Brevet FR2356835A1 — publié le 19780127

Cette invention concerne un palier fluide permettan de très grandes vitesses de rotation de l'arbre (tel qu'un arbre porte-outil) pendant des périodes longues avec une précision exceptionnelle, ainsi qu'une broche porte-outil équipée de tels paliers. Dans les paliers fluides connus, le fluide sous pression est injecté entre l'arbre tournant et le corps du palier à travers des jets ayant des sec tions relativement importantes. La pression unitaire du fluide sur la surface de l'arbre est donc nécessairement assez faible et ne dépasse pratiquement jamais 2 kg/cm. Ceci peut causer une distribution irrégulière du fluide, notamment dans le cas de paliers comparativement longs, résultant en des états de déséquilibre momentané de l'arbre par rapport au corps du palier. n est pratiquement impossible, avec les paliers fluides connus, d'obtenir un service prolongé à des vitesses de rotation élevées de l'arbre sans imprécisions de fonctionnement momentanées et même prolongées et éventuellement l'eniommagement de l'arbre et/ou du corps du patier. Ceci est particulièrement genant dans l'utllisation, dans la fabrication en @éric, de gbroches pour outils tournants. Aussi. dans ce qui suit, une description d'application des paliers fluides selon l'invention dans une broche porte merle (ou autre outil à rectifier: sera donnee. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en créant un palier fluide dont le corps est réalisé en une matière micropereuse permettant le passage régulier du fluide sons pression sur pratiquement toute la longueur dudit corps de façon à ce que la pression unitaire du guide sur toute la longueur du palier reste seùsiblernent constante. Selon une autre caractéristique de de l'invention, la matière du corps du palier est une matière frittée, en acier inoxydable, en bronze résistant à la corrosion, en une matière synthétique ou en carbone, etc. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la pression Z unitaire du palier fluide est-située entre 2 - 3 kg/ctn En outre, au rnoins la partie cylindrique du corps du palier comporte au moins un evidement cylindrique pour la distribation du fluide sous pression; la longueur de cet évidement est aussi grande que possible pour être. compatible avec la bonne assise dudit corps dans le bâti où il est monté . L'invention concerne dgale-nent des broches pour outils tournants dont l'arbre est porté par au moins un palier fluide comportant un corps en une matière microporeuse. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront du texte suivant et dès figures y afférents, donnés à titre d'exemple. La figure 1 montre en coupe une broche pour outil à rectifier équipée d'un palier conforme à l'invention, le moyen d'entraînement de l'arbre étant une poulie, et La figure 2 montre en coupe une telle broche, le moyen dtentral- neigent étant un moteur haute fréquence monté sur la broche. La broche comprend un bâti cylindrique (1) comportant, dans sa partie supérieure, à chacune de ses extrémités une projection (ll) (1") formant couronne annulaire. Un arbre (2) traverse le bâti (I). L'une des extré laités (2') de l'arbre (2) est conique pour permettre le montage d'une poulie d'entraînement (5) (figure 1) ou le rotor d'un moteur haute fréquence (25) (figure 2i; La poulie (5) est positionnée sur l'arbre par un ergot (7) et fixée sur l'arbre au moyen d'un écrou (6). Un tirant (8) maintient un cone porteur (9) iogè dans une partie évasée (2") de l'autre extrémité de l'arbre (2). L'arbre (2) comporte, en outre, à chacune de ses extrémités une partie en forme de disque (2"') (3). Ces disques peuvent être partie intégrante de l'arbre (2) comme c'est le cas pour le disque (2"') à ltextrémité porte-outil de l'arbre ou être réalisés sous forme d'une pièce indépendante qui est fixée à l'arbre par les vis (i) à l'extrémité entraînement de l'arbre, pour permettre le montage et le démontage facile de la broche. Ces disques sont conformés à leurs parties supérieures pour pouvoir loger les projections (1') et (1") sus-mentionnées de façon, toutefois, qu'en position montée de la broche, il subsiste des passages (23) (23') entre les disques et les projections.Ces passages (23), (23') servent, lors du fonctionnement de la broche, pour ;'évacuation des poussières ou saletés éventuelles contenues dans le fluide porteur du palier; des ergots (3') (3") disposés dans des disques directement sous les parties