomachine telle qu'un turbopropulseur. ETAT DE L'ART Une turbomachine peut comprendre un ou plusieurs réducteurs mécaniques de vitesse. C'est notamment le cas d'un turbopropulseur dont l'hélice (non carénée) est entraînée en rotation par un arbre de turbine par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse, appelé couramment PGB qui est l'acronyme de Propeller Gear Box. Il existe plusieurs types de réducteur de vitesse tels que les réducteurs à trains épicycloïdaux, à chaines, à vis sans fin, à lignes intermédiaires d'entrainement, etc. Tous ces réducteurs comprennent des parties tournantes engrenées les unes avec les autres. La présente invention s'applique de préférence mais non exclusivement au réducteur à lignes intermédiaires de transmission (aussi appelé réducteur composé ou « compound »). Dans la technique actuelle, un réducteur de vitesse de ce type comprend une ligne d'entrée et une ligne de sortie entraînée par la ligne d'entrée par l'intermédiaire de deux lignes intermédiaires de transmission. La puissance transmise par la ligne d'entrée est séparée entre les lignes intermédiaires avant d'être transférée à la ligne de sortie. Les lignes intermédiaires de transmission sont parallèles et comportent chacune un arbre portant un pignon d'entrée engrainé avec la ligne d'entrée et un pignon de sortie engrainé avec la ligne de sortie. Les pignons d'entrée des deux lignes intermédiaires de transmission sont identiques et comprennent des dentures droites. On a déjà proposé d'équiper un réducteur de turbomachine de 30 moyens de mesure ou de calcul du couple de rotation transmis à une pièce tournante par une autre pièce tournante. La précision du contrôle du couple 3025010 2 de rotation influe notamment sur la précision de la puissance fournie par la turbomachine et permet d'optimiser la durée de vie du réducteur. Cependant, les technologies actuellement proposées sont complexes et encombrantes et donc difficilement utilisables dans le type de réducteur 5 précité. On connaît par exemple une technologie dans laquelle le couple de rotation est calculé à partir d'efforts de torsion qui sont déterminés à partir d'un angle de torsion mesuré entre un arbre de transmission entre deux parties tournantes, et un arbre témoin. L'angle de torsion est mesuré au 10 moyen d'une roue phonique associée à chaque arbre et d'un capteur inductif. Cette technologie est complexe à mettre en oeuvre et encombrante. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention propose notamment de réguler la puissance 15 fournie par une turbomachine, par une mesure précise d'un couple de rotation dans un réducteur de vitesse. L'invention propose un réducteur de vitesse pour une turbomachine, telle qu'un turbopropulseur, comprenant des parties tournantes engrenées les unes avec les autres, caractérisé en ce qu'une première partie 20 tournante comprend un pignon à denture hélicoïdale engrenée avec un pignon à denture hélicoïdale d'une seconde partie tournante, ladite première partie tournante étant équipée de moyens de mesure des efforts axiaux auxquels elle est soumise du fait de la transmission d'un couple de rotation par ladite seconde partie tournante, lesdits moyens de mesure 25 étant configurés pour être reliés à des moyens de calcul dudit couple de rotation à partir d'un signal de sortie desdits moyens de mesure. Dans la présente demande, on entend par partie tournante notamment une partie destinée à une transmission de puissance mécanique. L'invention propose ainsi de calculer le couple de rotation à partir d'une mesure d'efforts axiaux. En effet, comme cela sera expliqué plus en 3025010 3 détail dans ce qui suit, les efforts axiaux auxquels est soumise une partie tournante en fonctionnement sont directement proportionnels au couple de rotation appliqué à celle-ci. Les efforts axiaux sont ici générés par la coopération des dentures hélicoïdales des parties tournantes. L'invention 5 propose ainsi de remplacer des dentures droites de la technique antérieure par des dentures hélicoïdales pour assurer la génération des efforts axiaux. Bien que certains réducteurs de la technique antérieure comprennent déjà des dentures hélicoïdales, elles sont utilisées pour d'autres raisons (rendement, réduction du bruit, etc.). Lors de la rotation de la seconde 10 partie tournante, celle-ci entraîne la première partie tournante et lui applique des efforts axiaux du fait de la coopération de leurs dentures hélicoïdales. Dans ce cas, la seconde partie tournante est une partie menante et la première partie tournante est une partie menée. Les efforts axiaux sont mesurés par les moyens de mesure qui sont configurés pour 15 émettre un signal de sortie correspondant au niveau d'efforts axiaux détecté et destiné à être transmis à des moyens de calcul du couple de rotation. Le réducteur selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes 20 avec les autres : - lesdits moyens de mesure sont montés sur un palier de guidage de ladite première partie tournante ; - ledit palier de guidage est un palier à roulement et lesdits moyens de mesure sont montés sur une bague externe dudit palier à roulement ; 25 - lesdits moyens de mesure sont montés entre la bague externe du palier à roulement et un carter du réducteur ; - lesdits moyens de mesure sont intégrés audit palier de guidage ; - ladite première partie tournante est une ligne d'entrée, intermédiaire ou de sortie du réducteur. 