Brevet FR2664951A1 — publié le 19920124

Ensemble-broche à palier à gaz La présente invention concerne un ensemble-broche dans lequel une broche, ou arbre, est soutenue, sans contact, par des paliers à gaz mis extérieurement sous pression. Un ensemble-broche de ce type, appartenant à la technique anté- rieure, est utilisé dans divers genres de machines-outils, dans un bras de robot industriel et analogues Etant donné que la broche est maintenue hors de contact avec le palier pendant qu'elle tourne, elle peut être entraînée en rotation à une vitesse élevée et est moins susceptible d'être souillée par de l'huile de lubrification. Ainsi que cela est représenté à la figure 5, un ensemble-broche classique 100 comporte deux paliers de pivotement ou plus, servant de paliers à gaz mis extérieurement sous pression, de façon à supporter des charges radiales et des couples Dans cet exemple de la figure 5, quatre manchons de palier 20 ' sont montés sur la broche 20 et dans un boîtier 30, de façon à servir de paliers de pivotement soutenant la broche Le gaz comprimé envoyé par un orifice d'entrée 110 est divisé en quatre écoulements de gaz 111 à 114 pour être amené aux parties représentées En passant par un passage 50, une gorge annulaire 70 et un trou d'étrangle- ment 71, l'écoulement de gaz 113 est amené jusque dans un jeu 80 ménagé entre les manchons de palier 20 ' et la broche 20 Ensuite, à partir de l'une et l'autre extrémités de chaque manchon, le gaz est rejeté par un orifice d'évacuation 90 ou à travers les deux extrémités de la broche La référence 40 désigne une partie cylindrique du boîtier, la réfé- rence 120 une gorge annulaire prévue pour l'écoulement de gaz 114, la référence 130 une collerette de broche et la référence 140 un boulon servant à fixer un boîtier 30 ", situé du côté d'entraînement, sur le boî- tier principal 30 La collerette de broche 130 est soutenue par un palier à gaz mis extérieurement sous pression, qui est constitué par les pres- sions d'alimentation des écoulements de gaz 112 et 114 orientés face à face Le passage d'alimentation 50 et l'orifice d'évacuation 90 sont habituellement réalisés par usinage, par exemple par perçage. En vue d'obtenir un positionnement précis et à vitesse élevée dans le cas d'un tel ensemble-broche de la technique antérieure, qui est par exemple monté sur un chariot d'une machine-outil ou analogue, il est exigé de la broche qu'elle soit aussi peu encombrante et légère que pos- sible. Par contre, en vue d'obtenir d'excellentes propriétés en tant que palier, en rendant minimale la perte de pression dans le passage conduisant de l'orifice d'entrée 110 aux trous d'étranglement 71, le passage prévu pour le gaz fourni à partir d'une source de gaz comprimé doit posséder une section transversale suffisamment importante Ceci est dû au fait que c'est en une quantité fixée à l'avance et à une pression fixée à l'avance qu'il est nécessaire d'envoyer, dans les trous d'étran- glement 71, le gaz mis extérieurement sous pression. Avec l'agencement du passage d'alimentation en air qui est représenté à la figure 5, le passage d'amenée de gaz 50 ménagé dans le boîtier 30 doit posséder une section transversale supérieure à une valeur fixée à l'avance Ceci conduit à un accroissement de l'épaisseur de paroi du boîtier 30 à l'endroit du palier de pivotement, ce qui rend ainsi difficile une réduction de la taille et du poids de l'ensemble. Par ailleurs, avec la structure d'alimentation/évacuation du gaz qui est décrite ci-dessus, des substances étrangères et des résidus peuvent facilement pénétrer dans l'ensemble, plus particulièrement par les trous d'évacuation 90 Cela peut provoquer un coincement du palier. Ceci est dû au fait qu'il est nécessaire de prévoir un nombre considé- rable de trous d'évacuation à disposition circonférentielle afin de permettre au gaz d'être évacué à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un ensemble- broche, comportant des paliers à gaz mis extérieurement sous pression et une broche, qui remédie aux inconvénients précités et qui soit d'un encombrement réduit, avec notamment un diamètre réduit pour le boîtier. Conformément à l'invention, le gaz comprimé amené par l'orifice d'entrée de gaz est divisé dans au moins trois rainures d'alimentation en gaz s'étendant axialement et il est soufflé dans les jeux du palier de pivotement par l'intermédiaire de plusieurs trous d'alimentation en gaz, à étranglement Les jeux du palier de pivotement sont formés entre le manchon de palier et la broche Au cours d'une rotation, cette broche est soutenue, sans contact, par le manchon de palier grâce à l'action du gaz comprimé introduit dans les intervalles formés par les jeux De la sorte, les pertes par frottement entre métaux peuvent être limitées à un minimum. Le gaz introduit dans les jeux du palier de pivotement s'écoule vers des trous d'évacuation et est recueilli dans les rainures