horizontales inférieures desdits passages (23) (23') servent comme collecteurs d'eau, lors de l'arrêt de la broche. Le b ti de la broche est de préférence, mais non exclusivement, en acier inoxydable. L'arbre est de préférence en un acier dur, résistant à la corrosion, par exemple en acier nitruré. n est bien entendu que d'autres matériaux peuvent être utilisés, selon les desiderata du problème particulier à résoudre sans pour autant sortir du cadre de l'invention. A chaque extrémité du bâti (1), entre les disques (2"') et (3), est monté un palier fluide (10) (10'); Chacun de ces paliers comporte un corps (rl) (11') cylindrique disposé concentriquement autour de l'arbre (2) et un rebord (12) (12') dont une face (antérieure) s'applique contre la face intérieure de chacun des disques (2"') et (3) reliés fixes à l'arbre (2). Les corps (II) (11') du palier fluide sont reliés fixes aubati (i) de la broche par des vis (14) (14').Entre l'extrémité postérieure de chacune des parties cylindriques (11) (11') et le bâti (1) subsiste un espace (21) (21') dans lequel règne la pression du fluide, lors du fonctionnement de la broche Des évidements (13) (Il') du corps du palier (10) (10'). Dans l'exemple montré, deux évidements sont prévus. Ces évidements sont en communication avec les conduits d'amenée du fluide sous pression.Ces évidements sont aussi longs et aussi profonds que possible pour assurer la bonne distribution du fluide sous pression sans pour autant diminuer la bonne assise du corps du palier dans le bâti (1) ou la résistance mécanique du corps du palier. Le nombre de ces évidements est fonction de la réalisations constructive du palier, de l'utilisation prévue, etc... Entre la face postérieure du rebord (12) (12') du corps du palier et le bâti (1) de la broche, il existe un espace (20) (20') qui est en communication avec le conduit d'amenée du fluide sous pression, lors du fonctionnement de la broche. Toutefois, il est possible de prévoir des évidements dans cette face postérieure pour la distribution du fluide sous pression. Conformément à l'invention, le corps du palier fluide est réalisé en une matière microporeuse. Cette matière micropo?euse peut etre avanta geusexilent une matière frittée, par exemple en acier inoxydable, en bronze résistant à la corrosion, en une matière synthétiqùeapp%opriée, en carbone, etc... Le fluide sous pression passe alors,'lors du fonctionnement, à travers le corps du palier; il est distribué régulièrement pendant toute la durée du fonctionnement du palier; et il est possible de maintenir une pression fluide unitaire pratiquement fconstante de l'ordre de 2 à 3 kg/cm. Lépaisseur du palier fluide (à savoir la distance radiale entre l'arbre et le corps du palier) est de l'ordre de 2 11 à 2, 5 fi ; elle reste pratiquement constante pendant tout le fonctionnement du palier. L'alignement de deux corps du palier peut être de 1 à 2, 5 Pour assurer une distribution efficace du fluide sous pression, les micropores du corps du palier ont une section correspondant à un trou cir culaire ayant un diamètre entre 0, 01 m/m à 0, 02 m/m. Le fonctionnement du palier est le suivant : le fluide est introduit dans le bâti par les ouvertures (15) et distribué aux paliers par les conduits distributeurs principaux (16) et les conduits (17), (18) et tel7') (18') respective ment: La broche montrée, à titre d'exemple, peut être pourvue de deux con duits (16) disposés diamétrcrlement opposés. Les parties des conduits (18) (17') (18') menant vers l'atmosphère sont, en service, fermées par des bou chois (22) (22') et (22"). Les conduits (17), (18), (17') et (18') mènent vers les évidements cylindriques (13) et (13') pratiqués dans les parties cylindri ques (11) (il') des corps des paliers.Des conduits (19 (19') mènent des con duits (17) et 17') vers les espaces (20) et (20') situés derrière les faces pos térieures des rebords (12) (12') desdits corps. Le fluide sous pression passe à travers les micropores des corps des paliers, remplit les espaces (21) (21') et établit une couche fluide entre les corps des paliers fixes et l'arbre (2) et les disques (3) (2"') en rotation. Du fluide sous pression s'échappe par les passages (23) (23') entre lesdits disques et le bâti de la broche. La pression d'alimentation est, en principe, indépendante du fonctionnement du palier elle peut être entre 3 kg/cmZ à 10 kg/cm2 mais est, en général, de 4, 5 kg/cm2 à 6 kg/cm2. Les paliers peuvent