Brevet FR2494357A1 — publié le 19820521

La présente invention se rapporte d'une façon géné- rale à une structure de palier et elle concerne, plus par- ticulièrement, une telle structure destinée à effectuer un mouvement oscillant sous une charge lourde. La présente invention constitue un perfectionnement au palier composite décrit dans le brevet US 2 683 637. Ce brevet décrit une structure de palier entre un organe intérieur et un organe extérieur, constituée par une bague rapportée en nylon ou en une matière plastique analogue interposée entre les organes intérieur et extérieur, et deux éléments annulaires en une étoffe imprégnée d'un lu- brifiant qui sont également disposés entre les organes intérieur et extérieur, chacun d'un côté de la bague rap- portée en nylon ou en une autre matière plastique. La struc- ture est conçue de façon que les charges normales sur le palier soient portées par la matière imprégnée de lubri- fiant, alors que les charges lourdes ou les chocs sur le palier sont absorbés principalement par la bague rapportée en matière plastique. On a constaté que les paliers selon le brevet pré- cité, bien qu'ils soient satisfaisants et durables dans des conditions moyennes de service, ont tendance à se dété- riorer rapidement quand on les soumet à des charges extrg- ment lourdes, surtout s'ils subissent simultanément l'action de la chaleur et d'une charge lourde et, plus particulière- ment, dans des ensembles dans lesquels les conditions ad- verses de charge lourde et de chaleur sont accompagnées de vibrations et de chocs importants et d'une torsion d'un degré exagéré ou encore d'un mouvement relatif entre les organes intérieur et extérieur du palier. Ces conditions extrêmement difficiles apparaissent particulièrement quand on utilise des paliers sphériques en tant qu'élément de jonction entre les éléments de suspension et les éléments de châssis, comme par exemple des attaches d'amortisseur de suspension dans des véhicules à moteur pour service diffi- cile, par exemple des véhicules militaires de combat dont l'entretien est en général médiocre et qui sont obligés de fonctionner dans des conditions extrêmement fâcheuses. On a constaté que dans ces conditions extrêmes lorsque les paliers subissent continuellement des cycles rapides de torsion sous des charges extrêmement lourdes avec des chocs répétés de haute fréquence, les paliers de la technique antérieure ont tendance à s'échauffer et,quand ils subis- sent ensuite la chaleur de l'environnement, ils se dété- riorent rapidement. Le lubrifiant qui imprègne les éléments annulaires en étoffe devient très fluide et est extrudé de cette étoffe, alors qu'une chaleur extrême carbonise les éléments annulaires en étoffe et détruit la bague rapportée en nylon ou une autre matière plastique. On a également constaté que du fait que les paliers de la technique anté- rieure sont pré-chargés pendant la fabrication, ils sont relativement serrés quand ils sont neufs et établissent ainsi un raccordement relativement rigide entre les compo- sants unis et ont tendance à dégager de la chaleur lorsque les surfaces en contact des divers composants des paliers sont déplacés les unes par rapport aux autres en raison du coefficient de frottement relativement élevé entre les surfaces des éléments du palier. La présente invention permet de surmonter les incon- vénients de la technique antérieure et, plus particulière- ment, dans des ensembles de paliers pour travaux durs qui subissent un mouvement oscillant sous des fortes charges, notamment des charges ressemblant à des chocs qui se pro- duisent à des intervalles fréquents, en réalisant une structure de palier, dans laquelle on utilise une bague métallique rapportée pour remplacer la bague rapportée en nylon ou en une autre matière plastique, comme cela se pratiquait dans les paliers de la technique antérieure; deux bagues pré-chargées et pré-contraintes, confectionnées avantageusement en une matière plastique onctueuse du genre élastomère, par exemple l'une des matières plastiques fluorées ou un carbone fluoré tel que le fluorure de poly- vinylidène, le chlorotrifluoréthylène et surtout le copolymère éthylène/propylène fluoré et le polytétrafluor- éthylène, sont disposées entre les organes intérieur et extérieur de l'ensemble de palier, chacune sur un côté de la bague métallique rapportée. La bague métallique rappor- tée présente un jeu entre la surface intérieure et la surface extérieure de l'organe intérieur du palier et aussi entre sa surface extérieure et la surface intérieure de l'organe extérieur ou enveloppe du palier. Les charges normales sont absorbées par les bagues en