Brevet FR2916498A1 — publié le 20081128

Coussinet hydrodynamique à lobes asymétriques. La présente invention a trait à un coussinet hydrodynamique à quatre lobes destiné à fonctionner à fortes charges et à fortes vitesses tout en ayant w fonctionnement stable à vide. Ses capacités spécifiques sont particulièrement recherchées dans le cas de coussinets d'arbres de réducteurs ou multiplicateurs de vitesse à engrenages de forte puissance. L'usage de coussinets hydrodynamiques à quatre lobes symétriques est bien connu, et très répandu. Lesdits lobes constituent quatre surfaces de glissement cylindriques identiques obtenues par alésage à des diamètres légèrement supérieurs au diamètre d'assemblage du coussinet, comme cela est représenté en figure 1. Les ouvertures angulaires des lobes sont identiques, et quatre rainures d'alimentation en huile sont usinées entre les lobes. Une telle configuration, dans laquelle les centres des alésages des lobes sont excentrés par rapport ai centre géométrique du coussinet, permet d'obtenir quatre effets de précharge sur l'arbre. Ces effets sont particulièrement intéressants pour améliorer la stabilité hydrodynamique du film porteur de l'arbre dans les cas de fonctionnement à faible charge radiale et vitesse élevée, ou dans les cas de fonctionnement de lignes d'arbres rapides à comportements dynamiques critiques. La disposition symétrique des lobes permet de plus à l'arbre de tourner dans les deux sens de rotation avec une portance identique. Dans l'hypothèse du choix de valeurs importantes d'excentration des lobes pour produire des précharges élevées, il est également possible de garantir que, quelle que soit la direction angulaire de la charge, l'arbre ne viendra jamais se positionner sur une rainure de distribution d'huile, ce qui aurait pour effet d'entraîner une chute de portance de l'arbre ou des instabilités vibratoires hydrodynamiques. L'usage d'un coussinet à quatre lobes symétriques est donc particulièrement bien adapté aux cas de fonctionnements à fortes vitesses de glissement et pour des charges radiales variables de niveau faible ou modéré, d'orientation angulaire également variable. Dans cette configuration, compte tenu de l'espace nécessaire à la distribution d'huile aux surfaces de frottement, l'ouverture angulaire de chacune des rainures d'alimentation est de l'ordre de 20 , ce qui limite l'ouverture angulaire de chacune des surfaces portantes à environ 70 . Cette valeur explique la faible capacité de charge d'un coussinet standard à quatre lobes en comparaison par exemple avec celle d'un coussinet à deux lobes fixes dont les ouvertures actives sont supérieures à 150D. La présente invention a pour but, par une modification des ouvertures angulaires de chacun des quatre lobes, de permettre d'obtenir des capacités de charge élevées, tout en conservant les avantages précités du coussinet à quatre lobes symétriques. A cet effet, le coussinet hydrodynamique de l'invention, également doté de quatre lobes à centres de courbure excentrés par rapport à son centre géométrique, lesdits lobes étant classiquement séparés par des rainures d'alimentation en huile, se caractérise à titre principal en ce que les lobes sont dissymétriques et présentent : - des ouvertures angulaires d'au moins deux valeurs différentes ; au moins deux excentricités différentes par rapport au centre géométrique du coussinet ; les centres de deux lobes opposés étant alignés avec le centre géométrique du coussinet. Dans cette nouvelle configuration, les quatre lobes ne remplissent pas les mêmes fonctions, d'où leur géométrie différente. II est ainsi possible d'affecter à l'un des lobes une ouverture angulaire nettement plus élevée que celle des autres, de manière à obtenir une surface maximale de portance. Dans ce cas, ce lobe est le lobe de charge. La valeur élevée de son ouverture angulaire permet, à effort appliqué identique, d'obtenir des valeurs de pic de pression dans le coin d'huile plus faibles et des épaisseurs de