Brevet FR3108373A1 — publié le 20210924

L’invention concerne un engrenage comportant un premier organe denté (3) engrenant avec un second organe denté (4), caractérisé en ce que le premier organe denté (3) comporte une première partie (7) radialement interne formant un arbre s’étendant selon un premier axe (A1) et une seconde partie (12) radialement externe formant une denture (13d) engrenant avec une denture (18) du second organe denté (4), ladite première partie (7) étant couplée en rotation, selon ledit premier axe (A1), à ladite seconde partie (12), la première partie (7) et la seconde partie (12) étant aptes à être mobiles en rotation l’une par rapport à l’autre selon un deuxième axe (A1’) et selon un troisième axe (A1’’) formant un repère orthogonal avec ledit premier axe (A1). Engrenage destiné à équiper une turbomachine Domaine technique de l’invention L’invention concerne un engrenage destiné à équiper une turbomachine, notamment une turbomachine d’aéronef. Etat de la technique antérieure L’invention peut être appliquée à un engrenage utilisé dans un support d’équipements ou Accessory Gearbox (A.G.B.) en anglais, destiné à équiper une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion. En variante, l’invention peut être appliquée à un engrenage d’un réducteur de vitesse comportant au moins un engrenage du type précité, destiné à être monté entre une turbine et une boîte de transmission principale d’un hélicoptère. L’engrenage concerné par cette invention est par exemple du type à denture cylindrique droite ou à chevrons. Ladite invention n’est de préférence pas appliquée à un engrenage à denture cylindrique hélicoïdale. Dans le domaine aéronautique, les contraintes de masse imposent d’utiliser des matériaux relativement légers, notamment pour la réalisation de boîtiers ou de carters destinés à supporter des éléments tournants, tels que organes dentés appartenant à des engrenages. Les carters ou boîtiers sont par exemple réalisés en alliage d’aluminium ou de magnésium. Le couple important transmis au travers de certains engrenages peut avoir pour effet de déformer les parois du carter ou du boîtier et provoquer un désalignement des différents axes de rotation des roues dentées de l’engrenage concerné. De tels désalignements génèrent des portées ou surfaces de contact réduites entre les dentures, dites en coin, ce qui a pour effet d’engendrer une usure prématurée des dentures. Afin de réduire une telle usure, il est connu de réaliser des dentures présentant des surfaces bombées. Une telle structure bombée des dentures engendre une augmentation de la pression superficielle au niveau des zones d’engrènement des dentures, due à une réduction de la dimension de la partie active de la denture, par comparaison avec un engrenage non désaxé engrenant sur toute la dimension axiale des dentures. Les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport aux axes de rotation des roues dentées. Le document FR 2 977 280 au nom de la Demanderesse divulgue un support d’équipements pour une turbomachine, conformément à l’art antérieur. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier au problème précité de l’endommagement prématuré, de manière simple et fiable. A cet effet, l’invention concerne un engrenage comportant un premier organe denté engrenant avec un second organe denté, caractérisé en ce que le premier organe denté comporte une première partie radialement interne formant un arbre s’étendant selon un premier axe et une seconde partie radialement externe formant une denture engrenant avec une denture du second organe denté, ladite première partie étant couplée en rotation, selon ledit premier axe, à ladite seconde partie au niveau d’une zone de couplage en rotation, la première partie et la seconde partie étant aptes à être mobiles en rotation l’une par rapport à l’autre selon un deuxième axe et selon un troisième axe formant un repère orthogonal avec ledit premier axe. La première partie et la seconde partie forment ainsi une liaison rotule dont la rotation selon le premier axe a été désactivée à l’aide des moyens de couplage en rotation correspondant. En effet, une liaison rotule ou liaison sphérique est une liaison autorisant trois degrés de liberté, en particulier trois rotations, suivants trois axes orthogonaux. La liaison entre la première partie et la seconde partie offre deux degrés de liberté, à savoir deux rotations, autour des deuxième et troisième