Brevet FR2415747A1 — publié le 19790824

La présente invention concerne les paliers hydrodynamiques rotatifs à film fluide, et permet la résolution des problèmes posés par les paliers connus ayant des surfaces courbes composites de portée, capables d'encaisser les charges radiales et axiales et les couples transversaux. L'invention met en oeuvre le principe de fonctionnement du palier à patins pivotants décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Àmérique nO 3 930 691, et concerne un palier ayant des surfaces courbes composites de portée capables d'encaisser les charges radiales et axiales et les couples transversaux. Le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique concerne essentiellement un patin hydrodynamique de portée destiné à des paliers et comprenant une partie mobile délimitant une face de support, adjacente à une surface de support ou d'application de charge, mobile par rapport au patin, en présence d'un lubrifiant, la partie formant la face de support du patin de portée étant montée afin qu'elle puisse pivoter par rapport à un élément de base placé au-dessous de la partie formant la base de support, autour d'un centre ou d'un axe de pivotement placé du cté de la surface d'application et de support de charge, et loin de la partie formant la face de portée du patin, afin qu'un coin de lubrifiant puisse être formé.Le déplacement de la partie mobile du patin formant la face de support,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 d'une très petite quantité de la partie mobile qui prend une position inclinée par rapport à la surface de support ou d'application de charge, sous l'action combinée des forces de frottement et de la charge, si bien qu'il se forme un espace ayant la configuration d'un coin convergeant dans le sens du déplacement de la surface de support ou d'application de charge par rapport à la partie de portée du patin. Plusieurs patins de portée sont normalement placés dans un palier destiné à supporter un organe de support ou d'application de charge mobile par rapport aux patins. Le lubrifiant aspiré dans les multiples espaces à la suite du déplacement relatif des surfaces de portée et l'effet hydrodynamique assu rent le maintien des parties mobiles des patins et de la surface adjacente hors de contact mutuel, instantanément dès le début du mouvement relatif et lors du fonctionnement du palier. La configuration du coin de lubrifiant associé à chaque patin se règle automatiquement lors du fonctionnement du palier, suivant les conditions de vitesse et de charge qui varient, grâce à la configuration originale. Plus précisément, la partie de face de portée de chaque patin est associée à un élément de base placé au-dessous, suivant une interface courbe ayant un centre de courbure qui se trouve pratiquement au centre voulu de pivotement de la partie de face. Une matière stratifiée courbe formée d'un élastomère et d'une matitre non élastomère, est placée entre la partie de face et l'élément de base de chaque patin et elle est collée de part et d'autre à ces deux éléments.La matière stratifiée possède une certaine souplesse en direction de cisaillement (paral lèlement à l'interface courbe de la partie de face et de l'élément de base) mais elle est pratiquement rigide en direction radiale (perpendiculairement à cette interface). En conséquence, la partie de face de chaque patin peut facilement pivoter vers une position légèrement inclinée par rapport au centre ou à l'axe de pivotement et elle pivote en réalité facilement sous l'influence des forces de frottement et de la charge, appliquées à sa surface par l'organe de support de charge, les patins conservant cependant leur position essentielle dans le palier. Le brevetprécité des Etats-Unis d'Amérique décrit des paliers destinés à encaisser des charges radiales et des paliers destinés à encaisser des charges axiales, par mise en oeuvre des patins pivotants. Cependant, l'invention concerne l'application du même principe à un palier combiné pouvant encaisser les charges radiales et axiales et comprenant des surfaces courbes composites de portée, le palier à patins pivotants résolvant les problèmes posés par les paliers connus lorsqu'un tel palier doit supporter des charges radiales inportantes. Plus précisément, on sait que la partie rotative d'un palier lisse ayant des surfaces lubrifiées continues de glissement, tourne en réalité en étant légèrement excentrée par rapport à l'axe longitudinal du palier, cette excentricité permettant la formation d'un coin de lubrifiant entre les surfaces de portee mobiles-l'une