Brevet FR2415746A1 — publié le 19790824

La présente invention concerne les paliers hydrodynamiques et plus précisément la résolution d'un problème posé par les paliers destinés à supporter des forces radiales et axiales, et comprenant des surfaces composites courbes, notamment des surfaces de portée à courbure sphérique. Le palier selon l'invention non seulement peut supporter des charges radiales et axiales mais encore permet un défaut d'alignement angulaire entre l'axe de rotation de la partie mobile du palier et l'axe de la partie fixe. Le fonctionnement du palier selon l'invention est du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique o n 3 930 691. Ce brevet décrit essentiellement un patin hydrodynamique de butée ayant une partie formant une face mobile adjacente à une surface mobile par rapport à elle et destinée à supporter ou appliquer une charge, en présence d'un lubrifiant, la partie formant la face du patin de butée étant montée afin qu'elle puisse pivoter par rapport à un élément de base disposé au-dessous de la partie ayant la face mobile, autour d'un centre ou d'un axe de pivotement disposé vers la surface de support ou d'application de charge et,au contraire, éloigné de la partie formant la face du patin de butée, afin qu'un coin destiné à contenir du lubrifiant puisse être formé. Le déplacement de la partie mobile formant la face du patin, par rapport à la surface de support ou d'application de charge, dans les conditions de fonctionnement, comme décrit dans le brevet précité, provoque un pivotement de la partie formant la face de quantités très petites vers une position inclinée par rapport à la surface de support ou d'application de charge, sous l'action combinée de la charge et des forces de frottement, si bien qu' il se forme un espace ayant la configiration d'un coin convergeant dans la direction de déplacement de la surface de support ou d'application de chargepar rapport à la partie formant la face du patin. Plusieurs patins de butée sont normalement utilisés dans un palier pour le support d'un organe de support ou d'application de charge qui est mobile. Le lubrifiant es aspiré dans les multiples espaces étant donné le déplacement relatif des surfaces de portée et un effet hydrodynamique maintient les parties des faces des patins et les surfaces adjacentes mobiles par rapport à elles hors du contact mutuel, pratiquement instantanément après le début du mouvement relatif et lors du fonctionnement du palier. La configuration du coin de lubrifiant associé à chaque patin de butée se règle automatiquement lors du fonctionnement du palier, en fonction des conditions variables de charge et de vitesse, grâce à sa conception originale. Plus précisément, la partie de face de chaque patin est raccordée à un élément de base placé au-dessous, suivant une interface courbe dont le centre de courbure se trouve pratiquement au centre voulu pour le pivotement de la partie de face. Une matière stratifiée courbe élastomère et non élastomère est disposée entre la partie de face et l'élément de base placé au-dessous, dans chaque patin, et elle est collée de chaque côté, aux deux éléments.La matière stratifiée a une certaine souplesse dans la direction de cisaillement (parallèlement à l'interface courbe entre la partie de face et l'élément de base) mais elle est pratiquement rigide en direction radiale (perpendiculairement à l'interface courbe). En conséquence, la partie de face de chaque patin peut facilement pivoter vers une position légèrement inclinée, comme on le constate en pratique, autour du centre ou de l'axe de pivotement, sous l'action des forces de frottement et de la charge, appli quées à sa surface par l'organe de support de charge, avec cependant conservation de la position essentielle dans l'ensem- ble du palier. Le brevet précité décrit des paliers destinés à supporter des charges radiales et des paliers de butée, mettant en oeuvre ces patins pivotants. Cependant, l'invention concerne un palier combiné destiné à supporter des charges radiales etaiales, ayant des surfaces courbes composites de portée, le palier à patins pivotants permettant la résolution de problèmes posés par les dispositifs connus, lorsqu'un tel palier doit être utilisé pour encaisser des charges radiales très élevées. Plus précisément, on sait que la partie rotative des paliers lisses destinés à supporter des charges radiales et ayant des surfaces glissantes constamment