axes. De telles rotations peuvent être limitées dans leur débattement, en pratique. Le débattement angulaire de chaque rotation autorisée est par exemple inférieur à 2°, de préférence inférieur à 1°. Les autres degrés de liberté entre les première et seconde parties, à savoir les translations suivant les premier, deuxième et troisième axes, sont empêchés. Une telle structure permet d’autoriser un léger désalignement entre l’axe de rotation de la première partie du premier organe denté et le second organe denté, de manière à compenser une éventuelle déformation sous charge d’un carter réalisé dans un alliage léger par exemple. Une telle compensation du désalignement permet de garantir un appui linéique entre la denture du premier organe denté et la denture du second organe denté, par opposition au contact ponctuel ou partiel se produisant dans l’art antérieur, lors d’un engrènement dit en coin. La zone de couplage en rotation peut comporter des premières cannelures ou cannelures externes de la première partie, qui coopèrent avec des secondes cannelures ou cannelures internes complémentaires de ladite seconde partie. L’utilisation de cannelures permet de pouvoir faire transiter un couple important entre les premier et seconde parties du premier organe denté. Les premières cannelures et/ou les secondes cannelures peuvent être bombées. Les premières cannelures et les secondes cannelures peuvent s’étendre selon le premier axe et peuvent comporter des extrémités axiales et une zone centrale. Des cannelures bombées comportent une zone centrale plus large que les extrémités axiales. Les zones bombées peuvent être définies par des surfaces en forme de portion de sphère, destinées à coopérer avec les cannelures opposées. L’utilisation de cannelures bombées pour d’autres applications est notamment connue du document EP 0 087 239. Dans le contexte de l’invention, l’utilisation de cannelures bombées permet de compenser un éventuel désaxage entre l’axe de rotation de la première partie du premier organe denté et l’axe de rotation du second organe denté, tout en garantissant une transmission efficace du couple au travers des cannelures. Le désaxage pouvant être compensé est par exemple inférieur à 5°, par exemple compris entre 0° et 1°. La première partie peut comporter au moins une zone convexe en forme de portion de sphère, montée dans une zone complémentaire concave en forme de portion de sphère de la seconde partie. La zone concave peut être formée par une bague fixée sur une partie principale de la seconde partie. La bague peut être montée de manière étanche sur ladite partie principale. La bague peut être fixée par l’intermédiaire de vis. Une première bague et une seconde bague comportant respectivement une première zone concave et une seconde zone concave peuvent être fixée sur la partie principale de la seconde partie, par exemple de part et d’autre des secondes cannelures. Les premières et secondes zones convexes, de forme complémentaires aux première et seconde zones concaves, peuvent être situées de part et d’autre des premières cannelures. Les zones convexes peuvent venir de matière avec le reste de la première partie, ou être formés par des éléments indépendants fixés au reste de la première partie. Ladite première partie peut comporter une zone radialement interne creuse qui s’étend au droit de la denture de la seconde partie, la zone radialement interne creuse étant destinée à être alimentée en huile, au moins un canal d’alimentation en huile s’étendant depuis la zone radialement interne creuse jusqu’à la zone de couplage en rotation entre la première partie et la deuxième partie. De cette manière, de l’huile peut être amenée, par exemple au travers d’un gicleur, jusque dans la zone creuse, cette huile étant amenée par centrifugation jusqu’aux premières cannelures de manière à les lubrifier, au travers du canal d’alimentation. Le gicleur peut s’étendre selon l’axe de la première partie et comporter un orifice d’éjection orienté avec un angle par rapport à l’axe de la première partie de façon à orienter le jet d’huile vers la surface interne de la zone creuse. Ledit angle est par exemple compris entre 30 et 90°. Ledit canal d’alimentation en huile peut s’étendre radialement. La première partie peut comporter deux canaux d’alimentation en huile s’étendant depuis la zone radialement interne creuse jusqu’aux premières cannelures, lesdits canaux étant décalés axialement (selon l’axe de la première partie) l’un par rapport à l’autre. Ladite zone radialement interne creuse peut comporter une zone de plus grand diamètre interne, destinée à former une zone de retenue de l’huile par centrifugation, le canal d’alimentation en huile s’étendant depuis ladite zone de plus grand diamètre interne. La zone de plus grand diamètre interne peut être située axialement (selon l’axe de la première partie) en regard des premières cannelures. Le jet d’huile issu du gicleur peut être orienté vers la zone de retenue d’huile. La première partie peut comporter au moins un flasque venant axialement en appui, par exemple en appui étanche, selon le premier axe sur la seconde partie. La première partie peut comporter deux flasques, venant chacun axialement en appui, par exemple en appui étanche, sur chaque partie concave. Au moins un flasque peut comporter un trou d’évacuation d’huile traversant ledit flasque. Le flasque peut comporter une partie cylindrique et une partie annulaire radiale. Le trou d’évacuation d’huile peut être ménagé dans la partie annulaire radiale. Un organe de rappel élastiquement déformable peut être monté axialement contre le flasque, ledit organe de rappel tendant à maintenir la première partie et la seconde partie pour être coaxiales au premier axe. L’axe de la seconde partie correspond à l’axe de la denture annulaire de la seconde partie. L’axe de la première partie est l’axe principal de rotation de la première partie. L’organe déformable peut être un joint d’étanchéité annulaire, par exemple un joint torique. Le joint annulaire peut alors assurer la fonction d’étanchéité entre le flasque et la zone concave. Le joint torique peut être monté entre le flasque, par exemple entre la partie annulaire radiale du flasque, et la seconde partie. Le joint torique peut être monté entre la bague formant la zone concave et la première partie. Deux joints toriques peuvent être montés de part et d’autre des cannelures des premières et secondes parties et/ou de part et d’autre des zones concaves et convexes sphériques. Le nombre de dents ou le diamètre de la denture du premier organe denté peut être supérieur au nombre de dents ou au diamètre de la denture du second organe denté. L’intégration de la fonction de rotulage est ainsi réalisée sur l’organe denté ayant le plus fort encombrement et la plus faible vitesse de rotation, ce qui permet de faciliter une telle intégration. L’engrenage peut être logé dans un carter, par exemple un carter réalisé en alliage léger, par exemple en alliage d’aluminium. Le carter comporte un volume interne destiné à recevoir de l’huile. Le premier organe denté et le second organe denté sont montés de façon étanche dans le carter, par l’intermédiaire de paliers, par exemple des roulements. Les paliers sont maintenus par rapport aux organe dentés par l’intermédiaire de butées formées par des écrous. Le premier organe denté et le second organe denté forment chacun un arbre creux cannelé, destiné à coopérer avec un arbre cannelé d’entrée et un arbre cannelé de sortie s’étendant au moins en partie à l’extérieur du carter et engagé dans les arbres creux des premiers et seconds organes dentés. L’invention concerne également une turbomachine comportant un ensemble du type précité. L’invention concerne également un support d’équipements ou Accessory Gearbox (A.G.B.) en anglais, destiné à équiper une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion. L’invention concerne également un réducteur de vitesse comportant au moins un engrenage du type précité, destiné à être monté entre une turbine et une boîte de transmission principale d’un hélicoptère. Brève description des figures est une vue en coupe axiale d’un support d’équipements comportant un engrenage selon une forme de réalisation de l’invention, est une vue en coupe axiale et en perspective d’un engrenage du support d’équipements de la figure 1, est une vue en perspective et en coupe axiale d’une première partie d’une première roue dentée de l’engrenage de la figure 2, est une vue en perspective et en coupe axiale d’une seconde partie de la première roue dentée de l’engrenage de la figure 2, est une vue schématique d’une cannelure bombée de la première partie de la première roue dentée. Description détaillée de l’invention La figure 1 illustre un support d’équipements 1 pour une turbomachine d’aéronef, selon une forme de réalisation de l’invention. Le support d’équipements 