3025010 4 La présente invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un réducteur tel que décrit ci-dessus. Le réducteur peut comprendre une ligne de sortie configurée pour 5 entraîner une hélice non carénée du turbopropulseur. De préférence, la turbomachine comprend un calculateur comportant lesdits moyens de calcul. La turbomachine est de préférence un turbopropulseur d'aéronef. DESCRIPTION DES FIGURES 10 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un réducteur de 15 vitesse à deux lignes intermédiaires de transmission, - la figure 2 est une vue schématique d'une ligne intermédiaire de transmission, selon la technique antérieure, - la figure 3 est une vue schématique d'une ligne intermédiaire de transmission, selon un mode de réalisation de l'invention, et 20 - la figure 4 est une vue schématique d'une ligne intermédiaire de transmission, selon une variante de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 représente de manière schématique un réducteur 10 de vitesse à deux lignes intermédiaires de transmission, ce réducteur 10 25 comportant pour l'essentiel quatre parties : une ligne d'entrée 12, une ligne de sortie 14 et deux lignes intermédiaires de transmission 16 qui sont entrainées par la ligne d'entrée 12 et entraînent à leur tour la ligne de sortie 14. Les différentes parties 12, 14, 16 du réducteur forment des parties 30 tournantes et sont en général montées dans un carter du réducteur qui n'est pas représenté ici, ce carter comportant un premier orifice pour le 3025010 5 passage de la ligne d'entrée et son raccordement à un premier élément d'une turbomachine par exemple, et un second orifice pour le passage de la ligne de sortie et son raccordement à un second élément de la turbomachine. Le premier élément est par exemple un arbre de turbine de 5 la turbomachine et le second élément est un arbre d'entraînement d'une hélice de cette turbomachine dans le cas où cette dernière est un turbopropulseur. La ligne d'entrée 12 comprend un arbre 18 portant un pignon 20 à denture externe droite. Le pignon 20 et l'arbre 18 sont coaxiaux et tournent 10 autour d'un même axe noté B. La ligne de sortie 14 comprend un arbre 22 portant un pignon 24 à denture externe droite. Le pignon 24 et l'arbre 22 sont coaxiaux et tournent autour d'un même axe noté A. Ils tournent ici dans le même sens de rotation que le pignon 20 et l'arbre 18 de la ligne d'entrée. 15 Les lignes d'entrée et de sortie 12, 14 sont parallèles. Leurs axes de rotation A, B sont donc parallèles. Les lignes intermédiaires de transmission 16 sont sensiblement parallèles et identiques. Chaque ligne 16 comporte un arbre 25 qui porte un pignon d'entrée 26 à une première extrémité et un pignon de sortie 28 à 20 une seconde extrémité. Les pignons de sortie 28 sont engrenés avec le pignon 24 de la ligne de sortie 14. Les pignons d'entrée 26 sont engrenés avec le pignon 20 de la ligne d'entrée 12. Les pignons 26, 28 sont à dentures externes droites. Chaque arbre 25 et ses pignons 26, 28 sont coaxiaux et tournent autour d'un même axe noté C, parallèle aux axes A et 25 B. La figure 2 représente une ligne intermédiaire de transmission 16 selon la technique antérieure, dont les pignons 26, 28 sont à dentures droites. Les références 30 et 32 désignent des paliers de guidage de la ligne de transmission, qui sont montés entre l'arbre 25 de la ligne et le 30 carter du réducteur (non représenté). Les paliers 30, 32 sont ici des paliers à roulement, le palier 30 étant un palier à billes situé à une extrémité de 3025010 6 l'arbre 25 et le palier 32 étant un palier à rouleaux situé à l'extrémité opposée de l'arbre. La figure 3 représente un mode de réalisation de l'invention qui est ici appliqué à une ligne intermédiaire de transmission 16' mais qui peut 5 s'appliquer à toute partie tournante de réducteur. La ligne intermédiaire 16' diffère de celle 16 de la figure 2 essentiellement en ce qu'au moins l'une de ses dentures est hélicoïdale et en ce qu'elle est en outre associée à des moyens de mesure des efforts axiaux lors de la transmission d'un couple de rotation. 