Brevet FR2001345A1 — publié le 19690926

6° 02/1*5 1 2001345 la présente invention se rapporte aux paliers hydrostatiques pour un organe porteur de charge, par exemple, pour un arbre rotatif ou un rouleau torique, associé à un organe de support, tel qu'un châssis ou une enveloppe fixe. 5 II existe plusieurs sortes de paliers hydrostatiques. Dans certaines formes de réalisation, un arbre ou une surface mobile est placée près d'une surface complémentaire comme, par exemple, un arbre disposé dans une ouverture de la plaque d'extrémité d'un appareil rotatif. Des ouvertures ou des dépressions 10 sont ménagées dans l'une et/ou l'autre de ces surfaces coopérantes et sont raccordées à une source de fluide sous pression, telle qu'une pompe» la pression du fluide écarte l'arbre de la surface environnante et le fluide circule à travers l'intervalle résultant-Oet intervalle est, évidemment, déterminé par le volume et par la 15 pression du fluide. 0e type de palier est très répandu et se prête à de nombreuses applications. C'est ainsi, par exemple, que des paliers de tourillonnement peuvent présenter de nombreuses ouvertures dont chacune est alimentée avec un volume constant de fluide à travers des étranglements ou d'autres dispositifs de réglage de 20 débit. Ainsi, lorsque l'arbre s'approche d'un côté, la pression augmente de ce côté, tandis qu'elle diminue de l'autre. CL-es paliers sont stables et presque sans friction, leur défaut est d'être relativement encombrants comparativement à leur capacité de charge. Un second type de palier hydrostatique, dont l'utilisa-25 tion est plus restreinte, utilise des joints frontaux de haute pression pour délimiter toute l'aire qui est alimentée par un fluide sous pression au moyen d'une pompe. N'étant utilisable que pour des paliers de butée et avec des joints frontaux, il s'agit d'un palier à circulation nulle dans lequel des moyens 50 doivent être prévus pour adapter la charge à la pression de la pompe. Bien que ce type de palier soit très bon en théorie, ses joints sont relativement fragiles, sont sujets à être endommagés par les saletés et sont coûteux- les paliers de butée hydrostatiques conviennent particu-55 lièrement bien aux transmissions à rapport variable du type torique. En effet, les paliers anti-friction sont incapables de supporter des charges aussi grandes du fait de la résistance limitée des éléments de contact, sont relativement coûteux et ont une durée imprévisible» les paliers hydrostatiques ne présentent pas ces 40 inconvénients. Une application de ces paliers est décrite dans le 6° 2 2001345 brevet des Etats-Unis d'Amérique F0 3 163 051 du 29 décembre 1964. Les transmissions toriques sont limitées par la capacité des paliers de butée en liaison avec les rouleaux utilisés pour transmettre le mouvement entre les disques menant et mené. 5 Le but de la présente invention est de réaliser un palier hydrostatique qui ne présente pas les défauts mentionnés ci-dessus des paliers classiques* A cette fin, l'invention apporte un palier hydrostatique pour un organe porteur de charge associé à un organe de support, 10 caractérisé par une cavité intérieure délimitée entre lesdits organes, une ouverture d'entrée pour introduire un fluide sous pression dans cette cavité afin d'appliquer une poussée contre l'organe porteur de charge, une ouverture de sortie pour évacuer le fluide de ladite cavité et un élément réagissant à la pression relative-15 ment mobile disposé dans la cavité et ayant une première et une seconde surfaces sur lesquelles sont appliquées respectivement une première et une seconde pressions qui tendent à s'équilibrer et à faire flotter l'élément sensible à la pression dans la cavité, le fluide étant présent entre l'élément sensible à la pression et 20 l'organe porteur de charge, ainsi qu'entre l'élément sensible à la pression et l'organe de support, l'élément sensible à la pression étant disposé de manière à obstruer l'ouverture de sortie, réglant ainsi le débit d'écoulement du fluide à travers celle-ci en fonction de la différence entre les première et seconde pressions* 25 