Brevet FR2008682A1 — publié le 19700123

i 2008682 La présente invention se rapporte à un palier de machinée Elle vise, plus particulièrement, une structure de machine comportant des guidages hydrostatiques. Dans la conception des machines-outils ou systèmes ana-5 logues, il est de pratique courante d'utiliser des paliers hydrostatiques, entre les éléments en mouvement relatifs De telsjaaliers présentent l'avantage de ne pas comporter de parties mobiles, et d'avoir un coefficient de frottement faible. Toutefois, leur inconvénient est que, lorsque la charge sur les paliers varie, la dis-10 tance entre les surfaces de portée varie également. Dans une machine-outil, cela peut entraîner une modification sensible de la position géométrique relative de l'outil et de la pièce a usiner, et, par conséquent, une imprécision de la surface finie. Les tentatives faites dans le passé pour corriger ce défaut des paliers hydrosta-15 tiques se sont révélées compliquées et coûteuses, instables et lentes à répondre aux variations de charge. La présente invention évite, d'une manière nouvelle, ces divers inconvénients des dispositifs suivant l'art antérieur. L'invention a pour objet un palier de machine, ayant une 20 constante d'élasticité élevée!. Elle vise un palier de machine, du t^Ppe hydrostatique, dans lequel un changement de charge n'entraîne qu'une variation relativement faible de la distance entre les surfaces. Suivant un autre trait de l'invention, le palier peut comporter un système hydrostatique auto-compensateur. 25 Le palier suivant l'in/ention a encore pour avantages d' être de construction simple et économique, et d'être capable d'une longue durée de service avec un minimum d'entretien. De plus, le fonctionnement du palier suivant l'invention est extrêmement stable et répond cependant rapidement aux variations de chargei. 30 Suivant une autre caract_éristique de l'invention, on peut utiliser dans le palier hydrostatique un modèle standard de ra-lentisseur ou frein d'écoulement réglable, lorsque des quantités différentes de poches hydrostatiques sont alimentées à partir d'un conduit principal. 35 Le palier hydrostatique suivant l'invention présente l'a vantage de diminuer la précision nécessaire à la fabrication. Dans un palier hydrostatique de type connu, à résistance fixe, la rigidité (k=l,5 w/h) est proportionnelle à la précharge du palier et inversement proportionnelle au jeu. Avec la présente invention, le 40 jeu hg peut être cinq fois plus grand et assurer encore une rigidi 69 15829 2 2008682 té supérieure à celle d*un palier hydrostatique usuel. La présente invention vise également un palier hydrostatique, comportant un étranglement ou ralentisseur, variable, sensible à la charge, qui est de fabrication simple et qui est solidaire du 5 système de palier, de sorte que la distance entre les poches et le ralentisseur est faible et que le volume de fluide intéressé est petit. Il en résulte une diminution du temps de réponse et une augmentation de la stabilité de fonctionnement. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront 10 aux hommes de l'art à la lecture de la présente despription. D'une manière générale, l'invention concerne un palier de machine, qui comprend : un premier élément présentant deux surfaces opposées ; un deuxième élément comportant une surface parallèle et légèrement espacée de chacune de ces deux surfaces, de manière à 15 définir un intervalle associé a chacune des surfaces ; un conduit débouchant dans chaque espace ou intervalle } et des moyens de réglage du débit de fluide sous pression dans chaque conduit, pour maintenir 18 épaisseur des deux intervalles à une valeur prédéterminée. 20 L'invention sera mieux comprise à la lumière.de la des cription de ses formes de réalisation, non limitatives, représentées sur les dessins annexés. Fig. 1 est une coupe transversale d'un palier de machine suivant l'invention. 25 Figi. 2 est une vue en bout du palier, certaines parties étant enlevées!. Fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. Figt. 4 est une vue en perspective du palierf. 