Brevet FR2608696A1 — publié le 19880624

Dispositif de limitation du déplacement radial d'un rotor à palier dynamique formé par un engrenage planétaire L'invention concerne un dispositif de limitation du déplacement radial d'un rotor pourvu d'un palier dynamique constitué par la denture d'un réducteur, ou d'un multiplicateur, épicycloïdal. Le montage des rotors de machines tournantes sur palier dynamique est connu. Par "palier dynamique" , on entend un palier constitué par un dispositif actif, une transmission, un réducteur ou analogue ; sur lequel s'appuie l'extrémité d'un arbre, par l'intermédiaire d'un pignon par exemple. Dans ce cas, l'arbre est monté vers son autre extrémité, ou en un autre point de sa longueur, sur un palier "classique", c'est-à-dire un roulement, un coussinet ou analogue. De tels paliers "dynamiques" sont utilises notamment dans des machines dont 1' arbre tourne a très grande vitesse, et qui sont accouplés à des dispositifs dont l'arbre tourne à vitesse plus lente. Dans ce cas, la transmission entre l'arbre grande vitesse et l'arbre-petite vitesse est souvent constituée par un réducteur, ou multiplicateur Le système constitué par deux pignons avec transmission de puissance de l'un à l'autre exige un certain jeu entre ces pignons, c'est-à-dire que les dents de l'un ne doivent pas, en fonctionnement, atteindre le fond de denture, ni se coincer entre les flancs des dents de l'autre pignon. Ceci entraînerait des frottements importants, des à-coups dans la transmission du mouvement et une usure rapide des dents. L'écart entre les axes des pignons en engrenement entre eux est donc toujours légèrement supérieur a la somme des rayons des cercles primitifs des pignons. De ce fait, lorsque la machine est à l'arrèt, l'axe-haute vitesse à tendance à basculer sous l'effet du poids d'un rotor situé à l'une de ses extrémités par rapport au palier classique intermédiaire et la force transmise applique le pignon central contre ies satellites dont l'axe est situé plus haut, de sorte que ses dents viennent en butée au fond de la denture desdits satellites. Par contre, lorsque la machine tourne, à partir d'une certaine vitesse la résultante des réactions du flanc des dents d'un pignon contre celui des dents de l'autre pignon est très supérieure à la force résultant du poids du rotor.De ce fait, l'arbre-haute vitesse a tendance à tourner dans une position ou son axe est parallèle à ceux des pignon satellites; dan ce cas le pignon centrai e-; exactement centre. L'inconvénient Çu du cysteme précédemment décrit resiae donc dans e lait que - à très basse vitesse, au démarrage ou icrs ou ralentissement, ie pignon central va rattraper ie jeu ae denture scus l'effet cu poids du rotor, par Ü decalage radial, avec toutes e conséquences aecriseC plus haut, - du fait ce ce décalage radial, il va falloir prévoir des jeux comuortant entre le rotor et ie stator de la machine ce qui a pour conséquence ae aiminuer considérablement son rendement. L'invention vise a pailier ces inconvénients en réalisant un palier dynamique qui permette de compenser la faiblesse de la réaction entre les dentures des pignons pour centrer l'axe de l'arbre et du pignon solidaire de celui-ci, par rapport aux axes des pignons satellites, et éviter ainsi le basculement de l'arbre et le déplacmeent radial de ses extrémités, lors au démarrage ou du ralentissement de la rotation. Ce but est atteint selon l'invention en ce que les pignons de l'engrenage planétaire constituant ie palier dynamique sont pourvus sur l'une de leurs faces d'un galet coaxial au pignon, dont le diamètre est tres légèrement inférieur au diamètre du cercle primitif du pignon associé, tous les galets étant situés dans ie même plan perpendiculaire aux axes des pignons, de façon å permettre un appui de l'extrémité de l'arbre pourvue d'un pignon, lors de l'arrêt ou de la rotation à basse vitesse, et limite le déplacement radial des deux extrémités. L'invention sera mieux comprise au moyen d'un exemple non limitatif de réalisation représenté sur le dessin annexé. On voit Figure 1, un schéma de principe du palier dynamique-connu, dans le cas d'une turbine a vapeur (ou d'un compresseur) l'arbre étant en rotation et centre. Figure 2, une vue schématique de l'ensemble ae la figure i l'arbre ne tournant pas, le dépiacemenr radial des extrémités de l'arbre étant exagéré pour la clarté de la description. Figure 3, une vue partielle du palier dynamique pourvu des galets selon l'invention. Selon la figure 1, un rotor ou rouet de turbine 6 est monté sur un arbre 1. L'arbre 1 repose sur aeui: paliers 2 et 3. Le palier 2 est un palier pouvant érre constitué de manière connue par un roulement ou un coussinet à patin. Il peut être conçu egalement pour absorber les efforts axiaux. Le palier 3 est un palier dynamique constitué par un engrenage planetaire dont le pignon central 4 est monté à l'extrémité de l'arbre i opposée au rouet 6, et les pignons satellites 5, au nombre de trois au moins, sont montés sur des axes fixes, solidaires du carter. Les pignons satellites 5 engrènent d'une part avec le pignon central 4 et d'autre part avec une couronne å denture intérieure 7 solidaire de l'arbre 8 qui transmet, a plus faible vitesse, le mouvement de