par rapport à l'autre. Le coin de lubrifiant, étant donné les pressions créées par l'effet hydrodynamique, maintient alors les surfaces de portée à distance l'une de l'autre si bien qu'un contact entre les surfaces est évité et la résistance opposée au mouvement par le frottement est minimale. Dans les applications dans lesquelles un palier lisse doit à la fois supporter des charges radiales et axiales, on a déjà proposé l'utilisation de surfaces courbes composites de diverses formes (par exemple une rotule placée dans un logement). Le problème qui se pose est que la courbe composite des surfaces continues de portée tend à empêcher la mise de l'élément mobile du palier dans sa position excentrée de rotation sous charge pour laquelle le coin de lubrifiant se forme lorsque le palier est soumis à une poussée axiale.La surface de portée axiale qui a une courbure uniforme autour de l'axe de rotation, a tendance à maintenir l'élément rotatif au centre du palier si bien qu'un coin de lubrifiant destiné à supporter les charges radiales ne peut pas se former dans le pa-lier étant donné que des pressions hydrodynamiques n'apparaissent pas dans le film de lubrifiant dans la mesure nécessaire au maintien à distance des surfaces de portée. L'arrangement comprenant des patins qui pivotent sous l'action d'un effet hydrodynamique peut être considéré dans une telle application, mais la courbure composite nécessaire de la surface de portée du patin pivotant ainsi que la nature variable des charges radiales et axiales, rendent imprévisible la position du centre d'application des pressions star les éléments des patins pivotants. Comme le centre de pression d'un palier à patins pivotants doit être pratiquement aligné sur le point de pivotement afin que la partie pivotante du palier ne soit pas instable, un palier à patins pivotants présente des inconvénients qui limitent son application dans in paliers du type considéré. L'invention met en oeuvre le principe des patins pivotants du type décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique, pour la réalisation d'un palier destiné à encaisser des charges radiales et axiales et des couples transversaux. Plus précisément, selon l'invention, le fait qu'une relation particulière déterminée entre les centres de pression et les centres de pivotement des surfaces de portée des patins pivotants n'est pas nécessaire permet une adaptation particulièrement bonne dans les applications des paliers combinés des tinés à encaisser des charges radiales et axiales; lorsque les surfaces de portée ont une courbure composite.Toute combinaison de charges radiales et axiales appliquées à des patins de portée par une surface mobile provoque la création d'un coin de lubrifiant qui peut supporter les charges, lors de l'utilisation du principe des paliers à patins pivotants La position des patins change automatiquement et assure la stabilité des patins, cette position dépendant des valeurs relatives des forces de frottement et de la charge et des sens relatifs d'application des forces. Plus précisément, deux groupes de patins pivotants formant des surfaces de portée sont disposés cylindriquement autour de 1 t axe longitudinal d'un organe de support ou d'application de charge, les patins de chaque jeu ayant des surfaces composites courbes adjacentes à des surfaces de courbure analogue de l'organe de support ou d'application de charge. Les surfaces des patins de chaque groupe ont des courbures symétriques par rapport à ltaxe longitudinal (partie de cône à génératrice en arc de cercle) et elles sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal, en sens opposés, si bien que le palier formé peut encaisser les forces radiales et axiales et les couples autour d'axes transversaux. Les éléments mobiles formant la face des patins se déplacent toujours autour de leur point de pivotement étant donné la construction des patins si bien que des coins de lubrifiant dynamiquement stables et en équilibre se forment entre les surfaces de portée mobiles les unes par rapport aux autres, quelles que soient les charges radiales et axiales appliquée au palier.Les for ces de frottement créées par le déplacement de charges radiales provoquent le pivotement des surfaces des patins de portée autour des points de pivotement, en direction parallèle à la direction de déplacement de la surface adjacente de portée de l'organe de support ou d'application de charge, alors que les charges axiales provoquent un pivotement des éléments mobiles formant les faces des patins vers l'origine des forces axiales si bien que les pressions des films fluides formés entre les surfaces moUles sont équilibrées. I1 est très important de noter que les charges axiales ne perturbent pas l'aptitude du palier à former les coins voulus de lubrifiant. 