30 Figî. 5 est une coupe verticale du palier, suivan^a li gne V-V de la figure 2. Fiçf. 6 est une coupe d'une autre forme de réalisation du palier. Fig. 7 est une coupe suivant la^ligne VII-VII de la fi- 35 gure 6u Fig. 8 est une variante de réalisation du ralentisseur. Fig. 9 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation du palier. Fig. 10 est une coupe suivant la ligne X-X de la figure 40 9. 69 15829 3 2008682 Fig. il est une coupe d'une autre forme de réalisation du palier. Figs 12 et 13 représentent d'autres conditions de charge extérieure du palier représenté sur la figure 11. 5 Fig. 14 est une coupe verticale d'une autre forme de ré alisation du palier, et Fig. 15 est une vue du palier, suivant la ligne XV-XV de la figure 14. Sur la figure 1, qui représente le mieux les traits géné-10 raux de 1*invention, le palier de machine, globalement désigné par le repère 10, fait partie d'une machine-outil 11, comprenant une table 12 et un socle 13. Un autre palier semblable 14 est incorporé à la machine. Les deux paliers 10 et 14 supportent la table 12 sur le socle 13, pour un mouvement glissant relatif, sans frottement, 15 entre ces deux organes. Un moteur linéaire, par exemple un cylindre hydraulique 15, relie la table et le socle, pour engendrer ce mouvement. Un guidage 16, fixé à la table 12, comporte quatre surfaces 17, 18, 19 e1$l. Ces surfaces sont parallèles et légèrement espacées des surfaces 22, 23, 24 et 25 du socle 13, respectivement. Un 20 orifice d'entrée 26 est formé danê la table, et relié à une source de fluide sous pression, non représentée. Cet orifice est relié, par des conduits, à un conduit principal 27 disposé longitudinale-ment dans le guidage 16(. Des conduits 28, 29, 31 et 32 sont disposés radialement, du conduit 27 aux surfaces 17, 18, 19 et 21 res-25 pectivement. Chacun de ces conduits débouche dans une poche peu profonde, formée sur la surface extérieure. Comme on le voit sur la figure 2, le socle 13 est muni d'un guidage séparé 33, en forme de L renversé, qui fournit les deux surfaces 22 et 25 du socle. Un doigt 34 se dirige vers le haut, 30 de la partie inférieure du socle, et pénètre dans un alésage 35 du guidage 33, orienté vers le bas. Le diamètre de l'alésage est beaucoup plus grand que celui du doigt. Un boulon 36. et une vis de réglage 37 servent à relier le doigt et le guidage , tout en permettant le réglage. Un moyen de réglage 38 est boulonné à la face d' 35 extrémité du guidage 16 et pénètre dans le conduit principal 27 jusqu'à un point situé bien au-delà des conduits 31 et 32. La vue en perspective de la figure 4 représente particulièrement bien la disposition relative des différents éléments'. La partie supérieure de la table 12 est enlevée et on voit clairement 40 l'emplacement des poches hydrostatiquesf. 69 15829 4 2008682 On voit, sur la figure 5, les détails du dispositif de réglage 38. Un obturateur ou ralentisseur plat 39, du type à opercule, est supporté par une tige 41. Cette dernière, qui a la forme d'une lame de ressort en porte-à-faux, permet une variation du 5 jeu de l'obturateur en fonction de la pression dans les poches hydrostatiques. Quand la pression d'une poche augmente, par suite d'une charge plus élevée et de la déformation qui réduit la pression autour de la zone de seuil de la poche, il en résulte une réaction contre le ralentisseur 39 et une flexion de son ressort sup-10 port 41. Ce mouvement provoque l'augmentation du jeu hR du ralentisseur, ce qui réduit, proportionnellement à la puissance tsois de ce jeu, la chute de pression créée par cette résistance d'entrée. Ainsi, la pression dans la poche est plus élevée. Cette augmentation et de pression dans la poche sert à supporter la charge accrue/à aug-15 menter le débit à travers la poche, de sorte que le jeu hg, ou intervalle de seuil reste sensiblement constant ou, en tous cas, varie moins que si le jeu de la résistance d'entrée était resté constant. Avec le présent type de palier, on a visé à obtenir une 20 très grande rigidité, ce qui signifie que le jeu de palier hg doit rester constant lorsque la charge varie. Il faut donc que, en plus d'une augmentation de pression dans ia poche pour supporter la charge supplémentaire, le débit Q de la poche aux points de collecte du fluide, à travers l'intervalle, augmente proportionnellement. 