Brevet FR3125319A1 — publié le 20230120

Ensemble mécanique (150) pour une turbomachine d’aéronef, cet ensemble comportant : - une pièce (156) comportant un filetage externe (170) et une surface cylindrique externe (166) s’étendant autour d’un même axe (Y), - un palier à roulements (94) monté sur ladite surface (166), ce palier (94) comportant une bague interne (158) qui est configurée pour être frettée sur ladite surface (166) et qui est en appui sur un épaulement cylindrique (168) de ladite pièce (156), et - un écrou (152) comportant un filetage interne (185) et configuré pour être vissé sur ledit filetage (170) afin de bloquer axialement ladite bague interne (158) contre ledit épaulement (168), ledit écrou (152) comportant un diamètre interne inférieur au diamètre externe (Dex) de ladite bague (158), ledit écrou (152) et ledit épaulement (168) étant situés d’un même côté de la bague (158). Figure pour l'abrégé : Figure 6 ENSEMBLE MECANIQUE ET REDUCTEUR MECANIQUE DE TURBOMACHINE D’AERONEF COMPORTANT UN TEL ENSEMBLE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne notamment le domaine des réducteurs mécaniques pour des turbomachines en particulier d’aéronef. Arrière-plan technique L’état de l’art comprend notamment les documents WO-A1-2010/092263, FR-A1-2 987 416, FR-A1-3 008 462, FR-A1-3 008 463 et FR-A1-3 041 054. Le rôle d’un réducteur mécanique est de modifier le rapport de vitesse et de couple entre l’axe d’entrée et l’axe de sortie d’un système mécanique. Les nouvelles générations de turbomachines à flux multiples, notamment celles ayant un haut taux de dilution, comportent un réducteur mécanique pour entraîner l’arbre d’une hélice (aussi appelé « fan »), par exemple de soufflante. De manière usuelle, le réducteur a pour but de transformer la vitesse de rotation dite rapide de l’arbre d’une turbine de puissance en une vitesse de rotation plus lente pour l’arbre entraînant la soufflante. Un tel réducteur 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 châssis appelé porte-satellites. Le solaire, la couronne et le porte-satellites sont des planétaires car leurs axes de révolution coïncident avec l’axe longitudinal X de la turbomachine. Les satellites ont des axes de révolution différents équirépartis sur le même diamètre de fonctionnement autour de l’axe des planétaires. Ces axes sont parallèles à l’axe longitudinal X. Il existe plusieurs architectures de réducteur. Dans l’état de l’art des turbomachines à flux multiple, les réducteurs sont de type planétaire ou épicycloïdal. Il existe dans d’autres applications similaires, des architectures dites différentielles ou « compound ». - Sur un réducteur planétaire, le porte-satellites est fixe et la couronne constitue l'arbre de sortie du dispositif qui tourne dans le sens inverse du solaire. - Sur un réducteur épicycloïdal, la couronne est fixe et le porte-satellites constitue l'arbre de sortie du dispositif qui tourne dans le même sens que le solaire. - Sur un réducteur différentiel, aucun élément n’est fixé en rotation. La couronne tourne dans le sens contraire du solaire et du porte-satellites. Les réducteurs peuvent être composés de un ou plusieurs étages d’engrènement. Cet engrènement est assuré de différentes façons comme par contact, par friction ou encore par champs magnétique. Il existe plusieurs types d’engrènement par contact comme avec des dentures droites, hélicoïdales ou en chevron. L’augmentation des rapports de réduction des architectures des moteurs cibles pousse à utiliser des réducteurs dits « double étage ». En effet, au-delà d’un rapport de l’ordre de 6 ou 7, la technologie dite « simple étage » perd son intérêt car n’est plus assez compacte. Il faut alors utiliser des réducteurs dits « double étage ». Dans une technologie simple étage, c’est la même denture d’un satellite qui coopère avec le solaire et la couronne. Dans une technologie double étage, la denture du satellite qui coopère avec le solaire est différente de la denture du satellite qui coopère avec la couronne. En général, les dentures d’un satellite qui coopèrent respectivement avec le solaire et la couronne ont des diamètres moyens différents. La principale problématique des réducteurs double étage (chaque étage ou denture comportant une seule série de dents) réside dans le fait qu’ils sont asymétriques par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe X. Ainsi, la puissance rentrant à l’aval par l’intérieur et ressortant à l’amont par l’extérieur génère des moments non négligeables au niveau des satellites (les expressions « amont » et « aval » faisant référence à l’écoulement général des gaz dans la turbomachine). Une solution à ce problème consiste à prévoir un arrangement symétrique des deux dentures par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe X (chaque étage ou denture comportant une double série de dents). Ces deux dentures sont à chevrons c’est-à-dire qu’elles comportent chacune une série de dents amont séparée axialement d’une série de dents aval. Les dents amont