Brevet FR2398918A1 — publié le 19790223

La présente invention concerne la réalisation de paliers en matériaux frittés, notamment leur conditionnement. On sait que les matériaux frittés sont élaborés à partir par exemple de poudres métalliques telles que des poudres de fer ou de bronze. Les .produits obtenus possèdent une porosité plus ou moins importante qui permettre les imprégner d'une certaine quantité de liquide. I1 est connu d'utiliser cette propriété pour réaliser des paliers de frottement auto-lubrifiants. Les pores contiennent et constituent des réserves d'un produit lubrifiant qui fournit de bonnes -propriétée frottantes. Ce type de paliers est généra- lement utilisé en régime hydro-dynamique, en particulier pour un fonctionnement à grande vitesse, On sait réaliser des paliers frittés dont la durée de vie est déterminée en fonction de la quantité d'huile imprégnée. Les performances des paliers en matériaux frittés sont li mitées. La lubrification hydro-dynamique est liée à la création d'un coin d'huile dont la pression doit augmenter avec la charge et la vitesse entre les surfaces frittantes. Or, l'acçrois- sement de cette pression est limitée par la porosité naturelle des matériaux frittés. Au-dessus d'une certaine pression, on constate des fuites d'huile vers l'extérieur du palier. I1 sten suit une augmentation du coefficient de frottement, une consommation accrue de lubrifiant et une diminution de la durée de vie du palier. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en conditionnant des paliers en matériaux frittés imprégnés pour assurer un fonctionnement en régime hydrodynamique à vitesse élevée tout en permettant d'obtenir des durées de vie très sensiblement augmentées. Un palier melon l'invention est élaboré par frittage de poudres métalliques telles que le fer ou le bronze, il est imprégné d'un lubrifiant et il est caractérisé en ce que sa surface extérieure est rendue étanche, tandis que sa surface fritz tante est soumise à un traitement de surface destiné à contre ler l'arrivée de lubrifiant et à assurer la compatibilité des matériaux frittés vis-à-vis d'un arbre tournant, si bien que le coin d'huile nécessaire au fonctionnement en régime hydrodynamique est permis par la suppression des pertes d'huile, alors qu'il est régulé par le traitement de surface du palier. Suivant une caractéristique supplémentaire, l'arbre tournant est soumis à un autre traitement de surface destiné à améliorer l'accrochage du lubrifiant du palier en frittés, tandis que des moyens sont prévus pour limiter les pertes d'huile aux sorties de l'aBbre, de part et d'autre du palier. Suivant une autre caractéristique, le palier est cylindrique au niveau de sa surface frottante, tandis qu'une de ses extrémités longitudinales forme une butée encastrée. Suivant une variante, les surfaces frottantes sont coniques, tandis qutog met en place des joints d'étanchéité aux sorties de l'arbre. Un procédé pour réaliser un paEeien matériaux frittés est caractérisé en ce qu'il consiste,pour son conditionnement s - à réaliser un traitement ou un recouvrement de toute-s les surfaces non frottantes, pour obtenir au moins une pellicule d'une matière étanche à l'huile; - à contrEler et à réguler l'approvisionnement en lubrifiant des surfaces contact en réalisant un traitement qui assure de bennes qualités frottantes lors des phases transitoires d'arrêts et de démarrages. Les divers procédés utilisables seront donnés plus loin4 à titre d'exemples de conditinnements des paliers. Un palier en matériaux frittés, réalisé conformément à l'invention présente, par exemple, les propriétés suivantes de fonc- tionnement -. régime hydrodynamique à toutes les vitesses, depuis le démarrage jusqu'à 6 mètres par seconde (m/s) et plus - coefficient de frottement inférieur à 0,01 sous une charge supérieure à 2 bars - échauffement des surfaces frottantes ne dépassant pas 10000; Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l t invention. Fig. 1 montre, en vue éclatée, un palier eelon l'invention, en matériaux frittés, et les moyens pour contenir le lubrifiant au niveau de la surface portante de l'arbre. Fig. 2 est une coupe médiane illustrant le montage du palier. Fig. 3 est une vue éclatée d'un palier conique réalisé selon l'invention. Fig. 4 est une coupe longitudinale axiale du palier mis en place pour le guidage de l'arbre. Les figures 1 et 2 représentent les éléments pour le montage d'un palier 1 en matériau fritté, destiné à guider la rotation d'un arbre 2 tout en en assurant le positionnement axial en cours de fonctionnement. Conformément à l'invention, on réalise sur les surfaces du palier 1 qui ne viennent pas en frottement un traitement destiné à en assurer