FR2954439A1

FR2954439A1 - Deconnexion de l'arbre de conjugaison

Info

Publication number: FR2954439A1
Application number: FR1060775A
Authority: FR
Inventors: Keith E Short; Michael F Cass; Michael R Blewett
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-06-24
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: CN102102754B; FR2954439B1; CN102102754A; US20110146434A1

Abstract

Une boîte à engrenages pour un avion a une première paroi latérale (31), une deuxième paroi latérale (37), un train d'engrenages (20) et un accessoire d'avion (41). L'accessoire d'avion a un boîtier (75, 80), une entrée (90) se fixant au train d'engrenages pour recevoir l'entrée rotative provenant du train d'engrenages, et un premier arbre (165) pour coupler et découpler sélectivement le train d'engrenages de l'entrée. Le boîtier se fixe sur la première paroi latérale et la deuxième paroi latérale.

Description

DECONNEXION DE L'ARBRE DE CONJUGAISON

Contexte de l'invention Les besoins de puissance d'un avion pour les différents systèmes de vol et le confort des passagers sont habituellement fournis par un moteur à turbine à gaz. De tels systèmes et de tels accessoires peuvent comprendre une pompe à carburant, une pompe à huile de moteur, un générateur électrique et un PMA, un petit alternateur à aimant permanent (« PMA ») qui fournit la puissance pour les systèmes électriques. Le moteur à turbine à gaz peut être un moteur qui fournit la poussée à l'avion, une unité de puissance auxiliaire (« APU ») ou les deux dans certains cas. Un agencement classique pour transférer l'énergie de rotation du moteur à turbine à gaz aux accessoires est réalisé au moyen d'une transmission à engrenages. Habituellement, les accessoires sont montés sur la face d'une boîte à engrenages d'accessoire. La boîte à engrenages d'accessoire est souvent raccordée à une sortie de moteur rotative par un engrenage biseauté. Une boîte à engrenages de montage d'accessoire comprend habituellement un arbre d'entraînement s'étendant à partir de l'engrenage raccordé à la partie centrale du moteur et les arbres d'entraînement faisant tourner la pompe à huile de moteur, la pompe à carburant, la commande du moteur, les pompes hydrauliques, les générateurs, etc. Certains accessoires sont nécessaires pour le fonctionnement du moteur et doivent être très fiables de sorte que le moteur maintient la puissance de propulsion. Par exemple, le PMA est utilisé pour alimenter les commandes électriques pour le moteur. D'autres accessoires sont des charges non essentielles pour le vol, et les déconnexions mécaniques sont souvent incorporées à l'intérieur de l'accessoire pour permettre le découplage manuel ou automatique de l'arbre d'entraînement d'accessoire si l'accessoire présente un dysfonctionnement. Le découplage d'un accessoire défectueux réduit l'endommagement à l'accessoire qui pourrait se produire avec un fonctionnement continu, et empêche les surcharges de la chaîne cinématique si l'endommagement de l'accessoire progresse jusqu'au grippage de l'arbre. Certains accessoires comprennent des sections de cisaillement qui fracturent et arrêtent la rotation de l'accessoire si un défaut (tel qu'une défaillance de palier à l'intérieur de l'accessoire) se développe à l'intérieur de l'accessoire qui dépasse un couple de fonctionnement normal.

Résumé de l'invention Selon un mode de réalisation exemplaire, ici, une boîte à engrenages pour un avion a une première paroi latérale, une deuxième paroi latérale, un train d'engrenages et un accessoire d'avion. L'accessoire d'avion a un boîtier, une entrée se fixant au train d'engrenages pour recevoir l'entrée rotative provenant du train d'engrenages, et un premier arbre pour coupler et découpler sélectivement le train d'engrenages de l'entrée. Le boîtier se fixe sur la première paroi latérale et la deuxième paroi latérale.

Selon un autre mode de réalisation exemplaire, ici, une boîte à engrenages a une première paroi latérale, une deuxième paroi latérale, un train d'engrenages et un accessoire entraîné par le train d'engrenages. L'accessoire a un boîtier, une entrée fixée sur le train d'engrenages pour recevoir l'entrée rotative du train d'engrenages, et un premier arbre pour coupler et découpler sélectivement le train d'engrenages de l'entrée. Le boîtier se fixe sur la première paroi latérale et la deuxième paroi latérale. Ces caractéristiques de la présente invention, ainsi que d'autres seront mieux comprises d'après la description suivante et les dessins, dont la partie suivante en est une brève description.

