Brevet FR2613441A1 — publié le 19881007

Coussinet pour tourillon en rotation sur un film de lubrifiant et palier à film d'huile L'invention concerne un perfectionnement apporté aux paliers à film d'huile du type utilisé pour supporter en rotation les surfaces de portée de tourillons dans un laminoir. Dans le palier classique à film d'huile pour laminoir, tel que représenté quelque peu schématiquement sur les figures 1 et 2 des dessins annexés décrits ci- après, le cylindre 10 comporte un tourillon 12. Le tourillon 12 peut être conique, comme montré sur la figure 1, ou bien cylindrique. Un fourreau 14 est monté et fixé sur le tourillon 12. L'extérieur du fourreau définit la surface de portée 16 du tourillon. Un coussinet 18 présente une surface intérieure 20 de palier entourant la surface de portée 16 et la supportant en rotation. Le coussinet est retenu par une empoise 22 dans laquelle il est fixé. L'empoise est fermée à l'extrémité extérieure par une plaque d'extrémité 24 et un capot 26. Un ensemble 28 d'étanchéité est prévu entre le cylindre et l'extrémité intérieure de l'empoise 22. En fonctionnement normal du laminoir, lorsque le cylindre tourne à des vitesses appropriées pour un fonctionnement hydrodynamique complet, un courant d'huile continu est mis en circulation dans l'un des jeux de passages 29 à l'intérieur de l'empoise, dans des ouvertures d'alimentation du coussinet et dans des zones réalésées 32 de la surface 20 de palier. A partir de ce point, l'huile pénètre entre la surface 20 de palier et la surface 16 de portee en rotation pour former un film d'huile 34, quelque peu en forme de coin, maintenu de façon hydrodyna- mique dans la zone de charge "Z" du palier. La zone de charge est située sur le côté opposé à celui o la charge "L" est appliquée au cylindre, et le profil de pression dans la zone de charge est illustré schématiquement en "P" sur la figure 1. Bien que cela ne soit pas représenté, il est bien entendu que, dans la plupart des cas, des moyens hydrostatiques classiques sont utilisés pour former le film d'huile nécessaire entre les surfaces de portée et de palier lorsque le cylindre n'est pas en rotation ou lorsqu'il tourne à une vitesse inférieure à celle demandée pour engendrer et maintenir le film d'huile hydrodynamique 34. L'huile s'écoule en continu d'entre les surfaces 16 et 20 de portée et de palier aux deux ex- trémités intérieure et extérieure de la zone de charge. L'huile s'écoulant de l'extrémité intérieure entre dans un carter intérieur 36 délimité par l'ensemble d'étanchéité 28 et les surfaces adjacentes de l'empoise, du coussinet et du cylindre. L'huile s'écoulant de l'extrémité extérieure entre dans un carter extérieur 38 délimité par la plaque d'extrémité 24 et l'empoise 22. Les carters 36 et 38 sont reliés entre eux par un ou plusieurs passages 40 percés à travers l'empoise, et le carter extérieur 38 est relié à un système classique de lubrification (non représenté) qui filtre, refroidit et recycle l'huile vers le palier pour la réintroduire entre les surfaces de palier et de portée 16, 20. Il est bien entendu que le terme "huile" tel qu'utilisé ici doit être interprété au sens large comme englobant toutes les formes de lubrifiants utilisées dans des paliers du type considéré, y compris, par exemple, une huile minérale, des huiles synthétiques et des mélanges d'huiles et de leurs additifs. L'un des objectifs de l'invention est d'augmen- ter la rigidité du palier à film d'huile décrit ci-dessus. Le terme "rigidité" utilisé ici désigne l'aptitude du palier à résister au mouvement de la surface de portée 16 par rapport à la surface de palier 20 sous l'effet de l'application de la charge L au cylindre. Un autre objectif de l'invention est de réduire les températures de fonctionnement en augmentant le volume d'huile circulant à travers le palier. Un objectif connexe est de diminuer le volume d'huile s'écoulant dans le carter intérieur 36, abaissant ainsi la possibilité d'une perte d'huile à travers l'ensemble d'étanchéité 28 lorsqu'il subit une usure normale. Un autre objectif de l'invention est d'amélio- rer l'aptitude du coussinet et