d'évacuation s'étendant axialement Il est alors rejeté le long de l'axe de la broche Ceci empêche toute substance étrangère éventuelle de pénétrer dans l'ensemble par les trous d'évacuation. L'agencement d'alimentation/évacuation de gaz qui est décrit ci-dessus rend possible la réalisation de rainures axiales possédant une section pratiquement rectangulaire et l'accroissement de l'aire présentée par la section des passages d'alimentation et d'évacuation Par ailleurs, étant donné que ces passages d'alimentation et d'évacuation sont ménagés non pas dans le boîtier, comme cela était le cas pour n'importe quel agencement de la technique antérieure, mais dans le manchon de palier lui-même, l'aire que présente la section du boîtier peut aussi être réduite Cela sert à son tour à réduire le poids de la totalité de l'ensemble-broche. Sur la gauche d'une gorge annulaire, le boîtier principal peut posséder une épaisseur de paroi réduite dans la mesure o l'étanchéité des rainures d'alimentation ou d'évacuation de gaz est assurée De la sorte, l'ensemble-broche conforme à l'invention est de faible encombre- ment et léger, tout en conservant des propriétés excellentes en tant que palier. Par ailleurs, étant donné que le manchon de palier est un élément en une seule pièce, l'ensemble peut être fabriqué et assemblé en un temps plus court et à un moindre prix. Suivant une réalisation de l'invention, l'ensemble-broche est caractérisé en ce qu'il comprend une broche, au moins un manchon de palier servant à soutenir cette broche, sans la toucher, à la façon d'un palier à gaz mis extérieurement sous pression, et un boîtier servant à loger ce manchon de palier, et en ce que, dans ce même manchon de palier, il est ménagé, d'une part, au moins trois rainures d'alimentation en gaz s'étendant axialement et communiquant avec un jeu formé entre la broche et le manchon de palier de façon à permettre l'introduction de gaz comprimé dans ce jeu et, d'autre part, une rainure d'évacuation s'éten- dant axialement et communiquant avec ledit jeu de façon à évacuer de celui-ci le gaz comprimé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre, à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un premier mode de réalisation préféré d'un ensemble-broche conforme à l'invention, la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective et à plus grande échelle du manchon de palier, la figure 4 est une vue en coupe verticale d'un second mode de réalisation préféré, la figure 5 est une vue en coupe verticale d'un ensemble-broche conforme à la technique antérieure et la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 5. Si on se reporte tout d'abord à la figure 1, l'ensemble-broche 1 comprend une broche 2 utilisée en tant qu'arbre rotatif d'une machine- outil, ou analogue, qui s'étend en traversant un boîtier 3 et en étant soutenue dans celui-ci Cette broche 2 s'étend en traversant un manchon de palier 6 qui est monté dans un boîtier principal 4 faisant partie du boîtier 3 Dans la surface périphérique extérieure de ce manchon de palier 6, il est ménagé des rainures d'alimentation en gaz 5 et des rainures d'évacuation 10 qui s'étendent axialement La référence 11 désigne un orifice d'entrée de gaz. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 qui montre que le manchon de palier 6 et les parties de plus grand diamètre 2 ' de la brocne 2 sont montés dans le boîtier principal 4. La figure 3 est une vue en perspective et à plus grande échelle du manchon de palier 6 représenté aux figures 1 et 2 Plusieurs rainures d'alimentation en air 5 et rainures d'évacuation 10, s'étendant axiale- ment, sont ménagées d'une manière alternée dans la surface périphérique extérieure de ce manchon de palier Chacune de ces rainures 5 et 10 comporte un nombre de trous d'alimentation en gaz 7 ou de trous d'évacua- tion 9 qui est fixé à l'avance (quatre dans l'exemple représenté) Ainsi que cela est représenté à la figure 1, un gaz comprimé est introduit, par les trous d'alimentation en gaz 7, formant étranglement, dans des jeux 8 du palier de pivotement, qui sont plus précisément des intervalles étroits délimités par le manchon de palier 6 et les parties de plus grand diamètre de la broche 2 L'agencement considéré joue le rôle d'un palier mis extérieurement sous pression Plusieurs de ces jeux 8 de palier de pivotement sont normalement prévus en des emplacements appropriés, en fonction de la longueur de la broche. Dans le présent mode de réalisation, il est ménagé dans le manchon de palier 6, à proximité de son extrémité de droite, une gorge annulaire 12 qui est destinée à guider suivant la direction circonféren- tielle le gaz comprimé introduit à partir d'une source d'alimentation en gaz comprimé Cette gorge sert à répartir d'une manière uniforme le gaz comprimé dans chacune des rainures d'alimentation en gaz 5 s'étendant axialement Les trous d'alimentation en gaz, formant