lubrifiées, présente en réalité une légère excentricité de fonctionnement par rapport a l'axe longitudinal du palier, et cette excentricité permet la formation d'un coin de lubrifiant entre les surfaces de portée mobiles les unes par rapport aux autres. Le coin de lubrifiant, étant donné les pressions dues à l'effet hydrodynamique, assure la séparation des surfaces de portée si bien qu'il n'y a pas de contact entre les surfaces,et la résistance de frottement lors du mouvement est rendue minimale. Dans les applications dans lesquelles un palier lisse doit supporter des charges radiales et axiales, on a déjà proposé l'utilisation de surfaces courbes composites de diverses formes (par exemple une rotule dans un logement) Le problème qui se pose est que la courbure symétrique des surfaces continues de portée a tendance à empêcher la mise de l'élément mobile du palier dans sa position excentrique de rotation sous charge pour laquelle le coin de lubrifiant se forme lorsque le palier subit des charges axiales.La surface de butée qui a une courbure uniforme autour de l'axe de rotation a tendance à maintenir l'élément rotatif au centre du palier et en conséquence, un coin de lubrifiant destiné à encaisser la charge radiale ne peut pas se former dans le palier étant donné que les pressions hydrodynamiques n'apparaissent pas dans le film de lubrifiant dans la mesure nécessaire à la séparation des surfaces de portée. On peut envisager l'utilisation d'ensembles à patirs hydrodynamiques pivotants, dans une telle application, mais la courbure composite nécessaire de la surface de portée du patin pivotant et la nature variable des charges radiales et axiales, rendent imprévisible la position du centre d'application des pressions sur les éléments des patins pivotants.Comme le centre de pression d'unpatin pivotant de palier doit être pratiquement aligné sur le point de pivotement afin que la partie pivotante du patin ne soit pas instable, il apparaît qu'un palier à patins pivotants présente des inconvénients qui limitent son application comme palier du type considéré, L'invention met en oeuvre le principe de fonctionnement du palier à patinshydrodynamiquespivotantS décrit dans le brevetprécité, pour la réalisation de paliers capables d'en caisser les charges radiales et axiales et ayant des surfaces composites courbes de portée disposées afin que le palier permette un défaut d'alignement des parties mobiles.Les parties de face des patins peuvent pivoter autour d'un point sous l'action des forces de frottement et de la charge, si bien que des films de lubrifiant en forme de coins peuvent se constituer étant donné le mouvement relatif des surfaces de portée. La position relative du centre de pression, agissant sur chaque patin de portée par rapport à la face du patin, n'a pas une importance primordiale, et peut être comprise entre des limites très éloignées, car les forces de frottement et de pression agissant sur chaque patin stabilisent la position de la partie de face du patin autour du point correspondant de pivotement, maintenant ainsi le coin de lubrifiant lors du fonctionnement du palier. Plus précisément, un groupe ou arrangement cylindrique d'éléments à patins pivotants est disposé près de la partie de la surface externe sphérique d'un organe de support ou d'application de charge, l'arrangement de patins et l'organe de support ou d'application de charge pouvant tourner l'un par rapport à l'autre autour d'un axe longitudinal de rotation. Les surfaces de portée des parties de face des patins ont une courbure qui correspond à la courbure externe de la partie de support de charge de l'organe de support ou d'application de charge, et les surfaces des patins ont des centres de courbure qui sont les mêmes et qui correspondent au centre de courbure de la surface de portée de l'organe de support ou d'applcation de charge. Les parties de face des patins sont raccordées aux éléments de base qui les supportent le long d'interfaces a. courbure sphérique à faible coefficient de frottement, limitant le déplacement de la partie de face des patins lors d'un pivotement, avantageusement par disposition d'une matière formée par un stratifié métallique et élastomère qui est relativement mou et souple dans la direction de cisaillement (paral lèlement à l'interface courbe) mais rigide en direction radiale (normale à l'interface courbe). Le rayon de courbure de l'interface est inférieur au rayon