Le palier hydrostatique qui fait l'objet de l'invention est particulièrement utile dans les transmissions à rapport variable du type torique» Il ne comporte aucun contact métal sur métal, a une durée plus longue, a des dimensions relativement petites, comparativement à celles des paliers antérieurs, est dans une large 30 mesure insensible au gauchissement des pièces et à la dilatation theimique et ne soulève qu'un minimum de problèmes de" tolérance* Comme on le verra par la suite, l'élément sensible à la pression mentionné ci-dessus", qui est disposé pour obstruer l'ouverture de sortié, agit comme un joint du type à circulation. 35 . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention . ressortiront de la description qui va suivre'," donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aù dessin annexé, dans lequel : - la fi'g» 1 est une vue' en~ coupé d'uiï palier hydrostati-40 que conforme à l'invention ; 60 3 2001345 — la fig. 2 est une vue partielle agrandie du palier de la fig. î ; — la fig. 3 est un diagramme de la distribution des pressions dans le palier des fig. 1 et 2 ; 5 - la fig. 4 illustre une application du présent palier à un rouleau de traction d'un dispositif du type torique j et — la fig. 5 montre une application du palier selon l'invention au disque de traction d'un dispositif du type torique. 1(D En se référant aux fig. 1 et 2, on voit un mode de réa lisation de l'invention dans lequel un organe porteur de charge 10, tel qu'une bague rotative, par exemple, est pourvu d'un palier hydrostatique. Près de cet organe de charge se trouve un organe de support fixe 11 comportant une bordure annulaire 12 15 orientée vers le haut» LForgane 10 possède un prolongement 10a s1 étendant vers le bas, Le prolongement 10a est entouré par un élément d'espacement ou un séparateur 13» dont la longueur axiale est plus grande que celle dudit prolongement. Sous le séparateur est prévu un couvercle annulaire 14 qui s'étend radialement jus-20 qu'à proximité de la face intérieure de la bordure 12, de façon à ménager un intervalle 15. Dans cet exemple, les éléments mentionnés ci-dessus délimitent deux cavités, notamment, une cavité primaire 16 et une cavité secondaire 17. Le séparateur 13 et le couvercle 14 tournent avec l'organe de charge 10 grâce à des 25 moyens de fixation tels que des vis 18. Afin de développer une force portante pour l'ensemble rotatif, c'est-à-dire porteur de charge, il est prévu une source appropriée de fluide, par exemple d'huile, d'eau, d'air ou d'un gaz cryogénique, fluide fourni soit par une pompe à débit fixe, 30 soit par une soupape de commande de débit lorsque plusieurs paliers sont desservis par la même pompe. Le fluide pénètre dans la cavité 16 par une entrée 19 du sipport 11 et retourne par un orifice de sortie 20 normalement fermé par un disque 21 percé d'une ou de plusieurs ouvertures 22. 35 Des moyens sont prévus dans la cavité secondaire 17 pour isoler pratiquement l'espace compris entre les organes 10 et 11 et pour contribuer au contrôle de la pression dans les cavités grâce à un orifice qui renforce la pression dans la cavité secondaire. Des moyens, tels qu'un ressort Belleville 23» tendent 40 à lever le disque 21 à 1'encontre de la pression s'exerçant sur 69 02485 4 2001345 sa faoe supérieure. Le débit de sortie du fluide est réglé par un. orifice calibré 24 qui développe une contre-pression destinée à actionner un manocontact, par exemple. Le fluide traversant l'orifice 24 peut retourner à un carter ou à la pompe. Les mouvements 5 de rotation ou latéraux ou entre le disque 21 et le support 11 sont empêchés par des goupilles 25, par exemple. Un coussinet statique 26 est interposé entre le couvercle 14 et le disque 21. Un organe réagissant à la pression, figuré par une bague annulaire 27, est disposé dans la cavité 17» coaxialement 10 au séparateur 13- La bague 27 comprend une partie supérieure ayant une bordure 28 s'étendant vers l'intérieur et une bordure 29 s'étendant vers l'extérieur, ainsi qu'une partie inférieure 30 comportant une bordure 31» s'étendant vers l'intérieur. La