Brevet FR3087514A1 — publié le 20200424

AMORTISSEUR COMPACT DE COUPLE MECANIQUE DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un amortisseur compact de couple mécanique. Un tel dispositif peut être intégré à une transmission entre un moteur et un système mécanique entraîné, dans lequel des variations de type oscillant du couple appliqué au système sont inévitables et susceptibles de se répercuter sur la transmission mécanique jusqu'au moteur et éventuellement de l'endommager. Une telle situation peut se rencontrer notamment dans des dispositifs dits de taxiage d'aéronefs, qui permettent de mouvoir l'aéronef au sol alors que ses moteurs principaux sont arrêtés, en entraînant directement une roue d'un train d'atterrissage. Les dispositifs comprennent typiquement un moteur électrique et un réducteur relié à l'axe de la roue par un accouplement mécanique. Cet accouplement peut avantageusement être formé d'un engrenage à galets, dans lequel une roue dentée à denture classique engrène avec une autre roue, dont les dents sont munies de galets tourillonnants. De tels engrenages sont avantageux parce qu'ils n'imposent pas de lubrification à l'huile et peuvent donc rester exposés à l'atmosphère extérieure, sans être enfermés dans un boîtier : il est alors facile de commander à volonté des embrayages et des débrayages de l'engrenage selon les besoins, en déplaçant le dispositif comprenant le moteur et le réducteur par un vérin ou un moyen analogue. Mais comme les engrenages à galets font apparaître des irrégularités de couple transmis, un amortisseur mécanique doit être placé entre l'engrenage à galets et le reste de la transmission pour filtrer ces irrégularités du couple, et éviter de recourir à un dimensionnement plus généreux de la transmission, qui lui aurait aussi permis de résister à ces irrégularités mais au prix d'un poids et d'un encombrement accrus, et pouvant être excessifs pour des dispositifs comme les actionneurs de taxiage montés dans l'espace fort réduit entre les roues d'un train d'atterrissage d'aéronef. On désire toutefois que l'amortisseur soit lui-même 2 d'encombrement et de poids réduits, ce qui n'est pas toujours vrai pour les amortisseurs mécaniques existants. L'invention est relative à un amortisseur mécanique satisfaisant sous ces aspects et qui consiste, sous une forme générale, en un dispositif d'accouplement mécanique à disposer entre deux organes en rotation autour d'un même axe, comprenant deux disques parallèles entre eux et respectivement solidaires des organes et des éléments élastiques joignant les disques, caractérisé en ce que les éléments élastiques ont des directions principales d'extension perpendiculaires audit axe et s'étendent dans des cellules chacune délimitées par les deux disques, en étant sollicités 10 élastiquement par des facettes d'extrémités des cellules, orientées dans des directions perpendiculaires audit axe, qui appartiennent aux deux disques. Les principaux avantages de cette construction particulière peuvent être identifiés comme suit : les deux disques, parallèles entre eux et contigus, induisent une dimension de l'amortisseur très réduite dans leur direction perpendiculaire, c'est-à-dire la 15 direction de rotation de l'axe des disques ; les éléments élastiques d'extension principale perpendiculaire à cet axe permettent aussi de rapprocher les disques, et de renforcer l'effet mentionné ci-dessus ; et la composante d'efforts à l'intérieur de l'amortisseur entre les deux disques a des composantes nulles ou quasiment nulles dans cette direction axiale et la direction radiale des disques, ce qui amoindrit aussi les exigences de 20 dimensionnement ou de résistance. D'autres caractéristiques optionnelles, mais avantageuses, peuvent encore être adoptées séparément ou non pour renforcer la compacité du dispositif : - les éléments élastiques sont des ressorts hélicoïdaux se succédant en cercle