élastomère et les charges lourdes ainsi que les chocs sont d'abord absorbés et amortis par les bagues en carbone fluoré et ensuite, après une forte diminution, sont repris par la bague rapportée métallique. Le principal avantage et le but fondamental de ltin- vention sont de créer une structure de palier pour travaux durs capable dé subir des charges lourdes et des vibrations et chocs répétés dans des conditions hostiles de chaleur et de poussière et qui, en fonctionnement, engendre beau- coup moins de chaleur que les paliers pré-chargés compor- tant des éléments en étoffes imprégnées de lubrifiant et en nylon ou des éléments rapportés en des matières plastiques analogues qui sont moins aptes au grippage, c'est-à-dire qu'elles assurent un mouvement relatif entre les organes intérieur et extérieur du palier sous un couple relative- ment élevé et bénéficient d'une longue durée de service dans des conditions extrêmement difficiles de fonctionnement et dans un environnement hostile. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin% annexé. La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un palier composite du type sphérique ou à bille, selon l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est une vue de c8té d'une bague en tétrafluoréthylène ou en un autre carbone fluoré faisant partie de l'ensemble de palier selon les fig. 1 et 2. La fig. 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la fig. 3. La fig. 5 est une vue analogue à la fig. 1 montrant le palier composite étanche selon l'invention dans une position de torsion extrême. La fig. 6 est une vue similaire à la fig. 1 mais montrant une modification. La fig. 7 est une vue de côté d'un exemple de la bague rapportée faisant partie de l'ensemble de palier de la fig. 6. La fig. 8 est une coupe par la ligne 8-8 de la fig. 7. En se référant aux dessins et surtout aux fig. 1 et 2, on peut voir un exemple de réalisation d'un palier com- posite étanche selon l'invention comprenant un élément extérieur ou enveloppe de palier 12, dans lequel est monté un élément intérieur ou bille 14 présentant une surface périphérique sphérique 16. L'élément intérieur de palier 14 présente un alésage axial 18 qui, dans l'exemple représenté, est d'une structure effilée de manière à recevoir un élément mâle effilé (non représenté) par exemple un tenon de sup- Portd'amortisseur fixé au châssis d'un véhicule à moteur ou d'un engin analogue. D'une façon usuelle, dans des ensembles de montage d'amortisseurs de suspension de ce genre, l'en- veloppe 12 est fixée par serrage ou autrement sur l'extré- mité de la tige ou du boîtier d'un amortisseur télescopique (non représenté). L'élément extérieur ou l'enveloppe 12 est avantageu- sement en acier ou en un matériau analogue et l'élément intérieur ou bille 14 est aussi commodément en acier ou acier inoxydable façonné par forgeage ou par usinage, de manière à présenter une surface sphérique 16 ayant un fini relativement lisse. Un élément annulaire de préférence en acier et formant une bague rapportée 20 est installé à la périphérie de l'élément intérieur du palier 14, l'élément rapporté 20 présentant une surface concave sphérique in- térieure 22 qui épouse la surface sphérique extérieure 16 de l'élément intérieur, alors que la surface cylindrique extérieure 24 est en conformité avec la surface intérieure d'alésage 26 de l'enveloppe 12. Cependant les dimensions de la bague rapportée 20 sont étudiées pour ménager un intervalle étroit ou jeu 28 entre la surface extérieure sphérique 16 de l'élément intérieur 14 et la surface sphé- rique intérieure 22 de la bague rapportée 20, un jeu ana- logue 30 étant ménagé entre la surface d'alésage 26 de l'enveloppe 12 et la surface extérieure 24 de la bague rapportée 20, les jeux 28 et 30 étant représentés de façon fortement exagérée sur les différentes figures du dessin. Pour faciliter l'installation autour de l'élément intérieur, la bague rapportée 20 présente une découpe ou fente radiale 32.