Brevet FR2674596A1 — publié le 19921002

"JOINT TOURNANT" La présente invention concerne un joint tournant, et plus particulièrement un joint tournant assurant une étanchéité entre une pièce annulaire fixe et un corps tournant présentant une partie cylindrique traversant la pièce annulaire fixe, cette pièce annulaire fixe comportant un canal d'arrivée ou de départ de fluide, en communication avec au moins un conduit de fluide ménagé dans le corps tournant. Des joints tournants de ce genre sont utilisés, notamment, pour l'amenée d'un fluide d'arrosage sous pression à une broche de machine-outil. Le problème ici posé est de réaliser une bonne étanchéité entre la pièce annulaire fixe et le corps tournant, lequel peut être animé d'un mouvement de rotation à vitesse élevée. L'étanchéité doit être assurée de part et d'autre de la zone où le canal d'arrivée du fluide d'arrosage débouche sur la paroi intérieure de la pièce annulaire fixe et communique avec les conduits ménagés pour ce fluide dans le corps tournant. En particulier, le canal d'arrivée du fluide d'arrosage peut déboucher dans une gorge annulaire de distribution de ce fluide, ménagée dans la paroi intérieure de la pièce annulaire fixe, et il convient d'assurer l'étanchéité de part et d'autre de cette gorge annulaire, entre ladite paroi intérieure et une surface extérieure cylindrique du corps tournant. Actuellement, ce genre d'étanchéité est réalisé soit au moyen de presse-étoupe, soit au moyen de bagues toriques souples. Les presse-étoupe présentent une structure relativement compliquée. Quant aux bagues toriques souples, celles-ci ne procurent pas une étanchéité satisfaisante à grande vitesse, si elles sont utilisées seules. La présente invention vise à éviter ces inconvénients, en fournissant un joint tournant perfectionné qui, tout en conservant une structure simple et économique, améliore les qualités d'étanchéité en permettant des vitesses plus importantes. A cet effet, le joint tournant objet de l'invention comporte, de part et d'autre du débouché du canal précité sur la paroi intérieure de la pièce annulaire fixe, deux gorges annulaires ménagées dans cette paroi et recevant, chacune, une bague de frottement en matériau flexible à très faibles coefficients de frottement et de glissement, située au contact de la partie cylindrique du corps tournant, et une bague de poussée en matériau souple et élastique, interposée et comprimée entre la bague de frottement et le fond de la gorge annulaire. Chaque bague de frottement assure le contact étanche avec la surface de la partie cylindrique du corps tournant, surface qui est avantageusement traitée ou revêtue d'une couche améliorant le glissement. Cette bague de frottement possède de préférence une section rectangulaire ; il peut s'agir notamment d'une bague en polytétrafluoroéthylène (PTFE) graphité. Chaque bague de poussée assure, à Irétat monté, la mise en pression de la bague de frottement correspondante contre la partie cylindrique du corps tournant, et elle complète l'étanchéité, de sorte que l'on obtient une étanchéité - entre la bague de frottement et la surface du corps tournant - entre la bague de frottement et la bague de pression ; et - entre la bague de pression et le fond de la gorge logeant les deux bagues. Dans une forme de réalisation simple, la bague de poussée est une bague torique souple, telle qu'une bague en élastomère (bague "R"). De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce joint tournant. La figure unique est une vue en coupe passant par l'axe 1 d'un joint tournant conforme à la présente invention, appliqué à une broche de machine-outil avec arrosage sous pression de l'outil par le centre. Le joint comporte un corps principal 2, métallique, monté tournant autour de l'axe 1. Le corps 2 présente une partie postérieure 3 servant à sa fixation sur la broche, une partie intermédiaire cylindrique 4 et une partie antérieure tronconique 5. L'outil tournant d'usinage, non représenté, est reçu dans un logement cylindrique 6 ménagé axialement dans le corps tournant 2 et débouchant à l'extrémité avant de ce corps 2, une bague d'étanchéité torique 7 étant montée dans une gorge annulaire creusée dans la paroi du logement 6. Le corps 2 est monté tournant, par l'intermédiaire de roulements 8 et 9, dans une pièce annulaire fixe 10 qui entoure la partie intermédiaire cylindrique 4 de ce corps 2. Un canal radial Il est ménagé dans la pièce annulaire fixe 10, à mi-longueur de celle-ci. Le canal il est raccordé du côté extérieur à une arrivée de fluide d'arrosage sous pression, amené suivant la flèche F, par exemple de l'huile ou de l'huile soluble ou une émulsion air-huile. Du côté intérieur, le canal 11 débouche dans une gorge annulaire 12 ménagée dans la paroi cylindrique intérieure 13 de la pièce annulaire fixe 10. En regard de la gorge annulaire 12, le corps tournant 2 comporte des perçages radiaux 14, qui débouchent du côté de l'axe 1 dans un conduit central 15 prolongeant le logement 6. Ainsi, quelle que soit la position angulaire du corps tournant 