Brevet FR2097117A1 — publié le 19720303

La présente invention se rapporte aux coussinets de paliers sphéri— ques qui servent, en coopération avec des corps d'appui sphériques, par exemple de boules ou billes, à absorber des forces axiales et radiales, et plus particulièrement à de tels coussinets des paliers de butée pour les 5 rotors de turbomachines à paliers magnétiques. Des coussinets sphériques servant d'appui aux rotors de nachin.es de pompage à supports Magnétiques ont été décrits aussi bien en version lisse que sous forme de paliers hydrodynamiques. Tandis que les paliers lisses mènent à une friction semi-sèche, les paliers à surfaces sislt-iplea provo-10 quent la formation d'une couche portante hydrodynsœiqïie= De.îis les deux cas, le pouvoir portant varie beaucoup en fonction de la largeur ée la fente entre la sphère et le coussinet, donc de la précision géométrique. Des procédés connus apportent des solutions pour fabriquer par enlèvement de copeaux des billes de haute précision; 1s fabrication p&r enlè— 15 vement de copeaux de surfaces sphériques creuses d'un® précision comparable est extrêmement coûteuse et cela plus particulièrement lorsqu'on em-pleie des matériaux très durs ou à haute résistance contre- la corrosion chimique. La présente invention évite les difficultés qui s'attachent à la 20 fabrication par enlèvement de copeaux, du fait que les coussinets sphériques sont obtenus par dépit sur des sphères d'un diamètre déterminé, à l'aide de précédés qui ne provoquent pas de déforœatio», os= pratiquement pas de déformation, pendant le processus de fabrication» Selon l'invention on prévoit à cet effet plus particulièrement das précédés ëo âspSt par 25 projection à la flamme eu par projection de jets de platSKs eu encore des procédés galvanoplastiques. Ces procédés permettent d'utiliser tous les matériaux intéressants pour- le foncti©îuaement da paapea, tels que les céramiques frittées, le *9lydèm«, les ?&rbsr®a titeae eu tungstène dans des matrices néialliquas, ainsi qce le nickel c-t ac-e alliage», 1* 3Û rhrèae et les mJttux prêfeisax. Selon 2'isre&iea, on caioar© éoa bille* ®s OC dti atz* diaasôtr® 3U d'se âiasèta*« lég§rga;ent qui selles 4;-.i servirent ensîtifca iws les palier* d'un jeas-^ss, ©s. £*ua sépsvâat et ensuite sa hz lîessLwâe. aye-s iis £K^'f»iCi£ier. Ces particules saiwlli^ss*- &37?ci92Â c- aiiii* irpbs. Isa s-yeir frappas.. C!«sst Ifi5iTjaii«A py-SvzL'i, c»-d ?0£ïZg-trwa. aim**.—■ - tea£«, soit sa .•cfrwldissaiii- ésergiquasiû&t la aptère-, pei» î. l9*ié* ê'aiï liquidé «u d'aas sauauu'â ïaeJLt ùn cui" .ïu^'fa-iî^. d«à iï«erï.*3. «m aussi la I* aii'» 71 25115 s 2097117 Ceci réduit sensiblement, ou «iciut mf*e, une contraction ultérieur», si bien que les surfaces sphériques concaves produites par le précédé d'application reproduisent directement la surface de la sphère, de sorte qu'il en résulte une fente dont la largeur correspond à l'épaisseur de la couche du séparant. Fendant l'application du précédé de fabrication, le moule et la flam-*• devraient Stre en mouvement mutuel relatif, par exemple en rotation l'un par rapport à l'autre, peur assurer une croissance uniforme de la couche déposée, ce qui exclut pratiquement tout gauchissement ultérieur. Un autre procédé peur la fabrication sans enlèvement de copeaux serait le déptt par galvanisation où l'en forme seulement la couche de roulement qui sera pendant l'emploi pratique adjacente à la sphère, en un matériau de haute qualité et plus particulièrement en rhodium, nickel, platine, er, bronze coussinets eu chrome. Les efforts mécaniques sont absorbés par une ferte couche appliquée par-dessus la couche de glissement dépesé ped* gaivaniquement, et cette couche superposée sera produite également par un procédé galvaneplastique ou de préférence aussi par les précédés de projection de jets de plasma ou i la flamme. Ce corps d'appui peut aussi être coulé en un métal à point de fusion bas eu en une matière plastique. 