Brevet FR2028516A1 — publié le 19701009

0127à 1 2028516 La présente invention concerne des paliers à butées hydrostatiques notamment pour pompes et moteurs» De façon courante, les pompes et moteurs hydrauliques à pistons axiaux fonctionnent sous des pressions de 1®ordre de 5 350 kg/cm , et de telles pressions risquent de donner naissance à des forces obliques de poussée sur les paliers, forces qui varient au cours de la rotation des pièces.. Lorsqu'il s'agit d'ensembles du type à déplacement variable, l'inclinaison de ces forces de poussée peut varier de façon notable0 10 Les ensembles de ce type de la technique antérieure font appel à des boutons ou butées hydrostatiques situés à l'extrémité côté cuvette du piston ou des bielles, un passage étant ménagé dans chaque bielle et dans le piston correspondant, de manière que le bouton se trouve soumis à la pression du cylindre de la-bielle» 15 Les brevets des E.UoAo n® 2 241 701 et n° 3 121 Ô16 décrivent de telles dispositionso L'une des difficultés, que l'on rencontre avec les dispositifs de la technique antérieure, réside dans le fait que les pressions dans le tampon du palier varient brusquement, ces pressions 20 dépassant parfois la pression maximale dans 1*ensemble, tandis qu'à d'autres moments elles descendent au-dessous de la pression minimale nécessaire pour assurer le support convenable du palier, en particulier pendant le temps d'admissioh du piston correspondante Un tel inconvénient, ainsi que les difficultés de stabilisation des 25 boutons qui se présentent aux grandes vitesses de rotation, incitent à des perfectionnementso , La fabrication des paliers à boutons ou butées hydrosta-ftiques et le dispositif d'alimentation en fluide pour les ensembles hydrauliques à piston axial de la technique antérieure sont à la 30 fois coûteux et complexeso De plus, le remplacement de chaque palier à boutons, séparément, est souvent très peu commode, sinon impossibleo On se heurte ainsi à des difficultés considérables pour remédier aux problèmes d'obstruction dans les dispositifs de la technique antérieure et, au cas où. l'un des boutons ne fonctionne plus con-35 venablement (c'est-à-dire s'obstrue), le palier à butée de cette tige de piston devient inutilisableo II en résulte que la surface de glissement correspondante sur laquelle se déplacent les paliers à boutons risque un grippage rapide, avec, pour conséquence, la panne 70 01278 2 2028516 de tout 1®ensemble du palier à butée„ • Il convient de remarquer, en outre, qu'un grand nombre des dispositifs à paliers à boutons de la technique antérieurë sont incapables de coopérer convenablement avec des paliers mécaniques 5 pour absorber les forces de poussée, qui varient avec l'angle de déplacement, autour de la plaque de butée, étant donné qu'il est difficile de conserver simultanément les jeux convenables des deux dispositifs à paliers de telles installationso La majorité des inconvénients cités plus haut peut être 10 éliminée avec un meilleur rendement grâce au dispositif de support de butée hydrostatique conformé à la présente invention, dispositif i , ■ « qui est moins coûteux que ceux dé la technique antérieure,. — Un tel dispositif est essentiellement utilisé dans les ensembles hydrauliques du type à pistons axiaux comportant une série . 15 de bielles qui oscillent sur une plaque commune tournante de poussée et ce dispositif comprend une série d'alvéoles répartis- en cercle dans les structures voisines de la plaque de butée, un canal reliant chaque alvéole à une source de fluide sous pression, et, dans chaque alvéole, une série de paliers à boutons ou butées, 20 chaque palier comportant un tampon qui coopère avec une surface de la plaque de butée, ces tampons comportant un évidement qui est muniT' d'un passage de communication avec l'alvéole correspondant- et un rebord circulaire entourant cet évidement, de telle sorte que la pression qui agit sur-chaque palier à boutons l'entraîne vers cette 25 surface de manière que celle-ci se trouve portée par un film hydrostatique » Il est préférable que ces boutons soient mis sous pression par jeux semi-circulaires, l'un de ces jeux étant mis sous pression par des canaux qui relient les alvéoles à l'admission de l'ensemble, tandis que l'autre jeu est mis sous pression par des canaux reliant 30 les alvéoles à l'échappement de l'ensemble® Cet agencement assure une excellente compensation des forces de butée qui varient suivant un cercle sur la plaque de butéeD De plus, grâce à la configuration