Brève description des dessins La figure 1 représente un agencement de l'art antérieur d'un train d'engrenages venant d'un moteur tel qu'un moteur qui fournit la poussée ou une unité de puissance auxiliaire.

La figure 2 représente un accessoire tel qu'un générateur, dans lequel le boîtier du générateur est intégré à l'intérieur d'un boîtier de la boîte à engrenages.

La figure 3 représente un premier mode de réalisation d'un agencement d'engrenages d'arbre de conjugaison comprenant une déconnexion. La figure 4 est un deuxième mode de réalisation d'un arbre de 5 conjugaison, tel que décrit ici. La figure 5 est encore un autre mode de réalisation d'un arbre de conjugaison tel que proposé ici.

Description détaillée du mode de réalisation préféré 10 En référence maintenant à la figure 1, on représente un train d'engrenages de l'art antérieur 10 à l'intérieur d'une boîte à engrenages 15. Le train d'engrenages 10 a une pluralité d'engrenages 20 montés sur une pluralité d'arbres rotatifs 25. La boîte à engrenages 15 a une paroi 30 et une paroi 35 sur lesquelles les engrenages 20 sont montés. La paroi droite 35 15 est renforcée et on représente une jauge plus robuste ici, pour supporter un accessoire 40 qui fait saillie à l'extérieur de la paroi droite 35. L'accessoire 40 peut être monté dans un boîtier 45 et comprend un arbre d'entrée d'accessoire 50, un col de cisaillement 55 et un dispositif rotatif 60 dans l'accessoire 40. L'accessoire peut être l'un quelconque parmi 20 une pompe à huile de moteur, une pompe à carburant, un PMA, des pompes hydrauliques de moteur, et des générateurs, etc. Bien que l'accessoire 40 représenté ici est supporté par la paroi droite 35 de la boîte à engrenages 15, un accessoire peut être suspendu de chaque côté de la boîte à engrenages 15 tant que ce côté de la boîte à engrenages 15 est renforcé 25 pour supporter cet accessoire 40 en toute sécurité. Le boîtier d'accessoire 45 a un rebord en forme de L 65 s'étendant à partir d'un corps cylindrique 70 pour se fixer en toute sécurité à la paroi droite 35. Le rebord en forme de L 65 et la paroi droite 35 sont renforcés pour supporter le mouvement de suspension de l'accessoire 40 sur la paroi droite 35. 30 Afin d'économiser le poids du générateur et de la boîte à engrenages, un accessoire tel qu'un générateur peut être incorporé dans une boîte à engrenages. Ceci réduit le mouvement de déport du générateur qui est normalement en porte-à-faux sur une face de la boîte à engrenages et permet à la boîte à engrenages et au générateur de partager partiellement le 35 même boîtier. Le porte-à-faux réduit simplifie et permet au boîtier de la boîte à engrenages d'être plus léger et peut également réduire les charges des liaisons de montage de la boîte à engrenages, réduisant leur poids. Le poids réduit combiné du porte-à-faux et de la boîte à engrenages/accessoire a une importance particulière lorsque l'on prend en considération des cas de charge dynamique du moteur extrêmes qui ont plusieurs fois une accélération de gravité normale.

En référence maintenant à la figure 2, on représente le boîtier d'accessoire 47 ayant une première partie 75 s'étendant à travers la paroi 31 et une deuxième partie 80 s'étendant à travers la paroi droite 37 de la boîte à engrenages 15. Le poids du boîtier d'accessoire 45 est supporté par les deux parois 30, 35, de manière presque tout à fait normale par rapport à un axe longitudinal de chaque paroi. Ainsi, tout moment de couple qui nécessite de renforcer les parois 30, 35 est supprimé, minimisant ainsi le poids des parois de la boîte à engrenages parce que le renforcement peut être réduit ou supprimé. De plus, étant donné que le boîtier d'accessoire 45 a également un moment de couple réduit sur ce dernier, le rebord 85, qui se fixe par des moyens classiques sur la paroi droite 35, ne doit pas être renforcé, réduisant ainsi davantage le poids. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, un accessoire 41, tel qu'un générateur ou similaire, est supporté sur un arbre d'entrée 90 se fixant sur un engrenage d'entrée 95 qui est entraîné par le train d'engrenages 10. Le générateur 41 peut avoir plusieurs autres composants installés sur l'arbre 90, comprenant un générateur à aimant permanent (« PMG ») 100 situé à l'extérieur de l'engrenage d'entrée 95, qui fournit la puissance à un contrôleur électronique (non représenté) ou similaire, et un excitateur 105 positionné du côté droit de l'accessoire 41.