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 annexé sur lequel: - la figure 1 est une coupe schématique en élé- vation d'un palier capable d'encaisser les charges radiales et axiales et les couples autour d'axes transversaux, selon l'invention - la figure 2 est une coupe partielle transversale du palier de la figure 1 - la figure 3 est un détail d'une variante d'élé- ment stratifié - la figure 4 est une coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention; et - la figure 5 est une coupe schématique permettant la description du principe de fonctionnement des éléments à patins pivotants. On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent un palier selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, comprenant deux groupes disposés cylindriquement de patins 10 et 12 de portée placés autour d'un axe longitudinal 14 entre un organe 16 de support ou d'application de charge et un organe externe 18, ce dernier comprenant une s8rie d'éléments associés de base portant les patins repre- sentés. Tous les éléments de base sont fixes les uns par rapport aux autres et par rapport à un carter fixe non re présenté du palier. Les patins 10 et 12 comprennent chacun une partie mobile 20 formant la face du patin et fixée à la partie correspondante de base 18 par des surfaces à courbure sphérique 22, 24 délimitant une interface. Une matière stratifiée 26, 28 comprenant un métal et un élastomère,est de préférence fixée, à ses faces opposées, aux surfaces 22, 24 de l'interface, les couches 26, 28 ayant une certaine souplesse en cisaillement (parallèlement aux surfaces 22, 24) mais présentant une grande rigidité en direction radiale, par compression (perpendiculairement aux surfaces 22, 24). Les couches 28 sont avantageusement formées de caouthouc et les couches 26 de métal. Les surfaces 19 de portée des parties mobiles 20 de chaque groupe 10 de patins sont sphériques, et leurs centres de courbure se trouvez en un point commun 30 de l'axe longitudinal 14. Le centre de courbure des surfaces 22, 24 se trouve aux points ou centres 32 de pivotement, sur des rayons R1 passant par l'axe 14 et dirigés vers la surface 19 de chaque patin, de préférence au point central de chaque surface 19 lorsque le palier est au repos. Le point 32 de pivotement se trouve toujours entre l'axe 14 et les surfaces 19 et de préférence vers le milieu des rayons R1 si bien que, par exemple, la surface 22 placée au-dessous de chaque partie 20 a toujours une courbure de rayon R2 inférieur au rayon R1. Les couches 26, 28 du stratifie ont une courbure analogue, parallèlement aux surfaces 22 et 24 de l'interface.Les points 32 des patins sont de préférence équidistants de l'axe 14. L'interface à courbure sphéique placée sous les parties mobiles 20 permet à ces dernières de pivoter autour des centres de pivotement de chaque patin (points 32) lorsqu'ils sont soumis à des forces de déplacement dont l'axe d'application ne passe pas par le point 32 de pivotement. Ces forces de déplacement sont dues aux effets du frottement et de la charge sur les parties mobiles des patins. Le second groupe de patins 12, représentés dos à dos par rapport au groupe 10, a une construction analogue à ce groupe 10, les parties mobiles des patins étant orientées au tour de l'axe 14 afin que leurs surfaces aient un centre commun de courbure 34 disposé sur l'axe 14 à une certaine distance du point 30, et les rayons R1 des patins du jeu convergeant les uns vers les autres ; ainsi, les rayons R1 du jeu 10 convergent vers les rayons R1 du jeu 12. Par ailleurs, les dispositions relatives des points 34, 32 et des rayons R1 et R2 sont identiques dans les jeux 10 et 12. Ainsi, les surfaces des éléments 20 mobiles des patins de chaque groupe sont inclinées par rapport à l'axe 14 afin qu'elles soient tournées en sens opposé par rapport à celles de l'autre groupe, et les supports 18 des groupes sont fixés par rapport à ceux de l'autre groupe. Un organe 16 de support ou d'application de charge est disposé sensblement le long de l'axe 14 et peut tourner par rapport aux patins. Deux éléments 40, 41 ayant une courbure telle qu'ils forment des segments sphériques1 sont fixés a l'organe 16 et ont des surfaces de portée qui peuvent glisser par rapport aux surfaces courbes 19 des patins. Les surfaces des éléments 40, 41 ont des courbures qui correspondent