de l'empoise à s'aligner d'eux-mêmes par rapport à la surface de portée du fourreau pendant que le cylindre subit une flexion lors de l'appli- cation d'une charge. Les objectifs et avantages précédents sont réalisés par l'utilisation d'un ensemble nouveau à coussinet et palier conçu pour interrompre la continuité de support de charge du film d'huile maintenu de façon hydrodynamique de manière à amener la zone de charge à être subdivisée axialement en zones de pression composées. La pression maximale développée dans chaque zone de pression composée est supérieure à celle de la zone classique unitaire Z de pression montrée sur la figure 1, avec, pour résultat, une augmentation de la rigidité globale du palier. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention décrite plus en détail ci-après, le coussinet comporte deux parties de parois définissant des surfaces intérieures et cylindriques de palier, alignées axialement, sur lesquelles des parties du film d'huile a maintien hydrodynamique sont portées dans la zone de charge. De l'huile est fournie en continu à la zone de charge par l'intermédiaire de moyens d'entrée comprenant des ouver- tures d'alimentation ménagées dans chacune des surfaces intérieures de palier, et est éliminée en continu à partir des extrémités opposées de la zone de charge ainsi qu'en passant par des moyens de sortie interposés axialement entre les surfaces intérieures de palier. Les ouvertures d'alimentation et les moyens de sortie sont isolés entre eux par des parties intermédiaires des surfaces intérieures cylindriques de palier. Les moyens de sortie comprennent avantageuse- ment un espace axial situé entre les surfaces intérieures de palier. Deux parties de parois du coussinet sont de préférence solidarisées par un voile intermédiaire d'épaisseur réduite pour former une pièce de paroi unitaire, et l'espace axial entre les surfaces intérieures de palier est constitué par une gorge à l'intérieur de la pièce de paroi. En variante, les deux parties de paroi peuvent être séparées l'une de l'autre, l'espace axial entre les surfaces intérieures de palier constituant une partie d'une séparation axiale entre elles. Pour maintenir une pression élevée maximale dans chacune des zones de pression composées, le volume de l'huile circulant à travers le palier est augmenté. Cet écoulement d'huile accru élimine davantage de chaleur du palier et produit donc une baisse avantageuse des tempéra- tures de fonctionnement. De préférence, l'huile évacuée de la zone de charge par les moyens de sortie est renvoyée, à travers l'empoise du palier, vers le carter de palier extérieur. Ceci diminue la quantité d'huile s'écoulant dans le carter de palier intérieur et abaisse donc le risque de perte d'huile à travers le joint d'étanchéité du tourillon au fur et à mesure de l'usure normale de ce joint. Les moyens de sortie sont de préférence disposés au centre du palier, subdivisant ainsi la zone de charge en deux zones de pression composées identiques. Ces zones engendrent des moments antagonistes espacés axiale- ment de distances égales du centre du palier, ce qui accroit les posssibilités d'auto-alignement du palier. En variante, les moyens de sortie peuvent être décentrés pour établir des zones de pression inégales conçues pour exercer un moment résultant opposé aux forces extérieures de flexion appliquées au cylindre. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale quelque peu schématique d'un palier à film d'huile classique pour laminoir; la figure 2 est une coupe à échelle agrandie suivant la ligne 2-2 de la figure 1, l'espace entre les surfaces de portée et de palier étant exagéré pour plus de clarté; la figure 3 est une autre vue en coupe longitudinale partielle, quelque peu schématique, d'un ensemble à palier à film d'huile pour laminoir et d'un coussinet selon l'invention; les figures 4A et 4B sont des vues en coupe à échelle agrandie suivant les lignes 4A-4A et 4B-4B de la figure 3, certaines dimensions étant comme précédemment exagérées pour plus de clarté; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale du coussinet montré sur les figures 3, 4A