étranglement, peuvent être des trous présentés par la matière, des trous d'orifice calibré, des trous de capillaire ou des trous poreux. Un gaz comprimé est introduit par les rainures axiales d'ali- mentation en gaz 5 et les trous d'alimentation en gaz 7 formant étrangle- ment, jusque dans les jeux 8 du palier de pivotement, et il est évacué par les trous d'évacuation 9 et les rainures axiales d'évacuation 10. Au contact de l'extrémité de droite du manchon de palier 6, il est prévu une collerette 13 Celle-ci est fixée sur la broche 2 de façon à supporter la poussée appliquée sur cette broche 2. Afin d'assurer ce support de la poussée de la part de la collerette 13, un organe d'accouplement 3 ', contenant une pièce de support de poussée 3 a, est fixé sur le boîtier principal 4 par des boulons 14 Ainsi que cela est représenté à la figure 1, il est ménagé dans cet organe d'accouplement 3 ' un passage d'alimentation en gaz qui sert à guider le gaz comprimé vers la face de droite de la collerette 13, de sorte que les trous d'alimentation en gaz 7 ', formant étranglement et prévus sur le côté gauche de la collerette 13, et les trous d'alimen- tation en gaz 7 ", formant étranglement et ménagés dans la pièce de support de poussée 3 a, jouent le rôle, suivant la direction de la poussée, d'un palier à gaz mis extérieurement sous pression. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est le suivant Le gaz comprimé introduit par l'orifice d'entrée 11 se divise en écoulements 11- 1, 11-2, 11-3 et 11-4 qui conduisent aux différents trous d'alimentation en gaz 7, 7 ' et 7 " formant étranglement Etant donné que les rainures axiales d'alimentation en gaz 5 sont ménagées dans la surface périphérique extérieure du manchon de palier 6, il n'est pas nécessaire de ménager dans le boîtier principal 4 un passage d'alimen- tation en gaz qui soit disposé à l'extérieur de ce manchon de palier 6. Cela rend possible une réduction de l'aire présentée par la section transversale du boîtier principal 4 et donc une réduction de taille et de poids de l'ensemble-broche. Ainsi que cela a déjà été décrit, grâce à l'introduction d'air comprimé par les trous d'alimentation en gaz 7 formant étranglement et ménagés dans le manchon de palier 6, la broche 2 est entraînée en rotation sans contact avec ce manchon de palier 6 Le gaz comprimé est rejeté par les rainures axiales d'évacuation 10. La figure 4 est une vue en coupe verticale d'un autre mode de réalisation dont la structure diffère légèrement de celle du premier mode de réalisation Il en diffère par le fait que l'orifice d'entrée 11 prévu pour le gaz comprimé est disposé parallèlement à la broche, par le fait que l'extrémité de droite de la partie de plus grand diamètre 2 ' de la broche est plus ou moins située à distance, de sorte que les rainures axiales d'alimentation en gaz 5 sont un peu plus longues que dans le premier mode de réalisation, et par le fait qu'il est prévu deux orifices d'évacuation 13 " disposés d'une façon indépendante l'un de l'autre, le premier étant ménagé dans la partie de gauche et l'autre ménagé dans la partie supérieure droite Toutefois, son fonctionnement est pratiquement le même que celui du premier mode de réalisation. REVENDICATIONS 1 Ensemble-broche, -du type qui comprend une broche ( 2), au moins un manchon de palier ( 6) servant à soutenir cette broche ( 2), sans la toucher, à la façon d'un palier à gaz mis extérieurement sous pression, et un boîtier ( 3) servant à loger ce manchon de palier ( 6), caractérisé en ce que, dans ce même manchon de palier ( 6), il est ménagé, d'une part, au moins trois rainures d'alimentation en gaz ( 5) s'étendant axialement et communiquant avec un jeu ( 8) formé entre la broche ( 2) et le manchon de palier ( 6) de façon à permettre l'introduction de gaz comprimé dans ce jeu et, d'autre part, une rainure d'évacuation ( 10) s'étendant axialement et communiquant avec ledit jeu ( 8) de façon à évacuer de celui-ci le gaz comprimé. 2 Ensemble-broche suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le manchon palier ( 6), il est en outre ménagé une gorge annulaire ( 12) qui communique avec les rainures d'alimentation en gaz ( 5) de façon à guider dans ces rainures ( 5) le gaz comprimé amené à partir d'une source de gaz comprimé, les rainures d'alimentation en gaz ( 5) et les rainures d'évacuation de gaz ( 10) communiquant avec le jeu ( 8), délimité par la broche ( 2) et le manchon de palier ( 6), respectivement par l'intermédiaire de plusieurs trous ( 7) formant étranglementet par l'intermédiaire de plusieurs trous d'évacuation ( 9). 3 Ensemble-broche suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les rainures axiales d'alimentation en gaz ( 5) et les rainures axiales d'évacuation ( 10) sont disposées d'une manière alternée entre elles et en ce que la gorge annulaire ( 12) est ménagée à l'une des extrémités du manchon de palier ( 6).