Brevet FR2576647A1 — publié le 19860801

PALIER, NOTAMMENT POUR ARBRE TOURNANT La présente invention concerne un palier, notamment pour arbre tournant et vise plus particulièrement un palier pour un arbre tournant de grandes dimensions monté dans une structure déformable, comme par exemple un arbre porte-hélice dans un navire. La fonction premièere de ces paliers est de supporter l'arbre en encaissant des efforts radiaux, tout en minimisant le couple de frottement résistant. Les paliers existants conçus pour des installations à structure essentiellement indéformable se prêtent mal aux applications envisagées en introduction puisqu'ils ne supportent pas les déformations relatives de la coque (c'est-à-dire, de la stucture) et de l'arbre. Selon un améenagement classique, il est prévu de fractionner la pièce sur laquelle est définie la surface de friction du palier, ou tout au moins la partie de surface la plus sollicitée, en éléments, ou coussinets, plus aptes à suivre des déformations qu'une pièce unique massive. De tels coussinets utilisés sur des machines tournantes de grandes dimensions améliorent, grace à une cinématique particulière, la stabilité hyrodynamique du film de lubrification entre la surface de friction et l'arbre. Selon une variante connue, on réalise cette cinématique au moyen de lamifiés cylindriques dont le rayon est inférieur à celui de l'arbre, plus particulièrement en réalisant le coussinet en deux parties, une première partie au contact de l'arbre et une seconde partie à l' oppose, ces deux parties faisant contact l'une avec l'autre suivant une surface cylindrique parallèle à l'arbre et de rayon inférieur. De la sorte, la premièere partie de coussinet en contact avec l'arbre présente un degré de liberté par rapport à la seconde partie par glissement/rotation, ce qui permet une orientation correcte des surfaces en contact et une amélioration de la lubrification. Ces arrangements ne permettent cependant que des déformations d'amplitude très limitées et, s'ils conviennent relativement bien dans les cas d'excentrement de l'axe de l'arbre, ils sont franchement inadaptés dans les cas de variation angulaire de l'axe (non-parallèlisme). Dans le but de remédier à ces inconvénients, la présente invention propose un palier pour arbre tournant, du type composé d'au moins un coussinet présentant une surface de friction en contact avec une surface extérieure de l'arbre, caractérisé en ce que ledit coussinet comprend un bloc de coussinet sur lequel est défini ladite surface de friction, et un carter support, ledit carter support présentant une ouverture dans laquelle est reçue ledit bloc, le bloc et le carter étant séparés sur tout le pourtour de l'ouverture par un intervalle et reliés élastiquement entre eux au travers de cet intervalle, et le bloc et le carter définissant entre eux une cavite fermée remplie d'un fluide sensiblement incompressible. Grâce à un tel agencement, on conçoit que le bloc de coussinet dispose, par rapport au carter support, d'au moins deux degrés de liberté, dans la limite de déformabilité des moyens élastiques interposés entre eux et qui peut-4tre choisie pour être particulièrement élevée. Afin de mieux comprendre l'invention, on se reportera à la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective et en coupe partielle d'un palier conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe transversale schématique du palier de la figure 1 et d'un arbre; la figure 3 est une coupe longitudinale schématique du palier de la figure 1 et d'un arbre; la figure 4 illustre un agencement complémentaire de l'invention; et la figure 5 est une vue schématique en perspective analogue à celle de la figure 1 illustrant une variante de l'invention. Le palier 10 pour un arbre tournant 12 illustré à la figure 1 se compose d'un bloc de coussinet 14 destiné à venir en contact avec la surface extérieure de l'arbre et présente à cet effet une surface extérieure concave 16. Le coussinet peut être réalisé en totalité en un matériau résistant à l'usure ou il peut être seulement revêtu d'une couche d'un tel matériau sur sa surface concave 16. Comme bien connu, on dispose un film de lubrification entre le coussinet et l'arbre pour minimiser les frottements lors de la rotation de l'arbre autour de son axe XX. Ce film peut consister en un produit liquide, visqueux ou encore solide comme il est également bien connu dans ce domaine. Le coussinet 14 est monté dans un carter support 18 de la manière suivante: Le carter support a sensiblement la forme d'un bottier parallèlépipédique fermé sut ses faces latérales et inférieure et comportant une ouverture 20 à