Brevet FR2348790A1 — publié le 19771118

La présente invention concerne une tête porte-me#le sur paliers alimentés avec de l'air sous pression, destinse à être utilisée dans une machine à rectifier, de petites et moyennes dimensions, ou dans d'autres types de machines à rectifier, présentant une large gomme de vitesses. On connait une tête porte-meule pour rectifier les surfaces planes montée sur des paliers à air, comprenant deut paliers axiaux simples et deux paliers radiaux, les derniers étant alimentés chacun par une seule file de dix orifices et ayant un jeu radial d'environ 0,5 %. Cette tête présente le désavantage que, du fait de l'alimentation par une seule file d'orifices, la rigidité et, respectivement, la capacité de charge sont inférieu- res aux val-eurs maximales qu'on aurait pu obtenir. On connaît, de même, une tête porte-meule sur paliers à air constituée de deux paliers radiaux alimentés par deux files d'orifices et un palier axial double. L'alimentation des paliers radiaux ainsi que celle du palier axial double, s'effectue par un système de compensation par orifices, qui consiste en ce que l'on forme des orifices d'alimentation dans une pastille presse# dans le coussinet, sans prévoir de moyen pour le positionnement rigoureux de celle-ci. La surface de la pastille reste retirée par rapport à la surface intérieure du coussinet, rendant-ainsi possible la formation d'une poche d'alimentation autour de ltori- fice. Cette tête à rectifier présente le désavantage que, du fait de l'utilisation de certains paliers de longueur relativement réduite (égale au diamètre) tant la rigidité que la capacité portante sont réduites.Un autre désavantage réside dans le fait que la pastille qui contient l'orifice d'alimentation ne prend pas appui-sur un épaulement pratiqué dans le coussinet, ce qui rend difficile de respecter-rigoureusement la profondeur des poches d'alimentation, ce qui diminue les performances et entraîne une éventuelle instabilité de fonctionnement. La tête porte-meule conforme à la présente invention, qui comporte un manchon cylindrique dans lequel tourne un arbre porte-meule supporté par deux paliers porteurs et immobilisé en translation par un palier de butée à double effet, chaque palier porteur étant constitué par un coussinet monté dans le manchon, chaque coussinet présentant deux rangées d'orifices disposés à sa périphérie, le palier de butée étant constitué par un disque monté sur l'arbre porte-meule et disposé dans une cavité consti tuée de deux plaques parallèles et d'une entretoise annulaire, une série d'orifices étant ménagée dans chacune des plaques, également répartis sur la circonférence de celles-ci, est caractérisée en ce que chaque orifice des paliers porteurs est ménagé dans une pastille de laiton disposée dans un alésage ménagé radialement dans la paroi du coussinet et butant contre un épaulement de manière que son extrémité avant soit à distance de la portée cylindrique de l'arbre porte-meule, l'étanchéité de la pastille étant assurée par une résine synthétique. On donne plus loin un exemple de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la tête porte-meule à double alimentation; - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon N-N de la figure i de la tête porte-meule dans la zone du palier de butée, dans la variante à double alimentation; - la figure 3 est un détail A de la pastille avec I' orifice d'alimentation d'air des paliers porteurs, dans la variante à double alimentation; - la figure 4 est un détail B de l'orifice d'alimentation d'air du palier de butée; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la tête porte-meule à alimentation unique; - la figure 6 est une vue en coupe transversale selon N-N de la tête porte-meule dans la zone du palier de butée, dans la variante à alimentation unique;; - la figure 7 est un détail A de la pastille avec orifice d'alimentation à air des paliers porteurs, dans la variante à alimentation unique; - la figure 8 est une vue encoure longitudinale de la tête porte-meule à alimentation unique, dans un autre mode de réalisation; - la figure 9 est une vue en coupe transversale selon la ligne N-N de la figure t de la tête porte-meule, à alimentation unique, dans un autre mode de réalisation. - la figure 10 est un diagramme représentant la variation du coefficient de charge des paliers en fonction de leur allongement. L'ensemble comprend deux paliers porteurs ou paliers radiaux identiques 1, montés dans un manchon en acier Z, alimen- tés d'air sous pression par deux files d'orifices, chacune des files comportant cinq orifices a et un palier de butée ou palier axial double 3, alimenté par sept orifices b, d'un côté et qui supporte des charges axiales dans les deux sens. Chaque palier radial 1, comprend un tourillon 4, réalisé en acier à chromage dur, qui