Brevet FR2053348A1 — publié le 19710416

-1 - 2053343 L'invention se rapporte à un palier de butée dans lequel le collet de retenue de l'arbre glisse sur les portées de plusieurs segments groupés en et inclinables , -i » i anneaux autour de l'arbrey sous un faible angle,afin d'etre adaptablesa la position de la portée du collet et à la pellicule de lubrification qui prend une 5 forme en coin, une articulation permettant à chacun de ces segments de prendre appui sur un sommier dans la zone du centre de pression de la pellicule cunéiforme de lubrification, les sommiers des segments voisins reposant par leurs surfaces sensiblement radiales tournées l'une vers l'autre par au moins une surface d'appui sur une surface complémentaire d'un berceau commun. paliers 10 On connaît des/cfe ce type dans lesquels certains des berceaux ou tous ceux-ci prennent appui dans le carter par des arêtes radiales plus ou moins effilées. Ces arêtes sont situées du côté du berceau par lequel celui-ci prend appui contre le carter, tandis que les sommiers se trouvent du côté opposé du berceau. Ces berceaux sont en équilibre instable. Cet équilibre 15 n'existe que dans la position dans laquelle la composante des pressions d'appui des sommiers passe par le centre d'appui de l'arête. Il suffit d'une faible inclinaison du berceau sur cette position d'équilibre pour que les forces de basculement croissent avec cette inclinaison. Il faut donc une force de rappel extérieure pour rétablir cet équilibre. L'expérience montre qu'en cas 20 d® dérangement dû au fait que l'arbre se désaxe dans le carter, ces berceaux provoquent un auto-blocage dans cette position désaxée. Il n'est possible de ramener le système d'appui des berceaux et les sommiers avec les segments en position normale de service qu'après avoir libéré le palier de sa charge. On connaît par ailleurs des paliers dans lesquels les points d'ap-25 pui des berceaux sur le carter du palier et les surfaces conplémentaires des extrémités des berceaux contre lesquelles les sommiers prennent appui sont situés dans un plan perpendiculaire aux axes lorsque les axes du carter et de l'arbre sont parallèles. Des surfaces sphériques de l'extrémité de goujons montés dans le carter du palier forment ces points d'appui. Ces surfaces 30 sphériques permettent aux berceaux d'effectuer des mouvements de basculement vers chaque côté, de sorte que les mouvements du système de berceaux autour de ces points ne sont pas limités à une direction tangentielle. Donc, lè système d'appui de ces paliers connus peut également subir des déplacements risquant de provoquer 1'autoblocage du palier lorsque les axes de ce dernier 35 et de l'arbre cessent d'être parallèles. Il est nécessaire, pour éviter l'auto-blocage, que les mouvements des différents éléments du système d'appui et des segments du palier soient limités les uns par rapport aux autres, de manière que, premièrement, aucun équilibre instable ne puisse se produire et, deuxièmement, que les di-hO rections des mouvements soient fixées de manière univoque et que toutes les autres soient exclues. De même, les appuis des éléments individuels les uns sur les autres doivent être statiquement déterminés, de manière que les mou- 70 28192 - 2 - 2053348 veinents de basculement que l'indétermination rendrait possibles soient empêches Les trois conditions suivantes conformes à l'invention et devant être observées ensemble permettent d'empêcher avec certitude l'auto-blocage lorsque l'arbre et le carter de palier sont en position déflechie. Dœic, selon 5 une particularité essentielle de l'invention, premièrement, chaque berceau est inclinable tangentiellement au moyen d'un rouleau disposé radialement dans sa zone centrale et par lequel il prend appui sur le carter de palier, deuxièmement, chaque sommier comporte un lieu d'appui limité dans la zone centrale de l'un de ses côtés d'appui radiaux et en comporte deux situés chacun à une 10 extrémité du côté d'appui opposé, chaque sommier prenant donc appui en trois points sur les berceaux voisins et, troisièmement, les axes d'inclinaison des berceaux sur les rouleaux et les surfaces d'appui de leurs extrémités sont situés dans un plan perpendiculaire aux axes du carter de palier et de l'arbre lorsque ces axes sont parallèles. 