l'arbre 1 å un accouplement 9 pour entrainer un dispositif non representé. Le même schema couvre également le cas oU c eut l'arbre 8 qui transmet le mouvement, par l'intermédiaire de la couronne 7, de 1'engrenage 3 et de l'arbre 1, au rotor 6 d'un compresseur. Le poids P du rouet 6 exerce par rapport au palier 2 un moment de basculement de l'arbre 1 qui se traduit par une force P' d'appui du pignon 4 sur les pignons 5 dont l'axe est situé plus haut que l'axe de l'arbre 1 et du pignon 4. Du fait que, pour des raisons techniques de fonctionnement et de réalisation, on doit ménager un certain jeu entre les dentures des pignons 4 et 5, la force P provoque un basculement de rattrapage du jeu autour du palier 2, lorsque l'arbre 1 ne tourne pas ou lorsqu'il est å très basse vitesse, au démarrage ou au ralentissement pour l'arrêt. Ceci est représenté de façon très amplifiée sur la figure 2. En raison de ce bascuiement, les dents des pignons 5 viennent en butee au fond de denture du pignon 4 ou se coincer entre les flancs des dents ae celui-ci et réciproquement. Lorsque la machine démarre, les problèmes évoques plus haut apparaissent Au iur et à mesure que la vitesse de rotation augmente. a résultante des forces de réaction des blancs des dents du pignon 4 sur ceux des dents des pignons 5 augmente dans une proportion telle que la force ?' d'appel cu pignon central 4 sur les pignons satellites supérieurs devient négligeable par rapport à elle, ez que le pignon central 4 se centre automatiquement par rapport aux pignons satellites 5.Dès que la vitesse de rotation de l'arbre i diminue à nouveau, la diminution subséquente des forces de réaction des dents fait que la force P' provoquée par le poids P du rouet devient de plus en plus importante par rapport à elies et l'arbre 1 et le pignon 4 se retrouvent dans la position représentée à la figure 2 avec les troubles de fonctionnement précités. Afin de réduire ce basculement au strict minimum, on prévoit, selon l'invention, à une certaine distance de la face libre du pignon central 4, un galet de roulement 10 coaxial avec lui, dont le diametre es légèrement inférieur à celui du cercle primitif cu pignon 4. De la même façon, des galets de roulement 11 sont prévus a une certaine distance des faces iibres des satellites 5, coaxiaux avec eux et dont le diamétre est légèrement inférieur au diamètre du cercle primitif des pignons 5. Ces galets de roulement 1 et 11 sont sot usinés sur les pignons, soit rapportés comme représente sur la figure 3. Ils sont situés, après montage de l'engrenage planétaire dans un même plan vertical perpendiculaire aux axes des pignons 4 et 5. Le diamètre de ces galets étant légèrement inférieur a celui des cercles primitifs des pignons, cela permet un jeu minimum entre eux et facilite le centrage du pignon central 4 par rapport aux satellites 5 lorsque la machine tourne. Gracie aux galets selon i'invention, lorsque la machine est à l'arrêt ou a faible vitesse, le basculement de l'arbre 1, sous l'effet du poids P du rouet, est limité à un débattement réduit, l'appui ac pignon central 4 sur les pignons 5 supérieurs se faisant par la surface de roulement des galets, ce cui évite aux dents de chaque pignon de se coincer entre les dents du pignon avec lequel ii est en prise. Or. élimine ainsi les problèmes dus au rattrapage au jeu par le basculement. Du fait du faible basculement l'écart entre le rouet et la volute de la turbine peut également être réduit, ce qui permet d'améliorer son rendement. I1 va de soi que l'invention n'est pas limitée a l'exemple précité. On peut l'appliquer à toute machine tournante pourvue d'un rotor et d'un stator, par exemple un moteur électrique ou un alternateur. De plus, on peut prévoir que seuls les satellites dont l'axe est situé au-dessus de celui de l'arbre 1 sont pourvus d'un galet. Le galet peut être disposé sur l'une ou l'autre face des pignons 4 et 5, du moment qu'ils se trouvent tous dans le même plan perpendiculaire aux axes de rotation. Revendications 1. Dispositif de limitation du déplacement radial d'un rotor de machine tournante dont l'arbre est supporté d'une part par un palier et d'autre part par un palier dynamique constitué par un engrenage planétaire dont le pignon central est solidaire de 11 arbre et coaxial avec lui et dont les pignons satellites sont montés sur des axes fixes, caractérisé par le fait que le pignon central 2. Dispositif selon la revendication caractérisé par le fait que tous les pignons satellites (5) sont pourvus d'un galet. 3. Dispositif selon l'une quelconque ce revendications 1 et 2 , caractérise par le fait que les galets (10, 11) sont situés a faible distance ce a face du pignon (4, 5). 4. Dispositif selon i'une quelconque ces revendications 1 à 3, caracterisé par le irait que ie galets (i, 11) sont situés du coté de la face libre des pignons C5). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1à 3, caractérisé par le fait que les galets (l, 11) sont situés du côté de la face du pignon (4, 5) située du côté de l'arbre (1). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les galets sont formés d'une seule pièce avec les pignons. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait cue les galets sont rapportés sur les pignons.