sa partie supérieure. Le coussinet est monté dans l'ouverture 20 de manière à être séparé sûr tout le pourtour de l'ouverture par un intervalle 22. Un joint déformable 24 est monté dans l'intervalle 22 entre le carter 18 et le bloc de coussinet 14. Ce joint est solidement fixé au carter d'un côté et au bloc de coussinet de l'autre côté. On comprendra que le joint 24 constitue un moyen élastique reliant le carter et le bloc au travers de l'intervalle 22. De cette manière, le carter support 18, le bloc de coussinet 14 et le joint 24 délimitent une cavité fermée 26, qui est remplie d'un liquide sensiblement incompressible. Le bloc de coussinet dispose par conséquent de deux degrés de liberté, par rotation autour des axes Ox et Ot à la figure 1, c'est-à-dire plus précisément un axe parallèle à l'axe de l'arbre et un axe perpendiculaire à ce dernier. Ceci permet au coussinet de "suivre" des déplacements de l'axe XX de l'arbre. Selon une forme préférée de l'invention, le joint 24 est réalisé en matériau élastomère et il est fixé au bloc 14 et au carter 18 par tout procédé d'adhérisation convenable. Comme illustré en coupe transversale à la figure 2, si l'axe XX se décale parallèlement à lui-mnme d'une distance d, le bloc de coussinet 14 pivote autour de l'axe Ox de manière que sa surface concave 16 reste parfaitement en contact avec la surface extérieure de l'arbre, le joint 24 se déformant élastiquement pour s'adapter à la nouvelle géométrie de l'intervalle 22. Comme illustré en coupe longitudinale à la figure 3, si l'axe XX pivote d'un angle a, le bloc de coussinet 14 pivote autour de l'axe Ot de manière que sa surface concave 16 reste parfaitement en contact avec la surface extérieure de l'arbre, et, comme précédemment, le joint 24 se déforme Plastiquement pour s'adapter à la nouvelle géométrie de l'intervalle 22. On remarque également à cette figure, que le bloc de coussinet a une, forme allongée, d'une certaine longueur, considérée parallèlement à l'axe XX de l'arbre. Il possède donc de ce fait une élasticité propre qui lui permet de s'incurver par torsion autour de l'axe Ot et de s'adapter à des inégalités localisées comme des renflements de l'arbre, ou encore de compenser une certaine courbure de l'axe XX. On a, en effet, supposé jusqu'ici l'axe XX parfaitement linéaire, mais il est bien connu que des arbres de grandes dimensions ont fréquemment un axe légèrement incurvé sous l'effet de leur propre poids et que leur propre élasticité interne leur permet une rotation autour d'un axe ainsi incurvé. Dans le mode de réalisation décrit jusqu'ici, la cavité entre le carter support et le bloc de coussinet est totalement fermée et contient un fluide sensiblement incompressible. Pour cette raison, le volume total de la cavité reste pratiquement constant et les mouvements de rotation du bloc de coussinet s'effectuent autour d'un centre instantané de rotation O pratiquement fixe par rapport au carter. On peut désirer, dans certains cas, faire varier-la distance relative du centre instantané de rotation O et du carter, autrement dit de doter le bloc de coussinet d'un troisième degré de liberté. Ceci est nécessaire lorsque l'axe XX de l'arbre se décale parallèlement à lui-mêe en éloignement/rapprochement du palier. A cet effet, l'invention prévoit de relier la cavité 26 à un groupe d'asservissement hydraulique 30 via un conduit 32, le groupe 30 comportant des moyens de contr8le 34 et étant lui-même sous la dépendance d'une unité de commande 36 qui est associée à des capteurs (non-représentés) destinés à détecter les divers mouvements de l'axe XX de l'arbre. Dans certains cas o les décalages de l'axe XX restent, en fonctionnement, pratiquement égaux aux décalages constatés lors de l'installation et la mise au point, on prévoit de monter les carters-supports de manière ajustable, de manière à les régler au départ en position et en orientation optimales. En variante, on peut utiliser des paliers conformes à la variante de la figure 4, les carters étant montés fixes et sans possiblité d'ajustement, l'ajustement étant effectué au niveau de la quantité de liquide admise dans la cavité 26 à l'aide d'un groupe d'asservissement 30 uniique et dont le rôle est réservé à ce seuli usage. Une fois que le réglage d'un palier est effectué, on isole ce dernier à l'aide d'une vanne étanche 38 puis on procède de gmre avec un autre palier avec le mm&ne groupa 30. Le mod.e de réalisation de la figure 5 diffère du mode de réalisation precédent en ce que la cavité 26 est subdivisée en dreux sous-cavités 26a et 26b par une cloison longitudinale 40 solidaire du carter et un joint 42 déformable est