de courbure de la périphérie externe de 1'organe de support ou d'application de charge, et il est donc inférieur au rayon de courbure de la surface de portée du patin. Ainsi, les parties de face de chaque patin peuvent pivoter autour d'un centre ou point de pivotement qui correspond pratiquement au centre de courbure de l'interface de la partie de face du patin et de l'élément de base placé au-dessous. Le centre de courbure de l'interface de chaque patin se trouve en un point disposé sur le rayon de la surface sphérique de portée du patin, entre le centre de courbure de cette surface et la surface elle-même, de préférence à peu près au milieu le long du rayon qui recoupe la surface du patin de préférence à peu près au centre. Les centres de pivotement des parties de face de chaque groupe de patins sont donc disposés sur des rayons compris entre le centre commun de courbure indiqué précédemment et les surfaces de portée des patins. Les surfaces de portée des patins sont immergés dans un lubrifiant convenable si bien que, lors d'un déplacement relatif de l'organe de support ou d'application de charge et des patins, les parties de face, sous l'action des forces de frottement et de la charge, pivotent vers des positions dynamiquement stables, dans un sens ou dans l'autre, et forment des espaces en forme de coins contenant un film de lubrifiant, entre les surfaces mobiles l'une par rapport à l'autre. Etant donné la disposition des surfaces g?hériques complémentaires de portée, les forces axiales aussi bien que radiales peuvent être encaissées par les patins pivotants, et un défaut d'alignement de l'axe de rotation de l'organe de support Qu d'application de charge par rapport à l'axe longitudinal de l'arrangement cylindrique de patins est possible.Les films de lubrifiant en forme de coins sont maintenus à tout moment quelle que soit la direction d'application de la charge sur les surfaces de portée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexés sur lequel - la figure 1 représente schématique en plan et en ooupe partielle un palier selon l'invention - la figure 2 est une élévation partielle, en coupe sUivant la ligne 2-2 de la figure 1, après retrait de l'organe central de support de charge, pour des raisons de clarté de la représentation - la figure 3 représente un détail agrandi d'un patin d'un palier selon l'invention ; et - la figure 4 représente schématiquement le comportement du palier au cours du fonctionnement. La figure 1 représente un palier 10 monté sur un organe 12 de support ou d'application de charge, placé suivant un axe longitudinal 14. Le palier 10 importe une boîte externe 16 et un jeu d'éléments 18 de base qui sont reliés les uns aux autres et qui sont disposés au-dessous d'un arrangement cylindrique de parties 20 de face du palier, distantes autour de l'axe longitudinal 14. Les éléments associés 18 de base sont avantageusement formés par deux demi-manchons raccordés suivant les lignes 22 afin que le palier puisse être monté autour de l'organe 12.Chaque partie 20 est fixée sur la partie associée de base 18 placée au-dessous par une interfaced'élastcrrere et d'une matière inélastique comprenant, dans un mode de réalisation avantageux, un stratifié de métal et d'élastcmère du type représenté sur la figure 3, les couches métalliques portant la référence 24 et les couches élastomères, c'est-à-dire de caoutchouc, la référence 26. La combinaison de la partie 20, de l'élément 18 de base et du stratifié 24, 26 forme un patin de portée. L'element 18 de base peut être formé de plusieurs parties séparées (non représentées) fixées à une boîte telle que 16 et associées aux parties individuelles 20 par les stratifiés 24, 26. Cependant, le mode de réalisation représenté représente un organe commun 18 ayant des zones courbes et distantes d'interface destinées à loger les parties séparées 20 et des couches du stratifié intermédiaire 24, 26, fixées d'un côté aux parties 20 et de l'autre à l'élément 18. Les parties 20 ont chacune des surfaces concaves 30 de portée à courbure concave, correspondant à une partie sphérique 32 de l'organe 12 de support ou d'application de charge (figure 1).Les surfaces 30 ont un cesse commun de courbure 33 placé sur l'axe 14, et le centre 33 correspond au centre de courbure de la partie péri phérique 32 de 1lorgane 12. La boite 16 et les patins sont ha bituellement maintenus afin qu'ils ne puissent pas tourner, et ils supportent