25 Autrement dit ï Q = L x (hB)3 x Pp / 12 y x b où Q = débit de fluide en cm3 par seconde L = longueur de seuil hg= jeu de palier ou intervalle 30 Pp= pression de poche y = viscosité dynamique du fluide b = largeur de seuil. Cette équation montre que le débit à travers le ralentisseur d'entrée doit augmenter linéairement avec la pression de po-35 che. On peut démontrer par l'analyse mathématique et prouver par 1' expérience que, lorsque la constante d'élasticité Kç de la tige 41 est égale à 1,5 A^ x Ps /h^ (où AR est la surface effective sur laquelle agit la pression pour déformer le ralentisseur et Pg est la pression d'alimentation), la rigidité du palier hydrostatique 40 est ihfinie, avec une variation de charge pouvant atteindre 40$. Si 69 15829 5 2008682 la constante d'élasticité est plus grands, la rigidité du palier diminue1. Avec une constante d'élasticité infinie pour la tige, la rigidité du palier serait, bien entendu, celle d'un palier capillaire (à étranglement fixe). Avec une constante d'élasticité de ti-5 ge plus.faible, le palier hydrostatique aurait une rigidité négative. Cette caractéristique peut être avantageuse pour certaines applications et être utilisée pour compenser une déformation mécanique, par exemple une déformation élastique d'éléments de machine. Ainsi, dans une machine à rectifier intérieure, une rigidi-= 10 té négative du palier hydrostatique d'un coulisseau peut être intéressante pour compenser la déformation de la broche,de telle sorte que, lorsque la force entre la pièce et la meule est réduite, le palier se recule libérant ainsi diverses déformations élastiques du système et engendrant un polissage rapide. La valeur de la rigi-15 dité négative et, par conséquent, la valeur du recul,peuvent être ajustées par déplacement axial du compensateur, de façon à modifier ^R / ^R' ou Par notifications de pression d'admission PgU La résistance à l'écoulement d'une poche hydrostatique est une fonction de la largeur de seuil divisée par la longueur de seuil et par 20 la puissance trois de l'intervalle. Autrement dit i V" 1 LhB" Pour obtenir la rigiditécptimale, la chute de pression sur la résistance d'entrée Rc doit être égale à la chute de pression dans la résistance de sortie Rp de la poche'. Avec une lar-25 geur de seuil de 6,5 hub et un rapport usuel de longueur de Lp/1^^8, le jeu de l'obturateur de compensation est le double de celui du palier hydrostatique. Par conséquent, les tolérances de fabrication sont faciles à respecter!. Les figures 6, 7 et 8 représentent une variante de réali-30 sation du compensateur de charge variable, dans laquelle un ralentisseur 42 est monté dans un conduit principal 43 d'un guidage 44. Deux conduits opposés 45 et 46 relient le conduit principal à des poches hydrostatiques 47 et 48, respectivement!. Un tube 49 est monté coulissant, dans sa partie intérieure, dans l'alésage ou con-35 duit principal 43!. Son diamètre est réduit, dans une partie extérieure libre, près des passages 45 et 46, et ses côtés s'ont découpés, dans la même zone, de manière à définir deux baguettes 51 et 52. Comme on le voit sur la figure 7, les baguettes sont indépendantes l'une de l'autre et se rapprochent ou s'éloignent, indépendam-40 ment, de leur conduit radial respectif. Un tampon 53 est vissé dans BAD QRÎGML 69 15829 6 2008682 la partie intérieurs du tube 49i. Il est accessible par un orifice d'entré® îàfîsssfeessaî de pression et il permet, par son réglage axial, de changer la constante d'élasticité des baguettes» La figure 8 représenta un ralentisseur carré, à faces 5 planes, utilisable dans un système de palier. Lorsqu'il est chargé, il ne modifie pas la valeur de la résistance d'écoulement des conduits 73a et 75a, mais seulement la valeur de la résistance des conduits 72s et 74a9 comme il convient lors d'un changement de chargea Ce ralentisseur à tête carrée donne de meilleurs résultats, 10 mais il est plus coûteux à fabriquer que le type rond représenté sur les autres figures» Pour éviter les difficultés de fabrication du trou carré, le conduit 74a de la figure 8 est