Brevet FR2910091A1 — publié le 20080620

PALIER HYDRODYNAMIQUE La présente invention concerne un palier hydrodynamique. L'invention concerne plus particulièrement, un palier hydrodynamique de moteur à combustion interne comportant un moyen augmentant la portance hydrodynamique du palier afin de minimiser les frottements. Les paliers hydrodynamiques comportent un logement cylindrique dans lequel un arbre est monté en rotation. Un jeu entre l'arbre et le logement permet à un film de lubrifiant de s'interposer entre ces deux éléments pendant la rotation relative de l'arbre par rapport au logement. L'épaisseur et la pression du film de lubrifiant varient dans le palier en fonction des forces exercées sur ce dernier, l'épaisseur minimale du film se situant sensiblement dans la direction dans laquelle les efforts sont appliqués. Les frottements du palier hydrodynamique liés au cisaillement du fluide sont principalement localisés dans cette portion d'épaisseur minimale du film. La publication FR 2 861 822 propose un palier hydrodynamique dont au moins une surface de contact entre l'arbre et le logement présente des stries définissant des courbes s'étendant autour de la surface de façon sinueuse. Ces stries permettent de maintenir et de guider le lubrifiant dans le jeu entre le logement et l'arbre du palier. Cependant cette technique ne résout pas le problème des frottements au niveau de la portion de film de lubrifiant d'épaisseur minimale, car les stries ne permettent pas d'augmenter significativement la portance hydrodynamique dans cette zone. Le but de l'invention, est de proposer un palier hydrodynamique comportant des moyens permettant de réduire les frottements du palier hydrodynamique au niveau de la portion de film de lubrifiant d'épaisseur minimale. Dans ce but, l'invention propose un palier hydrodynamique comprenant un logement cylindrique présentant une surface interne et un arbre dont la surface externe est monté en rotation en regard de la surface interne, au moins une desdites surfaces en regard l'une de l'autre présentant une empreinte en forme de T comportant une première partie s'étendant sur 2910091 2 la surface dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre, et une seconde partie s'étendant parallèlement à l'axe de rotation de l'arbre, symétriquement de part et d'autre d'une extrémité de la première partie de l'empreinte. 5 Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'empreinte peut être située sur la surface externe de l'arbre si les charges appliquées sur le palier sont d'orientation fixe par rapport à l'arbre. L'empreinte peut être située sur la surface interne du logement si les charges appliquées sur le palier sont d'orientation fixe par rapport au 10 logement. L'empreinte peut être positionnée au voisinage de la portion d'épaisseur minimale du film de lubrifiant. La première partie de l'empreinte en T peut être située en amont par rapport au sens d'écoulement du lubrifiant dans l'empreinte. 15 La profondeur de l'empreinte peut varier le long de l'empreinte. La seconde partie de l'empreinte en T peut définir une arête vive par rapport à la surface présentant l'empreinte. La première partie de l'empreinte en T peut définir une arête sensiblement tangente à la surface présentant l'empreinte. 20 L'invention sera désormais décrite dans des exemples en référence aux dessins annexés suivants : - la figure 1 est un schéma d'une portion d'un arbre d'équilibrage monté avec un palier hydrodynamique; la figure 2 est un schéma de la portion de l'arbre du palier 25 comportant une empreinte selon l'invention; - la figure 3 est une vue agrandie de l'empreinte de la figure 2 ; et - la figure 4 est une vue en coupe transversale du palier selon l'invention. En référence aux figures 1 à 4, un palier hydrodynamique 10 comporte 30 un logement cylindrique 12 recevant un arbre 14. Le logement cylindrique 12 est composé d'un corps principal 12a présentant un alésage, à l'intérieur duquel peut être logée une bague 2910091 3 circulaire anti-friction 12b. Cette bague 12b est aussi appelée coussinet, et est recouverte ou constituée de métal anti-friction, par exemple du bronze ou du cupronickel. Le logement 12 peut être composé de deux parties semi circulaire afin d'obtenir un palier 10 démontable. 