bordure 29 présente une portée supérieure 32 ayant une largeur déterminée, 15 comme il sera décrit plus loin. La partie 30 présente une portée verticale 34 ayant une largeur déterminée, comme il est décrit ci-après• De préférence, le séparateur annulaire 13 a la même épaisseur que la bague 27-20 Pour ménager des intervalles ou des passages 35 et 36 permettant au fluide de circuler au-dessus des portées 32 et 34, il ©St prévu un élément de séparation, tel qu'une cale 37 dont l'épaisseur est égale à la somme des intervalles 35 et 36. La bordure annulaire 12 est dimensionnée de façon à pro-25 duire une ouverture 38 pour recevoir la bordure 29 avec un jeu suffisant pour permettre à la bague 27 de se déplacer verticalement, selon les fig. 1 et 2. Afin d'empêcher le support 11 et la bague 27 de tourner, on a prévu des éléments appropriés, tels que des goupilles 40 so-30 lidarisant le support 11 et la bague 27. Les fig» 1 et 2 illustrent ainsi une application générale de la présente invention pour supporter par voie hydraulique un ensemble rotatif comprenant l'organe rotatif 10, le séparateur annulaire 13, la cale 37 et le couvercle 14. 35 Gomme le montrent les fig. 1 et 2, une cavité annulaire 17 est prévue dans laquelle la bague 27 est disposée de façon à ménager un certain intervalle aux portées 32 et 34. Un joint torique 41, logé dans une gorge 42 de la face extérieure de la bague 27, peut être prévu pour réaliser l'étanchéité de l'espace 40 compris entre la bague 27 et la paroi intérieure de la bordure 12 69 02485 5 2001345 du support 11. Ce joint n'est pas indispensable en particulier lorsque l'intervalle entre la bague 27 et la bordure 12 est très étroit. En effet, une légère fuite n'a pas d'impox'tcUice. Toutefois, l'utilisation d'un tel joint évite d'imposer des tolérances 5 très étroites. le fluide liasse dans la cavité 16 et développe une poussée contre le prolongement 10a et les autres éléments de l'ensemble de support, le fluide traverse aussi les intervalles 15 et 36 pour pénétrer dans la cavité 17 et sort de cette dernière par l'inter-10 valle 35. Etant donné que la sortie 20 est fermée par le disque 21, il en résulte une augmentation de la pression suffisante pour lever la charge et pour que le fluide commence à s'écouler pa.r la sortie 20. Etant donné que toute l'aire transversale des organes 15 annulaires est exposée à 'la pression du fluide, le présent mode de réalisation permet d'obtenir une poussée maximale pour des dimensions données du palier ou pour une capacité de support de charge donnée* les figo 2 et 3 sont utiles pour mieux comprendre l'ac-20 tion du présent palier et l'équilibrage des forces sur la bague 27. Sur ces figures, des intervalles des portées 32 et 34 oïrt été désignés respectivement par 0' et C. la bague 27 et la bordure 12 du support 11 sont dimen-sionnées pour produire un intervalle D dans la cavité secondaire 25 17. le diamètre extérieur du couvercle 14 est inférieur au diamètre intérieur de la bordure 12 d'une quantité désignée par B. la largeur effective de la portée du côté haute pression est représentée paf A» Sur le côté opposé de la bague 27, la bordure 29 s'étend au -delà du rayon de la cavité sur une distance E et a une 30 portée dont la largeur est A', la différence entre les dimensions E et A' est désignée par B'. Un fluide ayant une pression P1 circule au-dessus de la portée 34 et entre dans la cavité 17 à une pression P2, puis s'écoule sur la portée 32 vers l'extérieur à une pression P3. 