à celles des surfaces 19 (surfaces délimitées par un tronc de cône à génératrice formée par un arc de cercle, autour d'un axe 14). La figure 3 indique l'utilisation de plusieurs couches métalliques courbes 26 dans une variante d'éléments stratifiés26, 28, les patins de portée étant représentés plus en détail. Sur la figure 4, l'organe 16 a deux éléments 42, 44 de forme conique à génératrice rectiligne, pouvant glisser par rapport à des surfaces coniques correspondantes d'éléments mobiles 46 de face des patins qui peuvent pivoter autour des points 32. Le rayon R2 de la figure 4 correspond au rayon R2 de la figure 1. Le rayon R3~représente un rayon perpendiculaire au cône des parties 46 de face des patins, pratiquement au centre de ces parties, et recoupant l'axe 14 en un point commun 30. Le point 32 est aussi de prefe- rence placé sur un tel rayon. La figure 5 permet la description du fonctionnement d'un palier selon l'invention, soumis à des charges radiales et de rotation, les diverses dimensions telles que ltépais- seur du stratifié et l'épaisseur de l'espace contenant le lubrifiant sont exagérées par raison de clarté. La rotation de lbrgane 16 dans le sens de la flèche provoque l'application de forces de frottement aux surfaces 19 des parties de face 20 des patins 10 et 12 si bien que ces patins pivotent dans le sens de déplacement de la surface de l'élément 41 par rapport à la surface 19 des patins.Le pivotement provoque la formation d'un espace ayant la configuration d'un coin entre la partie mobile du patin et l'organe 16, cet espace s'effilant dans le sens du pivotement et du lubrifiant dans lequel sont immergés les patins, est aspiré entre la partie de face des patins et la surface mobile, étant donné les forces de viscosité.Un coin de lubrifiant se forme donc entre les surfaces mobiles de portée et maintien celles-ci à distance tout en permettant le déplacement relatif des éléments avec des coefficients de frottement extrêmement faibles. Les char- ges radiales et axiales du palier, appliquées aux centres de pression de chaque surface de patin, équilibrent les forces de pivotement induites par le frottement sur ces surfaces, si bien que l'inclinaison des surfaces de chaque patin assure la stabilisation en un point d'équilibre particulier pour chaque combinaison de forces de frottement et de pression. Les charges radiales et axiales du palier provoquent la mise des surfaces des patins de portée dlns une position inclinée d'équilibre qui dans tous les cas permet la formation d'un coin de lubrifiant destiné à supporter les charges, entre les surfaces mobiles les unes par rapport aux autres dans le palier. Les couples autour d'axes transversaux à l'organe 16 appliqués àcelui-ci ou par celui-ci, sont compensés par le palier de la même manière que les charges radiales et axiales car ces couples peuvent être divisés en composantes radiales et axiales auxquelles s'opposent des forces correspondantes appliquées par les patins pivotants. Les charges axiales provoquent simplement un pivotement des faces mobiles des patins d'une manière qui tend à rendre égales les pressions des fluides dans les films des surfaces de portée parallèlement a l'axe de rotation. Diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation de base décrit précédemment. En outre, il faut noter que l'expression "organe de support ou d'application de charge" ne constitue pas une expression combinatoire mais désigne simplement l'organe 16 ou un organe équivalent. L'expression indique donc que, quelle que soit l'application de l'invention, l'organe 16 peut tourner alors que l'organe 18 ne peut pas tourner, ou l'organe 16 est fixe alors que l'organe 18 et les patins tournent autour de l'organe 16 dans les conditions d'application de charge, ou que les organes 16 et 18 peuvent tourner a des vitesses an- gulaires différentes ou dans des sens différents. Dans tous les cas, la charge peut être appliquée par les patins ou par l'organe 16. Bien qu'on ait représenté l'organe 18 sous forme d'un élément unique portant deux jeux de patins 10, 12, cet organe peut être séparé suivant un plan radial, et les moitiés peuvent être placées à une certaine distance en position fixe le long de l'axe longitudinal 14. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'êtrecrits 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 au moins deux groupes de patins de portée, disposés cylindriquement autour d'un axe longitudinal de rotation, les deux groupes étant distants longitudinalement, le long de l'axe, les patins de portée ont des parties mobiles de face ayant des surfaces courbes de portée et des éléments de base fixes les uns par rapport aux autres, les parties de face étant associées aux éléments de base correspondants par des surfaces deitant une interface à courbure sphérique, le centre de courbure de chaque surface de chaque patin, à l'interface, étant disposé entre l'axe longitudinal et la surface de portée du patin, chaque partie mobile de face étant portée par l'élément correspondant de base d'une ma nière qui permet uniquement le pivotement de la partie mobile, en direction quelconque autour d'un centre de pivotement correspondant au centre de courbure de la surface de l'interface, et les surfaces de portée ont des courbures concaves, disposées symétriquement et uniformément autour de l'axe longitudinal, les surfaces de portée de chaque groupe de patins étant inclinées par rapport à l'axe en sens opposés pour les deux groupes si bien que ces surfaces sont placées dos à dos le long de l'axe. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les centres de courbure des interfaces des patins sont équidistants de l'axe longitudinal. 3. Palier selon la revendication 1,caractérisé en ce que les surfaces de portée des patins de chaque groupe ont une courbure sphérique autour de centres communs de courbure qui se trouvent sur l'axe longitudinal, les centres étant distants axialement le long de cet axe longitudinal. 4. Palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que le centre de courbure des surfaces d'interface de chaque patin est disposé sur un rayon passant par le centre commun de courbure et sensiblement par le centre de chaque surface i portée. 5. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de portée sont des parties de surfaca coniques. 6. Palier selon la revendication 5, caractérisé en ce que le centre de courbure des surfaces de l'interface de chaque patin est disposé sur un rayon perpendiculaire à la surface de portée, pratiquement en son centre. 7. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un organe de support ou d'application de charge est disposé suivant l'axe longitudinal et à l'intérieur par rapport au groupe cylindrique des patins de portée, cet organe de support ou d'application de charge ayant des surfaces périphériques continues de portée qui ont une courbure qui correspond à celle des patins de portée, les surfaces de l'organe de support ou d'application de charge étant adjacentes aux surfaces de portée des patins, le groupe de patins et ltor- gane de support ou d'application de charge pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, autour de l'axe longitudinal. 8. Palier selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de support ou d'application de charge placé suivant l'axe longitudinal et à l'intérieur par raport au groupe cylindrique de patins, l'organe de support ou d'application de charge ayant des surfaces périphériques continues de portée ayant des courbures sphériques dont les centres sont les centres de courbure des surfaces de portée des patins, les surfaces continues de portée de l'organe de support ou d'application de charge étant adjacentes aux surfaces de portée des patins, le groupe de patins et organe de support ou d'application de charge pouvant tourner l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal. 9. Palier selon la revendication 7, caractérisé en ce que les surfaces adjacentes de portée ont une courbure conique. 10. Palier selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il contient un lubrifiant fluide placé autour des surfaces adjacentes de portée, si bien que les forces de frottement créées par déplacement relatif entre l'organe de support ou d'application de charge et les patins de portée provoquent unpivotement des parties mobiles de face des patins de portée, vers des positions inclinées dans lesquelles des films de lubrifiant en forme de coins sont créés entre les surfaces de portée, ces films convergeant dans le sens de déplacement de la surface continue de portée par rapport aux parties de face des patins. 11. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties moUles de face des patins sont associées aux éléments correspondants de base par de minces couches al ternées d'une matière stratifiée comprenant un élastomère et une matière inélastique, disposées parallèlement aux surfaces de l'interface, la matière étant fixée aux surfaces de l'interface et ayant une certaine souplesse en direction de cisaillement, le long des surfaces d'interface, mais étant rigide en direction radiale,par rapport aux surfaces de l'interface.