Brevet FR2762369A1 — publié le 19981023

La présente invention est relative à un dispositif de support d'un arbre cylindrique mobile en rotation autour de son axe et, plus particulièrement, à un tel dispositif comprenant a) un palier traversé par l'arbre à supporter, b) une cage enveloppant annulairement ledit palier et c) au moins un organe en un matériau élastique comprimé entre des surfaces annulaires en regard du palier et de la cage. On connaît des dispositifs de ce type notamment du brevet français nO 1 549 520 et de la demande de brevet européen nO 553 565. Le palier est constitué soit par un palier à billes, soit par une simple bague en un matériau fritté ou moulé, à bas coefficient de frottement. I1 est monté dans un support qui l'encage, au moins périphériquement, avec interposition d'un organe en un matériau élastique, de forme généralement annulaire, comprimé entre les périphéries en regard du palier et de ce support. On comprend que cet organe, par son élasticité, amortit la transmission de vibrations entre l'arbre et son support, ce qui réduit l'usure des pièces mécaniques du dispositif et le bruit engendré par ces vibrations. En outre, l'élasticité de l'organe permet à l'axe du palier de "s'autoaligner" sur l'axe de l'arbre supporté, ce qui réduit encore l'usure et les bruits évoqués ci-dessus. Lorsqu'on utilise un tel dispositif pour supporter un arbre formant partie d'un appareil fabriqué industriellement en grande série, comme c'est le cas pour l'arbre de sortie d'un moteur électrique utilisé, par exemple, dans l'industrie automobile pour faire tourner un ventilateur, une pompe, un lève-vitre, il faut prendre en compte, outre les problèmes d'amortissement des vibrations et d'autoalignement évoqués ci-dessus, d'autres problèmes liés à la nécessité d'améliorer la productivité des chaînes de production et la qualité des produits, tout en abaissant les coûts de production, notamment pour des raisons de compétitivité. On est alors amené à privilégier les solutions qui permettent de réduire le nombre des pièces constituant le dispositif, d'accroître la précision et la rapidité de leur assemblage, et d'améliorer la fiabilité du dispositif et de son procédé de fabrication. La maîtrise du couple de basculement de l'axe du palier dans son support, le confinement d'un lubrifiant utilisé dans les paliers, sont des exigences dont les solutions évoquées ci-dessus doivent évidemment tenir compte. La présente invention a précisément pour but de réaliser un dispositif de support d'un arbre cylindrique mobile en rotation autour de son axe, conçu de manière à comprendre un nombre réduit de pièces, d'assemblage précis, facile et rapide, avec réduction du nombre des contraintes à respecter sur ces pièces : tolérances géométriques, état de surface, propreté, toutes caractéristiques favorables à la réduction du prix de revient de fabrication du dispositif. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel dispositif à capacité d'autoalignement du palier et d'amortissement des vibrations issues de l'arbre supporté. La présente invention a encore pour but de réaliser un tel dispositif permettant de confiner sans fuites une réserve de lubrifiant du palier. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de support d'un arbre cylindrique mobile en rotation autour de son axe, du type qui comprend a) un palier traversé par l'arbre à supporter, b) une cage enveloppant annulairement ledit palier et c) au moins un organe en un matériau élastique comprimé entre des surfaces annulaires en regard du palier et de la cage, ce dispositif étant remarquable en ce qu'un logement annulaire est formé sur chacune desdites surfaces, en regard l'une de l'autre, pour loger ledit organe élastique et définir des positions axiales relatives prédéterminées du palier et de la cage. Comme on le verra plus loin, ce dispositif comprend un petit nombre de pièces pouvant être assemblées rapidement et facilement dans des positions relatives très précisément définies par les logements formés dans les surfaces en regard du palier et de la cage. Suivant un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, l'un au moins des logements formés dans le palier et la cage prend la forme d'une gorge continue. Suivant un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, le logement formé sur le palier ou sur la cage est délimité par deux distributions annulaires régulières d'indentations. Une desdites distributions