sont sensiblement parallèles entre elles et inclinées par rapport à l’axe X. Les dents aval sont également sensiblement parallèles entre elles et inclinées par rapport à l’axe X et par rapport aux dents amont de façon à ce que les dents amont et aval forment des chevrons tout autour du satellite. Dans une denture à chevrons, l’angle d’hélice des deux séries de dents a la même valeur (et une inclinaison opposée), de façon à ce que ces séries de dents génèrent des forces axiales opposées de même valeur. Les satellites du réducteur doivent être supportés et guidés en rotation vis à vis du porte-satellites. Les solutions classiques pour ce faire sont d’utiliser des paliers. Plusieurs technologies sont envisageables telles que les paliers lisses, les paliers à roulement, etc. L’intégration de paliers à roulement n’est pas simple car les paliers doivent être disposés de manière symétrique autour de chaque satellite et de part et d’autre du plan précité, ce qui a tendance à augmenter l’encombrement du réducteur. Cependant, l’environnement moteur dans lequel le réducteur doit s’intégrer est contraint. Ainsi, l’encombrement du réducteur, notamment axial, peut entrainer un allongement du moteur et donc une augmentation de la trainée et de la masse du moteur, ce qui diminue les performances de ce dernier. De même, la masse du réducteur influe négativement sur les performances du système. Il existe donc un besoin de trouver une configuration dans laquelle les paliers assurent efficacement leur rôle sans impacter l’encombrement axial de la pièce sur laquelle ils sont montés. Pour atteindre cet objectif, et comme cela est illustré à la , le palier A peut être logé dans un espace annulaire B relativement limité. Le palier A comporte une bague externe C et une bague interne D entre lesquelles sont montés des éléments roulants E qui sont ici des rouleaux. La bague interne D est montée sur une surface cylindrique externe F et prend appui axialement sur un épaulement cylindrique G. La bague interne D du palier A est frettée sur la surface F. Dans le cas d’un palier à rouleaux, la bague interne D ne reprend théoriquement pas d’effort axial. Cependant, avec les vibrations et les efforts parasites, l’effort de frettage de la bague D n’est parfois pas suffisant pour la maintenir en position et il est alors associé à cet assemblage un écrou H pour garantir le maintien en position de la bague interne D. Dans le cas illustré à la , la bague interne D ne peut être montée que de la droite vers la gauche car la géométrie du satellite sur laquelle le palier A est monté crée une obturation de l’autre côté. Ce problème s’applique aussi à l’écrou H qui doit être monté après et du côté opposé à l’épaulement G. L’écrou H génère ainsi un encombrement axial supplémentaire, alors qu’un espace reste vide de l’autre côté du palier A. Bien que le problème technique soit présenté dans le contexte d’un réducteur mécanique, il se pose également dans d’autres contextes, et en particulier à tout type d’ensemble mécanique nécessitant le maintien d’un palier à roulement par écrou dans un environnement contraint. L’invention a pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. L’invention concerne un ensemble mécanique pour une turbomachine d’aéronef, cet ensemble comportant : - une pièce comportant un filetage externe et une surface cylindrique externe s’étendant autour d’un même axe, - un palier à roulements monté sur ladite surface, ce palier comportant une bague interne qui est configurée pour être frettée sur ladite surface et qui est en appui sur un épaulement cylindrique de ladite pièce, et - un écrou comportant un filetage interne et configuré pour être vissé sur ledit filetage afin de bloquer axialement ladite bague interne contre ledit épaulement, ledit écrou comportant un diamètre interne inférieur au diamètre externe de ladite bague, caractérisé en ce que ledit écrou et ledit épaulement sont situés d’un même côté de la bague, et en ce que l’ensemble comporte en outre une cale annulaire qui est montée sur la bague, ledit écrou comportant un rebord annulaire interne qui prend appui axialement sur cette cale annulaire de sorte à appliquer une force de traction axiale sur cette cale ainsi que sur la bague interne lors du vissage de l’écrou. L’invention permet de réduire l’encombrement, en particulier axial, de l’ensemble en permettant le montage de l’écrou du même côté que l’épaulement. L’écrou peut alors être situé dans un espace relativement réduit qui n’était pas exploité dans la technique antérieure. L’ensemble peut être utilisé dans le contexte d’un réducteur ou dans un tout autre contexte nécessitant le maintien axial d’un palier à roulements par l’intermédiaire d’un écrou. L’ensemble selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : ladite cale est montée sur un rebord cylindrique de la bague dont une extrémité libre prend appui axialement sur ledit épaulement ; ladite bague comprend une nervure annulaire externe au niveau de ladite extrémité libre ; ladite nervure