film d'huile supérieures. Ces meilleures performances de portance ont pour conséquence une amélioration de la tenue en endurance du métal anti-friction de la surface de glissement et une réduction de la température à l'endroit où l'épaisseur du film est minimale. L'excentration, par rapport au centre géométrique du coussinet, du centre du lobe d'ouverture angulaire maximale ainsi que la valeur de l'angle de charge sont choisies de manière à avoir les conditions optimales de portance du film d'huile. Les trois autres lobes, d'ouverture angulaire plus réduite, sont des lobes de maintien et de stabilisation. Pour cette raison, les excentrations de leur centre ont des valeurs très supérieures à l'excentration du centre du lobe de charge. Le choix des excentrations et des ouvertures angulaires des surfaces actives des quatre lobes assure la continuité de guidage de l'arbre. Comme dans le cas d'un coussinet à quatre lobes symétriques, l'arbre ne peut pas venir au contact des dispositifs de lubrification et de refroidissement disposés entre la fin de la surface active de glissement d'un lobe et le début de la zone active du lobe suivant. Les lobes peuvent par ailleurs présenter au moins deux largeurs axiales différentes. Selon l'invention, pour un arbre centré au centre géométrique du coussinet, les points à jeu minimal de deux lobes opposés sont alignés avec le centre géométrique du coussinet. Dans cette hypothèse, ces points sont situés sur un cercle dont le diamètre correspond au diamètre d'assemblage du coussinet. Cette disposition permet 10 de conserver pour le coussinet à quatre lobes dissymétriques la facilité de contrôle dimensionnel du diamètre d'assemblage que présentent les coussinets à quatre lobes symétriques. Le coussinet de l'invention peut être constitué de deux demies coquilles d'ouverture angulaire de 180 chacune. 15 Plus précisément, chacune de ces demies coquilles peut comporter deux lobes et deux rainures. Le plan de joint du coussinet est orienté angulairement de manière à ce que la charge nominale soit dirigée sur le lobe de charge. L'invention va à présent être décrite plus en détail,en référence aux différentes figures, pour lesquelles : 20 - la figure 1 est une vue en section d'un coussinet à quatre lobes symétriques constituant l'art antérieur ; la figure 2 représente un coussinet à quatre lobes dissymétriques, faisant l'objet de la présente invention. En référence à la figure 1, les quatre lobes (1, 2, 3, 4) sont symétriques, 25 c'est-à-dire qu'ils ont la même ouverture angulaire et le même rayon de courbure. Ainsi, les quatre centres (01, 02, 03, 04) des arcs qui les constituent sont disposés symétriquement par rapport au centre géométrique (0) du coussinet, lequel est en pratique situé à l'intersection des diagonales du carré constitué par lesdits points (01 à 04). Les lobes (1, 2, 3, 4) sont séparés par 30 des rainures (5, 6, 7, 8) prévus pour l'alimentation en huile. Le cercle (9) représenté en figure 1 en traits pointillés passe par les quatre points qui apparaissent à l'endroit où pointent les flèches schématisant les quatre lobes (1, 2, 3, 4), à l'intersection entre lesdits lobes (1, 2, 3, 4) et les droites respectivement (01, 03) et (02, 04). Le diamètre de ce cercle 35 correspond au diamètre d'assemblage du coussinet. Comme déjà mentionné, un tel coussinet est adapté à des hypothèses de fonctionnement à forte vitesse de glissement et charges radiales variables de niveau faible à modéré. L'un des avantages de cette configuration peut être vu dans le fait que ce 5 coussinet fonctionne de la même manière dans les deux sens de rotation possibles. Il présente cependant des limitations en cas de fonctionnement à forte charge et à forte vitesse. Le coussinet apparaissant en figure 2, qui est l'objet de la présente invention, remédie à ces inconvénients et propose une configuration qui est 10 parfaitement adaptée à des fortes charges, même dans les hypothèses de forte vitesse. Ce coussinet est dissymétrique, c'est-à-dire