Brevet FR2496787A1 — publié le 19820625

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR REDUIRE LE FRaFflENT ET AMELIORER LA KESISTANCE A L'USURE ET AU GRIPPAGE DES LIAISONS MECANIOUES COULISSANTES LUBRIFIEES L'invention se rapporte à un procédé et un dispositif permettant d'amé- liorer les conditions de fonctionnement de liaisons mécaniques coulissantes. Dans les liaisons mécaniques coulissantes classiques, sensiblement rectilignes, animées, par exemple, d'un mouvement alternatif, les portées ou paliers sont situés sur le mene axe de translation. Le fonctionnement de ceux-ci est correct lorsque la direction des efforts subis ou transmis ont une résultante sensiblement parallèle à la direction du déplacement relatif. Cependant, dans les applications pratiques, ce cas est extremement rare et, la plupart du temps, la liaison doit supporter, de façon accidentelle ou permanente, des efforts de valeur notable ayant une composante perpendiculaire à la direction de déplacement. Il en résulte alors - d'une part, une usure accentuée des pièces en contact et, en consé quence, la création de jeux et une moindre précision géométrique du déplacement relatif, - d'autre part, en raison de l'existence d'un coefficient de frottenent, l'apparition d'un effort résistant, consommateur de puissance. Sous fortes charges latérales, les risques de grippage sont également très importants. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients, ou du moins, retarder ou minimiser l'apparition des effets néfastes (effort résistant, usure, consommation de puissance, grippage) signalés ci-dessus dans le cas où le fonctionnement a lieu en présence d'huile ou, plus généralement, en présence d'un fluide. La méthode utilisée consiste à imposer à l'un des élsments mobiles par rapport à l'autre, en plus du mouvement alternatif principal, un léger mouvement de rotation secondaire ou basculement, dont l'axe est sensiblement perpendiculaire à la direction du mouvement principal de transla tion. De ce fait, les surfaces étant en contact en des points ou lignes variables au cours du mouvement, les usures locales sont évitées et la morphologie des surfaces exemptes de méplats reste favorable à la formation et au remplissage du "coin d'huile" au cours du mouvement ; il en résulte une force hydrodynamique qui sépare les deux surfaces et empêche leur contact direct permanent. Dans une version préférentielle de la méthode, le mouvement de rotation secondaire est tel que, au cours du mouvement, il impose une "fermeture" du coin d'huile existant au voisinage immédiat des deux surfaces en contact. Cette méthode offre les avantages suivants - meilleure tenue des matériaux en contact et grippage évité, - répartition de l'usure sur une surface plus importante, - réduction de la consommation énergétique, - portance non-nulle lors des inversions du sens du déplacement, - effort résistant plus faible lors de ces inversions, d'où diminution de l'effet de "choc" qui y est associé. Ltamplitude du mouvement de rotation sur la course totale d'un mouvement alternatif est assez faible et gén-ralement comprise entre 0,5 et 15 millièges de radian. Un dispositif, permettant de mettre en oeuvre la méthode, consiste à ce que l'un des organes mobiles s'appuie sur son antagoniste par au moins une surface d'appui dont le profil, dans le sens longitudinal (parallèlement au déplacement rectiligne) est curviligne convexe, et dont le point (cu la ligne) de contact se déplace avec l'organe mobile. Ce profil curviligne peut exister dès l'origine ou être généré dans les premières phases d'utilisation de la liaison (rodage). Ce profil curviligne peut etre de forme quelconque (c'est en fait iten veloppe des positions de la surface externe d'un des organes mobiles sur l'autre) mais, pour des raisons pratiques, il est généralement constitué par un arc d'ellipse ou de cercle, de grand(s) rayon(s) de courbure. Pour provoquer le mouvement de rotation secondaire, l'organe mobile est, par exemple, simplement décentré d'une certaine valeur par rapport à la position géométrique axiale ; cette excentration est située dans le plan défini par la direction des efforts latéraux subis et l'axe du mouvement de translation principal. L'excentration est, de préférence, située du coté opposé au point de contact avec son antagoniste, imposé par les efforts latéraux subis par cet organe. Les dessins ci-après permettront de mieux comprendre l'invention. La figure 1 représente le mouvement relatif de deux pièces suivant l'invention. La figure 2 représente une coupe en long partielle d'un vérin mettant en oeuvre le procédé. (Pour la clarté du dessin, l'excentration et les jeux ont été fortement exagérés). Les figures 3 et 4 représentent les lignes de contact théoriques entre le piston et le cylindre au cours d'un déplacement. La figure 5 représente en coupe un dispositif d'essai. Dans la figure 1, le corps mobile-(1), limité par sa surface externe convexe (2), se déplace suivant le mouvement principal de translation (T) par rapport au corps fixe (3) possédant la surface extérieure (4). Au