Brevet FR2504218A1 — publié le 19821022

I 1 2504 2 18 La présente invention est relative à un palier, et plus particulièrement à un palier auto-lubrifiant, ayant une plus grande durée de vie de fonctionnement que ceux actuellement disponibles. Plus précisément la présente invention concerne un palier comprenant une piste intérieure et une piste extérieure mobiles l'une par rapport à l'autre, la piste intérieure possédant une surface d'appui munie d'un matériau auto-lubrifiant qui est suscep- tible de venir en contact avec la surface d'appui de la piste exté- rieure et est mobile par rapport à elle. Les paliers à rouleaux conventionnels comportent des éléments de roulement disposés entre une piste extérieure et une piste intérieure lubrifiées par de la graisse Une lubrification périodique est nécessaire pour assurer un bon fonctionnement avec une résistance accrue vis-à-vis de la corrosion De tels paliers sont soumis à des défaillances en cas de cassure des éléments de roulement et de fissurage de la piste intérieure. Le fonctionnement de ces paliers à rouleaux connus dépend également de l'efficacité des joints associés qui, non seulement assurent que la lubrification par de la graisse est assurée dans le palier lui-même, mais assurent également que l'on évite la contami- nation à partir de sources extérieures. On connaît en variante du palier à rouleaux décrit ci- dessus un palier comportant un revêtement auto-lubrifiant fixé à la surface intérieure de la piste extérieure qui vient en contact avec la surface d'appui d'une piste intérieure dure De tels paliers ne nécessitent pas de lubrification périodique et ils ont généralement une plus grande capacité de charge de roulement que les paliers à rouleaux mentionnés ci-dessus De plus, la capacité de charge statique et radiale de ces paliers est sensiblement plus grande que celle des paliers à rouleaux, une plus grande capacité de butée étant assurée par l'utilisation du revêtement auto-lubrifiant sépa- ré Un tel palier auto-lubrifiant est par exemple décrit dans les brevets U S no 4 048 370 et 4 134 842. On a constaté cependant que le matériau ou revêtement auto-lubrifiant sur la surface d'appui intérieure de la piste extérieure dans de tels paliers est soumis à un effet de labourage par une déformation du revêtement provoquée par la charge exercée par la piste intérieure au cours de la rotation de la piste exté- rieure Cette situation affecte de façon néfaste la liaison du revêtement, et lorsque, la liaison du revêtement auto-lubrifiant à -2- 2504 2 18 son support, c'est-à-dire la surface d'appui intérieure de la piste extérieure est insuffisante, le revêtement se trouve pincé entre les pistes intérieure et extérieure sans aucun support et se trouve écrasé vers l'extérieur. Les paliers connus utilisent un revêtement auto-lubrifiant fixé sur le diamètre intérieur de la piste extérieure par suite de la conviction que l'usure provoquée au cours de la vie du palier sera répartie sur toute la périphérie du revêtement et aura ainsi pour résultat une durée de service accrue On a cependant constaté que, du fait de la rotation du revêtement auto-lubrifiant de la piste extérieure associée à la piste intérieure fixe et l'applica- tion d'une charge unidirectionnelle, les revêtements ayant un module de compression jusqu'à une valeur d'environ 70300 kg/cm 2 sont soumis à une déformation du matériau La désadaptation de la surface péri- phérique de la piste intérieure par rapport à la piste extérieure par des différences de tolérances, et l'épaisseur du revêtement, constituent le mécanisme qui permet la déformation du revêtement puisque la piste extérieure se déplace en translation en charge par rapport à la piste intérieure fixe En conséquence, les revêtements, lorsque la charge est appliquée en permanence, tout en se déplaçant par rapport à la piste intérieure, sont soumis à un effet de cisail- lement élevé et à des forces de tension immédiatement en regard de la piste intérieure par suite de la progression de l'effet de charge, phénomène connu sous le nom de labourage. Le revêtement est encore davantage endommagé en cas de contamination par un fluide du fait de l'effet de coin du fluide devant la piste intérieure. On a maintenant trouvé que le palier selon la