Brevet FR2505923A1 — publié le 19821119

La présente invention se rapporte à un trépan pour roches muni d'un coussinet fritté tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 207 658, cédé à la demanderesse et elle a trait plus particulière- ment à un trépan pour roches muni d'un tel coussinet à paroi relativement mince. Comme décrit dans le brevet précité, le cous- sinet fritté du trépan pour roches est constitué par une poudre d'alliage comprimée sous la forme désirée pour former une matrice poreuse puis frittée pour former un coussinet poreux unitaire On infiltre dans les pores une matière anti-friction afin de réaliser un palier de trépan pour roches à longue durée de vie Une matière anti-friction préférée est un alliage d'argent qui, du fait de sa teneur en argent, est relativement onéreux On a ainsi déterminé que des économies importantes pourraient être réalisées si l'on pouvait utiliser un coussinet à paroi mince comportant la matrice poreuse dans laquelle est infiltrée la matière anti-friction, tel qu'un al- liage d'argent, à la place du coussinet à paroi relative- ment épaisse actuellement disponible. Tel qu'il est actuellement fabriqué, le cous- sinet à paroi épaisse pour trépan pour roches a une épaisseur de paroi d'approximativement 4,57 mm ce qui donne au palier une rigidité importante Un tel cous- sinet est monté à la presse dans une ouverture correspon- dante formée dans la molette conique et qui a un dia- mètre légèrement plus petit pour assurer un ajustement serré entre eux Du fait de ce montage à force, le cous- sinet est retenu de manière fixe dans la molette conique. Dans un coussinet à paroi mince, sous les char- ges dynamiques auxquelles un tel coussinet est soumis pen- dant que le trépan est en train de forer, il se produit dans la paroi une déformation suffisante pour que le pa- lier ait tendance à "s'échapper" (c'est-à-dire à se dé- placer axialement vers l'extérieur) et également à se déplacer en rotation ou à tourner par rapport à la mo- lette conique ou à la bague de renfort adjacente En outre, on considère qu'un ajustement tant soi peu plus serré pro- voquerait le flambage de la paroi mince Ainsi, on ne peut empêcher le déplacement relatif du coussinet simple- ment en accroissant la force de serrage de l'ajustement. Dans la plupart des cas, le coussinet à paroi mince a une épaisseur de paroi de 1,14 mm; cependant, des épais- seurs de paroi jusqu'à 3,18 mm posent encore les problèmes ci-dessus Par conséquent, pour retenir le coussinet à paroi mince adapté de manière fixe soit dans une bague de renfort soit directement dans une ouverture corres- pondante formée dans la molette conique, il est nécessaire d'utiliser un ajustement serré, à l'intérieur de l'inter- valle acceptable, en plus d'une autre structure qui aide à maintenir le coussinet à mince paroi stationnairi dans la molette conique. La présente invention a pour objet un coussinet à paroi mince monté de manière fixe soit directement à l'intérieur de la molette conique roulante soit à l'inté- rieur d'une bague de renfort qui a une épaisseur suffisante pour pouvoir être montée dans la molette avec un ajustement serré suffisant pour empêcher toute rotation relative entre la molette et la bague de renfort Une lèvre de retenue formée sur la bague de renfort ou un jonc de retenue élasti- que à enclenchement brusque monté dans la molette conique est en butée contre la face axialement extérieure du coussi- net pour empêcher le déplacement axial de ce dernier vers l'extérieur Cependant, pour empocher un mouvement de rotation relatif du coussinet par rapport à la molette, un revêtement d'adaptation en métal (c'est-à- dire en un métal plus tendre, plus malléable que la molette, la bague de renfort et le -3- manchon) est plaqué ou déposé sur la face stationnaire de contact en appui con 4 re le coussinet (la périphérie inté- rieure de la molette ou la périphérie intérieure de la bague de renfort) ou sur la surface périphérique extérieure du coussinet, ou sur les deux Ce revêtement métallique tend à remplir la surface irrégulière produite