particulière des tampons, chaque bouchon a tendance à basculer légèrement sous l'effet de la formation de la pellicule hydrodynami-35 que, de sorte qu'il existe, au bord d'attaque du bouton, ion jeu maximal provoqué par la rotation de la surface correspondante de la plaque de butéeo Une telle disposition permet un remplacement simple et rapide du bouton, ce qui n'était pas possible dans les installations de la technique antérieure0 70 01278 3 2028516 Dsautres caractéristiques de l8invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés donnant une forme de réalisation de lsinvention et sur lesquels i - la figure 1 est une coupe axiale d9 un tourillon 5 pour ensemble hydraulique du type à pistons axiaux, montrant le palier à butées ou boutons hydrostatiques selon l°invention; - la figure 3 représente, de façon schématique, les forces obliques de poussée qui agissent sur les paliers à boutons hydrostatiques et un palier mécanique correspondant; - la figure 4 est une coupe d9une partie du tourillon 15 vue en éclatement, et elle montre l^un des paliers à boutons en coupe; - la figure 5 montre le profil théorique des pressions à travers un tampon de palier à boutons; et - les figures 6 à 9 représentent, en plan et en coupe, 20 deux formes de réalisation du tampon de palier à boutons0 L*ensemble hydraulique du type à pistons axiaux, auquel est appliquée l'invention, est décrit de façon complète dans le brevet des EoUoA» n° 3 3Ô1 472 auquel il convient de se reporter pour tous les détails de construction et de fonctionnement relatifs 25 à cet ensemble® La figure 1 ne montre que le tourillon avec certains éléments associés, ces éléments étant mis en jeu principalement dans les problèmes de butée étudiés ci-aprèso Bien entendu, la présente invention n8est pas exclusivement applicable à 18ensemble 30 hydraulique du type représenté; elle peut de plus être appliquée à d8autres ensembles hydrauliques avec les mêmes avantages« Il convient également de remarquer ' que ces ensembles hydrauliques peuvent fonctionner aussi bien comme pompes que comme moteurs» De façon fondamentale, le tourillon 10 constitue la 35 structure de support de l^ensemble 11 de plaque de butée qui est maintenu de façon à tourner au centre de ce tourillon sur un roulement à rouleaux 12 intérieur et sur un roulement à rouleaux 13 extérieur, ce dernier étant retenu par un bloc de butée 143 fixé 70 01278 4 2028516 au tourillon à l'aide de boulons 15° Comme représenté sur la figure 1, on peut utiliser des roulements à rouleaux coniques, disposés pour fixer la plaque de butée» L'ensemble creux de butée comporte des cannelures 16 recevant un arbre moteur et ion joint 5 universel d'entraînement du fût du cylindre (non représenté)» De plus, une bague circulaire 17, qui est appliquée contre le roulement à rouleaux 13 et est reliée à la plaque de butée, a pour rôle de limiter le déplacement longitudinal relatif des deux roulements à rouleaux» 10 La partie intérieure de la plaque de butée 11 comprend un rebord radial 18, sur le pourtour duquel le roulement à rouleaux 12 supporte l'ensemble» Dans des cuvettes, ou alvéoles 19, réparties en cercle sur la face intérieure du rebord radial, sont logées les rotules 20 de piston ou bielles 21, retenues par des bagues-15 ressorts 22» Les bielles sont fixées à des pistons (non représentés) dans le fût 23 du cylindre, qui présente une face ouverte 24 portée par une plaque de distributeur (non représenté)1. Lorsque la face ouverte du fût du cylindre est inclinée par rapport au rebord, radial 1Ô, les bielles prennent un mouvement de va-et-vient dans 20 le fût sous l'effet des pressions de fluide agissant sur leurs pistons respectifs. Il en résulte que des forces sont appliquées sur la plaque de butée par l'intermédiaire des bielles; un passage 25 ménagé dans chaque bielle permet de lubrifier la cuvette correspondante 19 depuis le côté sous pression du piston correspon-25 dant, de- façon connue. -L'inclinaison des bielles 21, par rapport à la plaque de butée 11, au cours d'un déplacement dans l'ensemble hydraulique, est représentée sur la figure 3, où les vecteurs A', B' et C' représentent les forces de butée provoquées par les pressions A, 30 B. et C agissant par l'intermédiaire des bielles correspondantes» Comme on le voit aisément, les forces de butée varient suivant un cercle autour, de la plaque de butée, et chacune de ces forces peut être décomposée en une composante axiale 30 et une composante radiale 31. C'est à ces composantes axiales des