obtenu par insertion d'un manchon dont la face d'extrémité agit comme ralentisseur en association avec la têt^carrée 78a. 15 Les figures 9 et 10 représentent un palier hydrostatique cylindrique» comprenant une poche qui entoure complètement une broche 55. Un conduit principal 56 s'étend axialement à travers la broche et reçoit le fluide sous pression, à une extrémité!. Un ralentisseur 57 est monté dans l'autre extrémité. Une pluralité de 23 passages radiaux secondaires 58 sont disposés entre le conduit principal et l'intervall® circonférentiel ou poche. Le ralentisseur 57 comporte une tête cylindrique 59, présentant une partie conique 6li« Par déplacement de la tête axialement le long du conduit principal, il est possible de régler la résistance d'entrée asso-2 5 ciée a tous les conduits secondaires 58'. Les figures 11, 12, 13 représentent une autre variante de réalisation de l'invention. Un guidage 62 comporte quatre surfaces 63, 64, 65 et 66, munies de poches hydrostatiques 67, 68, 69 et 71, respectivement, qui sont reliées par des conduits 72, 73, 74 30 et 75 à un conduit principal 76, Ce dernier est raccordé, à une extrémité, à une source de fluide sous pression, et il comporte une tête 78 de ralentissement, montée sur une tige ou baguette 77, dans l'autre extrémité. La tête 78 est réglée axialement pour obtenir la chute de pression désirée, comme représenté sur la figure 35 12, de sorte que, dans les conditions initiales, la tête 78 se trouve dans l'axe de l'alésage 76 et les résistances d'entrée des différents conduits secondaires sont égales. A partir de cette position initiale axiale, représentée sur la figure 12, le ralentisseur 78 s'éloigne" de l'axe, dans la direction opposée au vecteur de 40 charge extérieure, comme indiqué sur les figures 11 et 13t. Au lieu 69 15829 7 2008682 de la glissière hydrostatique qui se déforme dans la direction de la charge, comme dans le cas d'un palier hydrostatique usuel, la tête ralentisseuse, supportée élastiquement, se déforme dans la direction de la charge. Cela modifie le débit et la pression sur 5 les patins de portée hydrostatique, de manière à diminuer ou même supprimer toute déformation de la glissière. La position excentrée de la tête, représentée sur la figure 11, tend à augmenter la résistance d'entrée des conduits secondaires 72 et 75 et à réduire la résistance d'entrée des conduits 73 et 74. La position excentrée , 10 représentée sur la figure 13, augmente fortement la résistance cP entrée du conduit 72, et diminue la résistance du conduit 74, mais maintient égales les résistances d'entrée des conduits 73 et 75, même si elles ont une valeur plus faible que dans la situation d'équilibre représentée sur la figure 12. 15 Le palier de machine représenté sur les figures 14 et 15 est auto-compensateur. Un guidage de table 79 comporte des surfaces planes, supérieure et inférieure, 81 et 82, qui sont situées en face et légèrement espacéès de surfaces planes semblables 83 et 84, formées sur un socle 85. Un conduit principal 86 pénètre à l'extré-20 mité du guidage, et il est relié a une source de fluide sous pression. Le conduit principal est relié, par un conduit secondaire 87, à la surface supérieure 81, et, par un conduit secondaire 88, à la surface inférieure 82. Une gorge 89, concentrique à l'orifice du conduit 87 dans la surface 81, est reliée, cfens sa partie intérieu-25 re, par un conduit 91, à une grande poche hydrostatique 92, peu profonde, formée sur la surface inférieure 82 du guidage. De même, une gorge concentrique 93 est formée autour de l'orifice du conduit secondaire 88 dans la surface inférieure 82. Cette gorge est reliée, par un conduit 94, à une grande poche hydrostatique 95, peu 30 profonde, formée sur la surface supérieure 81 du guidage. Le fonctionnement de ce palier est le suivant. Tout d'abord, dans le cas de palier hydrostatique suivant l'art antérieur, une résistance fixe est disposée dans le circuit de fluide aboutissant à la poche hydrostatique. On utilise pour cela un enroulement capillaire, de 35 dimension telle que la quantité de fluide qui le traverse soit égale à la quantité de fluide traversant la résistance de