par l'usinage des surfaces d'appui en vis-à-vis, de façon à diminuer les aspérités de surface qui, à la suite d'une certaine rotation relative initiale, ont tendance à produire une usure suffi- sante pour permettre la poursuite de la rotation du coussinet. Le revêtement d'adaptation limite, en outre, toute diminution de l'appui de surface entre les deux surfaces de contact, réduisant ainsi la rotation relative qui ne devrait au plus durer que jusqu'à ce que les surfaces se soient placées dans une position d'accouplement adapté en appui stationnaire. Outre qu'il contribue à l'élimination de la rota- tion relative du coussinet à paroi mince, le revêtement d'adaptation, en remplissant les creux ou sillons entre les aspérités favorise un contact de surface intime entre le coussinet et sa matière de renfort (c'est-àdire la molette ou la bague de renfort) pour assurer une conductibilité thermique élevée sur la totalité des surfaces en appui afin d'assurer une plus grande dissipation de la chaleur à partir du coussinet dans la bague de renfort ou dans la molette, maintenant ainsi le coussinet relativement exempt de points chauds qui pourraient sinon, provoquer une défaillance Prématurée due à un gauchissement localisé ou à une adhérence entre le tourillon support et le coussinet. D'autres caractéristiques de l'invention apparat- tront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: La Figure 1 est une vue en coupe verticale de la structure de palier d'un ensemble de bras et de molette conique roulante; -4- La Figure C est une vue en coupe à plus grande échelle du coussinet de nalier selon la présente invention,et La Figure 3 est une vue isométrique éclatée d'un sous-ensemble formé par le coussinet de palier 3 paroi mince et la bague de renfort selon la présente invention. Sur la Figure 1 à laquelle on se référera maintenant on a représenté une partie d'un trépan de forage par rotation pour roches Comme il est connu, un tel trépan pour roches comprend typiquement un bras 12 s'étendant vers le bas qui se termine par un tourillon porteur 14 qui s'étend vers le bas et vers l'intérieur et qui a une configuration extérieure générale cylindrique en gradins pour porter à rotation une molette conique 16 Comme représenté sur cette figure, la molette 16 comporte une cavité intérieure 18 ayant une con- figuration en gradins similaire, des billes de roulement 19 étant emprisonnées entre des chemins de roulement coopérants pour retenir la molette 16 sur le tourillon porteur 14 d'une manière bien connue. Comme il est également connu, un circuit de lubri- fication fermé 20 distribue du lubrifiant aux diverses ré- gions de portée entre la molette et le tourillon porteur par des passages tels que le passage 21 Une bague d'étanchéité annulaire 22 disposée à l'entrée de la cavité de la molette maintient les régions de portée coopérantes hermétiquement c'1 oses par rapport au milieu de forage externe. Sur la Figure 1 à laquelle on continuera de se référer, on peut voir qu'un élément 24 de coussinet de palier est fixé à la molette roulante à l'intérieur de la cavité 18, adjacent à l'emplacement axial le plus avant de la cavité qui correspond également au plus grand diamètre de la cavité, de façon à tourner avec la molette Le coussinet fournit une surface relativement rotative en appui contre la partie de plus grand diamètre extérieur du tourillon porteur 14. -5- Comme précédemment mentionné, il est déjà connu de fabriquer un tel coussinet à partir d'un alliage en poudre comprimé qui est fritté pour former une structure poreuse unitaire dans les pores de laquelle on infiltre une substance anti- friction, telle qu'un alliage d'argent Ainsi, l'appui de tourillonnement entre le tourillon et la molette qui tourne par rapport à lui, au moins pour cette partie du tourillon, est assurée par le coussinet 24 qui contient un alliage anti-friction pour favoriser une longue durée de vie du coussinet en étant assisté par le lubrifiant du circuit de lubrification. Dans le trépan pour roches scellé de la demanderes- se, il a été de pratique courante