et 4B; la figure 6 est une vue schématique permettant de comparer les profils de pression des zones de pressions composées d'un coussinet selon l'invention au profil de pression de la zone de pression unitaire d'un coussinet classique; et la figure 7 est une coupe longitudinale partielle d'un autre palier utilisant une variante du coussinet selon l'invention. Des formes préférées de réalisation d'un ensemble a coussinet et palier selon l'invention sont représentées sur les figures 3 a 7, ou les caractéristiques communes à celles de l'ensemble a palier de l'art antérieur des figures 1 et 2 sont désignées par les mêmes références numériques. Le coussinet 50 comprend deux parties de paroi a, 50b définissant des surfaces intérieures cylindriques a, 20b de palier, alignées axialement, sur lesquelles sont portées des parties du film d'huile, maintenues de façon hydrodyanmique, dans la zone de charge du palier. Comme montré sur la figure 4B, l'huile est admise entre le tourillon 16 et la surface de palier 20b par l'inter- médiaire de moyens d'entrée comprenant l'un de deux jeux de passages 29 ménagés dans l'empoise, des ouvertures 30 d'alimentation traversant la partie de paroi 50b du coussinet et des zones réalésées 32 ménagées dans la surface de palier 20b. Bien que cela ne soit pas repré- senté, il est bien entendu que des jeux identiques de passages 29, d'ouvertures d'alimentation 30 et de zones réalésées 32 sont associés à la surface de palier 20a. De même que dans la conception de l'art antérieur, l'huile est évacuée des extrémités de la zone de charge en passant directement dans les carters intérieur et extérieur 36 et 38. Cependant et en outre, l'huile est également évacuée de la zone de charge par l'intermédiaire de moyens de sortie situés entre les surfaces intérieures a, 20b de palier. Dans la forme de réalisation de coussinet illustrée sur les figures 3 et 5, les deux parties de paroi 50a, 50b sont solidarisées par un voile intermédiaire 50c, et les moyens de sortie comprennent une gorge 52 ménagée dans le voile et définissant un espace axial "s" entre les surfaces intérieures 20a, 20b de palier. Chacune des ouvertures d'alimentation 30 et des zones réalésées 32 est isolée de la gorge 52 par des parties intermédiaires 20a', 20b' des surfaces intérieures de palier, empêchant ainsi l'huile qui arrive de s'échapper directement vers la gorge 52 sans d'abord être dirigée vers la zone de charge. Ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 4A, le voile 50c présente des ouvertures d'écoulement 54 communiquant avec un alésage transversal 56 ménagé dans l'empoise 22. L'alésage transversal 56 est raccordé par des passages 58 au carter extérieur 38. La gorge 52 subdivise axialement la zone de charge en zones composées Zl, z2, ayant chacune, respec- tivement, des profils de pression indiqués schématiquement en "Pl" et "P2" sur les figures 3 et 6. Comme montré sur la figure 6, la pression maximale "a" développée dans chacune des zones de pression Zl, z2 est supérieure à la pression maximale "b" développée dans la zone de charge non divisée classique Z. Ceci produit un accroissement avantageux de la rigidité du palier. En se référant de nouveau à la figure 6, les profils de pression doubles Pl, P2 produisent des moments égaux et opposés M1, M2 qui agissent sur des côtés opposés du centre du palier pour améliorer les possibilités d'auto- alignement du palier. Pour maintenir ces pressions plus élevées, le volume d'huile circulant à travers le palier doit être augmenté d'une valeur pouvant atteindre 20 % en comparaison avec l'huile circulant à travers un palier classique comparable. Cet écoulement d'huile accru élimine davantage de chaleur du palier et entraîne donc une baisse notable des temperatures de fonctionnement. L'huile est écoulée en continu des deux zones de pression Zl, z2 dans la gorge 52. A partir de celle-ci, l'huile passe dans les ouvertures d'écoulement 54, l'alésage transversal 56 et les passages 58 pour revenir au carter extérieur 38 qui reçoit également de l'huile provenant de l'extrémité extérieure de la zone de pression z2. De plus, l'huile s'écoulant de