1 est destiné à l'entraînement de plusieurs accessoires ou équipements annexes de la turbomachine, par exemple des pompes pour la production d'énergie hydraulique, l'alimentation en carburant, la lubrification, des générateurs électriques pour la production de puissance électrique, etc. Un tel support d’équipements est communément appelé AGB pour « Accessory GearBox ». Le support d’équipements 1 comporte un boîtier 2 logeant un ou plusieurs engrenages qui sont composés chacun de roues ou organes dentés 3, 4 et qui sont entraînés en rotation par un arbre de transmission de puissance, ce dernier étant couplé à un arbre de turbine de la turbomachine. Chaque accessoire peut être monté contre l'une des faces latérales 5 du boîtier 2 et comporte un arbre d'alimentation venant se coupler sur l'un des organes dentés 3, 4 d’un engrenage. Le boîtier 2 peut être formé de deux parties 2a, 2b assemblées de manière étanche l’une à l’autre et délimitant un volume interne 6 destiné à contenir de l’huile. Le boîtier 2 peut être réalisé en un matériau métallique léger, par exemple en alliage à base d’aluminium ou de magnésium. Un engrenage selon l’invention est visible dans le plan de coupe de la figure 1 ainsi qu’à la figure 2. Cet engrenage comporte un premier organe 3 denté apte à pivoter autour d’un premier axe A1 et engrenant avec un second organe denté 4, apte à pivoter autour d’un second axe A2. Le premier organe denté 3 comporte une première partie 7, radialement interne, (visible également à la figure 3) formant un arbre creux s’étendant selon le premier axe A1. La surface externe 8 de la première partie 7 comporte successivement (figure 3), d’une première extrémité 7a à une seconde extrémité 7b, une première partie cylindrique 8a, un épaulement 8b, une partie annulaire 8c en forme de portion de sphère s’évasant de la première extrémité 7a vers la seconde extrémité 7b, des premières cannelures 8d ou cannelures externes, une partie annulaire 8e en forme de portion de sphère se rétrécissant de la première extrémité vers la seconde extrémité, un épaulement 8f, une deuxième partie cylindrique 8g, un épaulement 8h et une troisième partie cylindrique 8i. La troisième partie cylindrique 8i présente un diamètre plus faible que la deuxième partie cylindrique 8g. La deuxième partie cylindrique 8g présente un diamètre sensiblement identique au diamètre de la première partie cylindrique 8a. La surface interne 9 de la première partie 7 comporte successivement, de la première extrémité 7a à la seconde extrémité 7b, une première partie cylindrique 9a, une seconde partie cylindrique 9b, une troisième partie cylindrique 9c, une zone cannelée 9d et une quatrième partie cylindrique 9e. Les première, troisième et quatrième parties cylindriques 9a, 9c, 9e ont sensiblement le même diamètre, la deuxième partie cylindrique 9b présentant un diamètre supérieur. Des congés 9f relient la deuxième partie cylindrique 9b aux premières et troisièmes parties cylindriques 9a, 9c. Des orifices ou canaux radiaux 10 s’étendent radialement et débouchent au niveau de la deuxième partie cylindrique 9b de la surface interne 9 et au niveau des premières cannelures 8d. Les orifices 10 sont régulièrement répartis sur la circonférence. Les orifices 10 sont répartis en deux rangées décalées axialement l’une de l’autre. Les orifices 10 sont par exemple au nombre de 8, agencés en deux rangées de quatre orifices. Les premières cannelures 8d sont bombées, chaque première cannelure 8d comportant une zone centrale 11a plus large que les extrémités axiales 11b, comme illustré schématiquement à la figure 5. La largeur d’une zone d’une cannelure 8d est la dimension circonférencelle d’entre les deux flancs 11c de la cannelure 8d dans ladite zone. Les surfaces ou flancs bombés 11c peuvent être définis par des surfaces en forme de portion de sphère. L’utilisation de cannelures bombées 8d pour d’autres applications est notamment connue du document EP 0 087 239. Le premier organe denté 3 comporte une seconde partie 12, radialement externe, (visible sur la figure 4). La seconde partie 12 comporte un organe 13 de section en I, comportant une zone cylindrique radialement interne 13a et comportant des cannelures internes 13b, une zone cylindrique radialement externe 13c comportant une première denture 13d et une zone annulaire radiale 13e reliant les zones cylindriques interne 13a et externe 13c. Deux bagues 14 sont fixées par l’intermédiaire