présente invention évite ce défaut de liaison du revêtement provoqué par l'effet de labourage décrit ci-dessus, et présente une résistance sensiblement accrue vis-à-vis de l'usure Dans le palier selon la présente invention, le matériau autolubrifiant est réalisé sur la surface d'appui extérieure de la piste intérieure plutôt que, comme les paliers antérieurement connus, sur la surface d'appui intérieure de la piste extérieure Cet agencement assure un contact positif entre le revêtement et la surface correspondante de telle sorte que la contamination par un fluide ne devient pas un outil mécanique provoquant un effet de coin comme dans les paliers auto- lubrifiants connus La présente invention évite la déformation du revêtement qui constitue une lèvre de cisaillement provoquant des forces de cisaille- 2504 218 ment élevées dans le revêtement Le revêtement fixé sur le diamètre extérieur de la piste intérieure ne permet pas d'effet de coin hydraulique par suite d'une contamination par un fluide La surface d'usure limitée de cette configuration permet plusieurs surfaces d'usure supplémentaires qui peuvent être mises en place par reposi- tionnement de la piste intérieure par rapport à l'application de charge initiale. Ainsi le palier de la présente invention comprend une piste intérieure dont la surface extérieure constitue une surface d'appui munie d'un matériau auto-lubrifiant et une piste extérieure possédant une surface d'appui intérieure en contact avec le matériau auto-lubrifiant fixé à la surface d'appui extérieure de ladite piste intérieure, et mobile par rapport à lui. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple en aucune manière limitatif un mode de réalisation illustré sur le dessin annexé dans lequel La figure la est une vue en coupe d'un palier de l'art antérieur, Les figures lb et 2 illustrent le palier selon l'inven- tion, et La figure 3 est une vue en coupe selon 3-3 de la figure 2 pour illustrer la position relative du matériau auto-lubrifiant fixé à la surface extérieure de la piste intérieure par rapport à la surface d'appui de la piste extérieure. La figure la est une vue en coupe, légèrement éclatée pour illustrer plus clairement les détails du matériau auto-lubrifiant utilisé, d'un palier de l'art antérieur tel que celui décrit dans le brevet U S no 4 134 842 Le palier comporte une piste intérieure 11 qui peut par exemple être une bague verrouillée mécaniquement en place Une piste extérieure 13 est positionnée de façon à pouvoir venir en contact avec la piste intérieure 11 et tourner par rapport à elle Un matériau auto-lubrifiant 15 est fixé à la surface d'appui intérieure 17 de la piste extérieure 13, ledit matériau 15 étant susceptible de venir en contact avec la surface d'appui extérieure 19 de la piste intérieure 11 et est mobile par rapport à elle Un joint annulaire 21 est fixé à la piste intérieure 11 pour maintenir la piste extérieure 13 fixe par rapport à la piste intérieure 11 en sens axial Les techniques de fixation du matériau 15 à la surface d'appui intérieure 17 de la piste extérieure 13 sont connues et décrites par exemple dans le brevet U S mentionné no 4 134 842. -4 2504 21 l La figure lb est une vue en coupe fragmentaire et la figure 2 est une vue en coupe du palier perfectionné selon la présente invention, l'arbre étant omis pour plus de clarté Comme illustré, le palier comporte une piste intérieure 23 qui peut par exemple être une bague Une piste extérieure 25 est positionnée de telle manière qu'elle puisse venir en contact de la piste intérieure 23 et tourner par rapport à elle Un élément de verrouillage annu- laire 27 empêche le mouvement axial de la piste extérieure 25 par rapport à la piste intérieure 23 Dans le palier de la présente invention, contrairement à l'art antérieur, la surface extérieure 29 de la piste intérieure 23 est munie d'un matériau auto-lubrifiant 31 fixé à elle de toute manière conventionnelle, comme représenté Le matériau 31 est susceptible de venir en contact avec la surface d'appui intérieure 33 de la piste extérieure 25 et est mobile par rapport à elle. Ainsi selon la présente invention, le matériau auto- lubrifiant 31 est fixé aux parois latérales 35 de la piste extérieu- re 25 afin de réaliser un contact à faible frottement