forces de butée que 35 la présente invention permet d'assurer une meilleure compensation que dans le cas des dispositifs de la technique antérieure» L'agencement selon l'invention présente les rôles et avantages sui\ânts 70 01278 2028516 des butées hydrostatiques supportent une partie.de la charge de poussée du piston, de sorte qu'il s'exerce des charges plus faibles sur le palier antifriction» On peut, de la sorte," utiliser un palier antifriction de plus petite dimension, et la durée d'uti-5 lisation du palier se trouve prolongée» La réaction assurée par les butées hydrostatiques est constante pour une pression donnée, mais la composante axiale de la force de butée du piston varie en fonction de l'angle dé déplacement o Le palier antifriction supporte la différence des charges . 10 axiales, aussi bien que la composante radiale de la force de butée du pistono A cette fin, la bague de butée 32 est montée sur une face du rebord radial 10 avec des chevilles 33, de sorte que la plaque de butée 34 peut constituer la portée de glissement d'un 15 ,palier hydrostatique distinct formé avec chacune des butées» Les "SsNi divers butées ou boutons 35 sont répartis en cercle dans des poches, ou alvéoles, 36 et 37 ménagées dans le tourillon 10, comme on le voit particulièrement bien sur la figure 2o Les^^ches 36 communiquent, par les passages: 38 et 39, 20 avec un côté de l'ensemble, tandis que les poches 37 communiquent, par les passages 40 et 41, avec l'autre côté» Ainsi, les poches 36 supportent un jeu semi-circulaire de boutons, tandis que les poches 37 supportent un autre jeu semi-circulaire, de telle manière que lfun de ces jeux est toujours sous la pression d'admission de 25 l'ensemble,'tandis que l'autre jeu est toujours sous la pression de sortie de l'ensemble» En utilisant deux jeux semi-circulaires se trouvant respectivement sous la pression d'admission et la pression de sortie, on évite la formation de maxima de pression sur les divers 30 pistons, et la rigidité de la plaque de butée permet de répartir les charges de butée de façon plus régulière sur plusieurs des paliers à boutons composant le jeu» Du fait que l'on utilise des jeux de boutons, respectivement sous pression élevée et sous pression faible, le centre des forces hydrostatiques des divers boutons 35 se trouve tout proche du centre des forces de butée des pistons axiaux, ce qui réduit au minimum les déséquilibres sur la plaque de butée. Les boutons étant ainsi répartis par jeux et disposés comme représenté, la pression régnant dans chaque jeu est continue, 70 01278 6 2028516 au lieu d'osciller entre la pression d'admission et la pression d'échappement (comme ce serait le cas si le bouton tournait avec le piston et avec la bielle et était lubrifié par un passage ménagé dans chaque bielle)D Les passages sont disposés de telle manière 5 que la pression la plus élevée s.5exerce sur le jeu subissant la charge maximale, que la pression la plus élevée soit celle de l'admission ou celle de la sortie dè l'ensemble» Une telle disposition assure des avantages notables et simplifie considérablement le remplacement des boutons» 10 .La forme générale rde chaque bouton 35 est particulière ment bien visible sur les figures 4 à 9 sur lesquelles on peut voir que chaque bouton comprend une tête 50 et une jupe cylindrique 51, dans laquelle est ménagée une gorge 52 pour un joint d'étanchéité 53 servant à empêcher les fuites de fluide sous pression par la jupe, 15 depuis la poche 36 (ou 37) et le passage 38 (ou 40), On voit que chaque bouton peut se déplacer très librement dans la poche, ou alvéole, correspondante. La jupe 51 de chaque bouton est avantageusement creuse et peut comporter un tamis ou filtre 54 sur son ouverture 55 commu-20 niquant avec le fluide sous pression de la poche correspondante, comme on le voit particulièrement bien sur les figures 3 et 9» La jupe est logée de façon lâche dans sa poche, de telle manière que le bouton peut basculer par rapport à l'axe de cette poche. Une telle disposition permet à chaque bouton de glisser facilement sur 25 la surface correspondante 34, et le palier coitibitué par ce bouton se trouve moins soumis à la distorsion qui se produit dans la plaque de butée sous l'effet de charges de butée élevées» Du fait que les boutons sont très libres de basculer et de se déplacer longitudina-lement, ils peuvent compenser diversesanomalies, comme par exemple 30 l'absence de parallélisme entre la plaque de butée et le tourillon, les variations de distance entre