de disposer une bague d'étanchéité annulaire 22 à l'entrée de la cavité de la molette conique pour obturer la cavité et empocher la péné- tration de débris externes Une compression optimale est appliquée à la bague d'étanchéité du fait que la section transversale de la bagué est plus grande que la séparation radiale entre les surfaces adjacentes du tourillon 14 et de la cavité intérieure de la molette conique sur lesquelles la bague d'étanchéité est en appui, pour rattraper l'usure et maintenir ainsi un appui d'étanchéité efficace pendant toute la durée de vie du trépan A cet égard, on a établi un écart radial entre le tourillon 14 et la cavité 18 de la molette au niveau de l'entrée de cette dernière, dimension que l'on a maintenu sur toute la région de réception du coussinet de la molette dans le but de réduire les opérations d'usinage de la molette Ainsi, l'épaisseur de paroi du coussinet de la technique antérieure a été suffisante pour s'adapter à cette dimension radiale et la remplir Ceci a permis de réaliser un coussinet à naroi relativement épaisse ayant une résistance de paroi suffisante pour permettre un ajustement serré entre la périphérie extérieure du coussinet et la périphérie inté- rieure de la molette qui emp 4 che le coussinet de se déplacer -6- par rar Port à la molette sous la charge dynamique du trépan sans provoquer néanmoins un quelconque flambage ou déforma- tion des surfaces du coussinet Cependant, comme précédem- ment expliqué, une telle construction à paroi épaisse c'est-à-dire une épaisseur de paroi de l'ordre de 4,57 mm) a eu pour résultat une dépense excessive pour l'infiltration de ses pores avec l'alliage d'argent. Afin de réduire la quantité d'alliage d'argent nécessaire pour l'infiltration du coussinet, on a réduit l'épaisseur du coussinet (à savoir approximativement à un quart de la dimension d'origine ou à une valeur de 1 'ordre de 1, 14 mm) Ceci a été plus clairement représenté sur la Figure 2 sur laquelle on voit que le coussinet 24 est adapté de manière fixe dans une bague de renfort 26 dont la paroi a une épaisseur suffisante pour transmettre le soutient de la paroi de la cavité au coussinet et est ainsi de l'ordre de 3,43 mm Comme on peut le voir sur cette figure, la bague de renfort comporte une lèvre annulaire 28 adjacente à son extrémité axiale extérieure Le coussinet 24 est disposé à l'intérieur de la bague de renfort 26 et il est en butée contre la lèvre 28 à une extrémité et se termine en aligne- ment, à l'autre extrémité, avec l'extrémité opposée de la bague de renfort, o la bague et le coussinet sont tous deux en appui contre un épaulement 30 formé par la configuration en gradins de la cavité de la molette Cette butée détermine également la position du coussinet pour le retenir à l'encon- tre de tout dé 4 lacement axial. Il doit être bien compris que le diamètre extérieur de la bague de renfort 26 est suffisamment supérieur au diamètre intérieur correspondant de la cavité de la molette pour qu'il y ait entre eux un ajustement serré, qui, du fait de la rigidité de la bague de renfort 26, peut être rendu - 7suffisant pour empêcher la bague 26 de tourner dans la molette conique sous les charges dynamiques rencontrées lorsque le trépan est en train de forer En outre, il doit être également bien compris que le diamètre extérieur du coussinet 24 est, de même, plus grand que le diamètre intérieur de la bague de renfort 26 pour permettre également un ajustement serré Cependant, du fait de la paroi relativement mince du coussinet 24, la flexibilité du coussinet, bien que limitée, serait suffisante sous les charges dynamiques pour permettre une rotation relative entre le coussinet et la bague de renfort, même avec un tel ajustement serré Comme précédemment expliqué, on ne peut pas empêcher une telle rotation en acroissant simplement la force de serrage de l'ajustement du fait que ceci pourrait provoquer le flam- bage du coussinet Ainsi, l'une au moins des surfaces d'ap- pui en vis à vis (c'est-à-dire soit la surface périphé- rique extérieure du coussinet soit la surface périphérique