Brevet FR2861822A1 — publié le 20050506

Palier hydrodynamique à haute portance et résistant au grippage La présente invention se rapporte à un palier hydrodynamique, 5 comprenant un arbre monté à rotation dans un coussinet, ledit palier présentant une haute portance et étant résistant au grippage. Des paliers hydrodynamiques connus comprennent un arbre monté à rotation dans un coussinet, une surface externe dudit arbre s'étendant en regard d'une surface interne dudit coussinet. Les surfaces en regard io sont généralement lisses et la lubrification de tels paliers est délicate, voir impossible, puisqu'il est mal aisé de maintenir un film de substance lubrifiante entre les deux surfaces. Lorsque la vitesse de l'arbre par rapport au coussinet s'accroît de façon importante, l'échauffement qui en résulte provoque alors une ls dilatation des matériaux et un grippage du palier. Afin de réaliser des paliers hydrodynamiques résistant au grippage, il a été imaginé de ménager des stries circulaires dans la surface interne du coussinet, lesdites stries définissant alors des courbes moyennes qui s'étendent sur la surface striée développée dans la direction de développement. De telles stries permettent de former des chemins de passage de substance lubrifiante, par exemple d'huile et de maintenir ainsi, la substance lubrifiante entre les deux surfaces. De tels paliers, décrits notamment dans le document US 6 059 460, et qui présentent des stries ménagées en hélice dans la paroi interne du coussinet présentent un double inconvénient. D'une part, le lubrifiant est maintenu temporairement dans les chemins de passage, puisque ces derniers débouchent à l'extérieur du coussinet et que le lubrifiant est entraîné dans ces chemins de passage, vers l'extérieur, la vitesse tangentielle de l'arbre étant sensiblement alignée avec les stries. D'autre part, compte tenu- de cette dernière caractéristique, le lubrifiant atteint difficilement l'espace situé entre les stries et le film ne présente pas une 2 2861822 épaisseur constante entre les surfaces de sorte que la portance de l'arbre dans le coussinet en est réduite. Un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est alors de fournir un palier hydrodynamique qui permet au lubrifiant non seulement de rester entre les surfaces de l'arbre et du coussinet, mais aussi d'être réparti de façon uniforme entre les surfaces pour améliorer la portance. A cet effet, selon un premier objet, la présente invention propose un palier hydrodynamique comprenant un coussinet qui présente une io surface interne, ledit coussinet étant susceptible de recevoir un arbre monté à rotation, une surface externe dudit arbre étant adaptée à venir en rotation dans ladite surface interne, des chemins de passage d'un lubrifiant étant susceptibles de s'étendre autour dudit arbre entre lesdites surfaces, lesdits chemins de passage étant constitués par des stries is ménagées dans au moins une desdites surfaces qui forme une surface striée, lesdites stries définissant des courbes moyennes qui s'étendent sur ladite surface striée développée dans la direction de développement; lesdites stries définissant des courbes moyennes qui s'étendent de façon sinueuse. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la forme des stries qui ne définissent plus des courbes moyennes monotones, mais sinueuse, de sorte qu'elles peuvent se refermer sur elles-même dans la circonférence de la surface striée, sans déboucher à l'extérieur. Il faut ici considérer que les courbes moyennes sinueuses sont formées, chacune par une suite de courbes, linéaires ou incurvées, reliées entre elles et orientées dans des directions différentes. Les stries présentent alors des portions inclinées par rapport à la direction de la vitesse tangentielle de l'arbre, et non sensiblement alignées, de sorte que le lubrifiant retenu dans les stries est forcé en dehors des stries entre les surfaces en regard, ce qui améliore la portance de l'arbre dans le coussinet. 3 2861822 Dans le but de former un film de lubrifiant d'épaisseur sensiblement constante entre lesdites surfaces et d'en stocker des quantités substantielles, lesdites stries sont sensiblement parallèles entre elles de telle sorte qu'un grand nombre peut être ménagé dans l'une desdites surfaces. En outre, les stries sont espacées les unes des autres d'une distance constante de manière à obtenir un film de lubrifiant uniforme entre les deux surfaces en regard. Avantageusement, lesdites stries définissent des courbes moyennes de type ligne brisée. Ainsi selon ce mode de mise en oeuvre, toutes les io portions de strie sont susceptibles d'être inclinées par rapport à la vitesse tangentielle de l'arbre, ce qui améliore plus encore sa portance. De façon préférentielle, les lignes brisées de chacune desdites courbes moyennes sont orientées les unes par rapport aux autres d'un angle compris entre 30 et 90 , par exemple de 60 . Toutefois, lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une plus grande circulation du lubrifiant dans les chemins de passage, lesdites stries définissent préférentiellement des courbes moyennes sinusoïdales, de sorte que certaines portions de strie présente une partie alignée avec ladite vitesse tangentielle, ce qui