interposé entre !a cloison 40 et une surface intérieure 44 du bloc de coussinet. Dans la mesure ou aucun transfert de liquide ne peut se produire d'une sous-cavité à l'autre le coussinet ne dispose plus que d'un degré de liberté, en rotation autour de l'axe Ort. Cette variante trouvera son application tout particulièrement lorsque les seules déformations prévisibles, ou constatées, de l'arbre sont celles o l'axe XX présente des variations angulaires, comme évoqué en relation avec la figure 3. On a supposé jusqu'à present que le liquide incompressible possède une viscosité négligeable, et le bloc de coussinet suit par conséquent pratiquement instantanément les décalages de l'axe de l'arbre provoqués par les déformations de la structure dans laquelle est monté cet arbre. Dans certains cas, on cherchera à retarder et/ou à amortir les mouvements du bloc de coussinet et, à cet effet, on choisira avantageusement un fluide ayant des propriétés visco-élastiques, ou enore tout matériau ou association de matériaux ne répondant pas habituellement à la définition d'un fluide mais dont le comportement à cet égard est assimilable au comportement d'un fluide visco-élastique, lorsque reçu dans la cavité fermée entre le carter et le bloc. Cet arrangement permettra également de rendre moins critique l'aspect étanchéité des jonctions entre le joint et le carter d'une part et entre le joint et le bloc d'autre part. Parmi d'autres variantes envisagées de l'invention, et qui n'ont pas été représentées, on citera la réalisation de paliers de butée, le bloc de coussinet ayant dans ce cas une surface extérieure plane en contact avec une face plane d'extrémité de l'arbre en rotation. On peut également réaliser des paliers pour surfaces en simple translation, à la manière de patins, o les coussinets ont une face extérieure de forme complémentaire de la portée de coulissement en vis à vis. Bien entendu, on comprendra que l'on peut réaliser conformément à l'invention des paliers à coussinets multiples, formés par une juxtaposition de plusieurs paliers unitaires comme celui qui a été décrit, ces paliers étant régulièrement répartis sur le pourtour d'un arbre en rotation, ou sur une surface de butée, ou sur une voie de glissement. REVENDICATIONS 1. Palier pour arbre tournant (12), du type composé d'au moins un coussinet (14) présentant une surface de friction (16) en contact avec une surface extérieure de l'arbre, caractérisé en ce que ledit coussinet (14) comprend un bloc de coussinet sur lequel est défini ladite surface de friction, et un carter support (18) ledit carter support présentant une ouverture (20) dans laquelle est reçue ledit bloc, le bloc et le carter étant séparés sur tout le pourtour de l 'ouverture par un intervalle (22) et reliés élastiquement entre eux au travers de cet intervalle, et le bloc et le carter définissant entre eux une cavité fermée (26) remplie d'un fluide sensiblement incompressible. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison élastique (24) entre le bloc (14) et le carter (18) est constituée par un joint 24) en matériau élastomère, remplissant ledit intervalle (22) et adhérisé au bloc d'une part et au carter d'autre part. 3. Palier selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite cavité (26) est subdivisée en deux sous-cavités (26a, 26b) indépendantes. 4. Palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite cavité est subdivisée par une cloison (40) solidaire du carter, et un joint en matériau élastomère (42) interposé entre ladite cloison (40) et le bloc de coussinet (14). 5. Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bloc de coussinet a une forme allongée et présente une élasticité propre. 6. Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, destiné à être agencé radialement par rapport à un arbre, caractérisé en ce que le bloc de coussinet comporte une surface concave destinée à être en contact avec une surface extérieure cylindrique dudit arbre. 7. Palier, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, destiné à 4tre agencé en butée d'arbre, caractérisé en ce que le bloc de coussinet comporte une surface plane destinée à être en contact avec une face plane d'extrémité dudit arbre. 8. Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est associé à un goupe d'asservissement (30) hydraulique en communication avec ladite cavité et sous la dépendance d'une unité de commande 36. 9. Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit fluide présente des propriétés visco- élastiques. 10. Ensemble de paliers, caractérisé en ce qu'il est composé d'une pluralité de paliers selon l'une des revendications précédentes.