Brevet FR2631400A1 — publié le 19891117

La présente invention concerne un palier efficace destiné à des arbres métalliques tournant à de très grandes vitesses, assurant une lubrification de coussinets métal- liques. Le coussinet est obligatoirement formé d'un matériau autolubrifiant ayant une valeur de vitesse en pression au moins égale à 1 800 à une vitesse superficielle de ,5 m/min afin que la surface d'usure formée entre la palier et l'arbre soit lubrifiée de manière convenable. Un tel matériau doit pouvoir être moulé afin que le coût soit réduit au minimum. Le coussinet est fendu ou non continu afin que les variations de diamètre de l'arbre soient compensées, sous l'action des variations de température dues à la vitesse élevée de rotation. Le coussinet est repoussé constamment au contact de l'arbre par une bague d'étanchéité. La réalisation de la bague selon l'invention donne une grande sensibilité et une grande aptitude àencaisser les compensations de pression. Ainsi, les tolérances classiques importantes de fabrication de la gorge dans laquelle est montée la bague et les chan- gements de diamètre de l'arbre sont compensés. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe partielle par un plan axial du palier selon l'invention; la figure 2 est une coupe axiale suivant la ligne 2-2 de la figure 3; la figure 3 est une vue de bout correspondant à la figure 2; la figure 4 est une vue er plan du dispositif des figures 2 et 3; la figure 5 est une coupe axiale, suivant la ligne -5 de la figure 6; la figure 6 est une vue de bout de la bague d'étan- chéité placée derrière le coussinet; la figure 7 est une coupe transversale à plus grande échelle de la bague de la figure 5; la figure 8 est une coupe transversale d'une bague d'étanchéité ayant une section correspondant à une va- riante; la figure 9 est une coupe axiale partielle d'un palier analogue mais présentant certaines différences; la figure 10 est une coupe axiale à plus grande échelle du coussinet du palier représenté sur la figure 9; la figure 11 est une vue de bout du coussinet repré- senté sur la figure 10; et la figure 12 est une vue en plan du coussinet repré- senté sur les figures 10 et 11. Un mode de réalisation préféré de l'invention est représenté sur les figures 1 à 7. Le palier comporte un organe annulaire auto-lubrifiant sous forme d'une bague fendue moulée non continue constituant un coussinet. Il joue le rôle d'un coussinet double car il forme une surface d'appui pour l'arbre et empêche aussi une usure indésirable de l'organe d'étanchéité, assurant la compensation des différences entre les coefficients de dilatation thermique de l'acier et du laiton. La bague d'étanchéité joue le rôle d'un ressort élastomère. L'organe formant coussinet est constitué d'une ma- tière plastique, de préférence thermoplastique. Cependant, des matières thermodurcissables peuvent être utilisées. Des exemples sont les polycarbonates non modifiés et les poly- styrènes non modifiés. Ces deux matières donnent satisfac- tion dans les applications à faible vitesse et à faible pression. Pour des raisons de coût, l'organe formant cous- sinet doit pouvoir être moulé, ceci indiquant qu'il doit être moulé par injection ou par transfert. Pour des raisons de coût, du "Nylon" 6/10 ayant des agents modificateurs est probablement le plus souhaitable pour une utilisation de longue durée. D'autres matières qui peuvent être utilisées sont le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène et le chlorure de polyvinyle. Des considérations importantes portent sur le fait que la matière doit pouvoir être moulée et doit avoir une valeur de vitesse en pression qui n'est pas inférieure à 1 800 pour une vitesse superficielle de 30,5 m/min. Les figures 1 à 7 représentent le palier selon l'invention ayant un arbre 15 qui tourne à vitesse élevée autour de son axe longitudinal, dans un coussinet 16 de bronze. Les extrémités supérieures de cet arbre et du coussinet aboutissent à un réducteur (non représenté) qui contient un lubrifiant destiné à assurer la lubrification de l'arbre. Un collier de broche 17 est emmanché à force sur l'arbre 15 et est en appui contre l'extrémité du cous- sinet 16. Un écrou 18 d'acier est disposé autour du collier 17 qui est normal dans une machine de ramassage du coton. L'organe 20 formant coussinet a une section de forme générale en L. Une partie 21 a des dimensions radiales sensiblement égales à la profondeur d'une gorge 19, alors que sa partie 22 a des dimensions radiales plus petites. L'organe 20 a une surface 20a d'étanchéité, du côté de son diamètre interne, formant