Brevet FR2112527A1 — publié le 19720616

La présente invention se rapporte å un palier b fluide pour supporter un arbre monté en rotation, par l'intermédiaire d'un film fluide rormé dans un petit intervalle entre l'élément de portée et l'arbre en alimentant du fluide sous pression dans des cavités formées dans l'élément de portée. Dans un palier à fluide classique, la surface de portée adaptée pour supporter un arbre en rotation comporte plusieurs cavités qui sont entourées par plusieurs filets divisés par des rainures de décharge et du fluide sous pression est alimenté dans ces cavités par l'intermédiaire d'orifices fixes ou non réglables. Le fluide sous pression est déchargé dans les rainures de décharge par l'intermédiaire de petits intervalles définis entre la surface périphérique extérieure de l'arbre et les filets pour maintenir une pression de fluide constante dans les cavités respectives.Par suite de l'application d'une charge sur l'arbre, celui-ci est déplacé de manière à faire varier les intervalles entre lui et les filets de sorte que la pression dans une cavité est augmentée tandis que la pression dans la cavité diamétralement opposée est diminuée et que la différence de pression entre ces cavités sert à supporter la charge. La rigidité de ce type de palier à fluide n'est pas suffisamment élevée oar du fluide sous pression constante est alimenté au palier à travers des orifices fixes afin d'amener la pression dans les cavités à varier en réponse à la variation de l'intervalle entre l'arbre et les filets. Pour éviter cette difficulté, on a proposé de prévoir plusieurs cavités de détection indépendantes, en nombre égal au nombre des cavités de commande qui leur sont adjacentes et en communication avec elles par l'intermédiaire des rainures de décharge. La différence de pression dans les cavités de détection opposées est utilisée pour actionner une bobine de commande ou une soupape à glissière pour modifier les ouvertures des orifices variables reliés entre une source de fluide sous pression et les cavités de commande afin de faire varier la pression dans ces cavités de commande en fonction de la variation de pression provoquée par le déplacement de l'arbre dans les petits intervalles entre l'arbre et les filets et en fonction de la variation de pression provoquée par le réglage de l'orifice variable. Avec cet agencement, il est possible de créer rapidement une grande différence de pression entre les cavités de commande opposées pour résister au déplacement de l'arbre. Un tel agencement est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique nb 2.692.803. Dans le paliër décrit dans ce brevet, la différence de pression dans les cavités de détection n'èst pas influencée par la variation de pression produite par le réglage des orifices variables mais elle est uniquement influencée par la variation de pression provoquée par le déplacement de l'arbre dans l'intervalle entre sa surface périphérique et les filets avec coi-e résultat le fait que la surface effective soumise à la variation de pression provoquée par le réglage des orifices variables devient plus petite que la surface de portée totale, limitant ainsi la rigidité du palier à fluide. De plus, une soupape de commande classique utilisée pour fournir la fonction décrite précEdemment comprend un cylindre et une bobine située à l'intérieur qui peut glisser en direction axiale. Cependant, le fluide alimenté au palier et à la soupape de ao- mande est constitué habituellement par de l'huile de'palier ayant un certain degré de viscosité, de sorte que le déplacement axial de la bobine est affecté par la viscosité ou le frottement statique de l'huile de palier. De plus, lorsqu'il est nécessaire d'actionner la soupape de commande en réponse à une différence de pression relativement petite dans l'huile de palier, contenue dans la cavité de commande et dans la cavité de détection afin d'améliorer la réponse de la soupape de commande, la bobine doit se déplacer rapidement et de manière continue.Mais puisque l'huile de palier ordinaire présente une certaine viscosité et puisque la viscosité varie aveo la température ambiante, le déplacement de la bobine devient intermittent,ce que lton appelle un phénomène de glissement avec adhérence. C'est en conséquence un objet de la presente invention de prévoir un palier à fluide perfectionné de grande rigidité qui puisse ramener rapidement l'arbre au centre du palier lorsqu'une charge est appliquée à cet arbre. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un palier à fluide perfectionné du type comprenant une cavité de commande et une cavité de détection dans lequel l'arbre est ramené rapidement au centre du palier lorsqu'une charge lui est appliquée et dans lequel une variation de pression dans la cavité de détection créée par la soupape de commande subsiste mgme lorsque l'arbre a été ramené au centre du palier contre la force, améliorant ainsi la capacité de support de charge du palier. C'est encore un autre objet de la présente invention de prévoir une soupape de commande perfectionnée pour le palier à fluide du type mentionné et dont le fonctionnement n'est pas affecté par la viscosité de l'huile de palier. Selon la présente invention, on prévoit un palier à fluide du type comprenant un élément de portée adapté pour supporter un arbre en rotation au moyen d'un mince film fluide qui est formé en appliquant du fluide sous pression dans un petit intervalle entre l'arbre et l'élémentdeportée, et une soupape de commande comprenant un cylindre et une bobine glissant dans le cylindre pour commander la pression du fluide, avec comme caractéristique le rait que la surface de portée de l'élément de portée comporte plusieurs cavités de commande et plusieurs cavités de détection entourant respectivement les cavités de commande, que le fluide est alimenté sous une pression prédéterminée aux cavités de commande et aux cavités de détection, que deux cavités de détection diamétralement opposées sont reliées aux extrémités opposées de la soupape de commande pour actionner la bobine, que deux cavités de commande diamétralement opposées entourées respectivement par les deux cavités de détection diamétralement opposées sont reliées à la sortie de la soupape de commande, de sorte que, par suite de l'établisse- ment dtune différence de pression entre les deux cavités de détection due à l'application d'une charge sur l'arbre, la pression du fluide dans une des deux cavités de commande est augmentée tandis que la pression du fluide dans l'autre cavité de commande est diminuée, et que la soupape de commande est équilibrée conformément aux différences de pression existant entre les deux cavités de détection et entre les deux cavités de commande de sorte que les dir- rérences de pression sont créées entre les deux cavités de commande et les deux cavités de détection pour amener l'arbre au centre du palier contre la charge. Plus particulièrement, la soupape de commande comprend un cylindre, une bobine creuse glissant dans l'alésage du cylindre, une chambre annulaire prévue dans l'alésage pour entourer la bobine, cette dernière comportant plusieurs passages inclinés qui sont contenus dans un plan perpendiculaire à l'axe de la bobine et inclinés dans la même direction par rapport au rayon de celle-ci, de sorte que le fluide s'écoulant à travers les passages inclinés crée une force pour faire tourner la bobine. De plus, cette bobine comporte une collerette saillant dans la chambre annulaire avec de petits Seux entre elles afin de former des orifices variables entre les parois latérales de la chambre annulaire et les parois latéra- les de la collerette.Ces orifices sont en communication respecti vement avec deux cavités de commande diamétralement opposées et deux cavités de détection entourant ces cavités de commande et le degré d'ouverture des orifices variables est coandé conformément au déplacement axial de la bobine. D'autres objets et avantages de la présente invention ap paraîtront à la lecture de la description suivante en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 représente des coupes longitudinales d'un palier à fluide et des soupapes de commande selon des caraetéristi- quels de la présente invention. La figure 2 est une coupe transversale du palier prise suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale d'une soupape de commande prise suivant la ligne III-III de la figure 1 ; et La figure 4 est une vue développée agrandie d'une partie du palier à fluide selon des caractéristiques de la présente invention. Le palier à fluide 10 représenté dans la figure 1, co- prend deux manchons de palier 11 et 12 qui sont fixés dans le palier 10 et se font face l'un à l'autre pour définir une chambre 18 entre eux. A l'intérieur des manchons 11 et 12, est monté en rotation un arbre 13 ayant une partie agrandie ou collerette 13a à son centre et qui est reçu librement dans la chambre 18. Des