cours du mouvement de translation (tut, le corps (1) subit également une rotation (R). Au cours du mouvement, les points A, B, C de la surface (1) viennent respectivement et successivement sur les points A,B1, C2, les points de contact A, B1, C2 se déplaçant sur (4) dans le sens de translation (T). De ce fait, le coin d'huile représenté schématiquement en (5) se remplit d'huile et se ferme au cours du déplacement. Si le déplacement principal de translation se fait dans le sens opposé CT'), le coin d'huile (5') tend également à se remplir et à se fermer par suite du mouvement inverse de la rotation secondaire. Cependant, le procédé est également applicable si les rotations (R) ou (R') s'effectuent dans l'autre sens. La figure 2 représente un dispositif type vérin ou amortisseur mettant en oeuvre le procédé revendiqué. Il comporte un cylindre (11) d'axe (12) muni d'un palier (13) dont l'axe (14) est excentré d'une valeur (e) par rapport à l'axe du cylindre (12). Il comprend également un piston (15) dans le cylindre (11) centré sur un arbre (16) supporté par le palier (13). Sous l'effet d'une flexion latérale, le piston s'appuie sur le cylindre par son profil (17) alors que l'arbre (16) s'appuie sur le palier (13) par-son profil (18). Il est a remarquer que l'excentrement (e) est dans le plan défini par le contact du piston sur le cylindre et l'axe de celui-ci est, de préférence, dans le sens opposé au point d'appui (18) de l'arbre (16) sur le palier (13). Le profil extérieur (17) du piston (15) est un arc de cercle dont le rayon (R), en général très supérieur au diamètre du cylindre ; a titre d'exemple, pour un cylindre 40 mm, une course de piston 1 = + 90 mm par rapport à la position médiane, -une excentration e de 0,25 mm, R peut varier de 5 å 20 m. Nota : Si les deux organes sont excentrés, il suffit que e f e', s'ils sont excentrés dans le morne sens. Il est clair, d'après les figures 3 et 4, que le cercle de contact théorique entre le piston et le cylindre se déplace au cours du mouvement de translation (T) suivant les positions (I), (11) et (ici) ; il en résulte une possibilité de création et de maintien de régime hydrodynamique, donc une usure moindre. Un phénomène analogue se produit également au niveau du palier (13). EXEMPLE: Nous avons effectué des essais sur un dispositif tel que représenté à la figure 5. Celui-ci comporte un piston (15) 8 40 mn et de 18 mn d'sspais- seur, placé dans un cylindre (11) rempli d'huile, dont la circulation est libre en raison d'ouvertures (21) ménagées dans la paroi du cylindre et dans le piston lui-mne. La tige du piston (16) 20 mm est reliée à un système bielleemanivelle par l'intermédiaire d'un capteur d'efforts (20) ; celui-là impose au piston un mouvement alternatif dont la période est de 1 sec. et l'ampli- tude de *60 m. La tige traverse un guide(13)de 18 mm d'épaisseur. Une force transversale de 500 N est appliquée à l'aide d'un ressort (22) taré et placé à une distance de 300 mm du plan médian du piston (15). La distance du guide au piston dans sa position médiane était de 150 mn. Avec un guide et un piston centrés et à portées cylindriques, le coefficient de frottement moyen au cours du cycle et instantané lors de l'inversion étaient de 5 % et 8 % respectivement. Avec un dispositif selon l'invention constitué des mornes matériaux, mais pour lequel le guide était excentré de 0,2 mm et celui-ci ainsi que le piston munis d'cn bombé de R = 12 m, les coefficients de frottement ont été abaissés respectivement à 3 et 4 t. RES DICATIONS 1. Procédé pour améliorer le fonctionnement des liaisons mécaniques coulissantes comportant deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre, suivant un mouvement principal de translation linéaire, caractérisé en ce qu'on superpose à ce mouvement principal un mouvement de rotation secondaire ou de basculement de faible amplitude, dont l'axe est sensiblement perpendiculaire au mouvement de translation principal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement de rotation secondaire tend à fermer le "coin d'huile" au cours du mouvement. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au cours de la course totale du mouvement de translation alternatif, la rotation secondaire ou basculement est compris entre 0,5 et 15 millièmes de radian. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comportant deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre suivant un mouvement;principal de translation linéaire, caractérisé en ce qu'ils sont excentrés l'un par rapport à l'autre, dans le plan défini par la direction des efforts latéraux et l'axe du mouvement principal. 5. Dispositit suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins l'une des surfaces en contact possède initialement une forme convexe. 6. Dispositit suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins l'une des surfaces en contact acquiert une forme convexe au cours du rodage du mécanisme. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'excentration est de sens opposé à l'appui de l'organe mobile considéré sur son antagoniste.