de la bague est festonnée et comprend une rangée annulaire de dents externes, et ledit rebord de l’écrou est festonné et comprend une rangée annulaire de dents internes configurées pour coopérer par crabotage avec les dents externes de la nervure de la bague ; ladite cale est formée par un anneau fendu ; -- la cale est configurée pour être déformée par écartement de ses bords circonférentiels afin d’être monté sur la bague, ou pour être montée par rotation du type vissage sur la bague ; ladite cale est intercalée axialement entre le rebord de la bague et le rebord de l’écrou ; ladite cale est montée sur la bague par un système à baïonnette ; -- le système à baïonnette comprend des ergots portés par l’un des éléments choisis parmi la cale et la bague, et des encoches en L formées dans l’autre des éléments choisis parmi la cale et la bague ; -- les ergots sont orientés radialement ou axialement ; -- les ergots sont configurés pour être engagés dans les encoches en L, par déplacement en translation de la bague et de la cale l’une vers l’autre, puis par rotation de la bague et de la cale l’une par rapport à l’autre ; lorsque les ergots sont engagés dans les encoches en L, la cale et la bague sont immobilisées axialement l’une par rapport à l’autre par coopération des ergots avec des bords des encoches en L ; ladite cale comprend une première extrémité axiale et/ou radialement interne montée sur la bague par le système à baïonnette, et une seconde extrémité axiale et/ou radialement externe qui comprend un rebord annulaire externe sur lequel le rebord de l’écrou est en appui axial ; ladite cale comprend une paroi cylindrique s’étendant entre lesdites première et seconde extrémités et comportant un diamètre externe inférieur audit diamètre interne de l’écrou ; ledit écrou comprend des empreintes en creux et/ou des éléments en saillie configurés pour permettre une mise en prise d’un outil de vissage ; ladite pièce comprend un corps s’étendant autour de l’axe, une paroi annulaire portant une denture externe et s’étendant autour du corps, et un voile annulaire s’étendant radialement entre le corps et la paroi annulaire, la paroi définissant autour du corps un espace annulaire de logement d’au moins une partie dudit palier, et de l’écrou qui est situé axialement entre le voile et ce palier ; ladite pièce est un satellite d’un réducteur mécanique ; -- le palier est à rouleaux ; -- la bague interne comprend un premier élément et la pièce comprend un second élément, ces premier et second élément étant configurés pour coopérer ensemble par complémentarité de formes afin d’immobiliser en rotation la bague sur la pièce ; et -- la pièce comprend une denture externe. L’invention concerne également un réducteur mécanique pour une turbomachine d’aéronef, comportant au moins un ensemble tel que décrit ci-dessus. L’invention concerne en outre une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un ensemble ou un réducteur tel que décrit ci-dessus. L’invention concerne encore un procédé de montage d’un ensemble tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de : - assemblage de l’écrou et de la cale sur la bague du palier, - frettage de la bague du palier sur la surface cylindrique de la pièce, jusqu’à mise en appui axial de la bague sur l’épaulement de la pièce, - vissage de l’écrou sur le filetage de la pièce de façon à bloquer axialement la bague sur la pièce. La cale peut être montée sur la bague après le montage ou simultanément au montage de l’écrou sur la bague. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une demi vue schématique en coupe axiale d’un ensemble mécanique, la est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine utilisant l’invention, la est une vue partielle en coupe axiale d’un réducteur mécanique à simple étage d’engrènement, la est une vue partielle en coupe axiale et en perspective d’un réducteur mécanique à double étage d’engrènement, la est une autre vue schématique en coupe axiale du réducteur de la , et illustre un mode de réalisation de l’invention, la est une vue à plus grande échelle d’une partie du réducteur de la ; la est une demi vue partielle schématique en coupe axiale d’un écrou et d’une cale du réducteur de la ; la est une vue schématique en perspective de la cale et d’une bague interne du réducteur de la , et illustre une étape de montage de ces pièces ; la est une vue schématique en perspective de l’écrou, de la cale et d’une partie du palier du réducteur de la ; la est une vue schématique partielle en perspective d’un satellite du réducteur de la ; la est une vue similaire à celle de la et illustre une variante de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en perspective d’un écrou du réducteur de la ; la est une vue similaire à celle de la et illustre une variante de réalisation de l’invention ; la est une vue similaire à celle de la et illustre une variante de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en perspective de l’écrou, de la cale et d’une partie du palier du réducteur