la plaque de butée et le tourillon, les différences de jeux nécessitées par les variations de pression et/ou de température» Chaque bouton 35 forme aussi un palier hydrostatique 35 distinct, le tampon ou face 56 du bouton comportant un évidement 57 communiquant avec le fluide sous pression de sa poche par un orifice d'étranglement, et ce palier comportant également un rebord circulaire 58 qui est associé à la surface plate 34 de la bague de butée 32 70 01278 7 2028516 qui constitue la partie glissante du paliero Etant donné que la bague de butée tourne, il se produit un certain effet de support hydrodynamique en même temps que le support hydrostatique assuré par 1®écoulement de fluide sous 5 pression au-dessus du rebord 58 du tampon 56, agissant dans l®évi-demento Le déplacement de la bague de butée dans le sens de la flèche D tend à augmenter la quantité, de fluide passant au-dessus du bord arrière du rebord 58 et il en résulte une légère inclinaison du bouton, représentée sur la figure 4° L3effet de ces diffé-10 rentes actions est indiqué par le diagramme de forces de la figure 5, sur lequel sont représentées la montée et la chute de pression à travers le tampon0 En raison de ces effets, il est préférable que le tampon soit construit de telle manière que son basculement puisse 15 être corrigée Les figures 8 et 9 représentent le bouton le plus simple possible» Ce bouton comprend la face 56 munie d'un évidement 57 et d'un rebord circulaire 58 en relief, qui sont représentés plus clairement sur la figure 9, qui est une coupe faite suivant la 20 ligne IX-IX de la figure 8. La tête 50 du bouton est plus grande que la jupe 51 logée dans la poche 360 Du fluide sous pression est envoyé par le passage 38 (ou 40), et par l'écran 54, dans l'embouchure 55 du bouton 35o Depuis l'intérieur de la jupe, le fluide s'écoule, par l'orifice 59, dans l'évidement 57o De la sorte, 25 au fur et à mesure que la pression monte dans le passage 38, la pression qui agit contre la surface de glissement constituée par la surface 34 augmente, supportant ainsi les charges de butée accrues qui agissent sur la bague de butée 32 par l'intermédiaire de la plaque de butée. 30 Etant donné que chaque bouton peut osciller et se déplacer axialement très librement dans sa poche, le fluide sous pression provenant du passage 38 (ou 40) agissant sur le fond du bouton, a tendance à entraîner ce dernier vers la surface 34, en vue d'un jeu optimal entre le rebord et la surface de butée, pour les pressions 35 envisagées, et l'on obtient ainsi de meilleurs supports par ce liquide hydrostatique.. Grâce à une telle disposition, l'effet de distorsion, aussi bien thermique que mécanique, est fortement diminué. De plus, les paliers à boutons hydrostatiques peuvent être 70 01278 8 2028516 appariés à des paliers mécaniques correspondants de manière à répar,tir les charges de butée, afin de réduire au minimum les difficultés provoquées par une surcompensation.ou une sous-compensation o Du fait que le rebord est en relief au centre du tampon, 5 la pression sur le bord d'attaque du tampon du bouton se trouve augmentée, ce qui a pour conséquence un basculement favorable du bouton0 L'utilisation d'un bbùton suréquilibré (force côté face •supérieure à la force côté moyeu avec un évidement sous pression complète) avec un étranglement pour réduire la pression dans 10 l'évidement, permet d'avoir un ensemble stable capable de compenser les variations du profil des pressions sur la face du bouton, variations provoquées par des changements de viscosité de l'huile et par les variations de vitesse» Si le bouton s8éloigne trop de la plaque de butée, la pression dans 1®évidement baisse et le 15 bouton revient sur son siège. Si, au contraire, le bouton a tendance à venir sfappliquer contre la plaque de butée, la pression dans 1®évidement augmente et sépare les deux surfaceso Les figures 6 et 7 représentent un autre type de tampon pour le bouton 35, la figure 7 étant une coupe faite suivant 20 la ligne VII-VII de la figure 6. Dans cette forme de réalisation, on utilise plusieurs rebords de façon à diminuer les effets hydrodynamiques signalés plus haut. Comme on peut le voir sur les figures 6 et 7, le tampon comprend un petit reharcL circulaire extérieur 60 dans lequel sont ménagées" une série, d* encoches 61 25 communiquant avec une gorge intérieure 62. Ce petit rebord n'assure pas le support, mais à côté de lui se trouveit disposés concentrique-ment, un plus grand rebord extérieur 63, suivi dfun évidement 