11 s'est avéré avantageux de faire passer des canaux à travers le corps d'appui pour qu'un courant de liquide envoyé, à travers ces canaux refroidisse la surface de roulement. Pour les machines tournant à faible vitesse et aussi pour le transport de liquides contenant de* éléments abrasifs, des p*Hers à friction semi-sèche se sont avérés particulièrement avantageux et on a trouvé qu'en tant que matériau peur la fabrication de la sphère, le corindon fritte s'offre comme matériau privilégié mais aussi le chrome, le nickel dur ou des billes' métalliques recouvertes d'un métal précieux. Pour le revêtement au nickel, le dépSt non électrolytique du nickel s*est avéré particulièrement favorable, surtout lorsqu'on opère ensuite un durcissement par traitement thermique. Comme formes de surfaces qui se prêtent par excellence à l'emploi pour les machines tournant à haute vitesse ei peur le fonctionnement dans des liquides d'une viscosité extrêmement faible, se sont avérées celles à rainures radiales eu spiralées, mais aussi à renfoncements circulaires. f*«r produire ces coussinets, l'invention prévoit la création de zones en relief sur la sphère servant de patrie».' Cela permet également la fabrication sans enlèvement de copeaux et sans finissage. 71 2511S 3 2097117 Dans tous les vas, il est nécessaire d'appliquer un séparant qui empêche que le coussinet sphérique déposé n'adhère à la sphère qui sert de Modèle. Si le dépSt se fait à partir d'un jet de flamme ou de plasma, des hydrocarbures à haut point d'ébullition ou des huiles silicones sont 5 appropriés comme séparant, mais pour le dépSt galvanique, des combinaisons albumineuses capables d'absorber de l'eau sont plus avantageuses. L'invention sera expliquée avec plus de détails à l'aide du dessin annexé qui en illustre plusieurs formes d'exécution. La figure 1 illustre schématiquement un dispositif pour la mise en 10 oeuvre du procédé de l'invention. La sphère creuse 1 qui sert de paî^ice est montée dans un corps rotatif 2. L'arbre creux 3 est rigidement lié au -corps rotatif 2 et il est logé à l'extérieur dudit corps, de manière à pouvoir tourner autour de l'axe 4 sous l'effet d'un dispositif moteur, non représenté. Un axe 5 traverse la sphère à son centre, perpendiculairement 15 à l'axe 4, et sur cet axe 5 est disposé un support basculant 6. Le support 6 porte la t8te de projection 7 ainsi qu'éventuellement des buses de réfrigération 8, 8*. On envoie à travers l'arbre creux 3 de l'air liquide qui se détend au point d'étranglement 9, de sorte qu'un mélange d'air liquide et d'air gazeux refroidit l'intérieur de la sphère creuse 1. L'air s'échap-20 pe du dispositif par un certain nombre d'alésages 10, après avoir refroidi également la zone conique 11. L'air liquide peut aussi Stre remplacé par exemple par de l'azote liquide. La tSte de projection 7 et les buses 8, 8* font un va—et—vient basculant, comme l'indique la flèche 12, alors que le dispositif tourne simultanément, de sorte qu'une couche d'épaisseur uniforme 25 e£ déposée, qui constitue le coussinet sphérique 14. Sur le cercle d'orifices 15 se trouvent, en disposition décalée par rapport aux alésages 10, des tiges d'éjection 16 qui servent à détacher le coussinet 14 de la sphère 1, lorque la couche déposée a atteint une épaisseur suffisante. La figure 2 fait voir à une échelle fortement exagérée une bille sur 30 laquelle des parties en relief 20 sont appliquées, destinées à produire des renfoncements dans le coussinet à réaliser. La figure 3 montre une partie du pourtour de la sphère avec les parties en relief 20 selon, figure 2 obtenues du fait que, le long des méridiens 21, s'étendent les arêtes de surfaces 30 qui ne sont que bidimensionnellement 35 courbes. L'écart 32 entre la surface sphérique 31 et le sommet des parties en relief 20 se monte, selon la viscosité du fluide, à une valeur variant d'un centième à un dix-millième du diamètre de la sphère. La figure 4 illustre une autre forme de réalisation de la sphère dont 71 2511S 4 2097117 la surface présents des faillie» 40, de préférence hémisphériques. Là encore, la hauteur des saillies se situe dans le rnSme ordre de grandeur que celui indiqué par rapport à la figure 3. La figure 5 représente