tourne sur un film d'air dans un coussinet circulaire 5 en bronze d'aluminium, dans le mode de réalisation à double alimentation. Dans le mode de réalisation à alimentation unique, les paliers radiaux 1 ont deux coussinets circulaires 5 et 6 en bronze d'aluminium. Le film d'air se forme dans l'espace créé par le jeu radial e, entre le tourillon 4 et le coussinet 5, respectivement les coussinets 5 et 6 et qui a une valeur de o,8 ,' environ du rayon du tourillon, c'est-à-dire de 0,020 mm. Le palier axial double 3 est formé d'un disque 7 fixé rigidement sur l'arbre porte-meule et qui se déplace entre deux autres disques 9 comportant les orifices b, dans les limites imposées par le jeu axial égal d'un coté a la valeur du jeu radial. Dans le cas présent, le jeu axial est formé par la différence des épaisseurs d'une entretoise annulaire 10 et du disque 7. Pour le palier axial double 3 on utilise les mêmes matériaux que pour les paliers radiaux 1, le disque 7 étant en acier dur chromé, et les disques 9 en bronze à'aluminium. Le système d'alimentation des paliers radiaux 1, dans le mode de##réalisation à double alimentation, présente un canal circulaire 11, duquel l'air sous pression est distribué aux deux files d'orifices a, par des dégagements fraisés 12, pratiqués sur la génératrice du coussinet 5, en face de chaque orifice a. Le palier axial double 3 est alimenté par les deux disques 9, qui contiennent chacun un canal annulaire 13, duquel l'air provenant de la prise d par les rampes f est distribué uniformément sur chacune des parties du palier axial par les orifices b, ainsi que dans le dégagement fraisé 12 du palier radial 1, par l'intermédiaire de la fente g. Dans une deuxième variante, la tête porte-meule est pourvue d'un système d'alimentation unique, tant pour les deux paliers radiaux 1 que pour le palier axial double 3. Ce système comprend une source admission d'air d, de laquelle l'air est distribué par les deux rampes f, aux canaux annulaires 13, pratiqués dans les deux disques 9. Des canaux annulaires 13 l'air sous pression pénètre par les orifices b du palier axial double 3, en alimentant ce dernier. D'autre part, le canal annulaire 13, au voisinage du palier radial 1, communique avec l'ouverture circulaire h, réalisée par un chanfrein Sa du coussinet 5.De ltouverture circulaire h l'air pénètre par les dégagements fraisés 14, pratiqués en face de chaque orifice a, sur toute la génératrice du coussinet 5 et est distribué par les deux files d'orifices a, alimentant ainsi le palier radial 1 adjacent au palier axial double 3. Des dégagements fraisés 14 l'air sous pression entre dans un espace annulaire i, créé entre le manchon en acier 2 et une pièce d'écartement 15, qui s'appuie sur celui-ci par l'intermédiaire d'un collet 16, qui se trouve à une de ses extrémités.Sur le collet 16 sont exécutés des canaux fraisés 17 correspondant aux dégagements fraisés 18, réalisés dans le coussinet 6 du palier radial i, adjacent à la meule 8, assurant ainsi l'accès de l'air provenant de la même source d aux deux files d'orifices a de ce palier radial. Les figures 8 et 9 illustrent un autre mo-de de réalisation à alimentation unique sur lesquelles l'alimentation à air des paliers radiaux 1 est réalisée par la modification des coussinets 5 et 6 qui deviennent 19 et, respectivement, 20. Les coussinets 19 et 20 ont un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur du manchon extérieur en acier 21, et s'appuient sur celui-ci seulement par l'intermédiaire d'un collet 22. L'air sous pression provenant du même canal annulaire 13 du palier axial double 3 arrive au palier radial i, adjacent au palier axial par un ou deux orifices longitudinaux j, pratiqués dans le collet 22 du coussinet 19, duquel il est distribué dans un espace circulaire k, en alimentant ainsi les orifices a du palier radial. L'air pénètre ensuite dans un orifice de passage 1, pratiqué dans la paroi du manchon extérieur en acier 21, qui correspond à l'espace circulaire k, créé autour du coussinet 20 et duquel sont alimentés les orifices a du palier radial 1, adjacent å la meule. Dans le cas où l'épaisseur du manchon extérieur en acier 21 ne permet pas d'effectuer d'orifices de passage 1, on utilise le mode de réalisation représenté sur les figures 5 et 6. Dans toutes les variantes, l'alimentation des paliers radiaux 1 est effectuée par les orifices a de 0,2 mm de diamètre, pratiqués dans une pastille 23. Du fait des dimensions réduites des orifices d'alimentation a, ceux-ci peuvent être obturés par les impuretés contenues dans l'air et qui n'ont pas été retenues par les systèmes de filtrage fin utilisés. Pour éviter ces accidents, dans la variante à alimentation unique, les pastilles 23 contiennent chacune un élément de filtrage 24, en matériau synthétique poreux. Les pastilles 23 sont