sortie. Cette dernière est la résistance représentée par les surfaces de l'intervalle autour de la poche. De plus, la résistance d'entrée est habituellement choisie pour que la pression dans la poche hydrosta-40 tique soit sensiblement égale à la moitié de la pression d'alimen- 69 15829 8 2008682 tation. Les dimensions de la poche hydrostatique sont, bien entendu, déterminées pour que sa force effective (c'est-à-dire la surface de poche Ap, multipliée par la pression de poche Pp, plus la surface entourant la poche, multipliée par la moitié de la pres-5 sion de poche) soit égale à la charge effective W. Quand la charge W augmente, le système tend à se déformer vers le bas. Dans ces conditions, la résistance de sortie augmente et le débit de fluide à travers cette résistance diminue. La pression dans la poche augmente alors. Quand la force effective de la poche est égale à la 10 nouvelle charge totale appliquée, le système est à nouveau én équilibre. Toutefois, l'intervalle, ou épaisseur du film fluide, entre l'élément chargé et l'élément inférieur, est devenu plus faible que dans la situation initiale à charge réduite. La position de 1* élément chargé est maintenant plus basse. Si cet élément fait par-15 tie d'une machine-outil, une erreur a été introduite dans la ma-' chine. Avec la présente invention, la résistance d'entrée varie, de façon à maintenir constant l'intervalle, et par conséquent la position de l'élément chargé, malgré les variations de charge. Dans 20 la forme de réalisation de l'invention représentée sur les figures 14 et 15, la résistance d'entrée est définie par le jeu entre la surface plane du socle 13 ou élément support, et la surface annulaire comprise entre le conduit et la gorgé. On voit que cette partie annulaire est l'extrémité d'un tube qui a été emmanché dans un 25 alésage du guidage. La valeur de cette résistance est une fonction de la largeur de la face de cette partie annulaire. Elle est déterminée de façon à être égale à la chute de pression dans la résistance de sortie (poche principale plus proche de réception), et pour que la pression de poche soit la moitié de la pression d'ali-30 mentatiore. Pour ce système, une précharge est créée par la poche hydrostatique supérieure. Les dimensions de la poche hydrostatique inférieure doivent alors être telles que sa force effective soit égale au total de cette précharge et de la charge. En fonctionnement, le fluide s'écoule dans les poches d'alimentation, par l'in-35 termédiaire de la tuyauterie raccordée à l'orifice d'entrée 86, h l'extrémité du guidage 79. Le fluide traverse ensuite la résistance d'entrée et arrive dans une poche de réception*. Au moyen de conduits d'intercommunication, 91 et 94, le fluide passe de la poche de réception a la poche principale, 92 ou 95, située du côté opppsé du 40 guidage 79j. Quand une charge supplémentaire est appliquée, dans 69 15829 9 2008682 la direction de la flèche, le guidage 79 tend à se déformer dans la direction de la charge. Ce faisant, la résistance d'entrée, sur la face supérieure, tend à diminuer et la résistance autour de sa poche principale, sur la face inférieure, tend à augmenter. Il en 5 résulte un plus grand débit de fluide à travers la résistance supérieure d'entrée et un débit plus faible à travers le seuil de la poche principale 92. Par suite, la pression dans la poche principale 92 augmente plus vite que si la résistance d'entrée était constante. Une situation semblable existe pour la poche principale 10 supérieure 95, excepté en ce que sa pression tend à diminuer. Ce système présènte, sur les dispositifs connus, les avantages suivants . a) Il n'est plus nécessaire d'utiliser des enroulements capillaires et leurs tuyauteries de raccordement associées. 15 b) Il n'y a plus besoin d'espace pour loger les capillai res. c) Il y a moins de volume de fluide .contenu entre la résistance d'entrée et la poche hydrostatique, ce qui donne au système une constante de temps plus faible et une meilleure réponse 20 aux changements de charge. d) Puisque les résistances d'entrée et de sortie varient avec la charge, la pression de poche varié davantage, pour une déformation donnée du guidage, ce qui confère au système une plus grande rigidité. 