L'arbre 90 est supporté sur des paliers à l'intérieur du boîtier 47. En référence maintenant à la figure 3, on représente un mode de réalisation dans une position mise en prise au-dessus de l'axe A et une position dégagée au-dessous de l'axe A (ceci est également vrai dans les dessins suivants). Il faut noter que la vue partagée de l'axe A est prévue à des fins illustratives uniquement et que les parties représentées ici sont alignées entre elles au-dessus et au-dessous de l'axe A, si le mode de réalisation est dans la position mise en prise ou dégagée. En référence maintenant à la figure 3, la partie 110 qui se fixe à la paroi 31 et s'étendant à partir de la première paroi 75, la partie 115 s'étendant à partir du milieu du corps 70 et une partie 120 s'étendant à partir de la deuxième partie 80 fixée sur la paroi 37, sont représentées comme supportant une pluralité de paliers 125, 130, 135 et 140. Un arbre 90 monté en rotation entre les paliers 125 et 130, supporte et tourne avec un engrenage d'entrée 95 qui s'engrène avec un engrenage dans un train d'engrenages 10, comme cela est connu dans l'art. L'arbre 90 a une pluralité de dents axiales 155 qui se mettent en prise avec les dents axiales 160 (voir ci-dessus l'axe A) raccordées à un arbre de conjugaison 165 qui est disposé à l'intérieur et met en prise un engrenage de sortie 170. L'arbre de conjugaison 165 a une pluralité de cannelures d'arbre de conjugaison 175 qui mettent en prise les cannelures internes 180 de l'arbre d'engrenage de sortie 170 qui est supporté par les paliers 135, 140. L'engrenage de sortie 170 a des dents 185 qui s'engrènent avec les dents (non représentées) dépendant d'un engrenage (non représenté) qui entraîne un accessoire 41, tel qu'un générateur ou similaire. L'arbre de conjugaison 165 a une rampe en spirale 190 disposée sur l'extension 195 qui s'étend au-delà des paliers 140. Un cliquet de dégagement 200 est agencé de manière transversale par rapport à la rampe en spirale 190. Si le cliquet de dégagement 200 est poussé vers le haut en mise en prise avec la rampe en spirale 190, l'arbre de conjugaison 165 se déplace axialement avec la rotation de la rampe en spirale 190 à droite sur le dessin (voir au-dessous de l'axe A sur la figure 3) pour dégager ses dents axiales 160 des dents axiales 155 s'étendant à partir de l'arbre d'entrée 90 pour déconnecter l'accessoire 41 du train d'engrenages d'entrée 10. L'engrenage d'entrée 95 et l'arbre 90 tournent librement sans fournir d'entrée à l'accessoire 41 par l'arbre de conjugaison 165. Le cliquet de dégagement 200 peut être entraîné par des moyens mécaniques, électriques ou hydrauliques agissant en réponse à un signal reçu par un contrôleur (non représenté) en réponse à un stimulus qui indique que l'accessoire 41 présente un dysfonctionnement et doit être retiré du train d'engrenages 20 pour minimiser l'endommagement à l'accessoire 41 ou la surcharge du train d'engrenages 20.

En référence maintenant à la figure 4, on représente un arbre de conjugaison 265 fixé à un actionneur hydraulique ou pneumatique 270, ou similaire (par exemple un dispositif électromécanique tel qu'un solénoïde), via une tête de piston 275, une tige de piston 280 et un palier 285. L'arbre de conjugaison 265, au lieu de se déconnecter des dents axiales 155 (voir la figure 3) de l'arbre d'entrée 90, se déconnecte de l'engrenage de sortie 170 en se déplaçant de manière axiale le long de l'axe de rotation A, tel que poussé par l'actionneur 270, comme cela sera discuté ici.

