Brevet FR3126145A1 — publié le 20230217

L’invention concerne un arbre cannelé comportant des cannelures (15) régulièrement réparties sur la périphérie, les cannelures (15) étant espacées les unes des autres, au moins une partie des cannelures (15) étant espacées d’un pas modifié p par rapport au pas nominal pn des cannelures (15), le rapport de la valeur absolue de la différence entre le pas modifié et le pas nominal, sur le pas nominal, c’est-à-dire |pn – p| / pn, étant non nul, par exemple compris entre 0,5 et 5 %. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig.6] Arbre cannelé Domaine technique de l’invention L’invention concerne un arbre cannelé et un porte-satellites pour un train planétaire, comportant au moins un axe de support destiné au montage d’un satellite et au moins un arbre cannelé. Un tel train planétaire est notamment destiné à former un réducteur de vitesse, notamment pour une turbomachine. Etat de la technique antérieure Le rôle d’un réducteur de vitesse est de modifier le rapport de vitesse et le couple entre un arbre d’entrée et un arbre de sortie du réducteur. Les nouvelles générations de turbomachines à double flux, notamment celles ayant un haut taux de dilution, comportent un réducteur de vitesse permettant d’entraîner l’arbre d’une soufflante. De manière usuelle, le réducteur de vitesse a pour but de transformer la vitesse de rotation dite rapide d’un arbre d’une turbine de puissance de la turbomachine en une vitesse de rotation plus lente permettant d’entraîner l’arbre de la soufflante. Un tel réducteur de vitesse comprend un pignon central, appelé solaire, une couronne et des pignons appelés satellites, qui sont en prise entre le solaire et la couronne. Les satellites sont maintenus par un organe appelé porte-satellites. Le solaire, la couronne et le porte-satellites sont des éléments dits planétaires, leurs axes de révolution coïncidant avec l’axe longitudinal X de la turbomachine. Les satellites ont des axes de révolution distincts, régulièrement répartis sur un même diamètre autour de l’axe des planétaires. Les axes des satellites sont parallèles à l’axe longitudinal X. Il existe plusieurs architectures de réducteurs de vitesse. Dans l’état de l’art des turbomachines à double flux, les réducteurs sont de type planétaire ou épicycloïdal. Il existe dans d’autres applications similaires, des réducteurs dits différentiels. Dans le cas d’un réducteur planétaire, le porte-satellites est fixe, le solaire est relié à l’arbre d’entrée et la couronne est reliée à l'arbre de sortie, l’arbre de sortie tournant dans le sens inverse de l’arbre d’entrée. Dans le cas d’un réducteur épicycloïdal, la couronne est fixe, le solaire est relié à l’arbre d’entrée et le porte-satellites est relié à l'arbre de sortie, l’arbre de sortie tournant dans le même sens que l’arbre d’entrée. Enfin, dans le cas d’un réducteur différentiel, aucun élément n’est fixé en rotation et la couronne tourne dans le sens contraire du solaire et du porte-satellites. Les réducteurs peuvent être composés d’un ou de plusieurs étages d’engrènement. Cet engrènement peut être assuré de différentes façons, par exemple par contact, par friction ou encore par champ magnétique. Il existe par ailleurs plusieurs types d’engrènement par contact, tels que l’utilisation de dentures droites ou en chevron. Dans le cas d’une architecture de type épicycloïdale par exemple, le porte-satellites est par exemple relié à l’arbre de sortie par l’intermédiaire d’un arbre cannelé. En d’autre termes, le porte-satellites comporte un arbre comportant des cannelures dites males à sa périphérie, coopérant avec des cannelures complémentaires dites femelles, d’un arbre entraîné, ou inversement. En fonctionnement, le couple transite radialement le long de directions ou de lignes reliant chacune l’un des axes supports de satellites et l’axe du porte-satellites. Il a été constaté que l’absence de répartition homogène des efforts sur la circonférence du porte-satellites génère une légère déformation de l’arbre cannelé, de sorte que certaines cannelures, dites actives, viennent au contact des cannelures complémentaires correspondantes alors que d’autres cannelures, dites passives, présentent des contacts moins prononcés voire une absence de contact avec les cannelures complémentaires. En pratique, les cannelures actives sont situées sur et à proximité de chacune des lignes précitées, les cannelures passives étant écartées desdites lignes. Dans un tel cas, les efforts transitent par les cannelures qui sont actives, au détriment des cannelures passives, de sorte que la répartition des efforts n’est pas homogène sur toute la circonférence. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à cet inconvénient, de façon simple, fiable et peu onéreuse. A cet effet, l’invention concerne un arbre cannelé présentant une périphérie et comportant des cannelures régulièrement réparties sur la périphérie, les cannelures étant espacées les unes des autres, au moins une partie des cannelures étant espacées d’un pas modifié p par rapport au pas nominal pn des cannelures, le rapport de la valeur absolue de la différence entre le pas modifié et le pas nominal, sur le pas nominal, c’est-à-dire |pn – p| / pn, étant non nul, de préférence compris entre 0,5 et 5 %. Le pas p, s’exprimant par exemple en mm, est défini comme le module pour la cannelure concernée, à savoir comme la valeur du périmètre du secteur entre deux points homologues de deux cannelures consécutives divisé par pi (π). Le pas nominal peut être défini comme le pas moyen de l’ensemble des cannelures de l’arbre. L’arbre peut être un arbre creux. Les déformations précitées apparaissent plus marquées sur un arbre creux, par rapport à un arbre plein. Le fait de modifier le pas d’au moins certaines cannelures permet de pouvoir rendre moins actives certaines cannelures et de rendre plus actives d’autres cannelures, de façon à mieux répartir les efforts sur l’ensemble des cannelures réparties sur la circonférence ou la périphérie de l’arbre cannelé. Pour au moins une partie des cannelures, la différence entre le pas modifié et le pas nominal peut être positive, lesdites cannelures étant dites en avance, et pour au moins une autre partie des cannelures, la différence entre le pas modifié et le pas nominal peut être négative, lesdites cannelures étant dites en retard. Les cannelures en avance peuvent alors être disposées au niveau des zones comportant des cannelures qui sont passives dans le cas de l’art antérieur, et les cannelures en retard peuvent être disposées au niveau des zones comportant des cannelures qui sont actives dans le cas de l’art antérieur. De cette manière, il est possible de rendre active l’ensemble des cannelures, c’est-à-dire d’obtenir une bonne répartition des contraintes mécaniques sur l’ensemble des cannelures de l’arbre. L’arbre cannelé peut comporter le long de la périphérie, au moins une alternance de cannelures en avance et de cannelures en retard. En d’autres termes, l’arbre cannelé peut comporter au moins une zone comportant plusieurs cannelures en avance, suivi d’une zone comportant plusieurs cannelures en retard. Bien entendu, rien n’empêche que certaines cannelures puissent être ni en avance, ni en retard, mais présenter un pas correspondant au pas nominal. L’arbre cannelé peut comporter le long de la périphérie, plusieurs alternances successives de cannelures en avance et de cannelures en retard. La différence entre le pas nominal pn entre les cannelures par rapport au pas modifié p, le long de la périphérie, peut augmenter ou diminuer progressivement d’une cannelure à l’autre, au fur et à mesure que l’on parcourt la périphérie de l’arbre cannelé, ladite différence augmentant jusqu’à un maximum avant de diminuer jusqu’à un minimum. En d’autres termes, la différence pn-p peut évoluer par rapport à la circonférence suivant une fonction alternativement croissante et décroissante. L’évolution de la différence du pas entre les cannelures par rapport au pas nominal, le long de la périphérie, peut suivre une loi globalement sinusoïdale. Il s’avère qu’il est possible de réaliser aisément une telle évolution sinusoïdale de la différence de pas lors de la fabrication de l’arbre cannelé, à l’aide des procédés actuels. L’évolution de la différence du pas entre les cannelures par rapport au pas nominal, le long de la périphérie, peut être une évolution par paliers. En d’autres termes, plusieurs cannelures successives peuvent présenter le même pas. Une telle évolution peut être obtenue aisément par usinage d’au moins un flanc de chaque cannelure par exemple, lors de la fabrication des cannelures. Plusieurs paliers distincts peuvent exister, par exemple un palier minimum, un palier maximum et optionnellement au moins un palier intermédiaire. L’invention comporte également un porte-satellites pour un train planétaire, comportant au moins un axe de support destiné au montage d’un satellite et au moins un arbre cannelé selon l’une des revendications précédentes. Bien entendu, l’invention est également applicable à toute pièce structurelle comportant un arbre cannelé, en particulier un arbre cannelé creux. Au moins une cannelure en retard peut être située sur ou à proximité de la ligne reliant l’arbre cannelé ou l’axe du porte-satellites, d’une part, et l’axe de support du satellite, d’autre part, et/ou au moins une cannelure en avance peut être éloignée de ladite ligne. Une telle structure permet de disposer les cannelures en avance au niveau des zones comportant des cannelures qui sont passives dans le cas de l’art antérieur, et les cannelures en retard au niveau des zones comportant des cannelures qui sont actives