autour dudit axe et ayant une direction principale d'allongement dans une 25 direction tangentielle audit axe, et les facettes d'extrémités sont des facettes de butée des ressorts se trouvant aux extrémités opposées desdits ressorts ; - les facettes de butée comprennent, pour chacune des extrémités de chacun des ressorts, une facette centrale appartenant à un des disques et deux facettes latérales situées de part et d'autre de la facette centrale et appartenant à l'autre des disques ; S65546 FR JCI-P 3 - un palier relie un manchon, solidaire d'un premier des disques, et une portion d'arbre, entourée par le manchon, concentrique à lui et solidaire d'un second des disques ; - la portion d'arbre appartient à un arbre tournant, qui est un desdits organes ; - un dispositif maintient les deux disques l'un contre l'autre en direction dudit axe ; - un desdits organes est une roue dentée ; 10 - les organes sont respectivement d'un tenant avec les disques. L'amortisseur peut être avantageusement inclus dans le boîtier d'un réducteur appartenant à un actionneur, comme un dispositif de taxiage d'aéronef comprenant encore un moteur et pouvant être monté, typiquement, entre deux roues coaxiales d'un train d'atterrissage de l'aéronef. 15 L'invention sera maintenant décrite en raison aux figures suivantes, qui représentent une réalisation purement illustrative et permettent d'en saisir les différents aspects, caractéristiques et avantages : - la figure 1 est une vue générale d'un actionneur de taxiage conforme à l'invention, en place sur le train d'atterrissage ; 20 - la figure 2 illustre une particularité du dispositif de l'invention ; - la figure 3 est une vue de côté de l'actionneur en position embrayée ; - la figure 4, une vue correspondante en position débrayée ; - la figure 5 est un schéma de cinématique de l'actionneur ; - la figure 6 est une vue des éléments correspondants du réducteur ; 25 - la figure 7 est une coupe du réducteur ; - la figure 8, une vue en éclaté du réducteur ; - la figure 9, une coupe axiale à travers l'amortisseur mécanique ; - la figure 10, une autre coupe axiale à travers l'amortisseur ; - la figure 11, une coupe transversale de l'amortisseur; et 30 - la figure 12, une vue en éclaté de l'amortisseur. 4 D'après la figure 1, le dispositif de taxiage est placé entre deux roues 1 et 2 d'un train d'atterrissage d'un aéronef et s'étend à côté d'un mât 3 vertical du train d'atterrissage. Il comprend un actionneur 4 unitaire composé d'un moteur 5 électrique, alimenté en électricité par des fils menant à une batterie (ou tout autre générateur électrique) de l'aéronef en passant par le mât 3, et d'un réducteur 6. Un pignon d'attaque 7 est monté sur un arbre de sortie (référencé par 24 sur d'autres figures) du réducteur 6, hors de celui-ci, et il engrène avec une roue dentée 8, montée rigidement sur l'axe 55 (figure 2) d'une des roues 2, ce qui compose un engrenage à galets apte à entraîner cette roue 2. L'actionneur 4 occupe typiquement presque tout l'écartement entre les roues 1 et 10 2. La figure 2 suggère que la déformation des pneumatiques des roues 1 et 2 peut encore réduire cet écartement, en aplatissant et élargissant les roues 1 et 2 à leur partie inférieure ; mais qu'une disposition particulière à l'invention, que le moteur 5 s'étend contre seulement une partie supérieure du réducteur 6, permet de limiter cet 15 inconvénient, puisque la largeur totale de l'actionneur 4 dans la direction d'écartement des roues 1 et 2 est plus petite en bas même si le moteur 5, le réducteur 6 et le pignon d'attaque 7 se succèdent dans cette direction. La roue dentée 8 est une roue à denture extérieure et dents à section trapézoïdale ou triangulaire, mais le pignon d'attaque 7 est une roue à galets 9 dont 20 chacun équipe une dent de ladite roue et tourillonne autour de son axe. Un tel dispositif d'engrènement permet de ne pas recourir à une