est décalée d'un pas par rapport à l'autre. Les indentations de chaque distribution s'étendent axialement d'une base du palier ou de la cage audit logement, en présentant un flanc incliné sur l'axe du palier et s'écartant progressivement dudit axe, depuis ladite base jusqu'audit logement. Les indentations de chaque distribution présentent chacune en outre un deuxième flanc incliné sur le premier flanc et définissant une portion des limites du logement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la présente description et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente en perspective et en coupe axiale un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, - la figure 2 représente en perspective un palier incorporé à un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, - la figure 3 représente, en perspective et en coupe, un troisième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, incorporant le palier de la figure 2, - la figure 4 représente en perspective et en coupe un quatrième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, - la figure 5 représente, en coupe par deux plans axiaux, une variante moulée de la cage formant partie du dispositif suivant l'invention. - les figures 6A, 6B, 7A, 7B, et 8A, 8B illustrent schématiquement en coupe axiale la structure et l'assemblage de cinquième, sixième et septième modes de réalisation du dispositif suivant l'invention, - la figure 9 représente en perspective et en coupe axiale un huitième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, et, - la figure 10 représente en coupe axiale le palier incorporé au mode de réalisation de la figure 8. Dans la description qui va suivre, des références numériques, éventuellement affectées d'un ' d'un " ou d'un "', repèrent des éléments ou organes identiques ou similaires. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où il apparaît que le dispositif représenté supporte un arbre cylindrique 1 passé dans un palier 2 disposé dans une cage 3. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, la cage 3 peut faire partie d'un boîtier de protection d'une carcasse, d'un carter, d'un flasque ou d'un support de palier, associé à un moteur électrique entraînant l'arbre 1 en rotation. Suivant la présente invention, le palier 2 est monté dans la cage 3 par l'intermédiaire d'un organe 4 en un matériau élastique prenant la forme d'une bague annulaire, cette bague étant logée et comprimée entre deux logements annulaires 5, 6 formés l'un en face de l'autre sur des surfaces en regard du palier 2 et de la cage 3, respectivement. Comme représenté à la figure 1, ladite surface du palier 2 est de forme sensiblement sphérique. Elle pourrait aussi présenter une forme tronconique. Les logements 5 et 6 prennent la forme de gorges à fonds continus de forme complémentaire de celle de la bague annulaire élastique 4 qu'elles emprisonnent, ellemême de section droite sensiblement circulaire. On comprend que l'assemblage des organes du dispositif de la figure 1 peut se faire par montage de la bague élastique dans la gorge 5 du palier 2, puis forçage de cet ensemble dans la cage 3 jusqu'à ce que la bague 4 tombe dans la gorge 6 formée sur la surface interne de cette cage 3 qui enveloppe la surface externe du palier 2. Par son élasticité, la bague 4 donne à ce palier 2 une capacité d'autoalignement sur l'axe de l'arbre 1. La bague 4 amortit aussi les vibrations engendrées par la rotation de l'arbre 1, qui ne sont alors pas transmises à la cage 3, et donc aux pièces adjacentes (par exemple la carcasse externe d'un moteur électrique) ce qui limite le bruit rayonné par ces dernières. Lors du forçage du palier 2 garni de la bague 4 dans la cage 3, le palier se positionne automatiquement et précisément par rapport à la cage lorsque la bague 4 s'arrête dans la gorge 6 creusée dans la cage. I1 apparaît ainsi que le dispositif suivant l'invention compte un minimum de pièces d'assemblage rapide, facile et précis. Du fait du petit nombre de pièces concernées, il y a un nombre très réduit de tolérances dimensionnelles sur celles-ci à cumuler pour respecter la précision choisie. La bague 4 assure la mise en repérage axial du palier 2 et de la cage 3 l'un par rapport à l'autre, aussi bien que leurs positionnements absolus sur l'axe de l'arbre 1. Le palier 2, ne s'appuyant pas directement sur la cage 3, peut s'inscrire dans des surfaces de révolution de formes variées tronconique, cylindrique, sphérique