de la piste extérieure 25 par rapport à la surface complémentaire et coopérante 37 de l'élément de verrouillage annulaire 27 et à la surface coopé- rante 39 de la partie de bride 41 de la piste intérieure 23. La figure 3 est une vue en coupe selon 3-3 de la figure 2 et illustre la position relative du matériau auto-lubrifiant 31 fixé à la surface extérieure 29 de la piste intérieure 23 par rapport à la surface d'appui 33 de la piste extérieure 25 Au cours d'un fonctionnement habituel, la charge de palier appliquée est dirigée verticalement comme indiqué par la flèche, amenant la surface d'appui 33 de la piste extérieure 25 à s'appuyer contre le matériau auto-lubrifiant 31 de la piste intérieure 23 dans la zone d'usure illustrée Ainsi, si la piste intérieure 23 est fixée en position, seul le matériau 31 dans la zone d'usure sera soumis à une usure. Dans le cadre de la présente invention, la piste intérieure 23 peut être déplacée pour faire varier la partie du matériau 31 soumise à l'usure, prolongeant ainsi la durée de vie du palier. La piste extérieure 25 du palier de la présente invention est constituée de métal, de préférence d'acier inoxydable, pouvant être façonné, ou produit par métallurgie de poudres (tel que des aciers 440 C, 17-4 PH et 304, et de préférence de l'acier 440 C), bien que d'autres métaux tels que de l'acier à teneur en carbone élevée 52100, du titane trempé, de l'aluminium anodisé, de l'Inconel et de C 4 218 l'Hastelloy peuvent également être utilisés de façon à fournir une surface d'appui intérieure métallique 33 Un matériau auto-lubri- fiant 31 est fixé aux parois latérales 35 de la piste extérieure 25. La piste intérieure 23 du palier de la présente invention peut également être constituée d'un métal tel que défini ci-dessus et de préférence est en acier inoxydable 17-4 PH Un matériau auto- lubrifiant 31 est fixé à sa surface extérieure 29. Le matériau auto-lubrifiant 31 peut être un solide organi- que tel qu'un polyester, un polyamide, un polyphénylène sulfure, un polyarylsulfone, un polymère polyfluorocarboné ou un acrylate durci tel que décrit dans le brevet U S no 4 048 370 ou encore une matrice en fibre tissée imprégnée d'une composition d'acrylate durci telle que décrite dans le brevet U S N O 4 134 842 Le matériau auto-lubrifiant 31 peut être assujetti à la surface externe 29 de la piste interne 23 et sur les côtés latéraux 35 de la piste externe 25 par des méthodes connues. Comme polyesters, on peut en particulier mentionner les polyesters aromatiques tel que le polyester de p-oxybenzoyle qui est disponible dans le commerce, par exemple, sous la dénomination commerciale "Ekanol" vendu par la Société Carborundum Co Ce maté- riau polyester a une densité de l'ordre de 1,44 à 1,48 g/cc et un point de fusion d'environ 4260 C Les polyamides qui peuvent être utilement employés selon la présente invention comprennent, par exemple, le nylon-6 et le nylon-6,6 bien que d'autres types de nylon puissent être également employés Des poly p-phénylènes sulfures aromatiques peuvent être également employés, ces polymères pouvant avoir un poids moléculaire aussi élevé qu'environ 13 000 De tels polymères sont disponibles dans le commerce sous la dénomation commerciale de "Ryton" vendus par la Société Phillips Petroleum Company, ce produit ayant un poids spécifique d'environ 1,34, une densité d'environ 1, 342 kg/dm 3 et un point de fusion d'environ 2870 C Les polymères polyfluorocarbonés employés selon la présente invention comprennent le polytétrafluoroéthylène Parmi les poly- arylsulfones susceptibles d'être utilisés selon la présente inven- tion, on peut en particulier mentionner celles ayant un poids molé- culaire de l'ordre d'environ 30 000 à 60 000 Une polyarylsulfone particulièrement appropriée est celle vendue commercialement sous la dénomination commerciale de Polymer 360-3 M Astrel 360 ayant un poids spécifique de 1,36, une densité de 1,356 kg/dm 3, une résistance à la compression à 22,80 C de 1 258 kg/cm et un point de fusion d'environ -6- v 4 2 18 287 C Parmi des polyimides qui sont disponibles dans le commerce, on peut en particulier mentionner ceux vendus sous la dénomination commerciale de "Vespel SP-1 " par la Société Du Pont qui a un poids spécifique d'environ 