de vis 15, axialement de part et d’autre de la zone cylindrique interne 13a. Chaque bague 14 comporte une surface radialement interne 16 en forme de portion de sphère. La seconde partie 12 entoure la première partie 7, les cannelures externes 8d de la première partie 7 coopérant avec les cannelures internes 13b de la seconde partie 12 de façon à coupler en rotation la première partie 7 et la seconde partie 12 par rapport à l’axe A1. Les surfaces internes sphériques 16 et les surfaces externes sphériques 8c, 8e sont de forme complémentaires et coopèrent les unes avec les autres de façon à autoriser une rotation selon deux axes orthogonaux A1’, A1’’ et formant avec l’axe A1 un repère orthonormé. Le débattement de telles rotations est par exemple inférieur à 5°, par exemple compris entre 0° et 1°. De telles rotations sont également permises par l’utilisation des cannelures bombées 8d, qui permet de compenser un éventuel désaxage entre l’axe A1 de la première partie 7 du premier organe denté 3 et l’axe A3 de la seconde partie 12 du premier organe denté 3, tout en garantissant une transmission efficace du couple au travers des cannelures 8d, 13b. Le second organe denté 4 se présente sous la forme d’un arbre creux comportant une surface interne 17 comprenant une cannelure interne 17a et deux surfaces cylindriques 17b, 17c au niveau des extrémités 4a, 4b et une seconde denture 18 engrenant avec la première denture 13d du premier organe denté 3. Chaque extrémité axiale de chaque arbre 4, 7 est montée pivotante sur le boîtier 2, par l’intermédiaire d’un palier 19 formé par exemple par un roulement. La position axiale du palier peut être maintenue par l’intermédiaire d’un écrou 20. Les paliers 19 assurant le guidage en rotation du second organe denté 4 sont maintenus axialement entre les écrous 20 et des épaulements 21 du second organe denté 4. Les paliers 19 assurant le guidage en rotation de la première partie 7 du premier organe denté 3 sont maintenus axialement entre les écrous 20 et des flasques 22, eux-mêmes en appui sur les épaulements 8b, 8f de la première partie 7. Chaque flasque 22 est annulaire et comporte une section en forme générale de L et comporte une partie cylindrique 22a et une partie radiale 22b. Un joint torique 23 est monté entre chaque partie radiale 22b de chaque flasque 22 et l’une des bagues 14. Le joint torique 23 peut être élastiquement déformable. Ledit joint 23 peut être réalisé en matériau élastomère. Chaque flasque 22 comporte au moins un trou d’évacuation d’huile 24 traversant axialement la partie radiale 22b du flasque 22. Le second organe denté 4 et la première partie 7 du premier organe denté 3 comportent chacun une extrémité 4a, 7b traversant une ouverture 25 d’une paroi latérale du boîtier 2, à savoir l’extrémité située du côté des cannelures internes 17a, 9d, l’autre extrémité 7b, 7a étant logée dans le volume interne 6 du boîtier 2. Un joint annulaire 26 assure l’étanchéité entre l’extrémité concernée 4a, 7b de l’organe denté 4, 3 et le bord de l’orifice 25 traversé par ladite extrémité 4a, 7b. Un gicleur 27 traverse l’une des parois latérales du boîtier 2 et s’étend axialement dans la première partie 7 du premier organe denté 4. L’extrémité libre du gicleur 27 comporte au moins un orifice d’éjection d’huile 27a orienté avec un angle α par rapport à l’axe A1 de la première partie 7 de façon à orienter le jet d’huile vers la zone creuse formée par la partie cylindrique 9b. Ledit angle α est par exemple compris entre 30 et 90°. En fonctionnement, de l’huile est amené par le gicleur 27 et est amenée dans ladite zone creuse 9b. L’huile est ensuite dirigée vers les cannelures 8d, 13b au travers des orifices radiaux 10, du fait de l’effet centrifuge, l’huile traversant ensuite les zones d’interface entre les surfaces sphériques 8c, 8e, 16 puis les orifices 24 des flasques 22 avant de déboucher dans le volume interne 6 du boîtier 2. L’huile se dirige ensuite par gravité vers le fond du boîtier 2 puis est recyclée par tous moyens appropriés. Par ailleurs, en fonctionnement, dans le cas où un couple important transite au travers de l’engrenage, les parois latérales supportant les organes dentés 3, 4 peuvent être amenés à se déformer sous l’effet des contraintes mécanique. Une telle déformation peut provoquer un désaxage de la première partie 7 du premier organe denté 3, d’une part, et du second organe denté 4, d’autre part. En d’autres termes, les