5 Afin d'acheminer le lubrifiant nécessaire au fonctionnement du palier 10, le logement 12 comprend aussi un ou plusieurs conduits d'alimentation en lubrifiant 16 traversant radialement le logement cylindrique 12. La surface interne 13 du logement 12 reçoit la surface externe 15 de l'arbre 14 monté en rotation dans le logement cylindrique 12, un jeu étant 10 ménagé entre l'arbre 14 et le logement 12 de manière à ce qu'un film de lubrifiant 18 s'interpose entre l'arbre 14 et le logement 12 pendant le mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre. Dans le cadre de l'invention le sens du mouvement relatif de rotation w de l'arbre 14 par rapport au logement 12 est toujours le même. 15 Dans cet exemple, l'arbre 14 est un arbre d'équilibrage de moteur à combustion interne. Cet arbre 14 comporte des masses 20 fixes excentrées par rapport à l'axe de rotation de l'arbre 14. Les efforts appliqués sur le palier 10 suivent donc la rotation de l'arbre 14 car ils sont fixes par rapport à ce dernier. Ces efforts sont représentés sur les figures par le vecteur F. 20 Selon l'invention, la surface externe 15 de l'arbre 14 présente une empreinte 22 en forme de T positionnée sensiblement dans la direction des efforts F appliqués sur le palier 10 lors de son fonctionnement. De cette manière l'empreinte 22 se situe en regard de la portion du film de lubrifiant 18 d'épaisseur minimale. 25 Cette empreinte en T 22 est une cavité sur la surface externe 15 de l'arbre 14. Elle comporte une première partie 24, aussi appelée pied de l'empreinte 22, s'étendant sur la surface externe 15 de l'arbre 14 perpendiculairement à l'axe de rotation de l'arbre 14, et une seconde partie 26, aussi appelée tête de l'empreinte 22, s'étendant parallèlement à l'axe de 30 rotation de l'arbre 14, symétriquement de part et d'autre d'une extrémité du pied 24 de l'empreinte 22. 2910091 4 La première partie 24 de l'empreinte en T 22 est située en amont par rapport au sens d'écoulement du lubrifiant dans l'empreinte 22. Dans l'exemple représenté sur les figures, la première partie 24 se situe donc en aval par rapport à la rotation de l'arbre 14 et la seconde partie 26 en amont. 5 La profondeur de l'empreinte 22 varie le long de la cavité de manière à obtenir une pente faible pour la portion de la première partie 24 en amont par rapport au sens d'écoulement du lubrifiant dans l'empreinte 22, et une forte pente pour la portion de la seconde partie 26 en aval par rapport au sens d'écoulement du lubrifiant dans l'empreinte 22. La première partie 24 de 10 l'empreinte en T 22 définie ainsi une arête sensiblement tangente à la surface externe 15 de l'arbre 14, et la seconde partie 26 une arête vive par rapport à la surface externe 15 de l'arbre 14. L'angle de l'arête vive entre l'empreinte 22 et la surface externe 15 de l'arbre est légèrement inférieur à 90 . Le fonctionnement du dispositif est le suivant : 15 Durant la rotation de l'arbre d'équilibrage 14, le lubrifiant introduit dans le palier 10 par les conduits d'alimentation 16, forme un film 18 dans le jeu entre l'arbre 14 et le logement cylindrique 12. Les charges appliquées sur l'arbre 14 étant fixes par rapport à ce dernier, il en est de même pour la force F exercée de l'arbre 14 vers le logement 12. L'épaisseur et la pression du film de 20 lubrifiant 18 varient dans le palier 10 en fonction des forces exercées sur le palier 10, l'épaisseur minimale du film 18 se situant sensiblement dans la direction dans laquelle les efforts F sont appliqués. L'épaisseur minimale du film 18 suit donc la rotation de l'arbre 14, et l'empreinte 22 située sur l'arbre 14 aussi. 