lubrification à l'huile et est donc appréciable pour un engrenage exposé à l'atmosphère extérieure. Les figures 3 et 4 montrent que l'engrenage à galets peut être débrayé à volonté, en fixant un boîtier 10 du réducteur 6 à un pivot 11 dépendant du mât 3, et en le 25 reliant encore à ce dernier par un vérin 12 articulé à ses extrémités 13 et 14 respectivement au boîtier 10 et au mât 3 : en déployant le vérin 12, le réducteur 6, ainsi que le moteur 5 et le pignon d'attaque 7 qui lui sont solidaires, basculent autour du pivot 11 et s'écartent du mât 3, ce qui interrompt l'engagement du pignon d'attaque 7 et de la roue dentée 8. S65546 FR JCI-P 5 On passe maintenant à la description des figures 5 et 6 pour décrire les principaux constituants du réducteur 6, qui sont logés dans le boîtier 10. On trouve un arbre d'entrée 14, dont une extrémité sort du boîtier 10 et est accouplée au moteur 5 ou à son arbre de sortie, qui porte un pignon 15 d'un premier engrenage 16 de réduction de la vitesse de rotation du moteur 5, et qui est soutenu par un roulement 17 à rouleaux coniques ou rouleaux cylindriques, le pignon 15 étant placé entre ce roulement 17 et la partie de l'arbre d'entrée 14 adjacente au moteur 5. On trouve ensuite un arbre intermédiaire 18, porteur d'une roue dentée 19 qui forme le premier engrenage 16 avec le pignon 15, ainsi que d'un pignon 20 d'un second engrenage 10 21 de réduction de vitesse de rotation. L'arbre intermédiaire 18 est soutenu par deux roulements 22 et 23 à rouleaux coniques. L'avantage des rouleaux coniques de cette disposition et que leurs centres de poussée sont plus écartés que des roulements à rouleaux cylindriques et que la charge qu'ils supportent est ainsi réduite pour un même écartement des roulements, qui peuvent donc être placés très près l'un de l'autre. La 15 longueur de l'arbre intermédiaire 18 est donc réduite. On trouve enfin l'arbre de sortie 24, dont une extrémité sort du boîtier 10 et porte le pignon d'attaque 7. L'arbre de sortie 24 porte encore (dans le boîtier 20) un amortisseur mécanique 25 qui sera décrit complètement plus tard et qui comprend une couronne dentée 26 composant le second engrenage 21 avec le second pignon 20. 20 Comme l'arbre intermédiaire 18, l'arbre de sortie 24 est soutenu par une paire de roulements 27 et 28, à rouleaux coniques avec le même but que précédemment. Les figures 7 et 8 sont d'autres vues du dispositif et seront maintenant décrites. Le boîtier 10 comprend une partie principale 29 en forme à peu près d'enveloppe cylindrique qui entoure le contenu du boîtier 10, et qui est munie d'une 25 chape 30 pour recevoir le pivot 11, d'une autre chape 31 pour recevoir un axe d'articulation du vérin 12, et d'une bride à boulons 32.11 comprend aussi un couvercle 33 percé d'un orifice 34 de passage de l'arbre d'entrée 14, et qui obture une des faces d'extrémité de la partie principale 29. Il est vissé à la bride à boulons 32, de même que le moteur 5. La représentation du couvercle 33 montre que le réducteur 6 a une section 30 oblongue au sommet de laquelle est monté le moteur 5. L'autre face d'extrémité de la 6 partie principale 29 est fermée partiellement par un support 35 des roulements 27 et 28 de l'arbre de sortie 24, et qui possède une ouverture centrale assez large entourée par un manchon 36 muni de deux pistes circulaires 37 et 38 pour recevoir les bagues extérieures des roulements 27 et 28. Un flasque 39 est vissé au support 35 pour masquer les roulements 27 et 28 et laisser passer seulement l'arbre de sortie 24. L'arbre intermédiaire 18 est d'un tenant avec la première roue dentée 16 et le second pignon 20, et l'arbre d'entrée 14 est d'un tenant avec le premier pignon 15. On voit que l'encombrement du réducteur est réduit aussi bien dans la direction de largeur entre les roues 1 et 2 (dans la direction de l'axe 55) que dans la direction perpendiculaire, grâce au désaxage entre