montées dans le corps du coussinet 5 et, respectivement 6, sur des seuils 25, retirés par rapport à la surface intérieure des coussinets, de sorte qu'ils forment des poches 26, au volume prescrit, l'étanchéité de la pastille 23 sur le seuil 25 étant réalisée a l'aide d'une résine synthétique.Le volume de la poche 26-rrésulte de l'équation suivante: dans laquelle : 1b est la profondeur de la poche; j est le jeu diamétral du palier; S est la surface projetée du palier; Sb est la surface d'une poche; n est le nombre d'orifices, respectivement des poches, appartenant a un palier. Ainsi, pour l'exemple représenté L'optimisation des principaux éléments fonctionnels des paliers radiaux à savoir les orifices d'alimentation et respectivement le jeu diamétral, dans le but d'obtenir une rigidité ma simum est possible dans les conditions suivantes nd = ho 60 j où n et j ont la signification mentionnée, et d représente le diamètre de l'orifice d'alimentation du palier radial. Dans le cas présent nd 50 j A la différence des orifices des paliers radiaux, les orifices b du palier axial double ont un diamètre de 0,7 mm et sont pratiqués directement dans les disques 9, sans former des poches. La différence entre les orifices d'alimentation a des paliers radiaux I et les orifices b du palier axial double 3 est due aux différentes charges qui apparaissent dans les deux directions de la tête porte-meule lors de son fonctionnement normale En ce sens, les charges prédominantes étant les charges radiales, il est nécessaire que les paliers radiaux i présentent une grande rigidité et une portance supérieure, par rapport au palier axial double 3. La tête porte-meule est entraînée par une courroie par l'intermédiaire de la poulie à courroie 27. Les paliers radiaux 1 ont un diamètre de 50 mm et une longueur de 100 mm, c'est-à-dire un allongement égal à deux. La longueur du palier radial, qui est deux fois plus grande que son diamètre, représente une valeur considérée optimum pour un certain diamètre donné, en ce sens que, pour cette valeur, on obtient une rigidité et une capacité de charge maximum. Par contre lorsque la longueur du palier a une valeur plus grande que la valeur optimum, ltécoulement circonférentiel devient dominant et a tendance à égaliser la distribution des pressions dans le palier, et partant de diminuer sa capacité de chargement. D'autre part, lorsque la longueur du palier a une valeur plus petite que la valeur optimum, la distribution des pressions correspond, en valeur, mais la capacité portante décroît approximativement proportionnellement à la longueur. Les résultats sus-mentionnés sont illustrés dans le diagramme de la figure 10, qui représente la variation d'un coefficient de charge sans dimension 3*rapporté à l'excentricité relative t , en fonction de l'allongement du palier, c'est-àdire du rapport entre la longueur L et son diamètre D, pour différents paliers optimisés (jeu, longueur, diamètre, grandeur et nombre d'orifices, pression d'alimentation), pour différentes valeurs du rapport b/b' (b, la distance de l'extrémité du palier jusqu'a la première file d'orifices; b', la distance entre les deux files d'orifices); dans laquelle P est la capacité de charge du palier, en Kgf; est la pression absolue d'alimentation, en Kgf/cm2; Pa est la pression atmosphérique, en Kgf/cm D est le diamètre du palier, en cm. De plus, cet effet d'optimisation est plus fort pour les paliers ayant deux files d'orifices, que pour ceux ayant une seule file d'orifices d'alimentation. Les performances qui caractérisent le fonctionnement des paliers à gaz sont : leur rigidité et leur capacité de charge. Sur la tête porte-meule, conformément à l'invention, la rigidité des paliers radiaux est de 4,7 Kgffmicron, et leur capacité portante est d'environ 60 Kgf, à une pression d'alimen 2 tation de 6 Kgf/cm et dans les conditions de fonctionnement sûr (l'excentricité relative #= 0,5). Ces valeurs dépassent les per- formances des dispositifs similaires produits à échelle industrielle, dont les rigidités sont de l'ordre 1+ 2 Kgf/micron aux gabarits comparables ou même plus petits. La tête porte-meule qui vient d'être décrite présente les avantages suivants - la rigidité et respectivement la capacité de charge des paliers atteignent des valeurs plus grandes (de plus de 30X) par rapport aux constructions similaires connues; - l'utilisation de cette tête à rectifier sur une machine à rectifier, de construction connue, augmente la précision de celle-ci, par la réduction des écarts macro et micro-géométriques des surfaces rectifiées; - l'alimentation des paliers radiaux, par des orifices pratiqués dans des pastilles, appuyées sur un seuil, permet la réalisation avec une très grande précision de poches d'alimentation de profondeur constante, ce qui assure un fonctionnement -stable (sans