2, le fluide d'arrosage peut parvenir en permanence à l'intérieur du corps tournant 2, et de là arriver dans l'outil tournant d'usinage. Un cache annulaire 16, lié en rotation avec le corps tournant 2, est encore monté en arrière de la pièce annulaire fixe 10 et du roulement postérieur 8. L'invention s'intéresse, plus particulièrement, à l'étanchéité réalisée entre la pièce annulaire fixe 10 et le corps tournant 2, qui en cours de fonctionnement de la machine-outil concernée est entraîné en rotation à vitesse élevée. Cette étanchéité est assurée, d'une part, entre la gorge annulaire 12 et le premier roulement 8, et d'autre part, entre la gorge annulaire 12 et le second roulement 9. Pour recevoir les organes d'étanchéité, une première gorge annulaire relativement profonde 17 est ménagée sur la paroi intérieure cylindrique 13 de la pièce annulaire fixe 10 entre la gorge 12 précitée et le roulement postérieur 8, et une seconde gorge annulaire relativement profonde 18 est ménagée symétriquement, sur la paroi intérieure cylindrique 13 de la pièce annulaire fixe 10, entre la gorge 12 et le roulement antérieur 9. Chaque gorge annulaire 17,18 reçoit une bague de frottement, respectivement 19,20 et une bague de poussée, respectivement 21,22. Chaque bague de frottement 19 ou 20, de section rectangulaire, est située au contact de la partie intermédiaire cylindrique 4 du corps tournant 2. Cette bague 19 ou 20 est réalisée en un matériau flexible à très faibles coefficients de frottement et de glissement, par exemple en polytétrafluoroéthylène (PTFE) graphité. Chaque bague de poussée 21 ou 22 est une bague torique souple en élastomère (bague "R"), prenant place entre la bague de frottement correspondante 19 ou 20 et le fond de la gorge annulaire respective 17 ou 18. La bague de poussée 21 ou 22 exerce sur la bague de frottement correspondante 19 ou 20 une pression, dirigée radialement vers l'axe 1, qui amène ladite bague de frottement 19 ou 20 en contact étanche avec la surface de la partie cylindrique 4 du corps tournant 2. Cette surface, métallique, est avantageusement traitée et chromée ou revêtue d'une couche améliorant le glissement, par exemple une couche de carbonitrure de titane telle qu'un revêtement "BALINIT" (marque enregistrée). Grâce aux dispositions précédemment décrites, on obtient une très bonne étanchéité à grande vitesse de rotation, pouvant se situer entre 100 et 600 mètres/minute en vitesse périphérique, quel que soit le fluide d'arrosage et pour des pressions de ce fluide pouvant atteindre une centaine de bars. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce joint tournant qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications concernant les matériaux constitutifs des bagues de frottement et de poussée, l'utilisation de matériaux autres que ceux mentionnés mais équivalents par leurs propriétés étant naturellement possible. De même, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de la présente invention en destinant le même joint tournant à des applications autres que les broches de machines-outils ainsi, une autre application envisageable concerne les pompes à eau pour véhicules automobiles. REVENDICATIONS 1. Joint tournant assurant une étanchéité entre une pièce annulaire fixe (10) et un corps tournant (2) présentant une partie cylindrique (4) traversant la pièce annulaire fixe, cette pièce annulaire fixe (10) comportant un canal (11) d'arrivée ou de départ de fluide, en communication avec au moins un conduit de fluide (14,15) ménagé dans le corps tournant (2), caractérisé en ce qu'il comporte, de part et d'autre du débouché (12) du canal précité (11) sur la paroi intérieure (13) de la pièce annulaire fixe (10), deux gorges annulaires (17,18) ménagées dans cette paroi (13) et recevant, chacune, une bague de frottement (19,20) en matériau flexible à très faibles coefficients de frottement et de glissement, située au contact de la partie cylindrique (4) du corps tournant (2), et une bague de poussée (21,22), en matériau souple et élastique, interposée et comprimée entre la bague de frottement (19,20) et le fond de la gorge annulaire (17,18). 2. Joint tournant selon la revendication I, caractérisé en ce que chaque bague de frottement (19,20) est une bague de section rectangulaire. 3. Joint tournant selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce que chaque bague de frottement (19,20) est une bague en polytétrafluoroéthylène graphité. 4. Joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque bague de poussée (21,22) est une bague torique souple. 5. Joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque bague de poussée (21,22) est une bague en élastomère. 6. Joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie cylindrique (4) du corps tournant (2), en contact avec les bagues de frottement (18,19), possède une surface traitée ou revêtue d'une couche améliorant le glissement. 7. Joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par son application à une broche de machine-outil avec arrosage sous pression de l'outil par le centre.