l'axe 10 du moteur 5 (qui coïncide avec l'arbre d'entrée 14) et l'arbre intermédiaire 18, qui permet de placer le roulement 17 à l'intérieur du boîtier 10 sans obliger à élargir le réducteur, ce qui serait le cas si ce roulement 17 et le moteur 5 devaient être placés dans l'alignement de l'arbre intermédiaire 18. Les exigences de compacité du réducteur 6 dans d'autres directions sont 15 moins importantes, mais il faut remarquer que le second engrenage 21 est un engrenage intérieur, puisque la couronne 26 a une denture intérieure, ce qui réduit la surface de ce second engrenage 21. Le premier engrenage 16 est un engrenage classique où le pignon 15, comme la roue dentée 19, ont des dentures extérieures. L'encombrement réduit du réducteur en largeur est aussi redevable à 20 une construction particulière de l'amortisseur 25, qu'on va maintenant décrire en détail, au moyen des figures 9 à 12. Il est composé de deux disques 39 et 40 plans et parallèles, se succédant dans la direction de largeur du réducteur 6, dont le premier est d'un tenant avec la couronne 26 et s'étend dans son périmètre, et dont le second est d'un tenant avec l'arbre de sortie 24. Un palier 41 est intercalé radialement entre une portion d'extrémité 25 56 de l'arbre de sortie 24 et un manchon cylindrique 49 du premier disque 39, de manière à maintenir leur concentricité et la coaxialité des disques 39 et 40 autour de l'axe de l'arbre de sortie 24. Une bride 42 vissée à l'extrémité, intérieure au boîtier 10, de l'arbre de sortie 24 permet, par l'intermédiaire d'un rebord 43 du palier 41, plan et saillant radialement vers l'extérieur qui s'appuie contre l'extrémité du manchon 49, de maintenir S65546 FR JCI-P 7 le premier disque 39 en contact direct sur le second disque 40 le long de l'axe de l'arbre de sortie 24, avec un appui s'exerçant sur leurs faces planes opposées, à une interface 44. L'assemblage des disques 39 et 40 laisse subsister des cellules 52 s'étendant sur des arcs de cercles successifs dans la direction tangentielle des disques 39 et 40, à un rayon proche de leur périphérie, tout autour de l'arbre de sortie 24. Les cellules 52 sont chacune creusées dans le premier disque 39 et le second disque 40 et occupées par des ressorts 45 hélicoïdaux (3). Elles sont séparées par des nervures des disques 39 et 40, que représente surtout la figure 10 et qui comprennent une nervure centrale 46 appartenant au premier disque 39 et deux nervures latérales 47 et 48, 10 encadrant la précédente, qui appartiennent au second disque 40. Les figures 10 et 11 montrent que les nervures 47, 46 et 48 se succèdent en direction radiale des disques 39 et 40. Grâce à cette disposition d'après laquelle les cellules contenant le ressort 45 sont délimitées, notamment à leurs faces d'extrémités, par des facettes 50 des 15 nervures centrales 46 et 51 des nervures latérales 47 et 48 appartenant aux deux disques 39 et 40 et dirigées dans leur direction tangentielle, toute rotation relative entre les disques 39 et 40 produit une avance de la nervure centrale 46 d'un côté de chacune des cellules, et une avance des nervures latérales 47 et 48 dans l'autre sens de l'autre côté des cellules, ce qui comprime les ressorts 45, dont les extrémités sont en appui sur les 20 facettes 50 et 51. L'énergie produite par les irrégularités de couple dans l'engrenage à galets est donc absorbée par les contraintes élastiques infligées aux ressorts 45 et évite de solliciter à l'excès les constituants du réducteur 6 situés au-delà de l'amortisseur 25 vers le moteur 5. Comme les efforts exercés par les facettes 50 d'un côté de chaque cellule 52 au centre de la section des ressorts 45 sont balancés par des efforts des 25 facettes 51 de l'autre côté, dont la résultante est aussi au centre de la section des ressorts 45, ceux-ci sont comprimés de façon régulière et ne produisent pas d'effort notable dans la direction radiale ni