ou combinant ces formes. Les tolérances dimensionnelles concernant la forme choisie peuvent n'être pas sévères. Toutes ces caractéristiques autorisent une fabrication du dispositif à prix de revient réduit, conformément à un autre but de la présente invention. Le palier 2 peut comporter un organe de roulement, à billes ou à aiguilles par exemple ou, comme représenté, être formé d'une pièce en un matériau à bas coefficient de frottement, par moulage ou frittage, cette opération permettant de former avec précision la gorge 5 de réception de la bague 4. Le matériau du palier 2 peut en outre être imprégné d'un produit lubrifiant. Quand le palier comporte un organe de roulement, on peut former sur la bague extérieure de celui-ci un logement tel que la gorge 5 du palier 2 de la figure 1, pour recevoir la bague élastique 4 en regard de la cage. La bague 4 en un matériau élastique peut être réalisée en un caoutchouc synthétique tel qu'un élastomère par exemple. Sa section droite est de préférence circulaire mais peut présenter aussi d'autres formes, carrées ou ovales par exemple, ou plus complexes. La cage 3 peut être formée par découpe d'une tôle, la gorge 6 étant formée lors de la découpe par emboutissage. Un nouvel emboutissage permet de former la partie cylindrique de la cage, comportant la gorge 6. On a représenté à la figure 2 un autre mode de réalisation du palier 2' du dispositif selon l'invention, pouvant se substituer au palier 2 du dispositif de la figure 1. Le logement 5' du palier 2' représenté est délimité par deux distributions annulaires et régulières d'indentations 7l,72,73, ... et 7w1,7w2,7t 3, etc... Comme représenté à la figure 2, ces distributions sont avantageusement décalées d'un pas l'une sur l'autre. Quand le palier 2' est fabriqué par moulage ou frittage, on comprend que ce décalage facilite le démoulage de la pièce. Chaque indentation (7i,7'i) s'étend d'une des deux bases distantes axialement du palier, jusqu'au logement 5'. Elle comprend un premier flanc tel que 8 incliné sur l'axe du palier et s'écartant progressivement de cet axe quand on s'éloigne de la base de départ de l'indentation, et un deuxième flanc tel que 9, incliné sur le premier et définissant une portion de la paroi limitant le logement 5'. Chaque indentation (7i,7'i) prend ainsi la forme d'un coin. Les flancs 9 des deux distributions d'indentations (7i,7'i) sont écartés de l'épaisseur axiale de la bague 4 et définissent ainsi ensemble un logement à parois latérales discontinues qui définissent précisément la position de la bague élastique 4 sur le palier 2'. On comprend que le palier 2' peut être réalisé aisément avec un moule à tiroirs à ouverture axiale. Les indentations permettent également d'alléger le palier en économisant de la matière. Elles facilitent aussi la mise en place de la bague élastique 4 dans le logement 5', la bague pouvant rouler ou glisser sans être endommagée, en s'étirant progressivement sur les flancs inclinés 8 d'un jeu d'indentations avant de tomber dans le logement 5'. On a représenté à la figure 3 un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention combinant la bague 2' de la figure 3 et la cage 3 de la figure 1. La cage 3 peut être fermée, dans le cas où le palier considéré n'est pas situé du côté d'une sortie d'arbre (par exemple dans un moteur électrique), par une coupelle 10 formée séparément ou intégralement avec la cage 3. L'espace ainsi délimité entre cette coupelle et la bague peut contenir une réserve de lubrifiant du palier (par exemple sous forme de graisse ou de gel), la bague 4 jouant alors le rôle de joint d'étanchéité empêchant ce lubrifiant de se répandre au-delà du palier, par exemple dans la carcasse d'un moteur électrique entraînant l'arbre 1. I1 est clair que le dispositif de la figure 3 est conçu pour supporter en rotation l'extrémité d'un arbre tournant et non un arbre traversant la cage 3. A la figure 4, le mode de réalisation représenté du dispositif suivant l'invention comprend une cage 3 du type de celle de la figure 1 et un palier 2" dérivé de celui de la figure 3 mais présentant une surface extérieure pouvant être simplement cylindrique, comme représenté à la figure 4, mais aussi sphérique ou tronconique, comme décrit plus haut. Celle-ci porte deux distributions d'indentations (111,112,113) et (11'1,11'2,l1'3) en forme de parallélépipèdes ou de coins, selon la forme générale dans laquelle s inscrit la surface externe