1,41-1,43, une densité d'environ 1,439 kg/dm 3, une résistance à la compression à 22,8 C d'environ 1687 kg/cm et une température de déformation à la chaleur à 18,5 kg/cm 2 d'environ 360 C Un polyimide Vespel SP-1 modifié est le "Vespel SP-21 " qui contient 15 % en poids de graphite, et présente un poids spécifique d'environ 1,51, une densité d'environ 1,511 kg/dm 3 et une résistance à la compression à 22,8 C d'environ 1265 kg/cm 2 Parmi les autres polyimides disponibles dans le commerce, on peut également citer le produit connu sous la dénomination "X Pl-182 "vendu par la Société American Cyanamid qui possède un poids spécifique d'environ 1,28, une densité d'environ 1,273 kg/dm 3, une résistance à la compression 2- à 22, 8 C d'environ 1757 kg/cm et une température de déformation à la chaleur à 18,5 kg/cm 2 d'environ 226,6 C Un autre polyimide disponible dans le commerce, est celui vendu sous la dénomination de "Genom 3010 " par la Société General Electric qui possède un poids spécifique d'environ 1,90, une densité d'environ 1,88 kg/dm 3, une résistance à la compression à 22, 8 C d'environ 2945 kg/cm 2, et une température de déformation à la chaleur à 18,5 Kg/cm 2 d'environ 349 C Les polyimides contenant du polytétrafluoroéthylène ou des fibres de graphite peuvent être également utilisés. Lorsque le matériau auto-lubrifiant choisi est un mélange durci d'une composition d'un acrylate et d'un lubrifiant solide en particules tel que du polytétrafluoroéthylène, la composition d'acrylate peut être choisie dans le groupe constitué par: (a) un mélange d'une quantité principale d'un ester acry- lique liquide pris dans le groupe constitué par les di-, tri-, et tétraesters d'un acide acrylique d'un alcool polyhydrique, d'une quantité secondaire d'un prépolymère de bas poids moléculaire d'un ester d'un alcool de bas poids moléculaire ayant un groupe terminal vinyle et d'un acide aromatique polycarboxylique, en solution dans ledit ester acrylique et d'un amide organique de formule: R C NH 2 dans laquelle R est pris dans le groupe constitué par l'hydrogène et un radical aliphatique hydrocarboné de 1 à 20 atomes de carbone, en une quantité suffisante pour copolymériser ledit ester acrylique et le prépolymère, 2504 218 -(b) un mélange d'un monomère ester acrylique, d'un ini- tiateur du type peroxyde en une quantité suffisante pour initier la polymérisation dudit monomère et d'une aminoalkoxyalkylamine de formule: R 1-N(H)R 12 ZR 3 7 X(H)R 4 dans laquelle x est un nombre entier de l à 6 inclus, chacun des radicaux R et R 4 étant pris dans le groupe constitué par l'hydrogène et un radical alkyle inférieur et chacun des radicaux R 2 et R 3 est une liaison pontée alkyl inférieur entre N et O, ce dernier composé étant présent en une quantité suffisante pour accélérer la polymérisation dudit monomère, l O (c) un mélange d'un ester acrylique d'un alcool alkylami- noalkyl et d'une quantité suffisante d'un hydroperoxyde comme cata- lyseur, ledit ester acrylique ayant la formule R 1 C 3 (CH 2)x f (CH 2) y O-C-Y = CH 2 R 1 dans laquelle x est un nombre entier de O à 5 inclus, y est un nombre entier de i à 6 inclus, R est pris dans le groupe constitué par l'hydrogène, un halogène, un radical hydroxy, un radical cyano et un radical alkyl inférieur, et R est pris dans le groupe cons- titué par l'hydrogène et un radical alkyle ayant de i à 6 atomes de carbone, (d) un mélange d'un monomère ester acrylique liquide pris dans le groupe constitué par les diesters d'un acide acrylique et d'un alcool polyhydrique, les esters acryliques d'éther-alcools cycliques, les esters acryliques d'amino alcools et leurs mélanges, d'un initiateur du type peroxyde et d'une oxyalkylamine de formule (H)m NZ-(CH 2)x(O Ri)y OR 2 A dans laquelle m et N sont chacun des nombres entiers de l à 2 inclus, le total de m et N étant de 3, x est un nombre entier de l à 6 inclus, y est un nombre entier de O à 6 inclus, Ri est un radical alkyle inférieur et R 2 est pris dans le groupe constitué par l'hydrogène et un radical alkyle inférieur. (e) un mélange d'un monomère ester acrylique pris dans le groupe constitué par les di-, tri-, et tétraesters d'un acide acrylique et d'un alcool polyhydrique, les esters acryliques d'éther- alcools cycliques, les esters acryliques