axiale des disques 39 et 40. Des butées 53 saillant sur le premier disque 39 en direction axiale de l'arbre de sortie 24, près de l'interface 44, sont mobiles dans des encoches 54 d'extension angulaire limitée, à la périphérie du second disque 40, 30 et permettent de limiter la compression des ressorts 45 et la rotation relative des disques 8 39 et 40, les surfaces en contact des disques 39 et 40 ayant reçu un traitement de durcissement. Cet amortisseur 25 est particulièrement compact, grâce à sa bonne intégration dans les autres constituants du réducteur 6 puisque les disques 39 et 40 sont respectivement d'un tenant avec la couronne 26 et l'arbre de sortie 24, et à sa faible extension dans la direction de largeur du réducteur 6, redevable principalement à l'emploi des deux disques 39 et 40 plats et minces accolés en se succédant dans cette direction, et à la disposition particulière des éléments élastiques reliant les disques 39 et 40, que sont les ressorts 40 logés dans des cellules à l'intérieur des disques 39 et 40 et se 10 succédant dans leur direction tangentielle. Un autre effet important de cet amortisseur 25, qui contribue d'ailleurs aussi à son encombrement réduit, est l'absence quasiment complète d'efforts autres que dans la direction tangentielle entre les disques 39 et 40, aucune composante notable d'effort n'existant dans la direction axiale de l'arbre de sortie 34 : en dimensionnement léger de l'amortisseur REVENDICATIONS1) Amortisseur (25) mécanique à disposer entre deux organes (26, 24) en rotation autour d'un même axe, comprenant deux disques (39, 40) parallèles entre eux et respectivement solidaires des organes (26, 24) et des éléments élastiques (45) joignant les disques, caractérisé en ce que les éléments élastiques ont des directions principales d'extension perpendiculaires audit axe et s'étendent dans des cellules (52) chacune délimitées par les deux disques, en étant sollicités élastiquement par des facettes (50, 51) d'extrémités des cellules orientées perpendiculairement audit axe, qui appartiennent aux deux disques. 2) Amortisseur mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments élastiques sont des ressorts (45) hélicoïdaux se succédant en cercle autour dudit axe et ayant une direction principale d'allongement dans une direction tangentielle audit axe, et les facettes (50, 51) d'extrémités des cellules (52) sont des facettes de butée des ressorts se trouvant aux extrémités opposées desdits ressorts. 3) Amortisseur mécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les facettes de butée comprennent, pour chacune des extrémités de chacun des ressorts, une facette centrale (50) appartenant à un des disques et deux facettes (51) latérales situées de part et d'autre de la facette centrale et appartenant à l'autre des disques. 4) Amortisseur mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un palier (41) reliant un manchon (49), solidaire d'un premier des disques (39), et une portion d'arbre (56), entourée par le manchon (49), concentrique à lui et solidaire d'un second des disques (40). 5) Amortisseur mécanique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la portion d'arbre (56) appartient à un arbre tournant (24), qui est un desdits organes (24, 26). 6) Amortisseur mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (42, 43) de maintien des deux disques l'un contre l'autre en direction dudit axe. 10 7) Amortisseur mécaniques selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'un desdits organes est une roue dentée (26). 8) Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les organes (26, 24) sont respectivement d'un tenant avec les disques (39, 40). 9) Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est inclus dans un boîtier (10) d'un réducteur (6) appartenant à un actionneur (4) de taxiage d'aéronef monté entre deux roues (1, 2) coaxiales d'un train d'atterrissage de l'aéronef.