Brevet FR2812045A1 — publié le 20020125

"Bague de palier autolubrifiée" L'invention concerne une bague de palier du type autolubrifiée. L'invention concerne plus particulièrement une bague de palier du type autolubrifiée pour le guidage en rotation d'un arbre. Un tel type de bague est notamment utilisé pour le guidage en rotation d'une extrémité libre d'un arbre de support d'induit d'une machine électrique tournante. Les bagues de palier du type autolubrifiée comportent 1o généralement une bague annulaire métallique sur la face intérieure de laquelle est déposée une couche de matériau à structure poreuse, par un procédé tel que le frittage. Elle peut aussi être réalisée en une seule pièce par compression d'une poudre de matériau de façon à créer une structure poreuse. La structure poreuse doit permettre l'absorption et le stockage d'un lubrifiant. Ainsi lors de l'assemblage, un lubrifiant tel que de l'huile est absorbé par la structure poreuse, notamment par la face intérieure concave d'un trou axial dans lequel est introduite lI'extrémité libre de l'arbre. Lorsque l'arbre est mis en rotation, le lubrifiant contenu dans la couche de matériau à structure poreuse est "aspiré" vers le trou axial par le mouvement de l'arbre par un phénomène de pompage et par les frottements à l'interface, et il créé ainsi un film de lubrifiant entre les surfaces cylindriques interne concave de la bague et externe convexe de l'arbre en vis-à-vis. Le film de lubrifiant permet de diminuer les efforts de frottement, ainsi que l'usure de ces deux éléments. Cependant, la force centrifuge résultant de la rotation de lI'arbre provoque des fuites axiales de lubrifiant, par projection vers l'extérieur de lubrifiant qui est situé sur la surface extérieure convexe de l'arbre au niveau des extrémités axiales de la bague de palier. Le lubrifiant perdu ne participe plus à la lubrification du contact entre la bague et l'arbre. 2 2812045 Ainsi, la quantité de lubrifiant qui est stockée dans le matériau à structure poreuse et qui permet la lubrification du palier, diminue peu à peu jusqu'à atteindre une quantité limite qui ne permet plus la lubrification correcte de l'interface entre la bague et l'arbre. L'usure des surfaces de la bague de palier et de l'arbre en vis-à-vis est alors accélérée et peut provoquer un grippage de l'extrémité libre de l'arbre dans la bague de palier. Dans le but de remédier à ces inconvénients, I'invention propose une bague de palier du type autolubrifiée pour le guidage en rotation d'un arbre qui s'étend axialement à travers un trou du corps de guidage de la bague qui délimite un tronçon cylindrique concave de guidage de l'arbre dont la surface est lubrifiée, caractérisée en ce que l'une au moins des deux extrémités axiales du trou comporte une cavité d'extrémité qui entoure I'arbre, qui forme un réceptacle pour canaliser les fuites de lubrifiant et qui réduit la longueur du tronçon de guidage.. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - I'une au moins des cavités comporte un tronçon cylindrique de plus grand diamètre que celui du trou du corps de guidage; - le tronçon cylindrique de plus grand diamètre est coaxial avec le trou du corps de guidage; - I'une au moins des cavités est délimitée axialement vers l'intérieur du corps de guidage par une surface radiale annulaire de fond; - il est prévu un chanfrein de raccordement entre le tronçon de guidage et la face radiale annulaire; le corps de la bague comporte une cavité à chacune des deux extrémités libres axiales du trou; - le corps de la bague de palier est réalisé en un matériau qui permet l'absorption de lubrifiant; - le corps est réalisé dans un matériau du type qui comporte des cellules ouvertes; - le corps est réalisé dans un matériau du type fritté 3 2812045 - le matériau qui permet l'absorption de lubrifiant comporte au moins deux zones dont la capacité d'absorption de lubrifiant de chacune est différente; - une première zone de capacité d'absorption prédéterminée s'étend à proximité de la surface extérieure de la bague, et une seconde zone de capacité d'absorption plus élevée que celle de la première zone s'étend depuis la première zone jusqu'à la surface intérieure du trou d'axe longitudinal du corps de guidage; - la surface extérieure de la bague est sensiblement cylindrique, et les zones de capacité d'absorption différentes sont sensiblement cylindriques; - la surface extérieure de la bague est sphérique convexe de façon à former une liaison rotule avec un logement i5 complémentaire; - les zones de capacité d'absorption différentes sont sensiblement sphériques; - une au moins des cavités est obturée axialement vers l'extérieure de la bague par un joint de protection et d'étanchéité; - I'une au moins des cavités est comblée au moins partiellement par un matériau permettant l'absorption