Brevet FR2910092A1 — publié le 20080620

ARBRE DE PALIER HYDRODYNAMIQUE La présente invention concerne un palier hydrodynamique. L'invention concerne plus particulièrement, mais de façon non limitative, un arbre d'équilibrage de moteur à combustion interne supporté par un palier hydrodynamique, et comportant un moyen de refroidissement afin de minimiser les risques de grippage de l'arbre dans le palier. 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. Dans le cas des paliers soumis à des charges fixes par rapport à l'arbre, l'épaisseur minimale du film est fixe par rapport à l'arbre, et la puissance dissipée par cisaillement dans le fluide lubrifiant à cet endroit du palier entraîne une élévation de la température à ce niveau de l'arbre. Cette augmentation de température entraîne une diminution de la viscosité du lubrifiant et par conséquence une diminution de la portance du film d'huile augmentant ainsi le risque de grippage du palier. Comme la plus grande partie de la chaleur est évacuée par le fluide, la technique actuelle de refroidissement des paliers consiste à adapter le débit de lubrifiant nécessaire au bon fonctionnement du palier. Cependant cette technique ne résout pas le problème de l'échauffement ponctuel de l'arbre dans le cas d'un palier hydrodynamique soumis à des charges fixes par rapport à l'arbre. Le but de l'invention, est de proposer un arbre permettant un refroidissement amélioré du palier hydrodynamique soumis à des charges fixes par rapport à l'arbre. Dans ce but, l'invention propose un arbre comportant au moins un élément dont la conductivité thermique est supérieure à celle de l'arbre afin 2910092 2 de permettre un transfert thermique d'une portion chaude du film de lubrifiant vers une portion froide du film de lubrifiant. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'élément conducteur peut être situé dans un alésage diamétral de l'arbre du palier. 5 L'élément conducteur peut être un matériau dont le coefficient de dilatation est sensiblement le même que celui de l'arbre. La première extrémité de l'élément conducteur peut déboucher sur une partie de l'arbre située au voisinage de la zone d'épaisseur minimale du film de lubrifiant. 10 La seconde extrémité de l'élément conducteur peut déboucher sur une partie de l'arbre située au voisinage de la zone d'épaisseur maximale du film de lubrifiant. Au moins une extrémité de l'élément conducteur peut être recouverte d'un élément anti-friction. 15 L'élément anti-friction peut se situer sur l'extrémité de l'élément conducteur au voisinage de la zone d'épaisseur minimale du film de lubrifiant. L'élément conducteur peut être en béryllium ou en palladium. L'invention sera désormais décrite dans des exemples en référence aux dessins annexés suivants : 20 - la figure 1 est un schéma d'une portion d'un arbre d'équilibrage monté avec le palier de l'invention; - la figure 2 est une coupe du palier de la figure 1. En référence aux figures 1 et 2, un palier hydrodynamique 10 comporte un logement cylindrique 12 recevant un arbre 14. 25 Le logement cylindrique 12 est composé d'un corps principal 12a présentant un alésage, à l'intérieur duquel est logée une bague circulaire antifriction 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 circulaires afin 30 d'obtenir un palier 10 démontable. 2910092 3 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. L'arbre 14 est monté en rotation dans le logement cylindrique 12, un 5 jeu étant 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 cet exemple, l'arbre 14 est un arbre d'équilibrage de moteur à combustion interne. Cet arbre 14 comporte des masses 20 fixes excentrées 10 par rapport à l'axe de rotation de l'arbre 14. Les efforts appliqués sur le palier 10 suivent 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. La partie de l'arbre 14 supportée par le palier hydrodynamique 10 présente un alésage 22 diamétral. La direction de l'alésage 22 est 15 sensiblement la même que celle des efforts F, afin qu'une extrémité de l'alésage 22 débouche au voisinage de la zone du film de lubrifiant 18 d'épaisseur minimale. L'axe principal de l'alésage 22 pourra former un angle a faible avec la direction des efforts afin que l'alésage 22 ne débouche pas directement au niveau de l'épaisseur minimale du film de lubrifiant 18 pour 20 limiter les aspérités sur la surface de l'arbre 14 qui nuisent au bon fonctionnement des paliers hydrodynamiques en perturbant le comportement du film de lubrifiant dans la zone d'épaisseur minimale. L'alésage 22 pourra ainsi déboucher légèrement en amont ou en aval de la zone du film lubrifiant 18 d'épaisseur minimale. 