L'actionneur 270 a la tête de piston 275 disposée à l'intérieur d'un cylindre 290 à l'extérieur de la deuxième partie 80 alignée avec l'axe de rotation A. La tige de piston 280 s'étend à partir de l'actionneur 270 à travers la deuxième partie 80 et met en prise l'arbre de conjugaison 265 via le palier 285 qui se fixe sur une extrémité externe 295 de la tige de piston 280 et une extrémité interne 300 de l'arbre de conjugaison 265. Pour dégager l'arbre de conjugaison 265 de l'engrenage de sortie 170, une pompe 305 propulse du fluide, tel que de l'air ou un fluide hydraulique dans le côté droit 310 du cylindre 290, via la conduite 315, tout en aspirant le fluide du côté gauche du cylindre 290, via la conduite 331. La tête de piston 275 est entraînée de manière axiale vers la gauche (voir au-dessous de l'axe A) et entraîne à son tour la tige de piston 280, le palier 285 et les cannelures 175 de l'arbre de conjugaison hors de mise en prise avec les dents cannelées intérieures 180 de l'engrenage de sortie, protégeant ainsi l'accessoire du couple d'entrée continu. Afin d'inverser l'effet (recoupler l'arbre) la pompe 305 propulse le fluide dans le côté gauche 320 du cylindre 290, tout en aspirant le fluide du côté droit 310. La tête de piston 275 est entraînée de manière axiale à droite et entraîne à son tour la tige de piston 280, le palier 285 et les cannelures 175 de l'arbre de conjugaison remettent en prise les dents cannelées intérieures 180 de l'engrenage de sortie. En référence maintenant à la figure 5, l'arbre de conjugaison 265 est représenté en ayant une section de cisaillement 330 ayant un plus petit diamètre que le reste de l'arbre de conjugaison 265. Dans des situations extrêmes, dans lesquelles l'actionneur pneumatique ou le cliquet de dégagement n'agissent pas assez vite pour dégager l'accessoire du couple d'entrée du train d'engrenages 20, la section de cisaillement 330 protège l'accessoire 41 (voir la figure 2) contre des situations catastrophiques en se cassant avant que l'accessoire 41 ne le fasse. Après la rupture, l'arbre de conjugaison 265 a des sections séparées qui tournent indépendamment les unes des autres, arrêtant ainsi la rotation de l'accessoire et sa rupture potentielle. La force de cisaillement nécessaire pour provoquer la rupture de la section de cisaillement 330 est normalement supérieure à trois fois la charge de fonctionnement maximum. Par exemple, si la charge de fonctionnement maximum est de 113 Newton mètres, la section de cisaillement se casse à environ 339 Newton mètres. Le rapport de trois fois la charge de fonctionnement maximum est suggéré pour éviter de rencontrer un cisaillement préjudiciable à l'endroit où se produisent normalement des charges subites inattendues. En référence en outre à la figure 5, on représente un actionneur hydraulique ou pneumatique 370 ou similaire sous la forme d'un 5 composant solidaire de la deuxième partie 80 du boîtier 47. Bien que l'arbre d'entrée 90 (voir également un engrenage provenant du train d'engrenages 20) est représenté à gauche et que l'engrenage de sortie 170 sur l'accessoire 41 est représenté à droite sur les dessins, l'homme du métier reconnaîtra que l'arbre d'entrée 90 peut être à droite et 10 que l'engrenage de sortie 170 peut être à gauche, en fonction des exigences de l'application. De plus, l'actionneur 270 peut être utilisé avec le mode de réalisation représenté sur la figure 3 et la rampe en spirale 190 de la figure 3 peut être utilisée pour déplacer la tige de piston 280 des figures 3 et 4.

15 Bien qu'une combinaison des caractéristiques soit représentée dans les exemples illustrés, aucune d'entre elles n'a besoin d'être combinée pour réaliser les bénéfices des différents modes de réalisation de la présente description. En d'autres termes, un système conçu selon un mode de réalisation de la présente description ne comprend pas nécessairement 20 toutes les caractéristiques représentées dans l'une quelconque des figures ou dans la totalité des parties schématiquement représentées sur les figures. De plus, les caractéristiques sélectionnées d'un mode de réalisation exemplaire peuvent être combinées avec les caractéristiques sélectionnées d'un autre mode de réalisation exemplaire. Par exemple, la section de 25 cisaillement 330 peut être utilisée avec l'un quelconque des agencements de déconnexion d'arbre de conjugaison et la rampe en spirale ou l'actionneur de fluide peuvent être utilisés avec l'un quelconque des agencements d'arbre de conjugaison. La description précédente est à titre d'exemple plutôt que limitative 30 par nature. Les variantes et les modifications aux exemples décrits ressortiront clairement pour l'homme du métier. L'étendue de la protection légale de la présente description ne peut être déterminée qu'en étudiant les revendications suivantes.

