Brevet FR3132133A1 — publié le 20230728

Porte-satellites (213) pour un réducteur de vitesse (10) de turbomachine (1), en particulier d’aéronef, comportant : - une cage (220) comportant à sa périphérie des logements axiaux (280) répartis autour dudit axe (X), - un porte-cage (222) comportant des doigts axiaux (282) répartis autour de l’axe (X) et engagés dans lesdits logements axiaux (280), et - des éléments de liaison desdits doigts (282) à des parois desdits logements (280), chacun de ces éléments de liaison comportant un pivot (289) s’étendant dans une direction radiale (A) par rapport audit axe (X), ce pivot (289) étant porté par l’un des organes et comprenant une surface externe (294) qui présente en section axiale une forme convexe, et qui coopère avec une surface interne cylindrique (285a) d’un orifice (285) de l’autre de ces organes. Figure pour l'abrégé : Figure 6 PORTE-SATELLITES POUR UN REDUCTEUR DE VITESSE DE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un porte-satellites pour un réducteur de vitesse de turbomachine d’aéronef, ainsi qu’un réducteur de vitesse pour une turbomachine d’aéronef. Aval-plan technique L’état de l’art comprend notamment les documents FR-A1-2 987 416, FR-A1-2 853 382, FR-A1-3 041 054, FR-A1-3 052 213, FR-A1-3 073 915, FR-A1-3 084 428. Le rôle d’un réducteur mécanique est de modifier le rapport de vitesse et le couple entre l’axe d’entrée et l’axe de sortie d’un mécanisme. Les nouvelles générations de turbomachines à double flux, notamment celles ayant un haut taux de dilution, comportent un réducteur mécanique pour entraîner l’arbre d’une soufflante (aussi appelé « fan »). 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 de la turbomachine. Les satellites ont chacun un axe de révolution différent et sont équirépartis sur le même diamètre de fonctionnement autour de l’axe des planétaires. Ces axes sont parallèles à l’axe longitudinal de la turbomachine. Il existe plusieurs architectures de réducteur. 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 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 d’un ou plusieurs étages d’engrènement. Cet engrènement est assuré de différentes façons comme par contact, par friction ou encore par champ magnétique. Il existe plusieurs types d’engrènement par contact comme avec des dentures droites ou en chevron. Le porte-satellites peut être monobloc ou se présenter sous la forme d’une cage et d’un porte-cage. La cage comprend une cavité interne dans laquelle sont logés le solaire, les satellites et les paliers de guidage de ces satellites. Le solaire comprend des cannelures internes d’accouplement à un premier arbre de la turbomachine et le porte-cage comprend une portion cylindrique comportant des cannelures externes d’accouplement à un autre arbre. La liaison de la cage au porte-cage est en général rigide. En variante, on peut envisager une technologie dans laquelle la cage est reliée au porte-cage par des liaisons « souples », telles que décrites dans le document FR-A1-2 853 382. Dans un tel cas, le porte-cage comprend une rangée annulaire de doigts axiaux qui sont engagés dans des logements axiaux de la cage et qui sont reliés à des parois de ces logements par des éléments de liaison qui autorisent au moins un degré de liberté du doigt dans le logement. Il existe deux types de liaison souple pour cette application, la liaison à rotule et la liaison à pivot glissant. Dans le cas d’une liaison souple à rotule, chaque doigt porte une rotule traversée par une broche cylindrique s’étendant dans le logement de la cage. La liaison souple est donc une liaison rotulante entre la cage et le porte-cage et plus particulièrement des doigts dans leurs logements. Dans le cas d’une liaison souple à pivot glissant, chaque doigt est traversé par un pivot s’étendant dans le logement de la cage. La liaison souple est une liaison glissante entre la cage et le porte-cage et plus particulièrement des doigts dans leurs logements, dans des directions radiales par rapport à l’axe du réducteur. En fonctionnement, lors de la mise sous couple du porte-satellites, les doigts vont fléchir et transmettre le couple à la cage. Les liaisons souples permettent de ne pas transmettre le fléchissement des doigts à la cage. Le porte-cage maintient la cage dans son plan de symétrie afin d’équilibrer la récupération des efforts de part et d’autre des satellites. La présente invention s’intéresse plus particulièrement aux liaisons souples à pivot glissant entre une cage et un porte-cage. Dans la technique actuelle, le pivot comprend une surface externe parfaitement cylindrique qui coopère avec une surface interne parfaitement cylindrique d’un orifice du doigt et qui est apte à coulisser en direction radiale dans cet orifice. Ce coulissement est rendu possible par la présence d’un jeu faible mais maîtrisé entre les surfaces cylindriques