l'organe 12 qui tourne autour d'un axe coin cidant de façon générale à l'axe 14, l'organe 12 étant alors un organe d'application de charge. Cependant,il faut noter que l'invention n'est pas limitée à une telle disposition etl'organe 12 peut aussi être fixe et peut supporter les patins afin que ceux-ci tournent autour de l'axe 14.Ainsi, l'expression "organe de support ou d'application de charge",- utilisée pour l'organe 12, ne désigne pas l'une ou l'autre des configurations mais au contraire représente l'ensemble de la structure correspondant à l'organe 12 quel que soit le rôle particulier dans une application particulière. Les surfaces 34 (figure 1) des éléments 18 de base placés sous chaque partie 20 et la surface 35 placée au-dessous et appartenant à chaque partie 20, forment des interfaces et ont une courbure sphérique, le centre de courbure 40 se trouvant sur un rayon R1 allant du point 33 au centre approximatif de la surface 30 de portée de chaque partie 20 des patins lorsque cette dernière est dans sa position de repos. Par exemple, le rayon R2 de la surface 35 est inférieur au rayon R1 de la surface 30. Les centres de courbure 40 des interfaces 34 et 35 des patins sont disposés de préférence suivant un lieu qui est équidistant de l'axe de rotation 14 si bien que le rayon R2 par exemple de chaque surface 35 est le même dans tous les patins, bien que cette caractéristique ne soit pas absolument indispensable. Les surfaces 34 et 35 représentées ont des courbes concentriques autour du point 40, représentant l'axe de pivotement de chaque partie 20 des pains. Les couches métalliques 24, comme indiqué, ont une courbure analogue si bien qu'elles sont parallèles aux surfaces 34 et 35. Lors d'un déplacement relatif de l'organe 12 et des parties 20, ces dernières, sous l'ation des forces de frottement, ont tendance immédiatement à pivoter autour des axes 40 vers une position inclinée par rapport à la base 18 et à la surface externe de la partie sphérique 32, comme indiqué sur la figure 4. Les onches stratifiées 24, 26 présentent une certaine souplesse dans le sens du cisaillement mais sont pratiquement rigides en direction radiale et permettent facilement ce pivotement des parties 20 de chaque patin. En réalité, le pivotement est très faible si bien que l'espace compris entre l'organe 12 et les patins se maintient malgré le très faible pivotement de chaque partie 20.En outre, des charges excentriques (c1est-à- dire qui ne sont pas radiales à l'interface 34, 35) et qui sont appliquées à la partie 20, provoquent un pivotement des patins dans une direction qui tend à provoquer l'alignement radial du vecteur charge sur la courbure de l'interface. Le pivotement total est faible et a toujours lieu vers la surface adjacente de portée, dans la direction du pivotement. Le pivotement stabilise la partie 20 de face si bien que les forces agissantes appliquées à cette partie sont constamment équilibrées, comme décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'amérique n03 930 691. La figure 4 indique qu'un lubrifiant fluide est disposé entre la partie 32 de l'organe 12 et les patins de portée si bien qu'un coin hydrodynamique de lubrifiant est entretenu entre les parties 20 et l'organe 32, et forme un palier hydrodynamique à film de fluide. Comme les parties 20 sont supportées par les surfaces sphériques placées au-dessous, elles peuvent chacune pivoter vers une position stable équilibrée sous l'action des composantes radiales et axiales combinées des forces de frottement et de la charge. L'articulation de la partie sphérique 32 de l'organe 12 et de chaque patin permet au palier de supporter les charges axiales et permet un défaut d'alignement angulaire de l'axe 14 de l'arrangement cylindrique des patins par rapport à l'axe longitudinal de l'organe 12. Ce dernier axe passe évidemment par le point 33. I1 faut noter que les épaisseurs relatives des couches 24, 26 et des espaces 42 en forme de coins représentés sur la figure 4 ont été exagérées par raison de clarté. Il est évident que les patins pivotants selon l'invention peuvent automatiquement pivoter vers des postions de stabilité dans lesquelles ils forment des films de lubrifiant en coin, quelles que soient les forces appliquées par la charge, en directions radiale et axiale. Les charges radiales pro voquent un pivotement des surfaces de portée autour des points de pivotement, parallèlement à la direction du déplacement de