15 L'appui en trois points des sommiers sur les berceaux est réali sable soit par un bossage de la aone centrale de l'un des côtés radiaux d'appui de chaque sommier et par daux bossages situés aux extrémités de leur côté d'appui opposé, soit par un bossage de la zone centrale de l'un des côtés d'appui radiaux de chaque berceau et par deux bossages aux extrémités de leur 20 côté d'appui opposé. Les lieux d'appui limités peuvent être légèrement bombés. En particulier, un lieu complémentaire d'appui reposant sur l'un de ces lieux d'appui bombés peut comporter un bombage égal et de même sens, le contact ayant lieu sur une surface limitée. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî tront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnée à titre explicatif , mais nullement limitatif , Sur ces dessins, qui sont en partie fortement schématiques, la figure 1 est une coupe transversale, selon la ligne I de la 30 figure 2, d'un arbre et d'un palier d'un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une coupe longitudinale de l'arbre et du palier selon la ligne II - II de la figure 1 ; la figure 3 est une coupe déployée des sommiers et des berceaux 35 selon la ligne courbe III - III de la figure 1 ; ' la figure 4a est une vue en plan à échelle1 agrandie montrant le montage de l'un des berceaux de la figure 3 ; - la figure 4b est une coupe selon la ligne IVb-IVb tiô la figure 4a; les figures 5® à 5c sont des représentations simplifiées du plan des axes 40 des sommiers et des berceaux sur un demi-périmètre et montrent les relations entre le point le plus élevé et le point le plus bas du collet des figures 70 28192 - 3 - 2053348 1 à 4, les obliquités étant plusieurs fois éxagérées ; la figure 6 est une représentation en clair d'un berceau et de deux sommiers selon le plan des axes de la figure 5c lorsque le collet occupe une position oblique ; 5 la figure 7 est une vue, dans la direction d'un élément de glis sement, d'un sommier à lieuxlimité d'appui ; la figure 8 est une vue, dans la direction du carter de palier, d'un berceau à lieux limités d'appui ; la figure 9 est une vue d'un berceau dont les surfaces d'appui 10 ont la forme des flancs d'un pignon conique ; la figure 10 est une vue d'un sommier dont les surfaces d'appui ont la forme des flancs d'un pignon conique ; la figure 11 est une coupe déployée partielle du sommier et du berceau des figures 9 et 10 engrenant par leurs surfaces à denture conique ; 15 la figure 12 représente le sommier et le berceau dont l 20 L'arbre 2 prend appui dans le carter 1 de palier par un collet 3» L'arbre et le collet sont exactement coaxiaux. IL peuvent être en une pièce ou en deux pièces convenablement assemblées. Les forces axiales de l'arbre 2 sont transmises au carter 1 de palier par l'intermédiaire du collet 3 et d'un système double disposé entre ce dernier et le carter et comprenant de 25 chaque côté de ce collet dix segments 10 à 29, dix sommiers JO à 49 et dix berceaux 50 à 69. Les segments 10 à 29 prennent appui chacun sur un sommier correspondant 30 à 4Ç par une articulation 4 qui leur confère une liberté limitée de mouvement dans tous les sens. La mobilité dans tous les sens des segments 10 à 29 est nécessaire pour délimiter entre le collet 3 et les surfaces 30 de glissement des segments une pellicule cunéiforme de lubrification correspondant aux caractéristiques physiques du lubrifiant, à la charge et à la vitesse de rotation. Les côtés radiaux 71» tournés l'un vers l'autre, de deux sommiers 30 à 49 de segments voisins 10 à 29 prennent appui par une surface 72 sur une surface complémentaire correspondante 73 d'un côté 74 orienté 35 axialement d'un berceau commun 50 à 69. De leur côté, les berceaux 50 à 69 prennent appui sur le fond 89 de gorges cylindriques 70 du carter 1 de palier par une articulation 5 disposée dans leur zone centrale et leur permettant de prendre une faible inclinaison