du pivot et de l’orifice. En fonctionnement, des efforts importants sont transmis via ces liaisons le long de l’axe de chaque pivot, ce qui génère des désalignements entre la cage et le porte-cage. Ces désalignements provoquent une élévation importante de la pression de contact entre les pivots et les surfaces internes des orifices, qui se concentre essentiellement au niveau d’une des extrémités de chaque pivot. La présente invention propose un perfectionnement qui apporte une solution simple, efficace et économique à ce problème. L’invention concerne un porte-satellites pour un réducteur de vitesse de turbomachine, en particulier d’aéronef, ce réducteur ayant un axe principal et comportant : - une cage comportant une cavité interne configurée pour recevoir un solaire centré sur ledit axe et des satellites disposés autour de l’axe et engrenés avec le solaire ainsi qu’avec une couronne destinée à entourer la cage, la cage comportant à sa périphérie des logements axiaux répartis autour dudit axe, - un porte-cage comportant des doigts axiaux répartis autour de l’axe et engagés dans lesdits logements axiaux, et - des éléments de liaison desdits doigts à des parois desdits logements, chacun de ces éléments de liaison comportant un pivot s’étendant dans une direction radiale par rapport audit axe, ce pivot étant porté par l’un des organes choisi parmi le doigt et au moins une des parois et étant apte à coulisser le long de cette direction radiale dans un orifice de l’autre de ces organes, caractérisé en ce que : - le pivot comprend une surface externe qui présente en section axiale une forme convexe, de préférence arrondie, et qui coopère avec une surface interne cylindrique dudit orifice, ou - l’orifice comprend une surface interne qui présente en section axiale une forme convexe, de préférence arrondie, et qui coopère avec une surface externe cylindrique dudit pivot. Les présente invention concerne donc deux configurations. Dans la première configuration, la surface externe de chacun des pivots est donc « bombée » et le sommet ou la crête de cette surface est le lieu privilégié d’appui sur la surface interne de l’orifice correspondant. Ceci permet de déplacer la zone d’application de la pression de contact depuis l’une des extrémités axiales du pivot jusqu’au niveau de ce sommet ou de cette crête et par exemple au milieu de la surface externe. La tâche de contact n’est pas localisée au niveau d’une extrémité du pivot, et elle ne risque pas d’être tronquée, ce qui pourrait générer une mauvaise répartition de la pression de contact et des concentrations de contraintes. La solution mise en place permet donc de limiter le niveau de pression de contact dans les liaisons à pivot glissant d’un porte-satellites susceptible d’être l’objet de désalignements entre sa cage et son porte-cage. En variante, et selon la seconde configuration, c’est la surface interne de l’orifice qui est « bombée ». La fonction et les avantages de cette configuration sont les mêmes que ceux évoqués juste au-dessus. La présente invention est compatible d’un réducteur à simple étage ou à plusieurs étages ; d’un réducteur planétaire, épicycloïdal ou différentiel ; et de dentures droites, hélicoïdales ou en chevron. de tout type de paliers pour les satellites, qu’ils soient du type à roulement, hydrodynamique, etc. Le porte-satellites 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 : - la surface externe du pivot ou la surface interne de l’orifice présente un rayon de courbure qui est supérieur à 100 fois une dimension axiale de cette surface ; - la surface externe du pivot ou la surface interne de l’orifice présente un rayon de courbure qui est supérieur à 50 fois un diamètre moyen de cette surface ; - ladite surface externe du pivot présente une dimension axiale qui est égale à une dimension axiale de ladite surface interne de l’orifice et/ou à une distance axiale d’engagement du pivot dans l’orifice ; - le pivot est porté par la cage, et l’orifice est formé dans le doigt du porte-cage ; - le doigt est intercalé entre deux parois du logement, le pivot traversant l’orifice du doigt et étant monté dans des trous de ces parois ; - les trous des parois présentent des diamètres différents ; - le pivot comprend au moins deux tronçons coaxiaux de diamètre différents, ladite surface externe étant située sur l’un de ces tronçons ; -- le pivot comprend trois tronçons adjacents ayant au moins pour certains des diamètres différents ; -- ladite surface externe est située sur un des tronçons de diamètre intermédiaire, qui est situé entre un tronçon de plus petit diamètre et un tronçon de plus grand diamètre. La présente invention concerne également un réducteur mécanique pour une turbomachine d’aéronef, comportant un porte-satellites selon l’une des revendications précédentes, un solaire monté dans ladite cavité et centré sur ledit axe, une couronne s’étendant autour du solaire, et des satellites montés dans ladite cavité et engrenés avec le solaire et la couronne. L’invention concerne en outre une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un réducteur tel que décrit ci-dessus. 