de lubrifiant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale et en perspective d'une bague de palier selon l'état de la technique qui est montée par rapport un élément de structure d'un moteur électrique; - les figures 2 à 4 représentent schématiquement en section transversale, d'un arbre qui est guidé en rotation par une bague de palier du type autolubrifiée; - la figure 5 représente schématiquement, en section axiale, une bague de palier du type autolubrifiée selon l'invention; 4 2812045 - les figures 6 et 7 sont des vues similaires à celle représentée à la figure 5, qui représentent la bague de palier selon deux variantes de l'invention. La figure 1 représente une bague de palier 10 réalisée selon l'état de la technique, et qui est montée dans un élément de structure, ici un flasque 12 d'extrémité axiale d'un corps (non représenté) d'une machine électrique tournante tel qu'un moteur électrique ou un alternateur. L'axe longitudinal de la machine électrique tournante est représenté sur la figure 1 par l'axe A1. La bague de palier 10 est constituée d'un corps de guidage 13 dans lequel est réalisé un trou central 14 qui délimite un tronçon cylindrique concave de guidage 15 d'une extrémité libre 16 d'un arbre 18, d'axe A2, de la machine électrique tournante. Ici l'arbre 18 porte un collecteur d'induit 20 dont la périphérie radiale est en contact électrique avec des balais ou charbons 21. L'autre extrémité libre, non représentée, de l'arbre 18 est reçue dans une autre bague de palier de guidage en rotation. Avantageusement, la bague de palier 10 est sphérique et elle est montée articulée dans une cavité intérieure délimitée par des moyens 22 de retenue, formant une articulation de type rotule. Les moyens 22 sont constitués pour l'essentiel par deux coupelles métalliques 26 et 28, qui coopèrent avec la surface extérieure 24 sphérique convexe du corps 13 de guidage. La bague de palier 10 peut aussi, à titre de variente, être cylindrique. La bague de palier 10 articulée peut s'orienter angulairement par rapport à l'axe longitudinal A1 de la machine électrique tournante de façon à être parfaitement alignée avec l'axe A2 de l'arbre 18, et elle permet ainsi de s'affranchir d'un éventuel défaut d'alignement entre la bague de palier 10 et l'autre palier. La bague de palier 10 est du type autolubrifiée, c'est-à-dire qu'elle fonctionne sans apport de lubrifiant. Pour ce faire, le corps 2812045 de guidage 13 est constitué d'un matériau qui permet l'absorption et le stockage d'un lubrifiant. Le fonctionnement d'une bague de palier 10 est représenté aux figures 2 à 4 qui représentent schématiquement des sections transversales, selon le plan transversal médian, de la bague de palier 10 et de l'extrémité libre 16 de l'arbre 18. La figure 2 représente la position dite "de repos" dans laquelle l'extrémité libre 16 de l'arbre 18 est immobile par rapport à la bague de palier 10. Le corps de guidage 13 est alors chargé 1o de lubrifiant. Selon la figure 3, I'arbre 18 est mis en rotation, par exemple selon le sens de la flèche 46. La rotation de l'extrémité libre 16 provoque un effet d'aspiration du lubrifiant situé à l'intérieur du corps de guidage 13, selon les flèches 50, de façon à créer une couche de lubrifiant dans la zone d'interface ou "d'entrefer" 48 située entre le tronçon cylindrique concave de guidage 15 de la bague de palier 10 et la surface cylindrique convexe de l'extrémité libre 16 de l'arbre 18. Les frottements et l'usure des surfaces des tronçons de guidage 15 et de l'extrémité libre 16 en vis-à-vis sont réduits. Lorsque la rotation de l'arbre 18 est arrêtée, I'extrémité libre 16 retourne dans sa position de repos, conformément à la figure 4, et le lubrifiant situé dans la zone d'interface 48 est absorbé à nouveau par capillarité par le corps de guidage 13 de la bague de palier 10. Cependant, une telle bague de palier 10 présente des fuites axiales et radiales de lubrifiant qui provoquent une diminution de la quantité de lubrifiant stockée dans le corps de guidage 13, ce qui réduit la durée de vie de la bague de palier 10 et ce qui peut être la cause d'un grippage de l'extrémité libre 16 de l'arbre 18 dans le tronçon de guidage 15 de la bague de palier 10. Les fuites axiales sont la conséquence de la projection vers l'extérieur de la bague de palier 10 par la force centrifuge, B718 6 2812045 du lubrifiant qui est situé sur l'arbre 18 au droit des extrémités axiales de la bague de palier 10. Les fuites radiales résultent quant à elles de phénomènes tels que l'évaporation ou le suintement du lubrifiant à partir de la surface extérieure 24 sphérique due à la pression du palier en fonctionnement qui est supérieure à la pression extérieure. L'invention propose, conformément à la figure 5 une bague de palier 10 dont chaque extrémité axiale du trou