du palier 2". Les deux distributions s'étendent axialement l'une vers l'autre, par exemple jusque dans le plan médian. Cet agencement des indentations permet de fabriquer le palier avec un moule à tiroirs de plus longue durée de vie, par la suppression de tout frottement entre les tiroirs, comme le reconnaîtra aisément l'homme de métier. La bague 4 prend place entre les deux distributions d'indentations, en prenant une forme ondulée, comme représenté. Bien entendu, la largeur L du logement 6 formé dans la cage 3 doit être adaptée à l'amplitude de l'ondulation. On a représenté à la figure 5 une variante 3' de la cage 3 des modes de réalisation décrits ci-dessus du dispositif suivant l'invention. Elle s'en distingue en ce que la gorge creusée dans la cage 3 est remplacée par deux distributions annulaires d'indentations 171,172,173, etc... et 17'1, 17'2, 17'31 etc... décalées d'un pas l'une sur l'autre et écartées axialement en délimitant un logement 6 pour la bague 4, d'une manière analogue à ce que l'on a décrit ci-dessus pour le palier 2' de la figure 2. Tout comme ce dernier, la cage 3' est moulable dans un moule à ouverture axiale, par injection, par frittage ou tout autre procédé thermique ou physicochimique. La matière moulée peut être une matière plastique ou métallique. Les indentation 17i,17'i sont agencées de manière à assurer un démoulage axial aisé de la cage. Il est clair que les cages 3 et 3' et les paliers 2 et 2' pourraient être combinés suivant l'un quelconque des quatre couplages possibles pour constituer un dispositif de support suivant l'invention. Les figures 6A à 6B illustrent divers modes de réalisation et de montage de la bague élastique dans un dispositif suivant l'invention. A la figure 6A, la bague 4 est surmoulée sur un logement en forme de gorge du palier 2 puis l'ensemble 2,4 est poussé, dans le sens de la flèche F pour s'encliqueter dans la cage 3, ce qui donne le dispositif de la figure 6B. La bague 4 est de section droite circulaire. Les figures 7A et 7B correspondent aux figures 6A, 6B respectivement et montrent une bague 4, également surmoulée, présentant une section droite demi-circulaire du côté de la cage et rectangulaire du côté du palier. Aux figures 8A et 8B, la bague est surmoulée sur une gorge correspondante de la cage 3 et sa section droite est de forme demi-circulaire du côté du palier, rectangulaire du côté de la cage. La partie de section rectangulaire de la bague surmoulée est ainsi dessinée pour renforcer l'accrochage de la bague. Des orifices peuvent être aménagés sur le pourtour de la cage 3 afin que la matière avec laquelle la bague 4 est surmoulée puisse s'y répandre, en assurant ainsi un meilleurs accrochage de la bague 4 dans la cage 3. Il est clair que la réalisation de cette bague par surmoulage permet d'accélérer encore les opérations d'assemblage du dispositif suivant l'invention. Aux figures 9 et 10 du dessin annexé, on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, conçu pour résister à des chocs ou vibrations axiaux pouvant être subis par ce dispositif. Dans ce cas, il faut éviter que de telles sollicitations puissent provoquer l'arrachement ou l'extraction du palier hors de sa cage. Pour renforcer la résistance du palier à un tel arrachement, on dispose deux bagues élastiques 4, 4' au lieu d'une, écartées axialement l'une de l'autre entre le palier 2' " et la cage 3. Les bagues 4,4' peuvent alors être logées dans deux épaulements 12, 12' formés aux deux extrémités du palier comme représenté à la figure 9, et jouant le rôle de logements de retenue pour lesdites bagues. Le palier 2''' garni des bagues 4,4' étant inséré dans la cage 3, on ferme le logement de ce palier par une coupelle 13 fixée sur l'épaulement 14 correspondant de la cage, par tout moyen connu, collage, sertissage, bouterollage , etc... On reconnaîtra que les bagues sont alors localisées et emprisonnées en deux emplacements précisément définis par deux paires de moyens 12,13 et 12',3, fonctionnellement équivalents aux logements et gorges des modes de réalisation précédents. On comprend que le palier 2'" est alors fermement coincé dans la cage 3 entre le fond de celle-ci et la rondelle 13, ce qui lui permet de résister à des efforts axiaux importants qui pourraient lui être transmis par l'arbre qu'il supporte (non représenté). En outre, si l'on dispose, comme il est courant, une réserve 16 de produit lubrifiant sur le palier 2''', entre les deux