permet d'entraîner plus aisément le lubrifiant. Selon un mode avantageux de mise en oeuvre, lesdites courbes moyennes sinusoïdales présentent des sinusoïdes successives dont les tangentes aux points d'inflexion sont respectivement inclinées les unes par rapport aux autres d'un angle compris entre 30 et 90 par exemple de Avantageusement, lesdites stries définissent des courbes moyennes qui s'étendent symétriquement par rapport à ladite direction de développement de façon à former des stries qui se raccordent dans la surface circulaire pour former des chemins de passage qui se referment sur eux-même permettant ainsi, de maintenir l'huile entre les surfaces. Ainsi, lesdites lignes brisées ou lesdites tangentes, inclinées d'un angle compris entre 30 et 90 , les unes par rapport aux autres, sont- elles 4 2861822 inclinées par rapport à ladite direction de développement, d'un angle compris entre 75 et 45 . Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, lesdites stries sont ménagées à l'intérieur d'au moins une desdites surfaces de façon que lesdits chemins de passage soient sensiblement étanches et qu'ils ne débouchent pas à l'extérieur des surfaces en regard. Ainsi, le lubrifiant est susceptible d'être conservé entre les surfaces durant une plus longue période de fonctionnement. Préférentiellement, les stries sont ménagées dans ladite surface io interne du coussinet. Selon un autre objet, la présente invention propose, un coussinet adapté à être monté dans un palier hydrodynamique tel que décrit ci-dessus et présentant une surface interne, ladite surface interne présentant des stries qui définissent des courbes moyennes s'étendant de façon sinueuse dans la direction de développement de ladite surface interne. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique en perspective d'un palier hydrodynamique conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue schématique d'une surface développée d'un élément illustré sur la Figure 1, selon un mode de réalisation; et, - la Figure 3 est une vue schématique d'une surface développée d'un élément illustré sur la Figure 1, selon un autre mode de réalisation. La Figure 1 illustre un palier hydrodynamique comportant un arbre 10 d'axe A, adapté à être entraîné en rotation autour de cet axe A à une vitesse tangentielle Vt, perpendiculaire à l'axe A. L'arbre 10 présente une surface externe 12 formant cylindre de révolution et il est monté à rotation dans un coussinet 14 qui lui présente une surface interne 16, les deux surfaces 12, 14 étant susceptibles d'être en regard l'une de l'autre, avec 2861822 un jeu fonctionnel adapté, lorsque l'arbre 10 est immobile par rapport au coussinet 14. Le coussinet 14 est monté en position fixe dans un manchon 18, de telle sorte que l'arbre 10 qui est destiné à être entraîné en rotation autour 5 de l'axe A, est mobile par rapport au coussinet 14. Le problème qui se pose et que résout l'invention est alors de maintenir un film de lubrifiant entre la surface interne 16 du coussinet 14 et la surface externe 12 de l'arbre 10 pour assurer la portance de l'arbre 10 dans le coussinet 14 en garantissant une alimentation satisfaisante en lo lubrifiant. Le lubrifiant est ici de l'huile. Pour ce faire, l'une ou l'autre des surfaces 12, 14 en regard est striée, les stries de l'une des surfaces formant avec l'autre surface des chemins de passage ou canaux dans lesquels l'huile est stockée et peut s'écouler. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, seule la surface interne 16 du coussinet 14 est strié et la Figure 3 représente cette surface interne 16 striée, développée selon le sens de développement D sur une surface plane correspondant au plan de la Figure 3 et selon un premier mode de réalisation. La surface interne 16 striée, est développée en déroulant ladite surface à partir d'une génératrice 20 que l'on retrouve ainsi sur la Figure 3. La surface interne 16 striée, présente des stries 22, séparées par des espaces inter-stries 23, définissant des courbes en ligne brisée qui s'étendent dans la direction de développement D. Les deux extrémités 24, 26 de chacune des courbes correspondent à un même point de la strie 22 dans la surface interne 16 du coussinet 14, de sorte que les chemins de passage de l'huile se raccordent. Ainsi, l'écoulement de l'huile dans les chemins de passage s'effectue en circuit fermé. Toutes les stries 22 sont parallèles entre elles et elles s'étendent chacune autour d'un axe 28 parallèle à un bord 30 de la surface interne 16 déroulée, chaque ligne brisée coupant ledit axe 28 avec un angle 6 2861822 sensiblement égal à 60 et deux lignes brisées consécutives formant entre elles également un angle sensiblement égal à 60 . De la sorte, la surface externe 12 de l'arbre 10, qui développée et superposée à la surface interne 16 développée est susceptible d'être entraînée dans la direction de la vitesse tangentielle Vt, parallèlement au bord 30 et donc avec un angle de 60 par rapport aux stries. Ainsi, l'huile contenue dans les stries 22 est entraînée par la surface externe 12 de l'arbre 10 et, pour une partie forcée dans les espaces inter-stries 23, lesquels sont directement en regard de la surface externe 12. lo De la sorte, la pression du film d'huile