25 Lors de la rotation de l'arbre 14 et donc de l'empreinte 22, le lubrifiant s'écoule le long de l'empreinte en entrant par la première partie 24 de la cavité. La pente de la première partie 24 étant sensiblement tangente à la surface externe 15 de l'arbre 14 et la largeur la première partie 24 de l'empreinte 22 étant étroite, les turbulences dans le film de lubrifiant 18 sont 30 limitées malgré la présence de l'empreinte 22. Le lubrifiant sort de l'empreinte par la seconde partie 26 de la cavité. L'arête vive entre l'empreinte 22 et la surface externe 15 de l'arbre 14 2910091 5 provoque un écoulement permettant d'augmenter la portance du film de lubrifiant 18. L'arête vive de la seconde partie 26 de l'empreinte 22 s'étendant sur une largeur importante de la surface de l'arbre 14 du palier 10, le phénomène de portance est amélioré sur une plus grande partie du palier 10. 5 Une variante de l'invention (non représentée sur les figures), permet d'adapter l'invention au cas où les charges appliquées sur le palier 10 lors de son fonctionnement sont fixes par rapport au logement. Dans ce cas la portion d'épaisseur minimale du film de lubrifiant 18 est fixe par rapport au logement. L'empreinte 22 en forme de T est alors positionnée sur la surface 10 interne 13 du logement 12, au voisinage de la portion du film de lubrifiant 18 d'épaisseur minimale. Dans cette variante, l'empreinte 22 positionnée sur la surface interne 13 du logement 12 reprend les caractéristiques de l'empreinte de la première variante exposées précédemment, et son fonctionnement est identique. 15 Dans tous les cas, l'empreinte pourra être obtenu par matriçage ou par électroérosion. Une rectification de la surface externe de l'arbre devra être réalisée pour éliminer les défauts induits par la réalisation de l'empreinte sur cette surface. Ces modes de réalisation sont donnés à titre d'exemple et n'ont aucun caractère limitatif pour l'invention. 20 Un des avantages de cette invention, est de minimiser les frottements hydrodynamiques au niveau de l'épaisseur minimale du film de lubrifiant en augmentant la portance hydrodynamique. REVENDICATIONS 1. Palier hydrodynamique (10) comprenant un logement cylindrique (12) présentant une surface interne (13) et un arbre (14) dont la surface externe (15) est monté en rotation en regard de la surface interne (13) du logement (12), un jeu étant ménagé entre l'arbre (14) et le logement cylindrique (12) du palier (10) de manière à ce qu'un film de lubrifiant (18) s'interpose entre l'arbre (14) et le logement (12) pendant le mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que au moins une desdites surfaces (13, 15) en regard l'une de l'autre présente une empreinte (22) en forme de T comportant une première partie (24) s'étendant sur la surface dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre (14), et une seconde partie (26) s'étendant parallèlement à l'axe de rotation de l'arbre (14), symétriquement de part et d'autre d'une extrémité de la première partie (24) de l'empreinte (22). 2. Palier hydrodynamique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'empreinte (22) est située sur la surface externe (15) de l'arbre (14), les charges appliquées sur le palier (10) étant d'orientation fixe par rapport à l'arbre (14). 3. Palier hydrodynamique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'empreinte (22) est située sur la surface interne (13) du logement (12), les charges appliquées sur le palier (10) étant d'orientation fixe par rapport au logement (12). 4. Palier hydrodynamique (10) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'empreinte (22) est positionnée au voisinage de la portion d'épaisseur minimale du film de lubrifiant (18). 10 15 2910091 7 5. Palier hydrodynamique (10) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (24) de l'empreinte en T (22) est située en amont par rapport au sens d'écoulement du lubrifiant 5 dans l'empreinte (22). 6. Palier hydrodynamique (10) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la profondeur de l'empreinte (22) varie le long de l'empreinte (22). 7. Palier hydrodynamique (10) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde partie (26) de l'empreinte (22) en T définie une arête vive par rapport à la surface (13,15) présentant l'empreinte (22). 8. Palier hydrodynamique (10) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (24) de l'empreinte (22) en T définie une arête sensiblement tangente à la surface (13,15) présentant l'empreinte (22).