axes A1 et A2 peuvent ne pas être parallèles mais former un angle l’un par rapport à l’autre. A l’inverse, lorsque le couple transitant au travers de l’engrenage est faible, le boîtier 2 n’est pas déformé et les axes A1 et A2 sont sensiblement parallèles. Le désaxage précité peut être compensé par rotation de la première partie 7 par rapport à la seconde partie 2, autour des axes A1’ et A1’’ orthogonaux par rapport à l’axe A1. Comme vu précédemment, de telles rotation sont permises du fait de la coopération des surfaces sphériques 16, 8c, 8e des bagues 14 et de la première partie 7. Par ailleurs, les premières cannelures bombées 8d et les secondes cannelures 13b permettent de passer un couple important malgré le désaxage entre la première partie 7 et la seconde partie 12 du premier organe denté 3. On notera que l’axe A3 de la seconde partie 12 du premier organe denté 3 reste sensiblement parallèle à l’axe A2 du second organe denté 4, de manière à assurer un bon fonctionnement des dentures 13d, 18 et garantir un appui linéique entre la denture 13d du premier organe denté 3 et la denture 18 du second organe denté 4. Les joints toriques 23 peuvent assurer une fonction de rappel rendant à rappeler la seconde partie 12 vers une position dans laquelle les axes A3 et A1 sont coaxiaux. Engrenage comportant un premier organe denté (3) engrenant avec un second organe denté (4), caractérisé en ce que le premier organe denté (3) comporte une première partie (7) radialement interne formant un arbre s’étendant selon un premier axe (A1) et une seconde partie (12) radialement externe formant une denture (13d) engrenant avec une denture (18) du second organe denté (4), ladite première partie (7) étant couplée en rotation, selon ledit premier axe (A1), à ladite seconde partie (12) au niveau d’une zone de couplage en rotation, la première partie (7) et la seconde partie (12) étant aptes à être mobiles en rotation l’une par rapport à l’autre selon un deuxième axe (A1’) et selon un troisième axe (A1’’) formant un repère orthogonal avec le premier axe (A1). Engrenage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de couplage en rotation comporte des premières cannelures ou cannelures externes (8d) de la première partie (7) qui coopèrent avec des secondes cannelures ou cannelures internes complémentaires (13b) de ladite seconde partie (12). Engrenage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premières cannelures (8d) et/ou les secondes cannelures (13b) sont bombées. Engrenage selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première partie (7) comporte au moins une zone convexe en forme de portion de sphère (8c, 8e), montée dans une zone complémentaire concave en forme de portion de sphère (16) de la seconde partie (12). Engrenage selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première partie (7) comporte une zone radialement interne creuse (9b) qui s’étend au droit de la denture (13d) de la seconde partie (12), la zone radialement interne creuse (9b) étant destinée à être alimentée en huile, au moins un canal d’alimentation en huile (10) s’étendant depuis la zone radialement interne creuse (9b) jusqu’à la zone de couplage en rotation entre la première partie (7) et la deuxième partie (12). Engrenage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la zone radialement interne creuse (9b) comporte une zone de plus grand diamètre interne, destinée à former une zone de retenue de l’huile par centrifugation, le canal d’alimentation en huile (10) s’étendant depuis ladite zone de plus grand diamètre interne (9b). Engrenage selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première partie (7) comporte au moins un flasque (14) venant axialement en appui selon le premier axe (A1) sur la seconde partie (12). Engrenage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’un organe de rappel (23) élastiquement déformable est monté axialement contre le flasque (14), ledit organe de rappel (23) tendant à maintenir la première partie (7) et la seconde partie (12) pour être coaxiales au premier axe (A1). Engrenage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’organe de rappel (23) est formé par un joint d’étanchéité annulaire. Engrenage selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le nombre de dents ou le diamètre de la denture (13d) du premier organe denté (3) est supérieur au nombre de dents ou au diamètre de la denture (18) du second organe denté (4).