central 14 comporte une cavité 60 d'extrémité qui entoure l'extrémité libre 16 0o de l'arbre 18 et qui forme un réceptacle pour canaliser les fuites axiales de lubrifiant. Chaque cavité 60 comporte une surface cylindrique 64 concave de plus grand diamètre que celui du tronçon cylindrique de guidage 15, et est délimitée axialement vers l'intérieur du corps de guidage 13 par une surface 66 radiale annulaire de fond. Le corps de guidage 13 est par exemple réalisé en une seule pièce par compactage d'un matériau tel que du cuivre, du bronze ou du fer, et par exemple une poudre métallique telle qu'une poudre de cuivre, dans un moule dont la forme correspond à la forme de la surface extérieure 24 sphérique la bague de palier 10 et qui comporte un noyau central dont la forme extérieure correspond au tronçon de guidage 15 et aux cavités 60. La structure du matériau est poreuse à cellules ouvertes de façon à permettre la circulation du lubrifiant, notamment des surfaces 64 et 66 délimitant les cavités 60 vers le tronçon de guidage 15. Lorsque l'arbre 18 est mis en rotation, le lubrifiant est aspiré depuis le corps de guidage 13 vers le tronçon de guidage 15. Du lubrifiant situé sur des zones de l'extrémité libre 16 de l'arbre 18 à proximité de l'extrémité axiale de la bague de palier est projeté transversalement vers l'extérieur. Le lubrifiant ainsi projeté est reçu, dans les cavités 60, sur les surfaces cylindriques 64 et/ou les surfaces 66 radiales. Il est B718 7 2812045 alors absorbé par le corps de guidage 13 et peut être aspiré à nouveau par le mouvement de rotation de l'extrémité libre 16 de l'axe 18 dans le tronçon cylindrique de guidage 15 de la bague de palier 10. Il se crée ainsi une circulation du lubrifiant à l'intérieur du corps de guidage 13 de la bague de palier 10. La bague de palier 10 selon l'invention permet ainsi de "récupérer" les fuites axiales de lubrifiant provoquées par la rotation de l'extrémité libre 16 de l'arbre 18, augmentant sa durée de vie et diminuant les risques de grippage de l'extrémité libre 16 io dans le tronçon cylindrique de guidage 15. De plus, la réalisation des cavités 60 réduit la longueur du tronçon de guidage 15, et par conséquent la surface de contact et les efforts de frottement entre la surface cylindrique concave interne du trou 14 et la surface cylindrique convexe externe de l'extrémité 16 de l'arbre 18. Le rendement de la machine électrique est ainsi augmenté. Les cavités 60 peuvent être par exemple cylindriques, conformément aux figures 5 à 7 ou tronconiques. Un chanfrein de raccordement 68 est réalisé entre le tronçon de guidage 15 et chacune des surfaces 66 radiales des cavités 60. Il permet de faciliter l'introduction de l'extrémité libre 16 dans le trou 14 de la bague de palier 10. Selon une variante, représentée à la figure 6, le matériau qui permet l'absorption du lubrifiant comporte une première zone 70 et une seconde zone 72 dont chacune présente une capacité différente d'absorption du lubrifiant. La différence de capacité d'absorption peut résulter d'une différence de porosité, c'est-à-dire des dimensions différentes de pores ou cellules du matériau. Ainsi, lorsque la bague de palier 10 est obtenue par compression d'une poudre métallique, la différence de capacité d'absorption peut être obtenue par l'application de la pression de compression uniquement sur la zone devant présentée la plus faible capacité d'absorption ou par la mise en oeuvre de deux matériaux différents. B718 Selon le procédé utilisé, il est possible d'obtenir une variation progressive de la capacité d'absorption entre le tronçon de guidage 15 et la surface extérieure 24 sphérique, ou des zones délimitées qui ont chacune une capacité d'absorption déterminée conformément à la bague de palier 10 représentée aux figures 6 et 7. Ici, la première zone 70 qui est située à la périphérie du corps de guidage 13 de la bague de palier 10 présente une capacité d'absorption du lubrifiant plus faible que celle de la 1o seconde zone 72. C'est-à-dire que lors du moulage de la bague de palier 10, la pression de compression est appliquée sur la surface extérieure 24 sphérique de la bague de palier 10. La première zone 70 permet d'une part de réduire les fuites radiales du lubrifiant, et d'autre part d'empêcher l'air de pénétrer à l'intérieur du corps de guidage 13 et de se mélanger avec le lubrifiant, ce qui limite la dégradation du lubrifiant et notamment son oxydation. La lubrification entre l'extrémité libre 16 de l'arbre 18 et le tronçon guidage 15 est ainsi améliorée et la durée de vie de la bague de palier 10 est augmentée. Les cavités 60 peuvent aussi être comblées au moins partiellement par un matériau, tel qu'un composite plastique, permettant l'absorption de lubrifiant. Ainsi, le matériau peut former une réserve de lubrifiant et/ou