25 e) La rigidité du guidage est une fonction de la force de précharge et de l'intervalle. La rigidité peut être augmentée, parce que la poche principale supérieure repousse le guidage vers le bas, dans la direction de la charge. Cela augmente la précharge totale et maintient constant l'intervalle, ce qui accroît par con-30 séquent la rigidité. f) Dans le cas de guidage de faible masse, l'effet de précharge fait paraître le guidage plus lourd, ce qui correspond a une augmentation de rigidité du système. Il est entendu que des modifications de'détail peuvent 35 être apportées dans la forme et la construction du dispositif sui-' vant l'invention, sans sortir du cadre de la présente invention ; celle-ci n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées et décrites ci-dessus à titre d'exemple!. • 69 15829 10 2008682 REVENDICATIONS . 1. Palier de machine, qui comprend s un élément comportant deux surfaces opposées ; un deuxième élément comportant des surfaces parallèles aux surfaces du premier élément, et légèrement espacées de celles-ci de manière à définir un intervalle avec chacune d'elles j un conduit débouchant dans chaque intervalles et des moyens de régulation du débit de fluide sous pression dans chaque conduit, pour maintenir l'épaisseur des deux intervalles à une valeur prédéterminée. 2. Palier de machine, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de régulation du débit agissent sur la résistance d'entrée du fluide dans chaque conduit* 3. Palier de machine, suivant la revendication 1 ou/et 2, caracté risé en ce que les deux conduits sont reliés à un même conduit principal aboutissant à une source de fluide sous pression, un . ralentisseur ou étranglement variable en fonction de la charge étant placé dans la liaison. 4. Palier de machine, suivant la revendication 3, caractérisé en c® qué le ralentisseur comprend deux plaques, placées chacune près de l'orifice d'un des conduits dans le conduit principal j chaque plaque s'éloigne de son orifice associé, lorsque le débit de fluide de cet orifice augmente. 5i. Palier de machine, suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les plaques sont supportées à l'extrémité d'une tige, de façon à pouvoir se déplacer librement ensentole, entre les deux conduits ; la constante d'élasticité de la tige est choisie pour donner une rigidité négative voulue.au palier hydrostatique et pour compenser toute déformation du système. 6|. Palier de machine suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la constante d'élasticité de la tige est égale à 1,5 fois la surface de plaque associée au conduit, multipliée par là pression d'alimentation et divisée par la hauteur de l'intervalle entre la plaque et le conduit. 7». Palier de machine, suivant une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le ralentisseur comprend deux tiges, mobiles indépendamment, placées chacune près d'un des conduits secondaires ; des moyens permettent de régler la constante d'élasticité des tiges!. 8i. Palier de machine, suivant une des revendications 1 à 7,. caractérisé-en ce qu'un passage secondaire débouche dans chaque in 15829 ii 2008682 tervalle, près des conduits déjà mentionnés ; chaque passage secondaire est relié, à son autre extrémité, à une poche hydrostatique peu profonde située dans l'autre intervalle. 9« Palier de machine, suivant la revendication 8, caractérisé en ce que chaque passage secondaire débouche dans une gorge, concentrique à l'orifice des premiers conduits dans la surface de l'élément. 10. Palier de machine, suivant une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le deuxième élément comporte une surface, semblable à celle du premier élément, parallèle et légèrement espacée de la surface du premier élément, de façon à définir un intervalle ; en ce qu'un conduit débouche dans ledit intervalle et est relié à une source de fluide sous pression j et en ce que, de préférence, les moyens de régulation du débit de fluide, dans le conduit, présentent une résistance à l'écoulement du fluide qui varie avec la charge, de façon à modifier la pression dans ledit intervalle.