que les secteurs angulaires couverts par chacun des lobes (L1, L2, L3, L4) sont différents. Corollairement, les excentricités des centres (O1, 02, 03, 04) par rapport au centre 15 géométrique (0) du palier sont également variables d'un lobe à l'autre. Le lobe (L1) est le lobe de charge. Son ouverture angulaire est par conséquent nettement plus élevée que celle du lobe (L2), de manière à obtenir une surface maximale de portance. Le coussinet est en l'espèce constitué de deux demies coquilles (10, 11). Les lobes (L1) et (L2) sont situés dans le demi coussinet 20 (10), alors que les lobes (L3) et (L4) sont disposés dans l'autre demi coussinet (11). Le plan de joint est orienté angulairement de manière à ce que la charge nominale soit dirigée sur le lobe (L1). Le secteur angulaire du lobe (L1), ainsi que le rayon de courbure et par conséquent l'excentration de (O1) par rapport à 25 (0) permet une portance optimale du film d'huile résultant notamment d'une diminution des valeurs du pic de pression dans le coin d'huile, ainsi que d'une augmentation des épaisseurs de film d'huile au niveau du lobe (L1). Le métal anti-friction de la surface de glissement présente une meilleure tenue mécanique en endurance du fait de ces performances accrues de portance. 30 Les lobes (L2) à (L4) sont des lobes de stabilisation et de maintien présentant des excentrations plus importantes des points (02) à (04) que celle du lobe (L1). Le choix de ces excentrations ainsi que le choix des ouvertures angulaires des surfaces actives des quatre lobes assurent la continuité du guidage de 35 l'arbre. Celui-ci ne peut pas venir, dans cette configuration, au contact des dispositifs de lubrification et de refroidissement placés entre deux lobes successifs. Il est à noter que, dans cette configuration, même les rainures d'alimentation en huile (5) à (8) peuvent être dissymétriques, angulairement et en largeur axiale. Cette solution, outre l'amélioration claire de la portance du film d'huile au niveau du lobe de charge, permet de dimensionner les surfaces de glissement des lobes non chargés de manière à optimiser le refroidissement du coussinet et réduire les pertes par frottement. REVENDICATIONS 1. Coussinet hydrodynamique à quatre lobes (L1, L2, L3, L4) à centres de courbure excentrés par rapport à son centre géométrique, lesdits lobes (L1, L2, L3, L4) étant séparés par des rainures (5, 6, 7, 8) d'alimentation en huile, caractérisé en ce que les lobes (L1, L2, L3, L4) sont dissymétriques et présentent : - des ouvertures angulaires d'au moins deux valeurs différentes ; au moins deux excentricités différentes par rapport au centre géométrique (0) du coussinet ; les centres (01, 03 ; 02, 04) de deux lobes opposés (L1, L3 ; L2, L4) étant alignés avec le centre géométrique (0) du coussinet. 2. Coussinet hydrodynamique à quatre lobes (L1, L2, L3, L4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les lobes (L1, L2, L3, L4) présentent au moins deux largeurs axiales différentes. 3. Coussinet hydrodynamique à quatre lobes (L1, L2, L3, L4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, pour une arbre centré au centre géométrique (0) du coussinet, les points à jeu minimal de deux lobes opposés (L1, L3 ; L2, L4) sont alignés avec le centre géométrique (0) du coussinet. 4 Coussinet hydrodynamique à quatre lobes (L1, L2, L3, L4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les points à jeu minimal des quatre lobes (L1, L2, L3, L4), lorsque l'arbre est centré au centre géométrique (0) du coussinet, sont situés sur un cercle (9) dont le diamètre correspond ai diamètre d'assemblage du coussinet. 5. Coussinet hydrodynamique à quatre lobes (L1, L2, L3, 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux demies coquilles (10, 11) d'ouverture angulaire de 180 . 6. Coussinet hydrodynamique à quatre lobes (L1, L2, L3, L4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte deux lobes (L1, L2 ; L3, L4) et deux rainures (5, 8 ; 6, 7) par demie coquille (10, 11).