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 vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine utilisant l’invention ; la est une vue schématique en coupe axiale d’un réducteur à train épicycloïdal ; la est une vue en perspective d’une cage d’un porte-satellites de réducteur ; la est une vue en coupe axiale de la cage de la et d’un porte-cage, la cage et le porte-cage formant un porte-satellites de réducteur et étant reliées par des liaisons souples à rotule ; la est une vue de détail de la ; la est une vue en perspective éclatée d’un ensemble cage et porte-cage formant un porte-satellites de réducteur, la cage et le porte-cage étant reliées par des liaisons souples à pivot glissant ; la est une vue en coupe axiale et partielle d’une partie du porte-satellites de la ; la est une vue de détail de la ; la est une vue schématique à plus grande échelle d’un détail de la et illustre la présente invention. Porte-satellites (213) pour un réducteur de vitesse (10) de turbomachine (1), en particulier d’aéronef, ce réducteur ayant un axe principal (X) et comportant : - une cage (220) comportant une cavité interne configurée pour recevoir un solaire (11) centré sur ledit axe (X) et des satellites (12) disposés autour de l’axe (X) et engrenés avec le solaire (11) ainsi qu’avec une couronne (14) destinée à entourer la cage (220), la cage (220) comportant à sa périphérie des logements axiaux (280) répartis autour dudit axe (X), - un porte-cage (222) comportant des doigts axiaux (282) répartis autour de l’axe (X) et engagés dans lesdits logements axiaux (280), et - des éléments de liaison desdits doigts (282) à des parois desdits logements (280), chacun de ces éléments de liaison comportant un pivot (289) s’étendant dans une direction radiale (A) par rapport audit axe (X), ce pivot (289) étant porté par l’un des organes choisi parmi le doigt (282) et au moins une des parois et étant apte à coulisser le long de cette direction radiale (A) dans un orifice (285) de l’autre de ces organes, caractérisé en ce que : - le pivot (289) comprend une surface externe (294) qui présente en section axiale une forme convexe, de préférence arrondie, et qui coopère avec une surface interne cylindrique (285a) dudit orifice (285), ou - l’orifice (285) comprend une surface interne (285a) qui présente en section axiale une forme, convexe, de préférence arrondie, et qui coopère avec une surface externe (294) cylindrique dudit pivot (289). Porte-satellites (213) selon la revendication 1, dans lequel la surface externe (294) du pivot (289) ou la surface interne (285a) de l’orifice (285) présente un rayon de courbure qui est supérieur à 100 fois une dimension axiale (L2) de cette surface (294, 285a). Porte-satellites (213) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface externe (294) du pivot (289) ou la surface interne (285a) de l’orifice (285) présente un rayon de courbure qui est supérieur à 50 fois un diamètre moyen (D1) de cette surface (294, 285a). Porte-satellites (213) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite surface externe (294) du pivot (289) présente une dimension axiale (L2) qui est égale à une dimension axiale (L1) de ladite surface interne (285a) de l’orifice (285) et/ou à une distance axiale d’engagement du pivot (289) dans l’orifice (285). Porte-satellites (213) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le pivot (289) est porté par la cage (220), et l’orifice (285) est formé dans le doigt (282) du porte-cage (222). Porte-satellites (213) selon la revendication précédente, dans lequel le doigt (282) est intercalé entre deux parois du logement (280), le pivot (289) traversant l’orifice (285) du doigt (282) et étant monté dans des trous (290, 292) de ces parois. Porte-satellites (213) selon la revendication précédente, dans lequel les trous (290, 292) des parois présentent des diamètres différents. Porte-satellites (213) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le pivot (289) comprend au moins deux tronçons (289a1, 289a2) coaxiaux de diamètre différents, ladite surface externe (294) étant située sur l’un de ces tronçons (289a1). Réducteur mécanique (210) pour une turbomachine (1) d’aéronef, comportant un porte-satellites (213) selon l’une des revendications précédentes, un solaire (11) monté dans ladite cavité et centré sur ledit axe (X), une couronne (14) s’étendant autour du solaire (11), et des satellites (12) montés dans ladite cavité et engrenés avec le solaire (11) et la couronne (14). Turbomachine (1), en particulier d’aéronef, comportant un réducteur (210) selon la revendication précédente.