cavités annulaires 14 et 114 sont formées sur les surfaces d'extrémité opposées des manchons 11 et 12 respectivement.Les cavités 14 et 114 sont en communication avec une source de fluide sous pression indiquée par la référence P par l'intermédiaire respectivement d'orifices 16 et 116 fixes ou non réglables, de sorte que l'arbre 13 ne peut pas être déplacé dans la direction axiale par la pression statique du fluide contenu dans les cavités 14 et 114. Comme représenté dans la figure 2, l'alésage intérieur du manchon c8té gauche 11 comporte des paires indépendantes de cavités de commande 20, 21 et 22, 23 respectivement dans la direction de la charge F et dans la direction perpendiculaire à celle-ci. Ces cavités de commande 20 à 23 sont en communication avec la source de fluide sous pression P respectivement par l'intermédiaire des orifices fixes 24, 25, 26 et 27 pour supporter en rotation l'arbre 13 par l'intermédiaire du fluide sous pression alimenté dans ces cavités. Comme représenté dans la figure 4, une cavité de détection 28 est formée de façon à entourer la cavité de commande 20, la cavité de détection 28 étant séparée de la cavité de commande 20 par un filet rectangulaire 32.De manière similaire, d'autres cavités de commande 21, 22 et 23 sont également entourées par les cavités de détection 29, 30 et 31 séparées de celles-ci par des filets rectangulaires 33 à 35 respectivement. En conséquence, les cavités de commande 20 à 23 sont en communication avec les cavités de détection 28 à 31 respectivement, par l'intermédiaire des intervalles entre les filets rectangulaires 32 à 35 et la surface périphérique de l'arbre 13. Comme représenté dans la figure 4, orifice d'alimentation 36 et un orifice de commande 40 sont prévus dans la cavité de détection 28.De manière similaire, les cavités de détection 29 à 31 comportent des orifices d'alimentation 37, 38 et 39 (l'ori- fice 37 étant seul représenté dans la figure 1) et ces orifices d'alimentation 36 à 39 sont en communication avec la source de fluide sous pression P par l'intermédiaire d'orifices fixes 44 à 47 (les orifices 46 et 47 n'étant pas représentés). De plus, la cavité de détection 29 comporte un orifice de commande 41 qui correspond à l'orifice de commande 40 de la cavité de détection 28.Des rainures de décharge axiales 48, 49, 50 et 51 sont formées sur la surface intérieure du manchon 11 entre les paires adjacentes de cavités de détection 28 à 31, les extrémités opposées des rainures de décharge 48 à 51 étant en communication avec les rainures de décharge circonférentielles 52 et 53 formées sur la surface intérieure du manchon 11. Les rainures de décharge 52 et 53 sont en communication avec un réservoir 150, représenté schématiquement dans la figure 1, de sorte que le fluide sous pression alimenté dans les cavités de commande 20 à 23 et dans les cavités de détection 28 à 31 est drainé vers le réservoir 150 à travers l'intervalle entre l'arbre 13 et le manchon 11 et à travers les rainures de décharge 52 et 53. De même que le manchon 11 c8té gauche, le manchon 12 c8té droit comporte des cavités de commande 120 à 123 (les cavités 122 et 123 n'étant pas représentées), des orifices fixes 124 à 127 (les orifices 126 et 127 n'étant pas représentés) reliés entre les cavités de commande 120 à 123 et la source de fluide sous pression, des cavités de détection 128à 131 (les cavités 130 et 131 n'étant pas représentdes) entourant respectivement les cavités de commande 120 à 123, des orifices fixes 144 à 147 (les orifices 146 et 147 n'étant pas reprsentds) reliés entre les cavités de détection 128 à 131 et la source de fluide sous pression et des rainures de décharge 152 à 153. De plus, une soupape de commande A est prévue pour répondre à la différence de pression entre la pression du fluide dans les cavités de détection 28 et 29 créée par le déplacement de l'arbre 13 sous la charge F pour commander la différence de pression entre les cavités de commande 20 et 21 et entre les cavités de détection 28 et 29. De manière similaire, une soupape de commande B est prévue pour répondre à la différence de pression entre les cavités de détection 128 et 129 pour commander la différence de pression entre les cavités de commande 130 et 131 et celle entre les cavités de détection 128 et 129.Puisque les soupapes de commande A et B ont la même construction, celle de la soupape de commande A seulement sera décrite en détails ci-après, les éléments correspondants des