10 Dans l'exemple représenté, c'est la denture du pignon 26' qui coopère avec la ligne d'entrée 12, qui est hélicoïdale. La denture du pignon 20 de la ligne d'entrée 12 doit avoir une forme complémentaire de celle du pignon 26' de la ligne intermédiaire 16' et a donc une forme hélicoïdale. En variante ou en caractéristique additionnelle, l'autre pignon 28 de la ligne 16' 15 peut avoir une denture hélicoïdale. Lors de la transmission d'un couple de rotation de la ligne d'entrée 12 à la ligne intermédiaire 16, le pignon 20 de la ligne d'entrée applique des efforts axiaux à la denture du pignon 26' de la ligne intermédiaire, par l'intermédiaire des dentures hélicoïdales. Ces efforts axiaux sont 20 directement proportionnels au couple transmis. Selon l'invention, le couple transmis est calculé à partir d'une valeur mesuré des efforts axiaux appliqués à la ligne intermédiaire 16'. Pour cela, la ligne intermédiaire 16' est équipée de moyens de mesure des efforts axiaux précités. 25 Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, les moyens de mesure 34 sont intégrés dans le palier de guidage 30 qui est ainsi du type instrumenté. Ces moyens de mesure 34 sont par exemple configurés pour mesurer les efforts axiaux appliqués à la ligne 16' à partir des déplacements axiaux relatifs entre les bagues externe et interne du palier 30 30. 3025010 7 Dans la variante de réalisation de la figure 4, les moyens de mesure 34 sont montés entre la bague externe du palier de guidage 30 et le carter 36 du réducteur. Les moyens de mesure 34 comprennent par exemple un capteur d'effort du type à jauge de déformation (extensométrique ou 5 piézorésistive), du type à mesure de déplacement, du type à fibre optique, etc. Ils sont par exemple configurés pour mesurer les efforts axiaux appliqués à la ligne 16' à partir des déplacements axiaux relatifs entre la bague externe du palier 30 et le carter 36. Les moyens de mesure 34 sont configurés pour émettre un signal de 10 sortie qui est transmis à des moyens de calcul 38, tels qu'un calculateur de la turbomachine, pour calculer le couple de rotation appliqué à la ligne 16'. Pour cela, les moyens de calcul 38 peuvent utiliser la relation mathématique suivante : r * Fa 15 C P tan(f3) avec C : le couple transmis par la denture (en N.m), rp : le rayon primitif du pignon (en m), p : l'angle d'hélice de la denture (en rad), et Fa : l'effort axial induit par la denture (en N). 20 Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en relation avec une ligne intermédiaire du réducteur, elle pourrait s'appliquer de la même façon à la ligne d'entrée ou à la ligne de sortie du réducteur. 25 REVENDICATIONS1. Réducteur de vitesse (10) pour une turbomachine, telle qu'un turbopropulseur, comprenant des parties tournantes (12, 14, 16') engrenées les unes avec les autres, caractérisé en ce qu'une première partie tournante (16') comprend un pignon (26') à denture hélicoïdale engrenée avec un pignon à denture hélicoïdale d'une seconde partie tournante (12), ladite première partie tournante étant équipée de moyens (34) de mesure des efforts axiaux auxquels elle est soumise du fait de la transmission d'un couple de rotation par ladite seconde partie tournante, lesdits moyens de mesure étant configurés pour être reliés à des moyens (38) de calcul dudit couple de rotation à partir d'un signal de sortie desdits moyens de mesure. 2. Réducteur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (34) sont montés sur un palier (30) de guidage de ladite première partie tournante (16'). 3. Réducteur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit palier de guidage (30) est un palier à roulement et en ce que lesdits moyens de mesure (34) sont montés sur une bague externe dudit palier à roulement. 4. Réducteur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (34) sont montés entre la bague externe du palier à roulement et un carter (36) du réducteur. 5. Réducteur (10) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (34) sont intégrés audit palier de guidage (30). 6. Réducteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première partie tournante est une ligne d'entrée (12), intermédiaire (16') ou de sortie (14) du réducteur. 7. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un réducteur (10) selon l'une des revendications précédentes. 3025010 9 8. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le réducteur (10) comprend une ligne de sortie (14) configurée pour entraîner une hélice non carénée du turbopropulseur. 9. Turbomachine selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce 5 qu'elle comprend un calculateur comportant lesdits moyens de calcul (38). 10. Turbomachine selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle est un turbopropulseur.