intérieure de la bague de renfort) est munie d'un revête- ment 32 en un métal d'adaptation, tel que du nickel ou un alliage de nickel. Le revêtement d'adaptation 32 est, de préfé- rence, appliqué après que la surface a été usinée au dia- mètre approprié Ce revêtement, bien que s'adaptant d'une manière générale à la texture de la surface usinée à la- quelle il est appliqué, tend à remplir les rainures, réduisant de ce fait les aspérités de la surface Le revêtement 32 assure ainsi la réalisation d'une surface plus lisse, assurant ainsi un plus grand contact super- ficiel avec la surface correspondante ajustée avec ser- rage sur lui qui, autrement, serait principalement en con- tact d'appui contre les aspérités en vis à vis, de sorte qu'on obtient un contact d'appui entre ces deux surfaces qui s'étend sur une plus grande superficie En outre, si la charge dynamique du trépan provoque une certaine rota- tion initiale entre le coussinet 24 et la bague de renfort 26, le revêtement métallique d'adaptation 32 provoque l'usure des surfaces dans une disposition en appui avec le revêtement 32 qui, au lieu d'être usé par le mouvement relatif, est simplement déplacé jusqu'à d'autres régions jusqu'à ce que les surfaces ajustées avec serrage soient adaptées l'une à l'autre dans une disposition étroitement en appui De cette manière, le mouvement de rotation relatif du coussinet par rapport à la molette conique est avantageusement supprimé à l'exception d'un mouvement 1 o occasionnel du type remise en place exceptionnel. Bien que le revêtement d'adaptation utilisé dans un mode de réalisation de l'invention qui a été essayé ait été un alliage de nickel, on estime que d'autres revêtements métalliques, par exemple en cuivre, étain, zinc, cadmium, aluminium ou plomb ou en leurs alliages pourraient être également efficacement utilisés. On se référera maintenant à la figure 3 qui re- présente la surface périphérique intérieure de la bague de renfort qui est principalement la surface qui est re- vêtue de la couche métallique d'adaptation; cependant, il est évident qu'alternativement la surface périphéri- que extérieure du coussinet 24 pourrait être revêtue ou que les deux surfaces pourraient être revêtues. Un avantage supplémentaire que présente la cou- che d'adaptation 32 en assurant un contact d'appui sur une plus grande surface entre le coussinet C 4 et la bague de renfort 26 réside en ce qu'en assurant ce contact sur une plus grande surface, elle contribue à évacuer la chaleur du coussinet dans la bague de renfort 26 et finalement dans la molette 16 Ceci diminue le risque que des points chauds se produisent dans le coussinet 24, points chauds qui pourraient engendrer des contraintes localisées qui pourraient entraîner une défaillance prématurée du pa- lier. Ainsi, un manchon poreux infiltré d'épaisseur réduite est monté de manière fixe dans la molette conique roulante d'une manière qui ne provoque pas un flambage mais ancre néanmoins le coussinet fermement à l'encontre d'une rotation et contribue en outre à la dissipation de la chaleur de la région de portée. REVENDICATIONS 1 Un trépan pour roches perfectionné compor- tant une molette conique roulante ( 16) ayant une structure qui forme une cavité ( 18) de palier montée sur un tourillon porteur fixe ( 14) qui s'étend à partir d'un bras ( 12) dudit trépan ( 10), un coussinet de palier ( 24) monté fixe dans la structure formant une cavité et en appui à rotation contre le tourillon, ce trépan étant caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens formant butées effectives ( 28, 30) qui s'étendent à partir de la structure formant cavité sur les côtés axialement opposés du coussinet ( 24) pour retenir le coussinet à l'intérieur de la structure formant cavité à l'encontre de tout mouvement axial sous les charges dynamiques du tourillon et de la molette; et une couche d'adaptation ( 32) en métal interposée entre la surface extérieure s'étendant axialement du cous- sinet et la surface d'appui intérieure en vis à vis de la structure formant cavité de palier; et en ce que: lesdites surfaces d'appui extérieure et inté- rieure sont montées avec un premier ajustement serré qui, en combinaison avec la couche d'adaptation, s'oppose à la rotation du coussinet sous les charges dynamiques du tou- rillon et de la molette de telle sorte que le coussinet est retenu d'une manière sensiblement fixe dans la structure formant cavité pendant le fonctionnement du trépan. 