l'extrémité intérieure de la zone de pression z1 dans le carter intérieur 36 est également renvoyée vers le carter extérieur 38 par des conduits d'écoulement 40. Grâce à cet agencement, bien que l'écoulement total d'huile à travers le palier soit augmenté, la quantité d'huile déchargée dans le carter intérieur 36 est en réalité diminuée d'environ 40 %. Par conséquent, la perte partielle d'huile provoquée par l'usure du joint d'étanchéité 28 est notablement minimisée. Ainsi qu'on peut mieux le voir sur les figures 4A et 4B, la gorge 52 s'étend de préférence sur 360' autour de l'axe du coussinet, avec des jeux, utilisables en alternance, d'ouvertures d'écoulement 54 sur les côtés opposés d'un plan horizontal de référence "X-X", et avec des jeux, utilisables en alternance, d'ouvertures d'entrée et de zones réalésées 32 sur des côtés opposés d'un plan vertical de référence "Y-Y". Ceci permet au coussinet d'être tourné de 180' après l'usure d'un côté. D'après ce qui précède, l'homme de l'art appréciera que diverses modifications peuvent être apportées au palier décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, l'interruption de la continuité du support de charge du film d'huile maintenu de façon hydrodynamique pourrait être obtenue par un position- nement de la gorge dans la surface 16 de portée plutôt que dans la surface 20 de palier comme illustré ici. On pourrait utiliser plus d'une gorge pour subdiviser axialement le palier en plus de deux zones de pression. De plus, il n'est pas nécessaire que la gorge soit située au centre du palier. Dans certains cas, il pourrait-être avantageux de décentrer légèrement la gorge pour déséquilibrer les moments résultants M1, M2 et engendrer ainsi un moment résultant tendant à s'opposer à des forces extérieures de flexion appliquées au cylindre. Comme montré sur la figure 7, l'écartement "s" entre les surfaces de palier 20a, 20b pourrait être obtenu par une séparation physique des deux parties de paroi 50a, b et par l'écoulement de l'huile à partir de la zone de charge, par un passage radial 60 et un passage 62 de raccordement menant au carter extérieur 38. REVENDICATIONS 1. Coussinet destiné à supporter un tourillon en rotation sur un film de lubrifiant maintenu de façon hydrodynamique, caractérisé en ce qu'il comporte des parties de paroi (50a, 50b) de coussinet définissant des surfaces intérieures cylindriques (20a, 20b) de palier, alignées axialement, sur lesquelles des parties du film de lubrifiant sont supportées dans une zone de charge, des moyens d'entrée (29, 30, 32) destinés à alimenter en lubrifiant la zone de charge, s'étendant à travers les parties de paroi et comprenant des ouvertures d'alimenta- tion (30) ménagées dans lesdites surfaces intérieures de palier, et des moyens de sortie (52) destinés à évacuer le lubrifiant de la zone de charge, interposés axialement entre les surfaces intérieures de palier et isolés des moyens d'entrée par des parties intermédiaires (20a', 20b') des surfaces intérieures de palier. 2. Coussinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sortie comprennent des moyens définissant un espace axial (s) entre les surfaces intérieures de palier dans la zone de charge. 3. Coussinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties de paroi du coussinet sont solidarisées. de façon à former une paroi d'une seule pièce, et en ce que les moyens définissant un espace axial entre les surfaces intérieures de palier sont constitués d'une gorge (52) située & l'intérieur de la pièce de paroi. 4. Coussinet selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties de paroi sont séparées l'une de l'autre et en ce que l'espace axial constitue une partie d'une séparation axiale entre des extrémités adjacentes desdites parties de paroi. 5. Coussinet selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de sortie sont constitués en outre par par des ouvertures d'écoulement (54) communi- il quant avec la gorge et s'étendant vers l'extérieur de celle-ci à travers la pièce de paroi, jusqu'à l'extérieur de cette dernière. 