tangentielle. L'articulation 4 placée entre les segments et les sommiers com-40 porte une plaque d'appui 78 en métal dur logée dans une cavité du segment et reposant sur un tourillon 79 également en métal dur. Le tourillon 79 est 70 28192 - u - 2053348 logé dans une cavité du sommier dont il ressort pour penetrer dans la cavité opposée du segment disposé au-dessus de lui. Ainsi, le segment est légèrement inclinable de tous les côtés par rapport au sommier, mais il est prisonnier dans les directions radiale , axiale et tangentielle. Les deux côtés opposés 90 des segments 10 à 29 s'appliquent avec le jeu nécessaire contre les parois cylindriques intérieures 91 et 92 des gorges 70. Ainsi, la position des segments à l'intérieur du palier est fixée dans la mesure où ils sont inclinables de tous les côtés, mais dans une mesure limitée, et mobiles axialement. Les valeurs absolues de cette liberté limitée de mouvement doivent être déterminées en fonction des écarts des axes de l'arbre 2 et du carter 1 du palier qui se produisent déjà au montage et qui apparaissent par la suite en service du fait des charges. Dans la plupart des cas, les écarts angulaires -même dans les paliers de grandes machines- sont notablement ou même fortement inférieurs à 5 mm par mètre ou inférieurs à un degré d'arc. Les berceaux 50 à 69 sont également logés dans les gorges 70. Leur jeu entre les parois 91 et 92 ce cette gorge est calculé de manière qu'ils aient une liberté limitée de mouvement, comme les sommiers. Ces berceaux comportent une rainure radiale 93 (voir figures 4a et 4b) dans laquelle est logé un rouleau 94 destiné à transmettre la poussée axiale de l'arbre 2 sur le carter 1. Par ailleurs, une cheville 95 logée dans le carter 1 pénètre dans une cavité 96 du berceau. Les berceaux sont ainsi retenus tangentiellement dans la gorge 70. Us peuvent toutefois effectuer un mouvement d'inclinaison tangentiel limité sur les rouleaux 94. Les surfaces d'appui 72 des sommiers et les surfaces d'appui complémentaires 73 des berceaux, ainsi que les appuis des segments sur les sommiers sont disposés et calculés et les berceaux sont disposés sur le fond des gorges et les segments sont calculés de manière qu'il puisse se former entre les surfaces de glissement des segments 10 à 29 et les surfaces de glissement du collet 3 des pellicules cunéiformes de lubrification qui empêchent tout contact mécanique entre ces surfaces. Si l'axe 6 de l'arbre coiïicide avec celui du carter de palier, les segments situés sur l'un des côtés du collet sont exactement symétriques à ceux qui sont situés de l'autre côté par rapport au plan de symétrie 97 de ce collet. Les surfaces d'appui des sommiers et les surfaces complémentaires des berceaux sont situées dans un plan commun 77. Les centres des articulations 4 et 5 des sommiers et des berceaux sont situés sur un cylindre 9 de symétrie des gorges cylindriques 70. Si l'arbre subit une modification de position ou de forme -par exemple par flexion sous son poids propre ou sous celui d'un rotor ou sous des efforts extérieurs excentrés ou par suite de modification thermique, etc.- l'axe 6 de l'arbre peut s'incliner sur celui du carter 1 et peut aussi, 70 28192 - 5 - 2053348 le cas échéant, se déplacer transversalement à cet axe à l'emplacement du centre 99 du palier. Le collet 3 est alors incliné sous un faible angle par rapport à l'axe 6 de l'arbre. Les distances axiales des surfaces de glissement du collet au fond des gorges varient également, elles augmentent d'un coté 5 et diminuent de l'autre côté du palier. Les figures 5a à. 5c montrent la courbe que la ligne de coupe des sommiers et des berceaux forme avec la surface cylindrique 9 lorsque l'axe de l'arbre 2 occupe la position inclinée décrite par rapport à l'axe 6 du carter. Pour simplifier, la ligne d'intersection du plan 77 avec le cylin-10 dre 9 est représentée par une droite bien que, pour être exacte, elle devrait être une ligne sinusoïdale en représentation déployée de l'ellipse correspondant à la coupe d'un cylindre par un plan oblique sur son axe. L'écart par rapport à