2 Trépan selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la structure formant cavité de palier com- prend: une bague de renfort ( 26) montée fixe dans la molette conique ( 16) avec un second ajustement serré et comportant une lèvre ( 28) qui s'étend radialement en direc- tion du tourillon ( 14) pour former l'une des butées; et en ce que le coussinet ( 24) est disposé à l'intérieur de la bague de renfort avec le premier ajustement serré, la couche d'adaptation ( 32) en métal étant interposée entre les surfaces d'appui s'étendant axialement de la bague et du coussinet. 3 Trépan selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que la couche d'adaptation ( 32) est ap- pliquée sur la surface intérieure de la bague de renfort ( 26). 4 Trépan selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'épaisseur de paroi de la bague de ren- fort ( 26) est nettement supérieure à l'épaisseur de pa- roi du coussinet ( 24). 5 Trépan selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi de la bague de renfort ( 26) est de l'ordre de trois fois l'épaisseur de paroi du coussinet ( 24). 6 Trépan selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que la couche métallique d'adaptation ( 32) est constituée par un revêtement en un métal choisi dans le groupe constitué par le nickel, le cuivre, l'é- tain, le zinc, le cadmium, l'aluminium et le plomb ou des alliages de ces métaux. 7 Trépan pour roches perfectionné comportant une molette conique roulante ( 16) ayant une structure qui forme une cavité ( 18) de palier montée sur un tou- rillon porteur fixe ( 14) qui s'étend à partir d'un bras ( 12) dudit trépan ( 10), un coussinet de palier poreux ( 24) infiltré d'une matière anti-friction monté fixe dans la structure formant cavité et en appui à rotation contre le tourillon et une bague d'étanchéité ( 22) en matière élastomère en appui étanche contre le tourillon à l'inté- rieur de la structure formant cavité pour clore la struc- ture 4 or,-ant cavité et le coussinet vis à vis du milieu environnant le tr 4 rpan, caractérisé en ce que: la structure formant cavi té comporte des mo- rens formant des butées effectives ( 28, O 0) disposés sur les côtés opposés du coussinet ( 24) pour retenir le coussine' à l'intérieur de la structure forment cavité à l'encontre de tout mouvement axial sous les charges dynamiques du tourillon et de la molette; et une couche d'adaptation ( 32) en métal interposée entre la surface extérieure stétendant axialement du cous- sinet et la surface d'appui intérieure en vis à vis de la structure formant cavité de palier; et en ce que: lesdites surfaces d'appui extérieure et inté- rieure sont montées avec un premier ajustement serré qui, en combinaison avec la couche d'adaptation, s'oppose à la rotation du coussinet sous les charges dynamiques du tourillon et de la molette de telle sorte que le coussi- net est retenu d'une manière fixe dans la structure formant cavité pendant le fonctionnement du trépan. 8 Trépan selon la revendication 7, ca- ractérisé en ce que la structure formant cavité de palier comporte une bague de renfort ( 26) séparée montée à l'intérieur de la molette ( 16), adjacente au joint d'é- tanchéité ( 22) et ayant une face qui forme un serre- joint, la bague de renfort étant montée fixe dans la mo- lette conique ( 16) avec un second ajustement serré et comportant une lèvre ( 28) qui s'étend radialement en direction du tourillon ( 14) pour former l'une des butées; et en ce que: le coussinet ( 24) est dispos A à l'intérieur de i bague de renfort avec le premier ajustement serré, la couche d'adaptation ( 32) en métal étant interposée entre les surfaces d'appui s'étendant axialement de la bague et du coussinet.