l'étanchéité vs-à-vis des produits lubrifiants 3 (généralement de l'huile) dont on a, préalablement,imprégné les poudres métalliques 4 et 5 . Le frittage de ces poudres forme un matériau poreux. Les pores constituent les "réservesnde lubrifiant. Dans la configuration des figures 1 et 2, les surfaces à rendre étanches sont celles qui ne viennent pas en contact avec l'arbre, à savoir les surfaces référencées 6 à 10. A cet effet, on peut employer plusieurs procédés, à savoir a) dépôt d'une pellicule étanche sur les surfaces en matériaux frittés.Par exemple, on peut - réaliser un dépit électrolytique - enduire les surfaces ci-dessus d'un vernis; - étendre une couche d'une peinture à base de résine poiymérisable ou non b) traitement de surface tel que - déformation superficielle par galetage qu analogue - traitement thermochimique c) protection de la surface contre les pertes d'huile par mise en place d'une pièce auxiliaire de structure classique (fourreau rapporté, insertion du palier dans une pièce métallique) Par ailleurs, les surfaces du palier qui viennent en frottement contre l'arbre 2 subissent un traitement de surface qui a pour but de former une couche mince qui permet de contrôleur le débit d'huile au niveau des surfaces frottantes 11 et 12.Ce traitement peut être choisi parti ceux énumérés ci-dessus. il est prévu pour fournir une couche non étanche et de porosité bien déterminée,compatible au frottement avec la surface opposée. Enfin, les surfaces "actives" (vis-à-vis du palier fritt de l'arbre 2 peuvent également être soumises à un traitement qui leur permet de mieux utiliser le lubrifiant. Un traitement bien connu st,par exemple, la phosphatation. Comme on le voit notamment sur la figure 2, des dispositifs complémentaires limitent les fuites de lubrifiant aux sorties de l'arbre. On prévoit, par exemple,un joint 13 à lèvres,entre le palier et l'arbre, à l'extrémité libre de la partie cylindrique du palier 1. Un tel joint ne peut autre mis en place du côté de la butée 14. On a constaté qu'en encastrant-la butée 14 de l'arbre dans le palier épaulé 1, on réduit sensiblement les pertes d'huile. Le palier 1 en matériaux frittés tels que 4 et 5 fonctionne dans les conditions suivantes. Au cours de la rotation de l'arbre 2, les surfaces traitées cylindrique 11 et transversale 12 du palier frottent contre les surfaces respectives 15 et 16 de l'arbres Pendaht cette rotation, il se crée, au niveau des surfaces frottantes, une zone de pression pour l'huile qui imprègne le palier. Cette pression donne naissance à un coin d'huile, si bien qu'à toutes vitesses, on réalise une lubrification hydrodynamique. L'étanchéité des surfaces extérieures 6 à 10 du palier empochez en cas par exemple de surcharge sur l'arbre, le ressuage de l'huile vers l'extérieur du palier et la disparition du coin d'huile nécessaire. Dans les appareils où les arrêts et les démarrages de l'arbre sont fréquents, on a des phases d'accélération et de décélération au cours desquels le frottement varie sensiblement, du moins avec les paliers connus, Cette variation des conditions de frottement est pratiquemént annulée gracie au traitement "poreux" des surfaces frottantes. L'approvisionnement en huile des surfaces frottantes 11, 12, 15 et 16 est régulé pour toujours correspondre aux conditions optimales (coefficient minimum de frottement, consommation réduite d'huile, augmentation de la durée de vie du palier en fritté). Le palier 1 (fig. 1 et 2) assure deux fonctions, savoir - la fonction "palier" pour le guidage de l'arbre en rotation; cette fonction est assurée par les surfaces cylindriques frottantes il et 15 - la fonction " butée " pour la limitation des déplacements axiaux de l'arbre (cette fonction étant assurée par les surfaces radiales 12 et 16) Les avantages principaux de l'invention sont l'augmentation de la durée de vie des paliers grâce à la lubrification permanente, sans consommation exagérée d'huile, la réduction du coefficient de frottement* leur intérêt pour les mécanismes présentant de fréquentes phases transitoires où le régime hydrodynamique est incertain. Par ailleurs, ils sont moins motteux et présentent un fonctionnement sensiblement plus silencieux que les roulements à billes ou analogues qui sont généralement utilisés quand les impératifs de frottements sont difficiles. La gamme d'nti- lisation des paliers frittés se trouve élargie. On a représenté, sur les figures 3 et 4,un palier cynique 20 traité comme on l'a décrit en regard de la variante de construction précéde4te. La surface cylindrique externe 21 et les deux parois de bout 22 et 23 sont "étanchées". La surface interne conique frottante 24 est traitée pour contSler l'approvisionnement en lubrifiant, lequel