deux soupapes étant indiqués par les lo & es références. Le cylindre 60 de la soupape de commande comprend une fente serrée au moyen de boulons 61 à 64 (figure 3) et continent une bobine 65 qui est située de façon à pouvoir glisser dans la direction axiale et à pouvoir tourner. Les extrémités opposées de l'alésage central 66 dans la bobine 65 sont rendues étanches par des chapeaux 77, 78. Les collerettes 69 formées au centre de la bobine 65 sont reçues dans une chambre annulaire 70 du cylindre 60, de façon à pouvoir glisser légèrement axialement et tourner. Des rainures d'entrée 71 et 72 à gauche et à droite sont formées sur la surface de l'aldsa- ge du cylindre 60 et la bobine 65 comporte plusieurs orifices d'entrée 73 et 74 pour mettre en communication les rainures d'entrée 71 et 72 avec l'alésage 66 à l'intérieur de la bobine 65.Comme représenté dans la figure 3, plusieurs passages inclinés 75 sont prévus dans la bobine à un point intermédiaire entre les collerettes 69 pour mettre en communication la chambre annulaire 70 avec l'alésage axial 66 de la bobine 65, ces passages 75 étant contenus dans le m8e plan, perpendiculaire à l'axe de la bobine et étant inclinés dans la même direction par rapport au rayon. Les rainures d'entrée 71 et 72 sont reliées à la source de fluide sous pression P et la chambre annulaire 70 est en communication avec le réservoir 150 par l'intermédiaire d'un orifice de décharge 76. Avec omette construction, le fluide sous pression alimenté dans l'alésage 66 par 11 intermédiaire des rainures d'entrée 71 et 72 et des orifices d'entrée 73 et 74 est déchargé dans le réservoir par l'intermédiai- re des passages inclinés 75 et de l'orifice de décharge 76 de sorte que la bobine 65 tourne normalement dans le sens indiqué par la flèche représentée dans la figure 3 Une telle rotation permet de vaincre la viscosité du fluide contenu dans la soupape de commande et assure son déplacement axial rapide et continu. Les extrémités opposées du cylindre 60 de la soupape de commande sont fermées par des plaques d'extrémité 67 et 68 pour former des chambres 79 et 80 sur les extrémités opposées de la bobine 65. La chambre côté gauche 79 (dans le cas de la soupape de commande B, la chambre 79 est située sur le o8té droit) est en com munication avec l'orifice de commande 41 de la cavité de détection 29 par l'intermédiaire d'un orifice fixe 81 tandis que la chambre c8té droit 80 est en communication avec l'orifice de commande 40 de la cavité de détection 28 par l'intermédiaire d'un orifice fixe 82. Sur les c8tés opposés de la chambre annulaire 70 sont formées des chambres annulaires 83 et 84. La surface effective des chambres annulaires 83 et 84 est choisie de façon à être plus petite que celle des chambres caté gauche et caté droit 79 et 80. Les intervalles entre les parois latérales de la chambre annulaire 70 et les parois latérales des collerettes 69 se comportent comme des orifices variables 85 et 86.La chambre annulaire côté gauche 83 (dans le cas de la soupape de commande B, la chambre annulaire 83 est située sur le caté droit), est en communication avec la cavité de commande 20 tandis que la chambre annulaire c8té droit 84 (dans le cas de la soupape de commande B, la chambre annulaire 84 est située sur le caté gauche) est en communication avec la cavité de commande 21 ce qui se traduit par le fait qu'une partie du fluide sous pression dans les cavités de commande 20 et 21 est déchargée dans le réservoir 150 par l1intermédiaire des chambres annulaires 83 et 84, des orifices variables 85 et 86, des passages inclinés 75 et de l'orifice de décharge 76.En conséquence, la pression dans les cavités de commande 20 et 21 varie en fonction de la grandeur de l'intervalle entre l'arbre et le manchon 11 et du degré d'ouverture des orifices variables 85 et 86, modifiant ainsi la pression dans les cavités, de détection 28 et 29 en fonction de la grandeur de l'intervalle entre l'arbre 13 et le manchon 11. Dans ltexemple représenté > une roue de meulage 90 est montée sur l'extrémité c8té gauche de l'arbre 13 et une poulie 91 reliée à un moteur d'entrainement (non représenté) par l'intermé- diaire d'une courroie est montée sur l'extrémité caté droit. Le fonctionnement du palier k fluide sera naintenAnt dé orit en se référant plus particulièrement au manchon de palier c8- té gauche. Quand une charge dirigée vers le haut F est appliquée sur une roue de moulage 90 par une pièce d'usinage, non représentée, 