un joint étanche autour de l'ar- bre 15. Les dimensions axiales de l'organe 20 formant coussinet sont légèrement inférieures à celles de la gorge 19. Un organe 23 formant une patte dépasse radialement dans une ouverture 24 formée dans le coussinet 16, afin que l'organe 20 ne puisse pas tourner avec l'arbre 15. Les deux parties 21 et 22 forment une gorge secondaire 24 dans laquelle se loge une bague d'étanchéité 25. L'organe 20 formant coussinet a par ailleurs une configuration uniforme en coupe, la dimension axiale étant approximativement de 3,56 mm. Les dimensions radiales de la partie 22 sont d'environ 0,76 mm et la distance radiale de la partie 21 est comprise entre 1,50 et 1,65 mm. Le dia- mètre' interne de la bague d'étanchéité est de 12,40 mm. La dimension de la patte 23 vers l'extérieur est d'environ 2,54 mm au-delà de la partie 22 du coussinet ayant de plus petites dimensions radiales. La dimension axiale de la partie 22 est d'environ 1,78 mm. L'organe 20 formant coussinet comporte une bague fendue, celle-ci étant désignée par la référence 26 sur la figure 4. De cette manière, les extrémités peuvent s'ajuster. Un ressort 25 est formé d'une matière déformable analogue à du caoutchouc, uniformément élastique et qui est en général un élastomère. La bague 25 a une section polygo- nale à angles droits, ayant des dimensions radiale et axiale égales. Elle est symétrique et uniforme sur tout son périmètre. Les deux côtés sont concaves et chaque coin est formé par un lobe convexe 27. Les concavités 28 placées entre les coins ont un rayon de courbure à peu près égal à 28 % de la dimension maximale en coupe de la bague. Les concavités 28 se raccordent tangentiellement aux lobes convexes 27. La dimension radiale maximale de la bague 25, combi- née à la dimension radiale de la partie 22, dépasse légère- ment la dimension radiale de la gorge 24. Ainsi, l'organe formant coussinet est légèrement comprimé radialement par la bague 25. La bague 25 est continue et a une section uniforme. Le rayon des lobes 27 des coins est approximativement égal à 16 * de la dimension radiale maximale de la bague. On a constaté qu'une bague ayant un diamètre interne d'environ 13,72 mm et des dimensions radiale et axiale maximales d'environ 1,22 mm fonctionnait de manière tout à fait sa- tisfaisante. Une telle bague a une dimension radiale mini- male, entre les surfaces concaves opposées 28, d'environ 0,91 mm. Le rayon de courbure des concavités 28 est ap- proximativement de 0,41 mm et le rayon de courbure des lobes 27 est d'environ 0,20 mm. La bague 25 ne doit pas obligatoirement avoir une section carrée. Au contraire, la gorge peut avoir une plus grande longueur axiale et ainsi la bague est plus longue axialement que la bague 30 de la figure 8. La dimension radiale combinée de la bague 30 et de la partie de l'organe formant le coussinet contre laquelle elle est en appui est légèrement supérieure à la dimension radiale de la gorge. La dimension axiale de la bague 30, combinée à la dimension axiale de la partie de l'organe formant coussinet le long de laquelle elle est placée, est légèrement inférieure à la dimension axiale de la gorge. Les figures 9 à 12 représentent un palier analogue mais réalisé de manière que le joint d'étanchéité soit amélioré au niveau du diamètre externe du coussinet. Ainsi, comme représenté sur les figures 9 et 10, la plus grande dimension axiale se trouve à la circonférence externe. La partie de plus petite dimension radiale est repérée par la référence 32 et la partie de plus grande dimension est repérée par la référence 33. Ainsi, la partie 32 a une plus petite dimension radiale et une plus grande dimension axiale que la partie 33. Le joint étanche est formé au niveau du diamètre externe de l'organe 31 et non au niveau du diamètre interne. Par ailleurs, l'installation est ana- logue, mais le coussinet tourne avec l'arbre 34. Une gorge 35 est formée dans l'arbre qui tourne dans le coussinet 36. L'organe 31 formant coussinet se loge dans cette gorge et la partie 32 formant un joint 38 contre le coussinet 36. La bague 39 d'étanchéité peut avoir les mêmes dimen- sions et la même relation par rapport à la gorge secondaire ' que le joint interne de la figure 1, la bague 39 ayant une dimension radiale telle que la partie 32 est maintenue en compression contre la surface interne du coussinet 36. Les références 40 et 41 désignent le collier et l'écrou d'acier respectivement. L'organe 31 formant coussinet est fendu comme indi- qué par la référence 42 sur la figure 12 si bien que ses extrémités peuvent se déplacer et assurer