25 L'alésage 22 est circulaire dans cet exemple, et débouche à ses deux extrémités sur une partie de la surface de l'arbre 14. L'alésage présente deux parties 24a, 24b séparées l'une de l'autre par un épaulement 26 de manière à ce qu'une partie 24b ait un diamètre inférieur à l'autre partie 24a. La partie de diamètre inférieure 24b débouche du coté de l'arbre 14 en contact avec 30 l'épaisseur minimale du film de lubrifiant 18. Selon l'invention, une tige 28 est emmanchée dans l'alésage 22. La tige 28 de forme complémentaire à l'alésage 22 possède un épaulement 2910092 4 venant en contact avec l'épaulement 26 de l'alésage 22. Ainsi le bon positionnement de la tige 28 dans l'alésage 22 est défini par le contact entre les épaulements. Les extrémités de la tige 28 débouchent de part et d'autre de l'alésage 22 et possèdent une courbure adaptée afin de se situer dans le 5 prolongement de la surface de l'arbre 14, minimisant les défauts géométriques sur cette dernière. Selon une variante de l'invention, l'extrémité de la tige 28 débouchant du coté de l'arbre 14 en contact avec l'épaisseur maximale du film de lubrifiant 18 , possède un relief strié afin d'augmenter sa surface d'échange 10 thermique. Selon une autre variante de l'invention, l'extrémité de la tige 28 en contact avec l'épaisseur minimale du film de lubrifiant 18 est recouverte d'une pastille 30 ou d'un revêtement anti-friction afin de limiter les risques de grippage. 15 La tige 28 est réalisée en matériau conducteur de chaleur possédant un coefficient de dilatation proche de celui du matériau utilisé pour l'arbre 14. Ainsi pour un arbre 14 en acier, on pourra utiliser une tige 28 en palladium, béryllium ou des matériaux composites à matrice acier chargée par inclusion, par un filet ou un réseau réticulaires avec des matériaux tels que du carbone, 20 de l'argent ou tout autre matériau très conducteur thermiquement. Le fonctionnement du dispositif est le suivant : 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 25 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 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 30 film 18 suit la rotation de l'arbre 14, et la puissance dissipée par cisaillement dans le fluide lubrifiant du film 18 entraîne une élévation de la température du lubrifiant dans cette zone. 2910092 5 Un transfert de chaleur s'effectue de la partie chaude du film de lubrifiant 18 c'est-à-dire la zone du film d'épaisseur minimale où les échauffements se produisent principalement, vers la partie froide du film de lubrifiant 18 c'est-à-dire la zone du film d'épaisseur maximale de lubrifiant 5 introduit par les conduits d'alimentation 16. Ce transfert de chaleur s'effectue par la tige 28 de conductivité thermique élevée, dont une extrémité de la tige 28 se situe dans la zone chaude, et l'autre se situe dans la zone froide. La température au niveau du film 18 d'épaisseur minimale est donc abaissée par ce transfert thermique. 10 Un des avantages de cette invention, est d'atténuer localement l'élévation de température du lubrifiant dans la zone du film d'épaisseur minimale de manière à limiter la diminution de viscosité du lubrifiant. Les risques de grippage dans cette zone sensible sont donc minimisés. REVENDICATIONS 1. Arbre (14) monté en rotation dans un palier hydrodynamique (10), 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 et le logement (12) pendant le mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément conducteur (28) dont la conductivité thermique est supérieure à celle de l'arbre (14) afin de permettre un transfert thermique d'une portion chaude du film de lubrifiant (18) vers une portion froide du film de lubrifiant (18). 2 Arbre (14) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément conducteur (28) est situé dans un alésage diamétral (22) de l'arbre (14) du palier 10. 3. Arbre (14) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément conducteur (28) est un matériau dont le coefficient de dilatation est sensiblement le même que celui de l'arbre (14). 4. Arbre (14) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première extrémité de l'élément conducteur (28) débouche sur une portion de l'arbre (14) située au voisinage de la zone d'épaisseur minimale du film de lubrifiant (18). 5. Arbre (14) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde extrémité de l'élément conducteur (28) débouche sur une portion de l'arbre (14) située au voisinage de la zone d'épaisseur maximale du film de lubrifiant (18). 2910092 7 6. Arbre (14) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une extrémité de l'élément conducteur (28) est recouverte d'un élément anti-friction (30). 5 7. Arbre (14) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément anti-friction (30) se situe sur l'extrémité de l'élément conducteur (28) en au voisinage de la zone d'épaisseur minimale du film de lubrifiant (18). 8. Arbre (14) selon une des revendications précédentes, caractérisé 10 en ce que l'élément conducteur (28) est en béryllium. 9. Arbre (14) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément conducteur (28) est en palladium.