1 'arbre 13 se déplace pendant un instant vers le haut dans le palier, diminuant ainsi l'intervalle supérieur tout en augmentant l'intervalle inférieur entre l'arbre et la surface de portée. En réponse à ce léger déplacement de l'arbre, la pression dans la cavité de commande supérieure 21 et dans la cavité de détection 29 augmente tandis que la pression dans la cavité de commande inférieure 20 et dans la cavité de détection 28 diminue.La différence de pression entre les cavités de détection 28 et 29 déplace la bobine 65 de la soupape de commande vers la droite comme on peut le voir dans la figure 1, afin de diminuer l'ouverture de l'orifice variable 86 tout en augmentant celle de l'orifice variable 85, diminuant et augmentant ainsi respectivement la pression dans les chambres annulaires 83 et 84. En conséquence, la pression dans la cavité de commande supérieure 21 est augmentée un peu plus tandis que celle dans la cavité de commande inférieure 20 est diminuée un peu plus par le déplacement de la bobine 65.La variation de la pression dans les cavités de commande 20 et 21 provoquée par le déplacement de la bobine 65 se traduit par l'élévation de pression dans la ca vité de détection 29 tandis qu'elle se traduit par la diminution de pression dans la cavité de détection 28 de façon à déplacer encore la bobine 65. Cependant, dans un but de simplicité l'effet d'un tel petit déplacement supplémentaire ne sera pas décrit. Comme on l'a décrit précédexent, la pression dans la cavité de commande supérieure 21 et dans la cavité de détection supérieure 29 sera augmentée du fait des déplacements de l'arbre 13 et de la bobine 65 tandis que la pression dans la cavité de commande inférieure 21 et dans la cavité de détection inférieure 28 sera diminuée du fait des déplacements de l'arbre de la bobine, ramenant ainsi rapidement l'arbre 13 au centre du palier contre la charge F. Lorsque l'arbre est ramené au centre du palier contre la charge, les différences de pression entre les cavités de commande 20 et 21 et entre les cavités de détection 28 et 29 provoquées par le déplacement de l'arbre 13, disparaissent. Cependant, la dirré- ronce de pression provoquée par le déplacement de la bobine 65 de la soupape de commande ne disparate pas, afin de maintenir 1 'arbre au centre du palier contre la charge F.La différence de pression entre les pressions dans les cavités de détection 28 et 29 s'exerce sur les c8tés opposés de la bobine 65 de la soupape de commande A pour maintenir la bobine 65 à une position équilibrée où une différence de pression est établie entre les chambres annulaires 83 et 84 correspondant à la première différence de pression men tionnée. Comme décrit précédemment, selon la présente invention, les cavités de détection sont prévues pour entourer respectivement plusieurs cavités de commande, la différence de pression entre les cavités de détection opposées est appliquée aux extrémités opposées de la soupape de commande, et la pression du fluide alimenté aux cavités de commande est modifiée conformément à la différence de pression s'exerçant sur la soupape de commande. En consJquence, lorsqu'une charge est appliquée à l'arbre, une force résistant à la charge est rapidement appliquée à la surface de portée conformément aux variations de pression provoquées par le déplacement de l'arbre et par le fonctionnement de la soupape de commande pour ramener l'arbre au centre du palier. Même après que 1'arbre a été ramené au centre du palier, la différence de pression provoquée par le fonctionnement de la soupape de commande subsiste dans les cavités de détection, améliorant ainsi la capacité de support de charge du palier. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être d8crits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. HEVINDICATIONS 1 - Palier à fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de portée adapté pour supporter un arbre en rotation, au moyen d'un mince film fluide qui est formé en alimentant du fluide sous pression dans un petit intervalle entre l'arbre et l'élément de portée et une soupape de commande comprenant un ey- lindre et une bobine pouvant glisser dans le cylindre pour commander la pression du fluide, la surface de portée de l'élément de portée comprenant plusieurs cavités de commande et plusieurs cavités de détection entourant respectivement les cavités de cosande, le fluide étant alimenté sous une pression prédéterminée aux cavités de commande et aux