une autre forme de réalisation arec des éléments 5 spirales 50 en relief sur la sphère. Toutes les surfaces 51, 52 délimitant ces éléments en relief, sont parallèles à l'aie de rotation 53 pour éviter des contredépouilles qui rendraient difficile!'enlèvement du coussinet de sa patrice. Vu que, sur le dessin, la grandeur des éléments spirales en relief est fortement exagérée, il n'est pas possible de distinguer cette 10 caractéristique de l'invention sur le dessin. La hauteur des éléments en relief se situe également dans le m8me ordre de grandeur qu'à l'exemple selon figure 3. La figure 6 est une coupe transversal* d'un coussinet sphérique 60 produit par galvanoplastie, enfoncé dans une enveloppe rigide 61, de ma— 15 nière à s'appliquer contre le rebord annulaire 62 de cette dernière. A l'intérieur de cette enveloppe, présentant des encoches 69, se trouve dans le creux en forme de calette sphérique 63, une masse pâteuse ou élastique 64, par exemple du caoutchouc souple, un polymère organique, une pâte de graphite ou éventuellement un métal doux, par exemple du plomb ou 4Mv 20 alliage métallique à point de fusion bas. La vis 65 permet de régler la pression qu'exerce la masse 64 sur le coussinet et par conséquent de régler le rayon de courbure 66. Les rondelles de joint 67, 68 empêchant la pénétration de liquide à l'intérieur et la fuite de la masse 64 vera l'extérieur. 25 La figure 7 fait voir un coussinet sphérique 70 avec un collet conique 75, par exemple en platine eu en nickel ou chreme dur, également produit par un procédé gaivanaplastique, sous lequel du granulé métallique 71 enrobé de soudure a été appliqué sous l'effet de chaleur. Ensuite, en coule du métal ou de la matière plastique 72 autour du coussinet, ce qui le ren— 30 feree et permet de réaliser simultanément les nervures 73, 74. 71 25115 5 2097117 REVENDICATIONS 1) Palier à coussinets sphériques pour l'absorption d'efforts axiaux et radiaux, pivotant autour d'axes situés dans le plan de départ de la rotation, composés d*un corps présentant une surface de glissement sphérique 5 convexe, par exemple d'une boule ou bille, et d'au moins un autre corps à surface de glissement sphérique concave, susceptible de tourner et de pi» voter par rapport au corps convexe, caractérisé en ce que la surface de glissement sphérique concave constitue la surface intérieure d'un coussinet (14, 60, 70) qui est fait d'un matériau obtenu par dépSt sur la surface 10 d'un corps sphérique (l), dont la température se situe de loin au—dessous de la température de fusion du matériau du coussinet. 2) Coussinet de paliers sphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu, pour obtenir le dépSt, des particules de matière sont projetées à partir d'une flamme d'oxydation ou d'un jet de plasma sur la surface du 15 cerps froid (l). 3) Coussinet de paliers sphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coussinet (60,70) est obtenu par dépSt galvanoplastique sur la surface d'une sphère recouverte d'une couche séparatrice ou. conductrice. 4) Coussinet de paliers sphérique selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que le corps sphérique (l) présente à son intérieur des creux à travers lesquels passe un réfrigérant. 5) Coussinet de paliers sphérique selon la revendication caractérisé en ce que le réfrigérant est de l'azote liquide. 0) Corps sphérique pour la production de coussinets de paliers selon la 25 revendication 1, caractérisé en ce que cette surface présente des saillies (20,40,50). 7) Corps sphérique j>our la. fabrication de coussinets de galiers selon la revendication 6, caractérisé en ce que 1& ha*rfcarar des saillies se monte à une valeur variant d'un centième à œ dix-saillièiae ûv.f'iï 30 8) Corps spkériqïie peur la îabrigaticr. de ccnscinets d© poli ors solo» la vsretdic&tion 7, cwaetlHsé en es ose l-ss saillies (20) c'ctestent le long da méridiens (21) du corps sphérique. 9) Cni^c sphérique p-our fabrication ;îo eens?ir.3ts 5c p;%licre zolza. la reyeiidie&fcion 7, caractérisé en «?