la surface adjacente de portée de l'organe 12 alors que les charges axiales provoquent un pivotement des parties mobiles 20 des patins vers la source de la charge axiale, si bien que les pressions des films de fluide sont équilibrées entre les surfaces mobiles. Il est surtout important de noter que les charges axiales ne perturbent pas l'aptitude du palier à former le coin voulu de lubrifiant. Diverses modifications peuvent tre apportées au seul mode de réalisation décrit à titre purement illustratif. Ainsi, le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique qui concerne un palier à patins pivotants indique que l'interface des parties 20 et des éléments 18 de base peut comporter des surfaces con tiguës complémentaires séparées par un film à faible coefficient de frottement dans la mesure où les parties 20 de face ne peuvent pivoter qu'autour du point de pivotement. Le principe de fonctionnement des patins de portée est encore le même que décrit précédemment selon l'invention. De manière analogue, la construction de l'organe 12 de support ou d'application de charge peut être modifié de nombreuses manières, avec cependant formation d'une partie sphérique 32 adjacente à l'arrangement cylindrique des patins. En outre, plusieurs arrangements circulaires de patins peuvent être montés autour d'une seule partie sphérique 32 de l'organe de support de charge, ou un seul jeu de patins peut être placé dans une zone autre qulun cercle périphérique de la partie sphérique de l'organe 32. Un nombre de couches 24, 26 plus important peut aussi etre utilisé dans a zone de l'interface. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Palier à film fluide, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs patins de portée formant un arrangement cylindrique autour dTun axe longitudinal, un support pour chaque patin, et une partie mobile de face montée sur chaque patin, les parties de face ayant des surfaces de portée à courbure sphérique, ayant un centre commun de courbure qui se trouve sur un point de l'axe longindinal, chaque partie de face étant montée sur son support afin qu'elle puisse pivoter vers une position inclinée par rapport au support, dans une direction quelconque autour- d'un point de pivotement qui se trouve à l'extérieur du patin de support, entre ledit axe longitudinal et la surface de la partie de face du patin, le point de pivotement se trouvant aussi sur le rayon reliant le centre commun de courbure à ladite surface. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de pivotement de chaque partie de face se trouve sur un rayon partant du centre commun de courbure et parvenant à ladite surface, et recoupant cette surface à peu près en son centre, dans la position de repos. 3. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points de pivotement des patins sont équidistants de l'axe longitudinal, en direction radiale. 4. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque partie de face est montée sur son support le long de surfaces courbes et parallèles d'interface dont les centres de courbure se trouvent sensiblement au point de pivotement de la partie de face. 5. Palier selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une matière stratifiée courbe comprenant un élastomère et une matière non élastique, est disposée entre les surfaces de l'interface et est collee à elles, des deux cotés, le stratifié ayant une certaine souplesse en direction du cisaillement, c'est-à-dire parallèlement aux surfacesdeL'interface, mais étant pratiquement rigide en direction normale à ces surfaces, c'està-dire radialement. 6. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que des parties de la surface des patins sont immergées dans un lubrifiant fluide, et un organe de support ou d'application de charge, coopérant avec le palier, a une partie formant une surface continue à courbure sphérique, contiguë aux surfaces de portée des patins et ayant une courbure qui correspond à celle de ces surfaces de portée. 7. Paler selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de support ou d'application de charge peut tourner autour d'un axe longitudinal passant par le centre commun de courbure, et les supports des patins ne peuvent pas tourner par rapport à l'axe longitudinal. 8. Palier selon la revendication 7, caractérisé en ce que les patins sont disposés sur un cercle entourant la partie de surface à courbure sphérique de l'organe de support de charge.