la compensation des variations de dimension de surface provoquées par la chaleur dégagée par l'arbre 34. La bague 39 maintient le coussinet en compression contre la surface interne du cous- sinet 36 afin que l'étanchéité entre l'organe 31 formant coussinet et le coussinet 36 soit assurée. La bague a aussi une plus faible dimension axiale que la gorge 37 et est en appui contre la partie 33. Lors du fonctionnement, les éléments élastomères 25, 31 formant ressort maintiennent les coussinets en compres- sion contre la surface sur laquelle l'étanchéité doit être assurée. Il s'agit de la surface du coussinet ayant les plus grandes dimensions axiales. Grâce à l'utilisation du palier décrit, les pertes de lubrifiant sont fortement réduites et les temps d'arrêt et de remplacement de pièces sont aussi très réduits car l'usure est fortement réduite. Le lubrifiant est logé dans le réducteur et le coussinet reste beaucoup plus longtemps lubrifié que précédemment. Les bagues 25 et 39 assurent l'application d'une faible pression contre le palier à tout moment si bien qu'un avantage maximal est tiré des qualités propres d'auto- lubrification. Ceci assure une longue durée avant usure ainsi que la formation d'un joint efficace empêchant les fuites de lubrifiant. Les bagues 25, 39 sont très souples et assurent une compensation commode des variations de dimensions dues aux variations de température des éléments rotatifs. Les ins- tallations représentées augmentent beaucoup la durée d'uti- lisation des machines déjà utilisées. Des constructions analogues sont utilisées par des fabricants de matériels afin que les machines réalisées aient de meilleures pro- priétés, leur durée d'utilisation étant grandement pro- longée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux paliers qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Palier, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un arbre (15) ayant une construction et une disposition telles qu'il est entraîné en rotations grande vitesse autour de son axe longitudinal, (b) un collier (17) porté par l'arbre et fixé à celui-ci afin qu'il l'entoure en coopérant avec lui de manière étanche, (c) un coussinet (16) supportant l'arbre afin qu'il tourne autour de son axe longitudinal et aboutissant près du collier mais à distance de celui-ci, (d) un boîtier (18) entourant le coussinet et le supportant, le boitier dépassant du coussinet et venant à proximité du collier afin qu'ils délimitent ensemble une gorge annulaire (19) formée autour de l'arbre avec le collier et une extrémité du coussinet, (e) un organe annulaire auto-lubrifiant moulé non continu (20) formant coussinet et analogue à une bague fendue, constitué d'une matière moulable et auto-lubri- fiante ayant une valeur de vitesse en pression au moins égale à 1 800 pour une vitesse superficielle de 30,5 m/min, (f) l'organe formant coussinet (20) ayant une forme générale en L en coupe et ayant une partie de dimension radiale inférieure à celle du reste de l'organe, et ayant une dimension axiale sensiblement égale à la dimension axiale de la gorge dans laquelle est disposé l'organe, (g) une bague d'étanchéité (25) formée d'un matériau souple uniformément élastique analogue à du caoutchouc, montée dans la gorge autour de la partie de l'organe for- mant coussinet qui a une plus petite dimension radiale, (h) la circonférence interne de la bague d'étan- chéité (25) étant sensiblement égale à la circonférence externe de la partie d'organe formant coussinet de plus petite dimension radiale, (i) la dimension axiale de la bague d'étanchéité (25) combinée à la dimension axiale de ladite partie de l'organe formant coussinet qui a la plus grande dimension radiale, étant inférieure à la dimension axiale de la gorge, et (J) la dimension radiale combinée de la partie de l'organe (20) formant coussinet ayant la plus petite dimen- sion radiale et de la bague d'étanchéité (25) sous forme libre dépassant légèrement la dimension radiale de la gorge, si bien que la bague d'étanchéité et cette-dernière partie sont maintenues légèrement en compression radiale autour de l'arbre. 2. Palier, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un organe moulé, non continu et auto-lubrifiant (20) formant coussinet, constitué d'une bague fendue formée d'une matière moulable auto-lubrifiante ayant une valeur de vitesse en pression au moins égale à 1 800 à une vitesse superficielle de 30,5 m/min, (b) l'organe formant coussinet (20) ayant une forme générale en L sensiblement uniforme en coupe et ayant une partie axiale de plus faible épaisseur radiale que le reste de l'organe, cette partie ayant une surface annulaire de coopération avec une bague d'étanchéité, (c) une bague d'étanchéité (25) formée d'une matière déformable uniformément élastique analogue.