•* 3es seiî.lice (40) sert ciroalairea 30 ou ellipjtiqr ee » ??) Ce-roc Si'h5rii«ê r.9ur la fabric&iicn de *.c filière la rcrfndicr.ti carr/rt-éricé -;r ?» q-? le-. sef-Hicc (Ef) c;nt eu. biais y.sv re«n-;r+. anz céridiiua. 71 25115 3 2097117 11) Corps sphérique pour la fabrication de coussinets de paliers selon la revendication 10, caractérise en ce que les saillies (50) s'étendent le long de lignes spiralées. 12) Corps sphérique pour la fabrication de coussinets de paliers selon 5 la revendication 7, caractérisé en ce que les surfaces(51, 52) des saillies (50) qui ne sont pas parallèles à la surface de la sphère s'étendent parallèlement à l'axe (53) du corps sphérique ou en d'autres termes sans former des contredépouilles. 13) Coussinets de paliers selon la revendication 1, caractérisés en ce 10 qu'ils sont faits de molybdène. 14) Coussinet»de paliers selon la revendication 1 ou 13, caractérisés en ce qu'on emploie du carbure de titane, de tungstène ou de silicium. 15) Coussinets de paliers selon la revendication 14, caractérisés en ce que les carbures sont liés dans une matrice composée pour l'essentiel de 1B chrome et de niekel. 16) Coussinets de paliers selon la revendication 14, caractérisés en ce que les carbures sont liés dans une matrice de platine. 17) Coussinets de paliers selon la revendication 1 ou 13, caractérisés en ce qu'ils sont faits pour l'essentiel de nickel déposé par précipitation 20 chimique. 18) Coussinets de paliers selon la revendication 1 ou 17, caractérisés en ce qu'ils sont constitués par un alliage dont les composants principaux sont du cuivre et de l'étain. lt) Coussinets de paliers selon la revendication 1 ou 17, caractérisés 26 en ce qu'ils sont constitués peur l'essentiel par du chrome. 20) Coussinets de paliers selon la revendication 1, caractérisés en ce que la surface sphérique convexe est celle d'une bille ou boule. Si) Coussinets de paliers selon la revendication 20, caractérisé$4n ce que la bille ou au moins sa surface consistent en cérasique frittée. 30 22) Coussinets de paliers selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'un coussinet sphérique à paroi mince (60) est disposé en position axialemeat fixe dans une enveloppe (61) à paroi épaisse. 23) Coussinets de paliers selon la revendication 22, caractérisés en ce qu'une masse élastique ou plastique est disposée entre l'extérieur du 35 coussinet (60) et l'intérieur de l'enveloppe (61). 24) Coussinets de paliers selon la, revendication 1, caractérisés en ce que des organes de refoulement (85) sont prévus pour exercer une pression sur la masse (64). 71 25115 2097117 25) Coussinets de paliers selon la revendication 23, caractérisés en ce que la Basse (84) consiste en brai. 26) Coussinets de paliers selon la revendication 23, caractérisés en ce que la masse (64) consiste en caoutchouc ou en un autre matériau élastique. 27) Coussinets de paliers selon la revendication 23, caractérisés en ce que la masse (64) consiste en un métal doux, par exemple en plomb. 28) Coussinets de paliers selon la revendication 23, caractérisés en ce que l'espace contenant la masse (64) est rendu étanche par rapport à l'extérieur, à l'aide de garnitures (67,68). 29) Coussinets de paliers selon la revendication 1, caractérisés en ce que le coussinet (70) est soutenu par un support (72). 30) Coussinets de paliers selon la revendication 29, caractérisés en ce que le support (72) est relié au coussinet par du granulé métallique (71) 31) Coussinet de paliers selon la revendication 1, caractérisés en ce que des moyens (69,74) sont prévus pour empêcher le coussinet et son enveloppe ou support de tourner. 32) Coussinets de paliers selon la revendication 1, caractérisés en ce que la surface extérieure du support (72) présente des nervures (73, 74). 33) Coussinets de paliers selon la revendication 1, caractérisés en ce que la paroi du coussinet se poursuit en un collet conique (75). 34) Coussinets de paliers selon la revendication 1, caractérisés en ce que le sommet du cSne idéal, à la surface duquel se situe le collet conique (75), coïncide avec le centre du cerps dont la surface constitue la surface de roulement du palier.