Claims

REVENDICATIONS1. Boîte à engrenages (15) pour un avion, ladite boite à engrenages comprenant : une première paroi latérale (31) ; une deuxième paroi latérale (37) ; un train d'engrenages (20) ; et un accessoire d'avion (41), ledit accessoire d'avion comprenant : un boîtier (47) ; une entrée se fixant audit train d'engrenages pour recevoir l'entrée rotative dudit train d'engrenages ; et un arbre (165, 265) pour coupler et découpler sélectivement ledit train d'engrenages de ladite entrée, dans laquelle ledit boîtier se fixe à ladite première paroi latérale et 15 ladite deuxième paroi latérale.
2. Boîte à engrenages selon la revendication 1, dans laquelle ledit boîtier (75) s'étend à travers ladite première paroi latérale (31).
3. Boîte à engrenages selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit boîtier (80) s'étend à travers ladite deuxième paroi (37). 20
4. Boîte à engrenages selon la revendication 1, 2 ou 3, dans laquelle ladite entrée comprend : un engrenage d'entrée (95) se fixant sur un autre arbre (90).
5. Boîte à engrenages selon la revendication 4, dans laquelle ledit premier arbre mentionné (165) comprend des premières 25 dents (160) pour se mettre en prise avec ledit deuxième arbre mentionné (90) et des deuxièmes dents (175) pour se mettre en prise avec un arbre de sortie (170).
6. Boîte à engrenages selon la revendication 5, dans laquelle ledit arbre de sortie met en prise une entrée dans ledit accessoire 30 d'avion (41).
7. Boîte à engrenages selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit premier arbre mentionné comprend une rampe en spirale (190).
8. Boîte à engrenages selon la revendication 7, dans laquelle 35 ladite rampe en spirale coopère avec un cliquet (200) pour déplacer ledit premier arbre mentionné (165) hors de mise en prise d'avec ledit train d'engrenages (20).. Boîte à engrenages selon la revendication 8, dans laquelle ledit premier arbre mentionné (165) se déplace de manière axiale. 10. Boîte à engrenages selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle ledit premier arbre mentionné (265) se fixe sur un actionneur (270, 370) à l'extérieur dudit boîtier (80) pour faire effectuer un mouvement de translation audit premier arbre mentionné de manière axiale pour mettre en prise et se dégager de ladite entrée. 11. Boîte à engrenages selon la revendication 10, dans laquelle 10 ledit actionneur (270, 370) est entraîné de manière hydraulique ou pneumatique. 12. Boîte à engrenages selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle ledit premier arbre mentionné (265) se fixe à un actionneur (370) qui fait partie dudit boîtier (80). 15 13. Boîte à engrenages selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite entrée comprend un engrenage (95) faisant tourner un deuxième arbre mentionné (90), ledit deuxième arbre mentionné faisant tourner ledit premier arbre mentionné (165, 265). 20 14. Boîte à engrenages selon la revendication 13, comprenant en outre un actionneur (270, 370) ayant une tige (280) se fixant audit premier arbre mentionné (165, 265) pour déplacer ledit premier arbre mentionné axialement hors de mise en prise d'avec ledit deuxième arbre mentionné. 25 15. Boîte à engrenages selon la revendication 13, comprenant en outre un actionneur (270, 370) ayant une tige (280) se fixant audit premier arbre mentionné (165, 265) pour déplacer ledit premier arbre mentionné axialement hors de mise en prise d'avec un engrenage de sortie (170) . 30 16. Boîte à engrenages selon la revendication 15, dans laquelle ledit premier arbre mentionné tourne autour de ladite tige sur des paliers (285). 17. Boîte à engrenages selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit premier arbre mentionné 35 a des dents (175) pour mettre en prise un engrenage de sortie (170). 18. Boîte à engrenages selon la revendication 17, dans laquelle ledit engrenage de sortie (170) se fixe audit accessoire d'avion (41).