à du caoutchouc, montée au contact de la surface correspondante de contact de la partie de l'organe formant coussinet et disposée le long de cette partie, et ayant une de ses surfaces circon- férentielles qui, sous forme libre, est égale à l'une des surfaces circonférentielles de ladite partie, (d) la bague d'étanchéité (25) étant disposée le long de la partie restante de l'organe formant coussinet qui a la plus grande épaisseur radiale, (e) la bague d'étanchéité (25) ayant une configura- tion générale polygonale à angles droits en coupe et ayant deux surfaces concaves opposées et radialement distantes de travail et deux surfaces axialement distantes, (f) la bague d'étanchéité (25), sous forme libre, ayant des parties de coin à courbure convexe se raccordant sous forme d'un arc continu avec les concavités desdites surfaces, (g) une structure de support (18) comprenant deux surfaces opposées dont l'une a une construction et une disposition telles qu'elle se déplace rapidement par rap- port à l'autre, la structure de support entourant l'organe formant coussinet et la bague d'étanchéité et délimitant une gorge annulaire primaire (19) dans l'une de ses surfaces dans laquelle se loge l'organe formant coussinet et la bague d'étanchéité, (h) la dimension axiale de la bague d'étanchéité (25) combinée à la dimension axiale de ladite partie de l'organe formant coussinet qui a la plus grande épaisseur radiale, étant inférieure à la dimension axiale de la gorge, (i) la bague d'étanchéité (25) sous forme libre ayant une dimension radiale maximale en coupe qui, avec la dimension radiale de la partie de l'organe formant coussi- net qui a la plus faible épaisseur radiale, dépasse légère- ment la dimension radiale de la gorge et en conséquence est soumise à une faible compression en direction radiale lors- qu'elle est disposée dans la gorge, et (J) l'organe formant coussinet (20) ayant une surface d'étanchéité disposée axialement, repoussée douce- ment en direction radiale dans la gorge vers la surface opposée par la bague d'étanchéité soumise à une compression afin qu'un joint soit formé parfaitement dans la gorge. 3. Palier selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre (k) un dispositif (23) d'ancrage porté par l'organe formant coussinet et en dépassant axia- lement afin que cet organe soit retenu et ne puisse pas se déplacer par rapport à la structure de support. 4. Palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dimension axiale de la bague d'étanchéité (25) dépasse sa dimension axiale sous forme libre. 5. Palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe formant coussinet (32) et la structure de support délimitent ensemble une gorge annulaire secondaire (40') dont la dimension axiale dépasse la dimension radiale et dans laquelle se loge la bague d'étanchéité. 6. Palier, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un organe moulé, non continu, et auto-lubrifiant (20) formant coussinet constitué d'une bague fendue formée d'une matière moulable et auto-lubrifiante ayant une valeur de vitesse en pression au moins égale à 1 800 à une vitesse superficielle de 30,5 m/min, (b) l'organe formant coussinet (20) ayant une confi- guration générale en L en coupe et ayant une partie de plus petite dimension radiale que le reste, (c) une bague d'étanchéité (25) formée d'une matière déformable uniformément élastique analogue à du caoutchouc, montée de manière qu'elle soit repoussée radialement vers ladite partie de l'organe formant coussinet ayant une plus petite dimension radiale, l'un de ces diamètres étant sen- siblement égal au diamètre de la surface de ladite partie contre laquelle elle est repoussée, (d) la bague d'étanchéité (25) ayant une section de configuration générale polygonale à angles droits et ayant deux surfaces concaves espacées de travail et deux surfaces concaves espacées axialement, (e) la bague d'étanchéité, sous forme libre, ayant des parties de coin à courbure convexe se raccordant par un arc de courbe continu avec les concavités desdites surfaces, (f) une structure de support (18) entourant l'organe formant coussinet et la bague d'étanchéité et délimitant une gorge annulaire principale (19) dans laquelle sont disposés l'organe formant coussinet et la bague d'étan- chéité, (g) l'organe formant coussinet et la gorge ayant des dimensions axiales sensiblement égales, (h) la profondeur.radiale de