(fig. 2) pour permettre à la bague rapportée 20 d'ac- croître par un effet de ressort sa circonférence pendant l'assemblage pour ainsi permettre à l'un des bords inté- rieurs 34 de la bague rapportée 20 de franchir le diamètre de la surface sphérique 16 de l'organe intérieur 14, grâce à quoi la bague rapportée 20 peut revenir par un effet de déclic à sa forme et à sa dimension initiale après avoir pris place autour de l'organe intérieur 14 dans la position indiquée à la fig. 1. De chaque c8té de la bague métallique rapportée 20 on a disposé un palier annulaire plein 36 en une matière en élastomère légèrement flexible, par exemple une résine synthétique plastique appropriée, de préférence une matière plastique fluorée ou en carbone fluoré, assurant un certain degré de lubrification à la surface en contact principale- ment avec la surface sphérique 16 de l'élément intérieur 14 du palier. Une catégorie de matières plastiques fluorées, ou carbone fluoré convenant particulièrement à la fabri- cation des bagues en élastomère 36, est constituée par le fluorure de polyvinylidène, le chlorotrifluoréthylène et, plus particulièrement, un copolymère éthylène / propylène fluoré et surtout le polytétrafluoréthylène. Les bagues 36 en carbone fluoré sont sensiblement comprimées quand on assemble les divers éléments du palier composite selon l'invention et ces bagues procurent au palier selon l'in- vention sa principale capacité d'absorption et d'amortis- sement de charges et de chocs. La pré-charge exercée sur les bagues 36 est dirigée radialement et aussi latéralement par suite de la présence des rebords de retenue 38 de l'en- veloppe 12 qui maintiennent assemblés les divers éléments. Le palier selon l'invention est normalement assemblé en plaçant dans l'enveloppe 12, qui est avantageusement une pièce emboutie en forme de cuvette comportant un rebord préformé d'un seul tenant 38, l'élément intérieur 14 autour duquel on dispose la bague rapportée 20 et les bagues en carbone fluoré 36, une de chaque c8té de la bague rapportée 20. On complète l'assemblage en formant l'autre rebord de retenue 38 par forgeage ou sertissage ou une opération analogue, ce qui a pour effet de mettre sous pression les deux bagues 36 en carbone fluoré, avec une pré- charge de tout degré désiré. En outre, une pression considérable est exercée par les bagues en élastomère comprimées 36 contre les faces latérales 40 de la bague rapportée 20. Les bagues flexibles 36, qui sont de préférence en une matière plastique fluorée ou fluorocarbonéq, comme il a déjà été dit, peuvent présenter une forme annulaire ap- propriée quelconque à l'état libre avant l'assemblage d'au- tres éléments et avant forgeage ou sertissage du rebord de maintien de l'enveloppe. Par exemple, les bagues 36 peuvent être des bagues toriques classiques ou peuvent avoir la forme de toroides ayant une section transversale rectangu- laire, carrée ou elliptique. De préférence les bagues 36 sont façonnées comme représenté aux fig. 3 à 4, c'est-à- dire qu'elles sont moulées ou usinées avec une surface latérale annulaire plate 42 pour venir en prise avec la surface annulaire latérale plate 40 de la bague rapportée 20 (fig. 1), la surface latérale arrondie 44 épousant sen- siblement la forme de l'angle intérieur arrondi de l'enve- loppe 12 à la jonction entre la partie droite de l'alésage de l'enveloppe et le rebord d'un seul tenant 38, la sur- face intérieure 46 présentant une série de cannelures con- sistant en renfoncements annulaires successifs en forme de gorges et en nervures annulaires en saillie comme on le voit respectivement en 48 et 50. Après l'assemblage et la pré-charge des bagues 36, la surface intérieure cannelée 46 des bagues devient continue et épouse d'une façon générale le contour sphérique de la surface sphéri- que 16 de l'élément intérieur 14. On a constaté que la surface intérieure cannelée 46 des bagues 36 permet d'aug- menter la pré-charge en compression des bagues sans provo- quer d'augmentation notable de grippage, par comparaison avec une surface lisse, tout en améliorant la longévité du palier et en permettant apparemment aux bagues 36 d'agir comme des joints plus efficaces à l'encontre de l'admis- sion de poussières ou d'autres saletés de l'atmosphère entre les surfaces du palier. Le jeu 28 (fig. 1 et 2) entre la surface intérieure concave sphérique 22 de la bague rapportée 20 et la sur- face sphérique périphérique 16 de l'élément intérieur 14 du palier, ainsi que le jeu 30 entre la surface intérieure 26 de l'enveloppe 12 et la surface cylindrique périphérique 24 de la bague rapportée 20, sont très petits, de l'ordre d'une fraction de millimètre. On a constaté que pour les meilleures performances globales il est souhaitable que chacun de ces jeux ou tolérances soit supérieur à environ 0,02 mm mais inférieur à environ 0,25 mm. Par exemple, il est approprié d'utiliser un jeu 28 compris entre 0,025 et 0,15 mm et un jeu 30 compris entre 0,10 et 0,17 mm pour un palier dont le diamètre global de l'enve- loppe est d'environ 51,75 mm et dont l'élément sphérique intérieur 14 présente un diamètre d'environ 41,15 mm. En munissant la bague rapportée 20 de jeux radiaux de cet ordre de grandeur, on réduit notablement le frotte- ment global du palier composite selon l'invention sous une charge transversale