imprègne les matériaux frittés. Des joints à lèvres 25 et26 limitent les pertes de lubrifiant le long de la surface de l'arbre 27. Enfin, la portée 28 dudit arbre est soumise à un traitement de phosphatation pour encore améliorer la tenue du -lubrifiant entre les deux surfaces frottantes 24 et 28. Ce palier conique 20 permet à la fois de guider le woAve- ment rotatif de l'arbre et de limiter les déplacements axiaux dudit arbre, en présentant les mêmes avantages de fonctionne ment en régime hydrodynamique (formation d'un coin d'huile), ce régime étant maintenu dans une large gamme de fonctionne- ment (vitesse linéaire, charge sur l'arbre, durée de vie, conditions de travail impliquant des démarrages fréquents). Bien entendu, on pourrait envisager d'autres configurations pour le palier en "fritté". Par ailleurs, on peut combiner, suivant la nature des frittés ou les conditions de fonc tionnement, l'un quelconque des procédés pour rendre étanches les surfaces extérieures avec l'un quelconque des procédés de traitement des surfaces frottantes du palier et de l t arbre De plus, les surfaces actives peuvent être traitées suivant toutes les méthodes connues, par exemple le traitement connu sous la dénomination de "Sursulfn ou tout autre traitement de surface fournissant des propriétés analogues qui leur permettent d'utiliser au mieux le lubrifiant. REVENDICATIONS de 1 - Palier élaboré en matériaux frittés, imprégné de produit/lubrification destiné à approvisionner la ou les surfaces frottantrs, caractérisé en ce qu'il est traité superficiellement de la façon suivante - les surfaces frottantes du palier sont recouvertes d'une couche de porosité non nulle, parfaitement définie, et assurant un débit d'huile contrôlé - les surfaces extérieures stnt rendues étanches au lubrifiant imprégnant les matériaux frittés, si bien que le palier présente, au niveau des surfaces frottantes, une zone de pression d'huile ou se forme un coin d'huile permettant la lubrification en régime hydrodynamique. 2 - Palier suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une portion cylindrique de guidage pour un arbre tournant et un épaulement dans lequel est taillé un logement pour une butée solidaire de l'arbre. 3 - Palier suivant la revendication 1, caractérisé en ce que son alésage est conique, une portée correspondante étant prévue sur un arbre tournant, la paroi intérieure conique du palier guidant l'arbre en rotation et limitant les déplacements axiaux. 4 - Palier suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un joint lèvre qui s'intercale entre les surfaces frottantes du palier d'une part, et de 'arbre d'autre part. al er 5 - Procédé pour réaiiser/en matériau fritté suivant l'une quelconque des revendicat ions précédentes, caractérisé en ce qutil consiste à réaliser des traitements de surfaces qui diffèrent selon qu'ils concernent les surfaces extérieures ou non frottantes ou bien les surfaces intérieures frottantes, ces traitements permettant la création d'un coin d'huile et l'approvisionnement régulé des surfaces frottantes à lubrifier. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser l'étanchéité du palier au niveau de ses surfaces extérieures dont l'étanchéité superficielle peut être obtenue par l'une des méthodes suivantes - dépôt d'une pellicule étanche d'un produit qui vient adhérer aux surfaces du palier, par exemple un vernis - traitement de surface des parois à rendre étanches - protection des dites surfaces par une pièce rapportée, ou par la combinaison de deux ou plusieurs de ces traitements. 7 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on réalise unraitemept de toutes les aurfaces frottantes du palier pour former une couche superficielle de porosité propre qui permet de contrôler l'approvisionnement en lubrifiant desdites surfaces et la formation du coin d'huile lubrifiant entre le palier et l'arbre (ou analogue) antagoniste tournant. 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revebdications 5 à 7 > caractérisé en ce que l'on réalise un traitement de surface de la portée de l'arbre destinée à correspondre à la sur- face de friction du palier, ce traitement améliorant la tenue du lubrifiant au niveau de la surface de contact rbre-palier. 9 - Procédé suivant les revendications 7 et 8, caractéri sé en cë qu'on combine le traitement des surfaces frottantes ( destiné à modifier superficiellement les qualités du matériau fritté) et de traitement de l'arbre pour assurer un bon coefficient de frottement entre l'arbre et le palier, en particulier au moment des démarrages, ou lorsque le régime tydrodynamique de lubrification est incertain , si bien que, quel que soit le régime de vitesse, l'usure est pratiquement nulle.