fonctionner en circuit ouvert ou en circuit fermé.Le fluide est, en général, l'air comprimé, mais peut être également un gaz tel que N2 , Xe, Ar, He, etc.. La figure 2 montre une broche identique à celle de la figure 1, sauf pour l'entraineent qui est effectué par un moteur haute fréquence (25) monté à l'endroit de la poulie (de la fig. 1). Le stator du moteur (25) est fixé au bâti (1) de la broche par des vis (26). Le fluide sous pression passe par le passage (23), le passage (24) entre -le moteur et le bâti de la broche. n sert comme fluide de refroidisse ment du moteur et peut s'échapper par l'ouverture (27) dans le bâti du moteur (25). Le moteur peut éventuellement également être refroidi par l'eau ou d'autres moyens, si nécessaire. On remarque le faible diamètre de l'ensemble de la broche, ce qui permet d'atteindre des vitesses de rotation très élevées, pouvant atteindre 120;000 t/m, sans que la force centrifuge cause des dommages mécaniques à la broche. n est évident que le palier fluide peut être utilisé partout où l'emploi d'un tel palier s'avère avantageux. De norbreuses modifications et améliorations peuvent être apportées au palier et/ou à la broche sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1") - Palier fluide caractérisé en ce que le corps du palier est réalisé en une matière rnicroporeuse permettant le passage régulier du fluide sous pression sur pratiquement toute la longueur dudit corps de façon à ce que la pression unitaire du fluide sur toute la longueur du palier reste sensiblement constante. 2 ) - Palier fluide selon la revendication I , caractérisé en ce que la matière du corps du palier est une matière frittée, en acier inoxydable, en bronze résistant à la corrosion, en une matière synthétique ou en carbone, etc... 3 ) - Palier fluide selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la section des micropores correspond à des trous circulaires ayant un diamètre de 0, 01 - 0, 02 tn/rn 4 ) - Palier fluide selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche fluide du palier est reliée à la source de pression en circuit ouvert ou en circuit fermé. 5 ) - Palier fluide selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour le fonctionnement du palier en circuit fermé, le fluide peut être de l'azote, de l'argon, du xénon, de l'hélium ou similaires. 6 ) - Palier fluide selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression unitaire est entre 2 - 3 kg/cm. 7 ) - Palier fluide selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (I) est constitué au moins par une partie cylindrique. 80) - Palier fluide selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps comporte également un rebord à au moins l'une de ses extrémités. 9 ) - Palier fluide selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins un évidement cylindrique est prévu sur au moins la partie cylindrique du corps (I) pour la distribution du fluide sous pression, la longueur de cet évidement étant aussi grande que possible pour être compatible avec la bonne assise dudit corps dans le bâti où il est monté. 10 ) - Broche pour outils tournants, caractérisée en ce que l'arbre de la broche est porté par au moins un palier fluide comportant un corps en une matière microporeuse, tel que précisé dans les revendications 1 à 7. 11 ) - Broche selon la revendication 7, caractérisée en ce que le bâti de la broche, à l'endroit du palier fluide, est pourvu d'un conduit menant à l'air libre pour l'évacuation des poussières ou autres corps sales. 120) - Broche selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce qu'au moins une seule entrée de fluide est prévue menant à des conduits de distribution vers la surface extérieure de la (ou des) parties cylindriques du corps (1) et vers la face intérieure du rebord (ou des rebords) dudit corps (1); 13) - Broche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un espace est prévu entre l'extrémité intérieure du corps du palier et du bâti de la broche, ledit espace étant soumis à la pression du fluide du palier. 14 ) - Broche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'arbre est entraîné par une poulie montée à l'une de ses extrémités, ou par un moteur électrique haute fréquence. 15 ) - Broche selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comporte un palier fluide à chaque extrémité de l'arbre et que le moteur haute fréquence peut être monté à l'une des extrémités de l'arbre ou entre les deux paliers.