6. Coussinet selon l'une quelconque des revendications 2, 3, 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens d'entrée comprennent des ouvertures d'alimentation (30) disposées sur des côtés opposés d'un plan vertical de référence (Y-Y), bissecteur du coussinet, l'espace axial s'étendant sur 360* autour de l'axe du coussinet. 7. Coussinet selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'entrée comprennent des ouvertures d'alimentation (30) disposées sur des côtés opposés d'un plan vertical de référence (Y-Y), bissecteur du coussinet, en ce que la gorge s'étend sur 360 autour de l'axe du coussinet et en ce que les moyens de sortie comprennent en outre des ouvertures d'écoulement (54) communiquant avec la gorge et partant vers l'extérieur de celle-ci, a travers la pièce de paroi jusqu'à l'extérieur de cette dernière, les ouvertures d'écoulement étant situées sur des côtés opposés d'un plan horizontal de référence (X-X) bissecteur du coussinet. 8. Coussinet destiné à supporter un tourillon en rotation sur un film de lubrifiant maintenu de façon hydrodyanmique, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce de paroi cylindrique monobloc (50) présentant une surface intérieure de palier (20a, 20b) sur laquelle le film de lubrifiant est porté dans une zone de charge, des moyens d'entrée (29, 30, 32) et de sortie (52) s'étendant à travers la pièce de paroi et disposés de façon, respectivement, à admettre le lubrifiant vers la zone de charge et à l'évacuer de la zone de charge, et une gorge annulaire (52) subdivisant axialement la surface intérieure de palier en deux parties (20a, 20b) à chacune desquelles des moyens d'entrée sont associés, les moyens de sortie étant en communication avec ladite gorge et cette dernière étant isolée des moyens d'entrée par des parties intermédiaires (20a', 20b') de la surface intérieure de palier. 9. Palier à film d'huile pour un tourillon (12) de cylindre de laminoir, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens définissant une surface de portée (16) du tourillon du cylindre, un coussinet (50) présentant une surface intérieure (20a, 20b) de palier entourant la surface de portée et la supportant en rotation, le coussinet étant maintenu par une empoise (22) de palier dans laquelle il est fixé, des moyens d'entrée (29, 30, 32) comprenant des ouvertures d'alimentation (30) ménagées dans la surface intérieure de palier pour introduire de l'huile s'écoulant en continu entre la surface de portée et la surface de palier, lesdites surfaces étant séparées par un film forme par ladite huile dans la zone de charge du palier, et maintenu de façon hydrodynamique, des moyens de sortie (52) étant destinés a évacuer l'huile de la zone de charge en un emplacement situé entre les extrémités du coussinet afin d'établir une interruption dans la con- tinuité de support de charge du film d'huile maintenu de façon hydrodynamique et de diviser ladite zone de charge en zones de pression composées (Zl, z2), les moyens de sortie étant isolés des moyens d'entrée par des parties inter- médiaires (20a', 20b') de ladite surface intérieure de palier. 10. Palier selon la revendication 9, carac- térisé en ce que la zone de charge du palier est subdivisée par des moyens de sortie en deux zones de pression (Z1, z2). 11. Palier selon la revendication 10, carac- térisé en ce que les deux zones de pression sont de même longueur axiale. 12. Palier selon la revendication 10, carac- térisé en ce que les deux zones de pression sont de longueurs axiales inégales. 13. Palier selon la revendication 9, carac- térise en ce que les moyens de sortie comprennent au moins une gorge circulaire (52) ménagée dans la surface de palier. 14. Palier selon la revendication 13, carac- térisé en ce que la gorge circulaire est disposée axiale- ment au milieu de la surface de palier afin de subdiviser la zone de charge en deux zones de pression identiques (Zl, z2). 15. Palier selon la revendication 9, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre des moyens définissant des carters intérieur et extérieur (36, 38) destinés à recevoir de l'huile provenant des extrémités intérieure et extérieure, respectivement, de la zone de charge, et des moyens (56, 58) destinés a raccorder les moyens de sortie au carter extérieur. 