vibrations) et avec des performances élevées; ; - une construction plus simple et facile à usiner dans la variante de l'alimentation unique. REVENDICATIONS 1. Tête porte-meule sur paliers à air pour machine à rectifier comportant un manchon cylindrique (2) dans lequel tourne un arbre porte-meule supporté par deux paliers porteurs (1) et immobilisé en translation par un palier de butée (3) à double effet, chaque palier porteur étant constitué par des coussinets (5-5, 6-19, 20) montés dans le manchon, chaque coussinet présentant deux rangées d'orifices (a) disposés à sa périphérie, le palier de butée étant constitué par un disque (7) monté sur l'arbre porte-meule et disposé dans une cavité constituée de deux plaques parallèles (9) et d'une entretoise annulaire (10), une série d & rifices (b) étant ménagée dans chacune des plaques (9) et également répartis sur la circonférence de celle-ci, caractérisée en ce que chaque orifice des paliers porteurs est ménagé dans une pastille de laiton (23) qui contient un élément filtrant (24) en matériau poreux, pastille disposée dans un alésage ménagé radialement dans la paroi du coussinet, et butant contre un épaulement (25) de manière que son extrémité avant soit à distance de la portée cylindrique de l'arbre porte-meule, l'étanchéité de la pastille étant assurée par une résine synthétique. 2. Tête porte-meule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un canal circulaire (îî) et des rainures longitudinales (i2) sont ménagés à la surface extérieure de chaque cous sinet, les rainures (12) mettant en communication le canal (11) et les orifices (a), en ce qu'un canal annulaire (13) est ménagé dans chacune des plaques t9) limitant la cavité du palier de butée, en ce qu'elle comporte deux systèmes d'alimentation en air, le premier pour alimenter le palier de butée et le palier porteur adjacent, le second pour alimenter l'autre palier porteur, le premier système d'alimentation comportant une source d'admission d'air (d) arrivant dans deux conduits (f) qui débouchent dans les conduits annulaires (13), et un conduit (g) mettant en communication l'un des canaux annulaires (13) et le canal circulaire (11) du palier adjacent, le second système comportant une source d'ad- mission d'air (c) débouchant dans le canal circulaire (11) de l'autre palier porteur. 3. Tête porte-meule sur paliers à air pour machine a rectifier selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que des rainures longitudinales (14, 18) sont ménagées à la périphérie des coussinets (5,6) en ce que les deux coussinets sont séparés par une entretoise (15), un espace (1) étant ménagé entre la surface extérieure de l'entretoise et la surface intérieure du manchon sur une partie de la longueur de l'entretoise, et des rainures longitudinales (17) étant ménagées sur le reste de sa longueur, de manière à mettre en communication les rainures longitudinales de l'un des coussinets avec les rainures longitudinales de l'autre, en ce qu'un canal annulaire (13) est ménagé dans chacune des plaques (9) limitant la cavité du palier de butée, un espace annulaire périphérique (h) étant ménagé a 7'extré- mité du coussinet adjacent au palier de butée, de manière à mettre en communication un des canaux annulaires (13) avec les rainures longitudinales (14) du coussinet (5), en ce qu'elle compor te un système unique d'alimentationen enair comprenant une source d'admission d'air (d) arrivant dans deux canaux (f) débouchant dans les canaux annulaires (13). 4. Tête porte-meule sur paliers à air pour machine à rectifier selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce qu'un espace circulaire (k) est ménagé à la périphérie de chacun des coussinets (19, 20) en ce qu'un canal annulaire (13) est ménagé dans chacune des plaques (9) limitant la cavité du palier de butée, en ce qu'un conduit (j) est ménagé dans le manchon pour mettre en communication le canal annulaire (13) et Espace circulaire (k) du coussinet adjacent, en ce qutun conduit (1) est ménagé dans le manchon pour mettre en communication l'espace circulaire (k) de l'un des coussinets avec l'espace circulaire de l'autre coussinet, en ce qu'elle comporte un système unique d'alimentation en air comprenant une source d'admission d'air (d) arrivant dans deux conduits (f) débouchant dans le canal annulaire (13). 5. Tête porte-meule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que, pour un palier porteur, le rapport du produit du nombre des orifices par leur diamètre sur le jeu diamétral du palier est compris entre 40 et 60, en ce que le rapport de la distance entre la face avant d'une pastille et la surface de l'arbre sur le jeu diamétral est inférieur ou égal à une fois et demie le rapport de la surface projetée du palier sur le produit du nombre d'orifices par la surface d'une poche d'alimentation (26).