de la ; la est une vue schématique en perspective d’une variante de réalisation de la cale du réducteur de la ; et la est une vue schématique en perspective d’une autre variante de réalisation de la cale du réducteur de la . Ensemble mécanique (150) pour une turbomachine d’aéronef, cet ensemble comportant : - une pièce (156) comportant un filetage externe (170) et une surface cylindrique externe (166) s’étendant autour d’un même axe (Y), - un palier à roulements (94) monté sur ladite surface (166), ce palier (94) comportant une bague interne (158) qui est configurée pour être frettée sur ladite surface (166) et qui est en appui sur un épaulement cylindrique (168) de ladite pièce (156), et - un écrou (152) comportant un filetage interne (185) et configuré pour être vissé sur ledit filetage (170) afin de bloquer axialement ladite bague interne (158) contre ledit épaulement (168), ledit écrou (152) comportant un diamètre interne inférieur au diamètre externe (Dex) de ladite bague (158), caractérisé en ce que ledit écrou (152) et ledit épaulement (168) sont situés d’un même côté de la bague (158), et en ce que l’ensemble (150) comporte en outre une cale annulaire (154, 154’) qui est montée sur la bague (158), ledit écrou (152) comportant un rebord annulaire interne (186) qui prend appui axialement sur cette cale annulaire (154, 154’) de sorte à appliquer une force de traction axiale sur cette cale ainsi que sur la bague interne (158) lors du vissage de l’écrou (152). Ensemble (150) selon la revendication 1, dans lequel ladite cale (154, 154’) est montée sur un rebord cylindrique (174) de la bague (1658) dont une extrémité libre prend appui axialement sur ledit épaulement (168). Ensemble (150) selon la revendication 2, dans lequel ladite bague (158) comprend une nervure annulaire externe (192) au niveau de ladite extrémité libre. Ensemble (150) selon la revendication 3, dans lequel ladite nervure (192) de la bague (158) est festonnée et comprend une rangée annulaire de dents externes, et ledit rebord (186) de l’écrou (152) est festonné et comprend une rangée annulaire de dents internes configurées pour coopérer par crabotage avec les dents externes de la nervure (192) de la bague (158). Ensemble (150) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite cale (154’) est formée par un anneau fendu. Ensemble (150) selon la revendication 5, en dépendance de la revendication 3 ou 4, dans lequel ladite cale (154) est intercalée axialement entre la nervure (192) de la bague (158) et le rebord (186) de l’écrou (152). Ensemble (150) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite cale (154) est montée sur la bague (158) par un système à baïonnette. Ensemble (150) selon la revendication 7, dans lequel ladite cale (154) comprend une première extrémité axiale et/ou radialement interne montée sur la bague (158) par le système à baïonnette, et une seconde extrémité axiale et/ou radialement externe qui comprend un rebord annulaire externe (182) sur lequel le rebord (186) de l’écrou (152) est en appui axial. Ensemble (150) selon la revendication 8, dans lequel ladite cale (154) comprend une paroi cylindrique (180) s’étendant entre lesdites première et seconde extrémités et comportant un diamètre externe (Dpe) inférieur audit diamètre interne de l’écrou (152). Ensemble (150) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit écrou (152) comprend des empreintes (184) en creux et/ou des éléments en saillie (190) configurés pour permettre une mise en prise d’un outil de vissage. Ensemble (150) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite pièce (156) comprend un corps (86) s’étendant autour de l’axe Y), une paroi annulaire (91) portant une denture externe (82) et s’étendant autour du corps (86), et un voile annulaire (88) s’étendant radialement entre le corps (86) et la paroi annulaire (91), la paroi (91) définissant autour du corps (86) un espace annulaire (R1, R2) de logement d’au moins une partie dudit palier (94), et de l’écrou (152) qui est situé axialement entre le voile (88) et ce palier (94). Ensemble (150) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite pièce (156) est un satellite (80) d’un réducteur mécanique. Réducteur mécanique (6) pour une turbomachine (1) d’aéronef, comportant au moins un ensemble (150) selon l’une des revendications précédentes. Procédé de montage d’un ensemble (150) selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de : - assemblage de l’écrou (152) et de la cale (154, 154’) sur la bague (158) du palier (94), - frettage de la bague (158) du palier (94) sur la surface cylindrique (166) de la pièce (156), jusqu’à mise en appui axial de la bague (158) sur l’épaulement (168) de la pièce (156), - vissage de l’écrou (152) sur le filetage (170) de la pièce (156) de façon à bloquer axialement la bague (158) sur la pièce (156). Procédé selon la revendication 14, dans lequel la cale (154, 154’) est montée sur la bague (158) après le montage ou simultanément au montage de l’écrou (152) sur la bague (158).