cavités de détection ; deux cavités de détection diamétralement opposées sont reliées aux extrémités opposées de la soupape de commande pour actionner la bobine, deux cavide commande diamétralement opposées entourées respectivement par les deux cavités de détection diamétralement opposées sont reliées à la sortie de la soupape de commande de sorte que, par suite de l'établissement d'une différence de pression entre les deux cavités de détection due à l'application d'une charge sur l'arbre, la pression du fluide dans l'une des deux cavités de commande est augaentée tandis que la pression du fluide dans l'autre cavité de conan- de est diminuée, et la soupape de commande est équilibrée conformément à la différence de pression entre les deux cavités de détection et entre les deux cavités de commande de sorte que des diffé- rences de pression sont créées entre les deux cavités de commande et entre les deux cavités de détection pour ramener l'arbre au centre du palier contre la charge. 2 - Soupape de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un cylindre, une bobine creuse glissant dans l'alésage du cylindre, une chambre annulaire prévue dans cet alésage pour entourer la bobine > cette bobine comportant plusieurs passages inclinés qui sont contenus dans un plan perpendiculaire à l'axe de la bobine et inclinés dans lamme direction par rapport à son rayon de sorte que le fluide s'écoulant à travers les passages inclinés crée une force provoquant la rotation de la bobine. 3 - Soupape de, ómmande selon la revendication 2, caractérisée en ce que les extrémités opposées de la bobine creuse sont fermées pour définir deux chambres à fluide entre les extrémités de la bobine et les extrémités opposées du cylindre > ces deux chambres à fluide étant soumises à une pression différentielle pour déplacer axialement la bobine, le fluide sous pression étant alimenté dans la bobine creuse et déchargé à travers les passages inclinés, et la bobine comportant une collerette saillant dans la chambre annulaire avec un petit intervalle entre elles afin de former des orifices variables entre les parois latérales de la chambre annulaire et les parois latérales de la collerette, ces passages inclinés étant prévus à travers la collerette pour déboucher dans la chambre annulaire. 4 - Agencement de palier à fluide et de soupape de commande pour ce palier, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le palier comprend au moins un manchon de palier adapté pour supporter un arbre en rotation, la surface de portée du manchon comportant au moins deux cavités de commande diamétralement opposées, des moyens pour alimenter du fluide sous pression dans les cavités de commande à travers des orifices rixes, au moins deux cavités de détection entourant respectivement les cavités de commande, les cavités de commande et les cavités de détection étant en communication les unes avec le autres par l'in- termédiaire de petits intervalles entre la périphérie de l'arbre et la surface de portée du manchon de portée ; la soupape de commande comprenant un cylindre et une bobine creuse glissant dans l'alé- sage du cylindre, les extrémités opposées de la bobine creuse étant fermées pour définir des chambres à fluide entre les extrémités opposées de la bobine creuse et les extrémités opposées du cylindre, des moyens étant prévus pour mettre en communication les chambres de fluide avec les cavités de détection diamétralement opposées afin d'appliquer une différence de pression entre les cavités de détection sur les extrémités opposées de la bobine, une collerette étant formée à la partie extérieure centrale de la bobine, une chambre annulaire étant prévue dans l'alésage pour recevoir librement cette collerette, des moyens étant prévus pour alimenter du fluide sous pression dans la bobine creuse, la collerette comportant plusieurs passages inclinés qui sont contenus dans un plan commun perpendiculaire à l'axe de la bobine et sont inclinés par rapport au rayon de sorte que le fluide sous pression s'écoule à travers les passages inclinés dans la chambre annulaire pour créer une force tendant à faire tourner la bobine, les cotés opposés de cette collerette étant un peu espacés des parois latérales opposées de la chambre annulaire pour définir deux orifices entre eux, le degré d'ouverture de ces orifices étant modifié par le déplacement xial de la bobine, et des moyens étant prévus pour relier ces deux orifices aux deux cavités de commande.