dans le cas de l’art antérieur. De cette manière, il est possible de rendre active l’ensemble des cannelures, c’est-à-dire d’obtenir une bonne répartition des contraintes mécaniques sur l’ensemble des cannelures de l’arbre. L’invention concerne également un train planétaire pour une turbomachine, comportant au moins un porte-satellites du type précité. L’invention concerne également une turbomachine compotant un train planétaire du type précité. La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur. La turbomachine peut être un turboréacteur à double flux. Le train planétaire est apte à former un réducteur de vitesse entre un arbre de turbine, par exemple un arbre de turbine basse pression, et un arbre destiné à entraîner une soufflante. Brève description des figures est une demi-vue en coupe axiale d’une turbomachine de l’art antérieur, est une demi-vue en coupe axiale d’une partie d’un réducteur de vitesse de l’art antérieur, est une vue en perspective d’un porte-satellites d’un train épicycloïdal, est une vue en coupe d’un accouplement entre l’arbre cannelé du porte-satellites et un arbre de sortie, relié à la soufflante, est une vue de détail de la est une vue schématique illustrant l’avance d’une cannelure est une vue schématique illustrant le retard d’une cannelure, est une vue schématique illustrant la variation de la différence entre le pas nominal et le pas modifié des cannelures, le long de la circonférence, ou la périphérie, dans le cas d’une variation de type sinusoïdale, est une vue schématique illustrant la variation de la différence entre le pas des cannelures et le pas nominal, le long de la circonférence, ou la périphérie, dans le cas d’une variation par palier, est une vue correspondant à la , illustrant une variation par paliers de la différence entre le pas modifié et le pas nominal des cannelures, est une vue correspondant à la , illustrant ladite variation par palier de la différence entre le pas modifié et le pas nominal des cannelures. Arbre (14) cannelé présentant une périphérie et comprenant des cannelures (15) régulièrement réparties sur la périphérie, les cannelures (15) étant espacées les unes des autres, au moins une partie des cannelures (15) étant espacées d’un pas modifié p par rapport au pas nominal pn des cannelures (15), le rapport de la valeur absolue de la différence entre le pas modifié et le pas nominal, sur le pas nominal, c’est-à-dire |pn – p| / pn étant non nul, de préférence compris entre 0,5 et 5 %. Arbre (14) cannelé selon la revendication précédente, dans lequel, pour au moins une partie des cannelures (15), la différence (Δp) entre le pas modifié et le pas nominal est positive, lesdites cannelures (15) étant dites en avance, et pour au moins une autre partie des cannelures (15), la différence (Δp) entre le pas modifié et le pas nominal est négative, lesdites cannelures (15) étant dites en retard. Arbre (14) cannelé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comporte, le long de la périphérie, au moins une alternance de cannelures (15) en avance et de cannelures (15) en retard. Arbre (14) cannelé selon la revendication précédente, dans lequel il comporte, le long de la périphérie, plusieurs alternances successives de cannelures (15) en avance et de cannelures (15) en retard. Arbre (14) cannelé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la différence (Δp) entre le pas nominal pn entre les cannelures (15) par rapport au pas modifié p, le long de la périphérie, augmente ou diminue progressivement d’une cannelure (15) à l’autre, au fur et à mesure que l’on parcourt la périphérie de l’arbre (14) cannelé, ladite différence augmentant jusqu’à un maximum (Δpmax) avant de diminuer jusqu’à un minimum (Δpmin). Arbre (14) cannelé selon la revendication 5, dans lequel l’évolution de la différence du pas entre les cannelures (15) par rapport au pas nominal, le long de la périphérie, suit une loi globalement sinusoïdale. Arbre (14) cannelé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’évolution de la différence du pas entre les cannelures (15) par rapport au pas nominal, le long de la périphérie, est une évolution par paliers. Porte-satellites (10) pour un train planétaire, comportant au moins un axe de support (10b) destiné au montage d’un satellite (8) et au moins un arbre (14) cannelé selon l’une des revendications précédentes. Porte-satellites selon la revendication 7, dans lequel au moins une cannelure (15) en retard est située sur ou à proximité de la ligne (L) reliant l’arbre (14) cannelé ou l’axe (X) du porte-satellites (10), d’une part, et l’axe de support (10b) du satellite (8), d’autre part, et/ou au moins une cannelure (15) en avance est éloignée de ladite ligne (L). Train planétaire pour une turbomachine (1), comportant au moins un porte-satellites (10) selon l’une des revendications 1 à 9.