d'amino alcools et leurs mélanges, d'un initiateur du type peroxyde en une quantité suffisan- te pour initier la polymérisation dudit monomère et un composé pris dans le groupe constitué par la rhodanine et un hydracide de formule y H N N R R' -8- 2504 218 dans laquelle R et R' sont des groupes distincts ou forment entre eux un noyau cyclique, R est pris dans le groupe constitué par l'hy- drogène, un radical alkyle, un radical cycloalkyle, un radical aryle et un radical alkoxy et R' est pris dans le groupe constitué par l'hydrogène, un radical alkyle, un radical cycloalkyle, un radical acyle, et dithiocarbonyle, ce composé étant présent en une quantité suffisante pour accélérer la polymérisation dudit monomère, et (f) un mélange d'un monomère de formule: CH 2 C-O-CH 2 H -CH 2 CH 2 îH CH 2- H R 1 HR -O C = CH 2 dans laquelle: Rl et R 2 sont pris dans le groupe constitué par l'hydrogène, et un alkyl inférieur, et R 3 est pris dans le groupe constitué par un radical alkyle inférieur, un radical hydroxyalkyle inférieur, un radical cyano et un radical cyanoalkyle inférieur; d'au moins un équivalent d'un acide pour chaque équivalent dudit monomère, ledit acide étant pris dans le groupe constitué par l'acide acrylique et les acides acryliques alkyle inférieur; d'un initiateur pris dans le groupe constitué par le perbenzoate de t- butyle, le peracétate de t-butyle, et le diperphthalate de di-t- butyle, ledit initiateur étant présent en une quantité suffisante pour initier la polymérisation dudit monomère; d'un inhibiteur trihydroxybenzène et d'un accélérateur pris dans le groupe constitué par le benzyhydrazide et la N-aminorhodanine. Lorsque le matériau auto-lubrifiant choisi est une matrice en fibres tissées imprégnée avec une composition d'acrylate durci, la matrice peut être en un matériau tissé à partir d'un mélange de fibres, une face du matériau comprenant les fibres lubrifiantes, l'autre face comprenant des fibres de renforcement De façon préfé- rée, la matrice en fibres tissées peut être obtenue à partir de fibres de polytétrafluoroéthylène en tant que fibres lubrifiantes, et de fibres "KEVLAR", de fibres en téréphthalate de polyéthylène (DACRON) ainsi qu'en fibres de verre et en fibres de graphite en tant que fibres de renforcement De préférence les fibres de ren- forcement sont des fibres "KEVLAR" vendues dans le commerce sous la dénomination "KEVLAR PRD 49 " par la Société Du Pont Le "KEVLAR" est un composé polymérique organique, connu comme étant un polyamide 2504 218 aromatique c'est-à-dire un aramide Il s'agit d'une fibre à résis- tance élevée et à grand module constituée de longues chaînes synthé- tiques de polyamides dans lesquelles au moins 85 % des liaisons amides sont fixées directement à deux noyaux aromatiques La fibre KEVLAR est extrêmement stable et présente des caractéristiques élevées de résistance, de dureté et raideur La densité de la fibre KEVLAR PRD 49 est de 1,45 g/cc et ses propriétés mécaniques se situent entre les valeurs de celles des fibres de verre et de graphite. L'acrylate durcissable qui peut être l'un quelconque de ceux définis ci-dessus sous (a) à (f) est présent en une quantité suffisante pour imprégner la matrice en fibres tissées et pour la lier à la surface externe de la piste interne. -10 2504 218 REVENDICATIONS 1 Palier comprenant une piste intérieure ( 23) et une piste extérieure ( 25) en contact et mobiles l'une par rapport à l'autre, caractérisé par le fait que ladite piste intérieure ( 23) possède une surface d'appui ( 29) munie d'un matériau auto-lubrifiant ( 31) qui est susceptible de venir en contact avec la surface d'appui ( 33) de la piste extérieure ( 25) et est mobile par rapport à elle. 2 Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau auto-lubrifiant est un lubrifiant organique solide. 3 Palier selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les pistes intérieure et extérieure sont métalliques et que la piste extérieure possède une surface d'appui intérieure métallique. 4 Palier selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les pistes intérieure et extérieure métalliques sont en acier inoxydable et que le matériau auto-lubrifiant fixé à la surface extérieure de la piste intérieure est un lubrifiant orga- nique solide.