permettre la récupération et le recyclage des fuites axiales de lubrifiant provoquées par la rotation de l'extrémité libre 16 de l'arbre 18. La durée de vie de la bague de palier 10 est alors augmentée et ses risques de grippage sont diminués. Conformément à la figure 7, la bague de palier 10 selon l'invention peut aussi comporter aussi un joint 74 de protection et d'étanchéité qui obture axialement chaque cavité 60 vers l'extérieur la bague de palier 10, de façon d'une part à limiter la contamination du lubrifiant par l'air ou par des éléments polluants tel que des poussières ou des gouttelettes d'eau et, d'autre part, B718 à supprimer les pertes axiales du lubrifiant qui persisteraient malgré l'agencement des cavités 60. Avantageusement, la surface extérieure 24 sphérique peut être recouverte d'une enveloppe étanche, telle qu'une couche d'un matériau métallique ou de matière plastique de façon à supprimer les fuites radiales et la pénétration de l'air intérieur du corps de guidage 13 et son contact avec le lubrifiant. B718 REVENDICATIONS 1. Bague de palier (10) du type autolubrifiée pour le guidage en rotation d'un arbre (18) qui s'étend axialement à travers un trou (14) du corps de guidage (13) de la bague (10) qui délimite un tronçon (15) cylindrique concave de guidage de l'arbre (18) dont la surface est lubrifiée, caractérisée en ce que l'une au moins des deux extrémités axiales du trou (14) comporte une 0o cavité (60) d'extrémité qui entoure l'arbre (18), qui forme un réceptacle pour canaliser les fuites de lubrifiant et qui réduit la longueur du tronçon de guidage (15). 2. Bague de palier (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'une au moins des cavités (60) comporte un tronçon cylindrique de plus grand diamètre que celui du trou (14) du corps de guidage (13). 3. Bague de palier (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le tronçon cylindrique de plus grand diamètre est coaxial avec le trou (14) du corps de guidage (13). 4. Bague de palier (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une au moins des cavités (60) est délimitée axialement vers l'intérieur du corps de guidage (13) par une surface (66) radiale annulaire de fond. 5. Bague de palier (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'il est prévu un chanfrein (68) de raccordement entre le tronçon de guidage (15) et la surface (66) radiale annulaire. 6. Bague de palier (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps (13) de la bague (10) comporte une cavité (60) à chacune des deux extrémités libres axiales du trou (14). 7. Bague de palier (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que son corps B718 (13) est réalisé en un matériau qui permet l'absorption de lubrifiant. 8. Bague de palier (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le corps est réalisé dans un matériau du type qui comporte des cellules ouvertes. 9. Bague de palier (10) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que le corps (13) est réalisé dans un matériau du type fritté. 10. Bague de palier (10) selon l'une quelconque des 1o revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le matériau qui permet l'absorption de lubrifiant comporte au moins deux zones (70, 72) dont la capacité d'absorption de lubrifiant de chacune est différente. 11. Bague de palier (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'une première zone (70) de capacité d'absorption prédéterminée s'étend à proximité de la surface extérieure (24) de la bague (10), et en ce qu'une seconde zone (72) de capacité d'absorption plus élevée que celle de la première zone (70) s'étend depuis la première zone (70) jusqu'à la surface intérieure du trou (14) d'axe longitudinal du corps de guidage (13). 12. Bague de palier (10) selon l'une des revendications 10 ou 11 caractérisée en ce que la surface extérieure de la bague (10) est sensiblement cylindrique, et en ce que les zones de capacité d'absorption différentes sont sensiblement cylindriques. 13 Bague de palier (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisée en ce que la surface extérieure (24) de la bague (10) est sphérique convexe de façon à former une liaison rotule avec un logement complémentaire. 14 Bague de palier (10) selon la revendication 13 prise en combinaison avec l'une des revendications 10 ou 11 caractérisée en ce que les zones (70, 72) de capacité d'absorption différentes sont sensiblement sphériques. B718 15. Bague de palier (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une au moins des cavités (60) est obturée axialement vers l'extérieure de la bague (10) par un joint (74) de protection et d'étanchéité. 16. Bague de palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une au moins des cavités (60) est comblée au moins partiellement par un matériau permettant l'absorption de lubrifiant.