bagues 4,4', on comprend que celles-ci jouent le rôle de joints d'étanchéité pour confiner le lubrifiant dans l'espace délimité par la surface extérieure du palier, le fond de la cage 3 et de la coupelle 13, ainsi que par l'arbre 1 (non représenté) prenant place dans l'alésage du palier. Il apparaît maintenant, à la lumière des divers modes de réalisation décrits ci-dessus, que l'invention permet bien d'atteindre les buts poursuivis, à savoir fournir un dispositif de support d'arbre tournant composé d'un minimum de pièces pour limiter le cumul des tolérances à respecter, de montage facile et rapide, permettant de monter le palier dans sa cage avec un positionnement axial relatif précisément déterminé par des logements formés dans le palier et la cage, assurant un confinement efficace d'un éventuel lubrifiant, le dispositif présentant en outre les caractéristiques classiques d'autoalignement du palier et d'amortissement des vibrations générées par l'arbre tournant supporté. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1. Dispositif de support d'un arbre cylindrique (1) mobile en rotation autour de son axe, du type qui comprend a) un palier (2) traversé par l'arbre (1) à supporter, b) une cage (3) enveloppant annulairement ledit palier et c) au moins un organe en un matériau élastique (4,4') comprimé entre des surfaces annulaires en regard du palier (2) et de la cage (3), caractérisé en ce qu'un logement annulaire (5;5',6) est formé sur chacune desdites surfaces, en regard l'une de l'autre, pour loger ledit organe élastique (4,4') et définir des positions axiales relatives prédéterminées du palier (2;2',2",2''') et de la cage (3,3'). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un desdits logements annulaires (5;5',6) est délimité par deux distributions annulaires régulières d'indentations (7i,7'i;11i,11'i;17i,17'i). 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'une desdites distributions (7i,7'i;11i,11'i;17i,17'i) est décalée d'un pas par rapport à l'autre. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les indentations de chaque distribution (7i,7'i;11ill'i;17i,17'i) s'étendent axialement d'une base du palier (2',2") ou de la cage (3') audit logement (5',6), en présentant un flanc incliné (8) sur l'axe dudit palier (2',2"), ou de ladite cage (3')et s'écartant progressivement dudit axe, depuis ladite base jusqu'audit logement. 5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les indentations (7i,7'i) de chaque distribution présentent chacune en outre un deuxième flanc incliné (9) sur ledit premier flanc (8) et définissant une portion des limites du logement (5'). 6. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les deux distributions d'indentations (lli,ll'i) s'étendent axialement l'une vers l'autre jusqu'à un plan médian de manière à définir un logement à ondulations pour l'organe élastique (4) installé dans ledit logement. 7. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des logements annulaires (5,6) creusés sur lesdites surfaces en regard prend la forme d'une gorge continue. 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe élastique (4,4') prend la forme d'une bague de section droite sensiblement circulaire. 9. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe élastique (4) est formé par surmoulage du logement creusé dans la cage (3) ou du logement creusé dans le palier (2). 10. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'organe élastique (4,4') joue en outre le rôle d'un joint d'étanchéité pour une réserve de lubrifiant (15) du palier (2). 11. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux organes (4,4') en matériau élastique disposés chacun dans l'un d'une paire de logement, distants axialement, formés dans les surfaces en regard du palier (2''') et de sa cage (3). 12. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage (3) est formée par découpe d'une tôle, emboutissage de ladite tôle pour former le logement (6) et nouvel emboutissage pour former une partie cylindrique sur ladite cage, comportant ledit logement (6). 13. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage (3') est réalisée par moulage de matière plastique ou métallique. 14. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le palier (2;2';2";2''') prend la forme d'une bague réalisée en matière moulée ou frittée. 15. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le palier (2;2';2";2''') comprend un organe de roulement.