35 En se référant à la fig. 3, on voit que la pression P1 agissant sûr l'aire annulaire B produit une force figurée par. l'aire" 50. la pression agissant sur la portée 34 (aire A) peut être représentée par l'aire 51 sur la fig. 3. De l'autre côté, la pression P2 agissant sur l'aire (A + B) + B* développe une force, figurée par 40 l'aire 52, tandis que la pression agissant sot la portée 32 69 02485 6 2001345 (aire A1) est représentée par l'aire 53« Pour que les forces soient équilibrées, il faut que la somme des aires 50 et 51 soit égale à la somme des aires 52 et 53. Il est souhaitable que les intervalles 35 et 36 soient égaux ou approximativement égaux. Oes 5 relations peuvent être utilisées pour calculer les divers organes. C'est ainsi, que si l'on assigne des valeurs déterminées aux aires A, B et B1, il est facile de calculer la valeur que doit avoir l'aire A' pour obtenir l'équilibre. La distance B détermine l'amplitude des mouvements laté-10 raux du joint et exerce une force de centrage sur la bague 27. En supposant qu'il n'y ait pas d'intervalle entre la portée 34 et le couvercle 14, seule la force agissant sur l'aire 50, représentée par B, tendrait à lever la bague 27. De même, la dimension. B' est importante car s'il n'y avait pas d'intervalle entre la portée 32 15 et l'organe 10, seule la composante B* de l'aire 52 tendrait à séparer la bague 27 de l'organe de charge 10. Si l'on suppose que la bague se déplace vers le côté basse pression, le fluide va influer plus rapidement qu'il n1efflue par l'intervalle 35. En conséquence, la pression P2 va aug-20 menter et la bague 27 commence à s'approcher du côté haute pression. lorsque, ce faisant, la bague 27 dépasse le point milieu, le fluide efflue plus rapidement qu'il n'influe et la pression P2 décroît, de sorte que la bague revient vers sa position d'équilibre. 25 Lorsque les dimensions et las pressions n'ont pas été choisies correctement, la pression P2 peut varier et il peut en résulter des vibrations» Pour amortir ces vibrations éventuelles, on a prévu une bague compressible 43, par exemple, en mousse d'uréthane, contenant beaucoup d'air, afin d'absorber la plupart 30 sinon toutes les fluctuations de pression. La fig. 4 illustre une application de la présente invention à un rouleau de traction 10b du type de celui représenté dans le brevet américain E"0 3 163 051. Dans l'agencement de la fig. 4, il est prévu un orifice d'entrée calibré identique à celui 35 du système du brevet précité, et un palier radial 60. De plus, la disposition du palier hydrostatique est inversée par rapport à celle de la fig. 1. En effet, la bague 27 est fixée au rouleau 10a par des goupilles 61 et tourne avec lui tandis que le sépaa?9.-teur 13, le couvercle 14a et la broche 62, qui sont solidarièés 40 par des vis 63, sont fixes. 69 02485 7 2001345 La fig. 5 illustre une application de l'invention à un disque de traction 70 d'une transmission torique connue. Dans ce mode de réalisation, un arbre 71 traverse le palier et deux "bagues 72 et 73 sont utilisées, ces bagues étant fixées au disque 70 par 5 des goupilles 74 et 75. Les paliers décrits ci-contre peuvent être rendus optimaux pour réduire les pertes à un minimum en fonction de la charge et de la vitesse ou de la moyenne d'une série de charges et de vitesses. Les pertes sont de deux sortes. D'une part, il se produit 10 des pertes par cisaillement du fluide sur les portées, pertes qui augmentent comme le carré de la vitesse, directement avec l'aire et inversement avec l'intervalle, mais sont presque indépendantes de la pression, et en second lieu, les pertes de pompage qui augmentent approximativement comme le carré de la pression et 15 comme le cube des intervalles, mais sont presque indépendantes de la vitesse. Quand ces variables sont rendues optimales, on obtient des pertes totales inférieures à celles des meilleurs paliers connus. Il n'y a aucun contact physique dans le palier et, si le fluide est propre, l'usure est nulle. En conséquence, ces paliers 20 n'ont aucune capacité dynamique nominale comme c'est le cas pour les paliers antifriction. Ainsi, ils peuvent supporter, pendant une période indéfinie, tous les efforts de traction sans faire intervenir des pressions impraticables et permettent d'élever l'efficacité des transmissions en diminuant les pertes des pa-25 liers. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples représentés et décrits, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que les principes de l'invention peuvent être appliqués aux paliers de butée 30 des turbines verticales et aux paliers de support d'hélicoptères et il est évident que le séparateur 13 et la cale 37 peuvent être réunis en une seule pièce dont la longueur est suffisamment grande par rapport à la bague 27 pour obtenir les intervalles désirés. 