la gorge (19) étant sensiblement égale à la dimension radiale maximale en coupe de l'organe formant coussinet, (i) la largeur axiale de la gorge (19) étant légère- ment supérieure à la somme des dimensions axiales maximales en coupe de la bague d'étanchéité, sous forme libre, et de ladite partie de l'organe formant coussinet qui a la plus grande dimension radiale, et (J) la bague d'étanchéité (25), sous forme libre, ayant une dimension radiale maximale en coupe qui, avec celle de ladite partie de l'organe formant coussinet qui a une plus petite dimension radiale, dépasse légèrement la dimension radiale de la gorge, la bague étant ainsi légère- ment comprimée en direction radiale lorsqu'elle est dispo- sée dans la gorge. 7. Palier selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité (25) entoure la circonférence externe de ladite partie de l'organe formant coussinet qui a une plus faible dimension radiale et a un diamètre in- terne légèrement inférieur à celui de cette circonférence externe. 8. Palier selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe formant coussinet (20) et la structure de support (18) délimitent en coopération une gorge annulaire secondaire et la bague d'étanchéité est disposée dans la gorge secondaire, la dimension radiale maximale en coupe de la bague d'étanchéité sous forme libre étant légèrement supérieure à la dimension radiale de la gorge secondaire. 9. Palier selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe formant coussinet et la structure de support délimitent en coopération une gorge annulaire se- condaire et la bague d'étanchéité pénètre dans cette gorge secondaire, la dimension radiale maximale en coupe de la bague d'étanchéité, sous forme libre, étant légèrement supérieure à la dimension radiale de la gorge secondaire, la dimension axiale maximale de la bague d'étanchéité sous forme libre étant inférieure à la dimension axiale de la gorge secondaire. 10. Palier selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite partie de l'organe formant coussinet qui a une dimension radiale inférieure a une dimension radiale approximativement comprise entre 0,76 et 1,52 mm. 11. Palier, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un arbre (34) ayant une construction et une disposition telles qu'il est entrainé en rotation à grande vitesse autour de son axe longitudinal, (b) un organe formant boîtier (41) entourant l'arbre et ayant une construction et une disposition telles qu'il contient un fluide placé autour de l'arbre lorsqu'il tourne et lubrifiant celui-ci, (c) l'organe formant boîtier et l'arbre ayant une construction et une disposition telles qu'ils délimitent en coopération une gorge annulaire (37) entre eux, (d) un organe annulaire moulé, non continuet auto- lubrifiant (32) formant coussinet constitué d'une bague fendue formée d'une matière moulable auto-lubrifiante ayant une valeur de vitesse en pression au moins égale à 1 800 à une vitesse superficielle de 30,5 m/min, (e) l'organe formant coussinet (32) étant disposé dans la gorge annulaire et ayant une dimension axiale maximale sensiblement égale à la dimension axiale de la gorge et entourant l'arbre, cet organe ayant une partie qui est au contact de l'arbre ou du boîtier de manière étanche, (f) l'organe formant coussinet (32) ayant une partie axiale d'épaisseur radiale supérieure à une autre partie et ayant une section de configuration sensiblement uniforme, (g) une bague d'étanchéité (39) formée d'une matière déformable uniformément élastique analogue à du caoutchouc, montée dans la gorge en face axialement de la partie de l'organe formant coussinet qui a la plus faible épaisseur radiale et en appui contre elle, si bien qu'un joint étanche est formé en coopération entre l'arbre et le boîtier, (h) la bague d'étanchéité (39) étant disposée dans la gorge le long de ladite partie de l'organe formant coussinet qui a la plus grande épaisseur radiale, (i) la dimension axiale de la bague d'étanchéité, combinée à la dimension axiale de ladite partie de l'organe formant coussinet qui a la plus grande épaisseur radiale, étant inférieure à la dimension axiale de la gorge, et (j) la dimension radiale combinée de ladite partie de l'organe formant coussinet ayant la plus faible épais- seur radiale et de la bague d'étanchéité, sous forme libre, dépassant légèrement la dimension radiale de la gorge, si bien que la bague d'étanchéité et ladite partie de l'organe formant coussinet sont maintenues légèrement en compression radiale dans la gorge et un joint étanche est ainsi formé et conservé entre le boîtier et l'arbre.