normale tendant à comprimer les bagues en élastomère 36 suivant un rayon de la surface sphérique 16 de l'élément intérieur 14, le degré de frottement provenant du contact entre la surface de la partie emboutie 49 des bagues d'étanchéité 37 avec la surface sphérique 16 de l'élément inférieur 14 étant négligeable compte tenu de la petite dimension des surfaces en contact. Quand le palier est soumis à une charge excessivement lourde, le surcroît de la charge par rapport à celle qui peut être absorbée par les bagues en élastomère 36 est repris par les plus grandes surfaces de la bague rapportée métallique 20 sensi- blement incompressible. Etant donné que les paliers selon l'invention sont conçus pour absorber normalement une charge statique prédéterminée reprise par les bagues en élastomère 36, la bague rapportée 20 n'est pas normalement appelée à contribuer à l'absorption d'une charge statique normale, mais doit faciliter l'absorption d'une charge excessivement lourde qui est le plus souvent un choc ou une vibration et qui peut dépasser de plusieurs ordres de grandeur la charge dynamique normale. Les bagues en élastomère 36 sont déli- béremment étudiées pour pouvoir supporter une charge stati- que de plusieurs fois supérieure à la charge statique qu'on rencontre normalement en service, de sorte que les charges excédentaires du type choc ou vibratoire sont absorbées à un degré considérable et sont amorties avant d'obliger la bague rapportée 20 de "talonner", c'est-à- dire de venir en contact physique avec la surface sphérique 16 de l'élé- ment intérieur 14 et avec la surface d'alésage 26 de l'en- veloppe 12, pour absorber ainsi les charges excédentaires restantes. Les paliers composites selon l'invention, quand on les soumet à des tests intensifs sous une charge statique transversale couplée à des vibrations et à des cycles répé- tés au cours desquels l'enveloppe 12 tourne par rapport à l'axe de l'élément intérieur 14 pour rejoindre les positions extrêmes, comme on le voit à la fig. 5, dégagent beaucoup moins de chaleur que les paliers classiques comportant des bagues en étoffe imprégnée de lubrifiant et une bague rap- portée en nylon d'une grandeur comparable. Alors que,dans les mêmes conditions de charge, d'amplitude de rotation et de vibration, la température des paliers de la techni- que antérieure peut atteindre une valeur de 150 à 1800C pour provoquer littéralement une auto-destruction de la bague rapportée en nylon et des bagues imprégnées de lu- brifiant, en peu de temps à une température aussi élevée, la température des paliers selon les perfectionnements en- visagés par l'invention ne dépasse jamais 900C lors d'un test dans une atmosphère dont la température ambiante est d'environ 18 à 190C. Si l'on applique de la chaleur d'une source externe aux paliers pendant les tests, aussitôt que la température des paliers de la technique antérieure atteint environ 1600C il est impossible d'appliquer davan- tage de chaleur d'une source externe, étant donné qu'à cette température on observe une perte rapide du lubrifiant par infiltration depuis les bagues en étoffe, ces bagues en étoffe sont carbonisées et la bague rapportée en nylon est endommagée de façon irréversible. Au contraire, les paliers en conformité avec les perfectionnements de l'inven- tion sont aptes à fonctionner en continu sans aucune rup- ture et sans usure destructive à des températures aussi élevées que 170 à 1800C pendant des périodes prolongées, et ces paliers ne peuvent pas atteindre de telles tempéra- tures élevées de leur propre chef à moins d'un apport de chaleur d'une source extérieure. On a constaté qu'après une brève période en service des paliers selon l'invention, le polytétrafluoréthylène ou un autre carbone fluoré servant à former les bagues 36 (voir fig. 5) tend à couler et à fluer dans les espaces créés par les jeux 28 et 30 respectivement entre la surface sphérique concave 22 de la bague rapportée 20 et la surface sphérique convexe 16 de l'élément intérieur 14 du palier, et entre la surface périphérique cylindrique 24 de la bague rapportée 20 et l'alésage intérieur 26 de l'enveloppe 12, pour établir ainsi une pellicule mince et non adhérante. de revêtement entre les surfaces correspondantes, comme on le voit schématiquement en 52. Le fluage du matériau est rehaussé quand on soumet les bagues 36 à une pré-charge de compression relativement élevée pendant l'assemblage des paliers. La raison de la formation de telles couches 52 interposées entre les surfaces sphériques 22 et 16 des paliers et entre la surface périphérique 24 de la bague rapportée 20 et l'alésage intérieur 26 de l'enveloppe 