qui persiste entre les surfaces 12, 16 est plus importante qu'avec des stries parallèles à la vitesse tangentielle Vt, et la portance de l'arbre 10 dans le coussinet 14 en est améliorée. En outre, une partie substantielle de l'huile est entraînée dans les stries 22 selon une direction inclinée par rapport à la vitesse tangentielle Vt, de sorte que la pression hydrodynamique dans le film d'huile sera accrue. En conséquence, le palier pourra supporter une charge plus importante qu'un palier lisse de même dimension. De surcroît, les stries 22 s'étendent à l'intérieur de la surface interne 16 striée, sans déboucher dans les bords 30 de sorte que l'huile est conservée entre les surfaces 12, 16, ce qui permet d'éviter le grippage du palier. Les stries 22 formées de micro-rainures sont susceptibles d'être obtenues par matriçage de la surface interne 16. Selon un second mode de réalisation, tel qu'illustré sur la Figure 2 et qui représente, de façon analogue à la Figure 3, la surface interne 16 striée, développée selon le sens de développement D. Les stries 34 définissent des courbes sinusoïdales, parallèles entre elles, qui s'étendent dans la direction de développement D, entre des seconds espaces inter- stries 35. 7 2861822 Les stries 34 présentent un groupe de stries centrales 36, dont les deux extrémités 38, 40 de chacune se raccordent pour former des chemins de passage continus autour de l'arbre 10. Par ailleurs, des stries extérieures 42 formant des portions de sinusoïdes pour épouser la forme des stries centrales 36, sont ménagées près des bords 30, sans déboucher à l'extérieur de la surface 16. Les stries centrales 34 sinusoïdales s'étendent autour d'axes 44 parallèles aux bords 30 et selon un profil de sinusoïdes relativement serré, où les stries coupent les axes 44 en formant un angle proche de 90 . Ainsi selon ce mode de réalisation, grâce à cette configuration, l'huile logée dans les stries 34, est plus encore forcée dans les espaces interstries 35 dans les portions de sinusoïde inclinées par rapport à la vitesse tangentielle, tandis qu'elle est entraînée fortement dans les stries 34 au niveau des sommets des sinusoïdes où les tangentes auxdites stries 34 sont parallèles à la vitesse tangentielle Vt. Dans ce mode de réalisation les stries 34 sont également formées de microrainures susceptibles d'être obtenues par matriçage de la surface interne 16. On notera qu'un résultat similaire serait obtenu en ménageant des stries dans la surface externe 12 de l'arbre 10 et que selon un mode perfectionné de mise en oeuvre, des stries sont ménagées dans les deux surfaces, interne du coussinet et externe de l'arbre. 8 2861822 REVENDICATIONS 1. Palier hydrodynamique comprenant un coussinet (14) qui présente une surface interne (16), ledit coussinet (14) étant susceptible de recevoir un arbre (10) monté à rotation, une surface externe (12) dudit arbre (10) étant adaptée à venir en rotation dans ladite surface interne (16), des chemins de passage d'un lubrifiant étant susceptibles de s'étendre autour dudit arbre (10) entre lesdites surfaces (12, 16), lesdits chemins de passage étant constitués par des stries ménagées dans au moins une desdites surfaces (12, 16) qui forme une surface striée, lesdites stries définissant des courbes moyennes qui s'étendent sur ladite surface striée développée dans la direction de développement; caractérisé en ce que lesdites stries (22, 34) définissent des courbes moyennes qui s'étendent de façon sinueuse. 2. Palier hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites stries (22, 34) sont sensiblement parallèles entre elles. 3. Palier hydrodynamique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites stries (22, 34) définissent des courbes moyennes de type ligne brisée. 4. Palier hydrodynamique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lignes brisées de chacune desdites courbes moyennes sont orientées les unes par rapport aux autres d'un angle compris entre 30 et 90 , de préférence 60 . 5. Palier hydrodynamique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites stries (22, 34) définissent des courbes moyennes sinusoïdales. 6. Palier hydrodynamique selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites courbes moyennes sinusoïdales présentent des sinusoïdes successives dont les tangentes aux points d'inflexion sont respectivement inclinées les unes par rapport aux autres d'un angle compris entre 30 et 90 de préférence 60 . 9 2861822 7. Palier hydrodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites stries (22, 34) définissent des courbes moyennes qui s'étendent symétriquement par rapport à ladite direction de développement (D). 8. Palier hydrodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites stries (22, 34) sont ménagées à l'intérieur d'au moins une desdites surfaces (16) de façon que lesdits chemins de passage soient sensiblement étanches. 9. Coussinet adapté à être monté dans un palier hydrodynamique io selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et présentant une surface interne, caractérisé en ce que ladite surface interne présente des stries qui définissent des courbes moyennes s'étendant de façon sinueuse dans la direction de développement de ladite surface interne.