64 à gorge, puis un rebord intérieur 65 avec un évidement annulaire 57: situé au centre du tampon. Seul 18évidement à gorge 64 est alimenté 30 en fluide sous pression par les passages intérieurs 66, et l'huile pénétrant par l'évidement central 57 peut ressortir par les passages 67 et 68 en direction de 18échappement. Une telle disposition a pour effet de modifier le diagramme des forces, en répartissant, suivant un anneau, les forces en direction du diamètre extérieur. Etant 35 donné que l'anneau de forces le plus étroit a tendance à voir se former des pressions hydrodynamiques égales sur des faces diamétralement opposées, il tend à stabiliser le bouton et à réduire son basculement. 70 01278 9 2028516 Il est bien évident quesgrâce aux dispositions décrites ci-dessus, les paliers 12 et 13 aident les boutons à stabiliser la plaque de butée et constituent un support complémentaire, si les boutons compensent insuffisamment ou trop les charges de butée 5 axiales, en particulier pour des angles de pivotement importants de Itensemble» Bien entendu, ces paliers absorbent la composante radiale 31 des forces obliques de poussée, sans l'aide"des paliers du bouton» Il va de soi que l'invention a été décrite ci-dessus 10 à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre» / 70 01278 10 2028516 le Palier à boutons ou butées hydrostatiques destiné notamment à être monté dans un ensemble hydraulique à pistons axiaux comportant une plaque de butée montée de façon tournante et une série de bielles tourillomlant dans cette plaque, ledit palier 5 étant caractérisé par le fait qu'il comprend une série d'alvéoles, ménagés dans ledit ensemble au voisinage de ladite plaque de butée et répartis en cercle sur cette plaque, un canal reliant chacun de oes alvéoles à une source de fluide sous' pression, une série de boutons, ou butées, disposés dans chaque alvéole où ils peuvent 10 se déplacer librement dans le sens axial ou s'incliner, chacun de ces paliers à boutons comprenant un tampon muni d'un évidement central qui communique avec la source de fluide sous pression de l'alvéole correspondant et un rebord circulaire en relief, et une surface dé glissement annulaire, associée à cette plaque de butée, de 15 manière à tourner avec elle, cette surface étant parallèle aux tampons des divers paliers à boutons, de manière que le fluide sous pression de chaque alvéole entraîne le palier à boutons correspondant vers ladite surface de glissement tournante de façon à repor-tèr les charges de butée qui s'exercent sur la plaque de butée sur 20 une série de paliers hydrostatiques distincts. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaque-.de butée est supportée de manière à tourner sur -des roulements à rouleaux, et que le palier - à butée hydrostatique . coopère avec ces roulements à rouleaux pour compenser les 25 charges de poussée» 5» Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits alvéoles sert des trous "fedtgnes circulaires répartis en cercle dans le corps de l'ensemble hydraulique au voisinage du pourtour d'un rebord radial de la plaque de butée, le montage étant tel •jO que les charges de butée axiales sont compensées par les paliers à boutons logés dans lesdits alvéoleso 4o Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une partie desdits alvéoles est reliée à un canal commun communiquant avec un côté de l'ensemble hydraulique,- tandis qu'une autre ^5 partie de ces alvéoles est reliée à un autre canal commun communiquant avec l'autre côté dudit ensemble hydraulique, de sorte que 70 01278 n 2028516 l'un de ces groupes d'alvéoles a, comme source de fluide sous pression, le coté d'admission de l'ensemble, tandis que l'autre groupe d'alvébles a, comme source de fluide sous pression, le côté de sortie de cet ensemble. 5 5- Palier selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ces deux groupes d'alvéoles sont répartis chacun suivant un demi-cercle. 6. Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tampon de chaque palier à bouton comprend un petit re-10 bord circulaire extérieur qui n'est pas soumis à des efforts et dans lequel sont ménagées des encoches, un rebord circulaire extérieur et un rebord circulaire intérieur entre lesquels se trouve un évidement circulaire sous pression, et un évidement central comportant un passage d'échappement du fluide. 15 7„ Palier selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit évidement central comporte également m Garni' entre Ualvéole et ledit évidement circulaire sous pression.