16. Ensemble de palier à film d'huile pour un cylindre (10) de laminoir, dans lequel une surface (16) de portée du cylindre est supportée en rotation par une surface (20a, 20b) de palier, de l'huile est fournie en continu entre lesdites surfaces et en est évacuée en continu, et lesdites surfaces sont séparées radialement, dans la zone de charge du palier, par un film formé par ladite huile et maintenu de façon hydrodynamique, l'en- semble de palier étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de sortie (52) destinés à produire une interruption dans la continuité de support de charge du film d'huile en évacuant l'huile de ladite zone de charge en au moins un emplacement situé axialement entre les extrémités de cette zone, de façon à subdiviser ladite zone de charge en deux zones de pression composées (Zl, z2). 17. Ensemble de palier selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de sortie comprennent au moins une gorge circulaire (52) ménagée dans l'une desdites surfaces. 18. Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que le profil de pression de la zone de charge est subdivisé en deux zones de pression identiques (Zl, z2) par l'une desdites gorges circulaires disposées au centre axial de la zone de charge. 19. Ensemble selon la revendication 18, caractérisé en ce que la gorge circulaire est ménagée dans la surface de palier et en ce que de l'huile est évacuée en continu de la zone de charge par ladite gorge. 20. Ensemble de palier à film d'huile pour un tourillon (12) de cylindre (10) de laminoir, dans lequel une surface (16) de portée du tourillon (12) est supportée en rotation dans une surface intérieure (20a, 20b) de palier d'un coussinet (50) fixé à l'intérieur d'une empoise (22), un film d'huile est maintenu de façon hydrodynamique dans la zone de charge du palier entre les surfaces de portée et de palier pendant la rotation du tourillon, l'ensemble étant caractérisé en ce qu'il comporte une gorge (52) ménagée dans la surface de palier, au centre axial de la zone de charge, des moyens d'entrée (29, 30, 32) comprenant des ouvertures d'alimentation (30) situées dans la surface intérieure de palier pour fournir en continu de l'huile à la zone de charge de part et d'autre de la gorge, et des moyens (54) communiquant avec ladite gorge pour écouler en continu l'huile de la zone de charge, les moyens d'entrée et la gorge étant mutuellement isolés par des parties intermédiaires (20a', 20b') de la surface inté- rieure de palier. 21. Ensemble de palier à film d'huile pour un tourillon (12) de cylindre (10) de laminoir, caractérisé en ce qu'il comporte une empoise (22) de palier, un coussinet (50) fixé dans l'empoise et présentant une surface cylindrique intérieure (20a, 20b) de palier, l'ensemble formé par l'empoise et le coussinet étant conçu pour être monté sur le tourillon du cylindre de façon que la surface de palier du coussinet entoure une surface de portée (16) du tourillon, la surface de palier présentant une gorge circulaire (52) disposée de façon à diviser axialement ladite surface de palier en zones intérieure et extérieure de pression (Zl, z2), des moyens d'alimentation en huile comprenant des ouvertures (30) d'alimentation ménagées dans la surface de palier, de part et d'autre de la gorge, les moyens d'alimentation en huile ayant pour fonction de fournir un écoulement d'huile continu aux zones de pression, un ensemble d'étanchéité (28) étant situé à l'extrémité intérieure de l'empoise et conçu pour coopérer, en contact étanche, avec l'empoise et le tourillon du cylindre afin de définir un premier carter (36) dans lequel l'huile s'écoule en continu de la zone intérieure de pression, un capot (26) coopérant avec l'extrémité extérieure de l'empoise pour définir un second carter (38) dans lequel l'huile s'écoule en continu de la zone extérieure de pression, et des conduits (54, 56, 58) communiquant avec la gorge et le second carter pour écouler en continu l'huile des première et seconde zones de pression par l'intermédiaire de ladite gorge, jusque dans le second carter.