69 02485 8 2001345 REVEIIDICATIONS 1. Un palier hydrostatique pour un organe porteur de charge associé à un organe de support, caractérisé par une cavité intérieure délimitée entre lesdits organes, une ouverture d*en- 5 trée pour introduire un fluide sous pression dans cette cavité afin d'appliquer une poussée contre l'organe porteur de charge, une ouverture de sortie pour évacuer le fluide de ladite cavité et un élément réagissant à la pression relativement mobile disposé dans la cavité et ayant une première et une seconde surfaces 10 sur lesquelles sont appliquées respectivement une première et une seconde pressions qui tendent à s'équilibrer et à faire flotter l'élément sensible à la pression dans la cavité, le fluide étant présent entre l'élément sensible à la pression et l'organe porteur de charge, ainsi qu'entre l'élément sensible à la pression 15 et l'organe de support, l'élément sensible à la pression étant disposé de manière à obstruer l'ouverture de sortie, réglant ainsi le débit d'écoulement du fluide à travers celle-ci en fonction de la différence entre les première et seconde pressions. 2. - Un palier selon la revendication 1, dans lequel 20 des moyens sont prévus dans la cavité pour amortir les fluctuations de la pression du fluide. 3. - Un palier selon les revendications 1 ou 2, dans lequel l'élément sensible a la pression comporte un proloiçpment s'étendant dans l'ouverture de sortie. 25 4. - Un palier selon les revendications 1, 2 ou 3, dans lequel l'élément sensible à la pression est disposé de façon à obstruer l'ouverture d'entrée afin de régler le débit d'admission du fluide dans la cavité en fonction des différences entre les première et sec&nde pressions* 30 5« - Un palier selon la revendication 4, dans lequel l'ouvefture d'entrée est produite par un intervalle entre l'organe de support et un couvercle fermant la cavité à l'exception des ouvertures d'entrée et de sortie, le couvercle étant fixé à l'organe porteur de charge, tout en étant espacé de celui-ci par 35 un séparateur également fixé audit organe porteur de charge, le séparateur ayant une longueur supérieure à celle de l'élément sensible à la pression dans la direction du mouvement de ce dernier sous les première et seconde pressions, produisant ainsi des intervalles entre l'élément sensible à la pression et l'organe 40 porteur de charge et entre l'élément sensible à la pression et 69 02485 9 2001345 le couvercle. 6. - Un palier selon 5, dans lequel le séparateur comprend une première partie ayant la même longueur que l'élément sensible à la pression et une seconde partie dont la longueur 5 effective produit les intervalles. 7- - Un palier selon la revendication 6, dans lequel l'organe de support comporte une paroi périphérique s'étendant vers l'organe porteur de charge en ménageant un intervalle périphérique entre eux pour produire l'ouverture de sortie ; la 10 cavité, qui a une forrçe annulaire, étant disposée coaxialement par rapport à la paroi périphérique et entourant cette dernière ; l'élément sensible à la pression étant une bague annulaire disposée de façon à pouvoir se déplacer axialement dans la cavité sous l'action de la pression du fluide ; le prolongement étant une 15 bordure s'avançant radialement vers l'extérieur dans l'intervalle périphérique ; la bague comportant une première portée s'étendant axialement vers l'organe porteur de charge pour délimiter, avec celui-ci, l'un des intervalles ; la bague comportant une seconde portée s'étendant axialement vers le couvercle pour délimiter avec 20 lui 1r seoond intervalle ; l'ouverture d'entrée étant produite ment par l'espace/annulaire entre le pourtour extérieur du couvercle et la paroi périphérique- 8. - Un palier selon les revendications 1 à 7, dans lequel l'ouverture d'entrée est en communication avec une seconde 25 cavité disposée entre l'organe porteur de charge et l'organe de support pour recevoir un fluide sous pression d'une source externe de fluide sous pression.