12, n'est pas tout à fait évidente, mais on a constaté que non seulement ce phénomène n'est pas nuisible pour le fonction- nement et la longue durée en service des paliers selon l'invention, mais il améliore positivement les caractéris- tiques en question dans la plupart des conditions de charge, de mouvement et de vibrations. Bien que les paliers composites selon l'invention aient un comportement efficace à sec, sans lubrification, il peut être intéressant dans certaines applications de pré-garnir les paliers, pendant l'assemblage, avec un lu- brifiant tel qu'une graisse ou un produit analogue. Dans ce but, la structure des paliers composites selon l'inven- tion est modifiée, comme représenté aux fig. 6 à 8, en mu- nissant la surface périphérique sphérique 16 de l'élément intérieur ou bille 14 du palier d'une gorge circulaire 54 et en prévoyant dans l'élément annulaire ou bague rapportée des gorges transversales 56 et des ouvertures radiales 58. La gorge circulaire 54 dans la surface sphérique 16 de l'élément intérieur 14, les gorges 56 dans la bague rap- portée et les ouvertures 58 dans la bague rapportée servent à constituer des réservoirs de lubrifiant et on les remplit de lubrifiant avant assemblage, un tel remplissage ayant également lieu dans les jeux annulaires 28 et 30. Il va de soi qu'un peut apporter diverses modifica- tions aux modes de réalisation qui ont été décrits sans sortir pour cela du cadre de l'invention. C'est ainsi que si l'invention a été décrite à propos d'un palier sphérique, elle reste applicable à d'autres formes de paliers tels que des paliers cylindriques ou similaires. REVENDICATIONS 1 - Palier, caractérisé en ce qu'il comprend un organe intérieur présentant une surface périphérique ayant un con- tour prédéterminé régulier; un organe extérieur ayant une surface intérieure d'un contour prédéterminé régulier; une bague métallique rapportée disposée entre la surface péri- phérique de l'organe intérieur et la surface intérieure de l'organe extérieur, ladite bague rapportée présentant une surface intérieure qui épouse sensiblement la surface péri- phérique dudit organe intérieur et une surface périphérique qui épouse sensiblement la surface intérieure de l'organe extérieur, lesdites surfaces étant normalement séparées par un espace relativement étroit; deux bagues élastique- ment déformables en élastomère et disposées chacune d'un cô- té de la bague rapportée; et des moyens dans l'organe exté- rieur pour maintenir les bagues déformables sous pression de manière à mettre solidement les bagues déformables en con- tact avec une portion de la surface périphérique de l'organe intérieur, une portion de la surface intérieure de l'organe extérieur et une surface latérale de la bague rapportée. 2 - Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bagues déformables sont en un carbone fluoré. 3 - Palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que le carbone fluoré est le polytétratuoréthylène, 4 - Palier selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la bague rapportée est en acier. - Palier selon l'une des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que chaque bague déformable avant son instal- lation sous compression dans le palier présente une surface intérieure-destinée à venir en prise avec la surface sphéri- que de l'élément intérieur comportant une série de gorges et de nervures concentriques. 6 - Palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que le carbone fluoré peut fluer dans les espaces entre les surfaces correspondantes. 7 - Palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polytétrafluoréthylène peut fluer dans les espaces entre les surfaces correspondantes. 8 - Palier selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface périphérique de l'organe intérieur et la surface intérieure de la bague rapportée sont des surfaces sphériques correspondantes. 9 - Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe extérieur comprend deux rebords latéraux - d'un seul tenant dont l'un est forgé ou serti après l'as- semblage et maintenant sous pression lesdites bagues défor- mables. 10 - Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une gorge transver- sale dans la surface intérieure de la bague rapportée et une ouverture radiale ouverte vers cette gorge et ouverte vers la surface périphérique de la bague rapportée, cette gorge et cette ouverture étant remplies d'un lubrifiant. 11 - Palier selon la revendication 10, caractéri- sé en ce qu'il comprend également au moins une gorge annu- laire dans la surface périphérique de l'organe extérieur, cette gorge annulaire étant remplie d'un lubrifiant.