une droite est toutefois extrêmement faible et le résultat n'en est pas faussé de manière perceptible. Cependant, pour clarifier le dessin, 15 les écarts en hauteur des segments par rapport à leur position symétrique normale sont plusieurs fois exagérés par rapport à un écart susceptible de se produire. Le résultat final ne comporte que des erreurs secondaires négligeables . L'inclinaison de l'arbre et du collet admise sur les ferres 5a à 5c 20 est celle pour laquelle les articulations 30 et 35 subissent les écarts les plus forts d'un côté et de l'autre de leur position initiale (d'une valeur égale à h). Géométriquement, les nouveaux lieux des points d'articulation des sommiers sont situés aux ordonnées suivantes d'un côté du plan de symétrie 7 - 7 : 25 Points d'articulation Ordonnées 100 - h 101 - h cos 36° 102 - h cos 72° 103 + h cos 72° 30 104 + h cos 36° 105 + h L'image est exactement symétrique sur le côté opposé du plan de symétrie 7-7. Les sommiers suivent les lignes 30 à 35 et les berceaux, les 35 lignes 50 à 54. Or. voit que cette suite de lignes est géométriquement centrée sur le point d'articulation du berceau 52 par rapport auquel elle est symétrique. Il est donc possible de modifier l'inclinaison aussi bien de la couronne de segments de l'un des côtés, que de la couronne de segments de l'autre des côtés du collet lors d'une variation angulaire des axes de l'arbre 40 et du carter de palier - dans le cadre limité des variations de formes techniquement admissibles- sans que la position du fond des gorges n'ait à subir 70 28192 - 6 - 2053348 une modification. Ainsi, les segments individuels, dont la position est modifiée, subissent les mêmes fractions de la poussée axiale totale de l'arbre 2 par suite de la possibilité décrite d'ajustage. On a admis tout d'abord qu'en cas d'inclinaison de l'axe de 5 l'arbre 2 sur celui du palier, le point d'intersection de ces axes reste au point 99, c'est-à-dire que le collet ne subit aucun déplacement latéral. Si, toutefois, le point initial 99 devait encore être décalé transversalement à l'axe du carter par suite de dispositions défavorables (par exemple des paliers radiaux ) ,1e collet plan peut se déplacer radialement sans résistance à l'inté-10 rieur des surfaces ajustées de glissement. Le préalable bien évident à l'aptitude du palier décrit à fonctionner est que le décalage angulaire de l'arbre et du carter de palier restent dans des limites étroites (par exemple inférieures à un degré). En réalité, les questions d'élasticité n'autorisent des écarts angulaires que bien infé-15 rieurs à ces limites ; ces écarts sont cependant suffisamment grands pour provoquer des dégâts aux paliers en l'absence de contre-mesures particulières. Les simplifications admises n'ont aucune influence sur le résultat de ces limites imposées. L'appui en trois points des sommiers sur les berceaux peut 20 être réalisé par un évidement qui réduit en conséquence les surfaces d'appui (figure 7) des sommiers 30 à 49/. H subsiste ainsi sur un côté 71 deux cannelures porteuses 83 et, sur le côté opposé 71» une cannelure 82. La surface de ces cannelures est suffisamment limitée pour que le plan du sommier puisse nécessairement s'adapter aux surfaces complémentaires des berceaux supportant ces 25 sommiers. Les berceaux (figure 8) peuvent également comporter trois lieux limités d'appui 87 et 88 plutôt que les sommiers. Dans ce cas, les berceaux s'adaptent de manière correspondante aux plans d'appui des sommiers. Au moins l'un des lieux limités d'appui peut être légèrement bombé et la surface complémentaire peut comporter un bombage inverse afin que le contact des deux lieux 30 d'appui s'effectue sur une surface. Ce contact par surface maintient également la distance tangentielle séparant un berceau et le sommier prenant appui sur elle. La fixation de la position axiale des berceaux fixe également celle des sommiers. Les sommiers 30 à 49 et les berceaux 50 à 69 (figures 9» 10 et 35 11) peuvent également comporter des surfaces d'appui 72 et 73 dont le profil est celui du flanc d'un pignon. Les points de contact des cercles primitifs 90 et 98 des sommiers et berceaux voisins forment sur les surfaces d'appui 72 et 73 des axes 110 et 111 sur lesquels le contact a lieu en position normale centrée des éléments d'appui. Lorsque les sommiers et berceaux subissent une 40 déflexion par suite de la position oblique de l'arbre, le lieu de contact reste dans les plans 116 des axes à condition que les flancs aient un profil 70 28192 - ? - 2053348 correct. Les longueurs efficaces des leviers d'un sommier et du berceau prenant appui sur ce dernier restent égales pour toute déflexion par rapport à l'axe de symétrie 8**. 11 La figure ^nontre qu'une partie limitée des flancs de la dent est utile pour le contact, même aux déflexions les plus grandes par rapport à la position centrée» Il s'est ainsi avlré qu'un arrondi 117 plus ou moins fort des arêtes des surfaces latérales 71 et 7^ (figure 12) a approximativement le même effet que la forme exacte du profil d'un flanc de dent. Si les distances axiales réciproques des sommiers et des berceaux doivent être fixées exactement, les flancs des surfaces d'appui 72 et 73 peuvent être formés p.?r ceux d'une dent complète 118 et d'un vide correspondant complet 119 (figure 13)• Dans les limites des très faibles angles des déflexions que l'arbre peut subir, les distances des axes des pignons restent très exactement constantes, de sorte que tous les sommiers et tous les berceaux d'une couronne d'appui 30 à 39 et 50 à 59, ainsi que 4C à ^ et 60 à 69 conservent le pas prévu. Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre indicatif et nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes, sans sortir de son cadre. 70 28192 - 8 - 2053348 REVENDICATIONS 1. Palier de butée dans lequel le collet de l'arbre glisse sur les surfaces correspondantes de plusieurs segments groupés en anneaux autour de l'arbre et susceptibles d'une inclinaison limitée, de manière à s'ajuster sur la position de la surface de glissement du collet et de la pellicule cunéiforme de lubrification qui en résulte, chacun de ces segments prenant appui sur un sommier par une articulation située dans la zone du centre de pression de la pellicule cunéiforme de lubrification et les côtés sensiblement radiaux, tournés l'un vers l'autre, des sommiers des segments voisins reposant chacun par au moins une surface d'appui sur une surface complémentaire correspondante d'appui d'un berceau commun, ledit palier étant caractérisé en ce que chaque berceau est inclinable tangentiellement par rapport au carter de palier, contre lequel il prend appui, au moyen d'au moins un rouleau orienté radialement et disposé dans sa zone centrale, par ailleurs, chaque sommier comporte sur l'un de ses côtés orienté radialement un lieu d'appui limité sirué dans sa zone centrale et, du côté opposé, deux lieux d'appui limités placés aux extrémités de ce côté, chacun de ces sommiers reposant sur des berceaux voisins par un appui à trois points et, finalement, les axes d'inclinaison des berceaux sur les rouleaux et les dites surfaces d'appui complémentaires des extrémités de ces berceaux sont situés dans un plan perpendiculaire aux axes du carter du palier et de l'arbre lorsque les axes de ceux-ci sont parallèles. 2. Palier de butée selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque sommier comporte un bossage dans la zone centrale de l'un de ses côtés d'appui orientés radialement et en comporte deux situés aux extrémités de la surface d'appui opposée. 3- Palier de butée selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque berceau comporte un bossage dans la zone centrale de l'un de ses côtés d'appui orientés radialement et en comporte deux situés aux extrémités du côté d'appui opposé. 4. Palier de butée selon l'une des revendications 2 et 3» caractérisé en ce que les lieux d'appui limités sont légèrement bombés. 5. Palier- de butée selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins l'une des surfaces complémentaires d'appui reposant sur un lieu d'appui bombé comporte in bombage égal et de même sens, de manière que le contact ait lieu sur une surface.