Brevet FR3082250A1 — publié le 20191213

Description Titre de l'invention : Palier Lisse Bimétallique À Manchon Fabriqué De Façon Additive Contexte [0001] La présente invention concerne un ensemble palier lisse qui inclut un manchon unique formé par un procédé de fabrication additive (impression 3D), un insert radial usiné, et une plaque de face usinée. Au sens de la présente invention, le procédé de fabrication additive (parfois désigné ici sous le nom d'impression tridimensionnelle ou 3D) se réfère généralement à un procédé de fabrication dans lequel un matériau est joint et/ou solidifié, par exemple, sous le contrôle d'un processeur ou d'un ordinateur. Typiquement, le procédé de fabrication additive ajoute des couches d'un liquide ou d'une poudre qui est fusionné(e) pour créer un composant 3D. [0002] Les paliers lisses existants pour les applications de pompe à carburant sont des composants d'un seul tenant solides usinés à partir d'un matériau métallique désiré, tel qu'un matériau de bronze au plomb. Le bronze au plomb est de préférence utilisé en raison de son excellent pouvoir lubrifiant et de ses performances dans les environnements haute température et haute pression. Malheureusement, le matériau de bronze au plomb est généralement considéré comme un matériau lourd et peu durable. Dans un environnement tel qu'une pompe à carburant de moteur d'aéronef, un poids léger est un facteur important à prendre en compte pour réduire le poids global de l'aéronef. De même, la durabilité est particulièrement souhaitée au vu de la durée de service anticipée de la pompe à carburant. Ce type de palier est également coûteux à remplacer, car dans les agencements antérieurs, la pièce entière est mise au rebut si des défauts sont détectés au moment de l'inspection ou de la révision de la pompe. [0003] Il existe un besoin pour un agencement amélioré qui réponde au moins à un ou plusieurs des points indésirables décrits ci-dessus, mais aussi pour offrir d'autres caractéristiques et avantages par rapport aux conceptions existantes de pompe à carburant. Résumé [0004] Un manchon unique utilisé dans le présent palier (ou ensemble palier) permet de réduire le poids et d'améliorer les caractéristiques de résistance par rapport aux paliers (ou ensembles paliers) existants. Un insert usiné et une plaque de face usinée permettent l'utilisation d'un matériau différent de celui utilisé dans le manchon, ainsi le nouveau palier est parfois désigné ici sous le nom de palier bimétallique. [0005] L'ensemble palier en question utilise un matériau plus léger, et de préférence plus résistant pour le manchon (structure principale) du palier. L'insert et la plaque de face s'assemblent au manchon. L'insert et la plaque de face sont les pièces ou parties de 2 fonctionnement principales de l'ensemble palier, car ils interagissent avec les engrenages de pompe. [0006] L'insert et la plaque de face sont de préférence réalisés dans un matériau métallique différent du matériau métallique qui forme le manchon, le matériau différent affichant avantageusement le pouvoir lubrifiant du bronze au plomb. [0007] Le matériau différent formant l'insert et la plaque de face est également de préférence plus durable que le bronze au plomb. La durabilité améliorée aide le palier à résister aux dommages par cavitation de la pompe, améliorant ainsi la durée de vie et les performances de la pompe. [0008] De plus, l'insert et la plaque de face étant des composants séparés du manchon, les coûts de service peuvent être fortement réduits en permettant un remplacement des composants individuels, par exemple en remplaçant un ou plusieurs des composants individuels qui forment ensemble l'ensemble palier pendant la révision plutôt qu'en remplaçant le palier entier. [0009] D'autres effets bénéfiques et avantages de la présente invention deviendront plus évidents en lisant et en comprenant la description détaillée qui suit. Brève description des dessins [0010] [fig.1] La Figure 1 est une vue en perspective des premier et deuxième paliers associés à une pompe à carburant selon la technique antérieure, à savoir une pompe à engrenages. [0011] [fig.2] La Figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un palier selon la présente invention. [0012] [fig.3] La Figure 3 est une vue en perspective d'un palier partiellement assemblé selon la présente invention. [0013] [fig.4] La Figure 4 est une vue en perspective du palier complètement assemblé selon la présente invention. Description détaillée [0014] La description qui suit faisant référence aux dessins annexés est fournie pour aider à comprendre globalement un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention telle que définie par les revendications et leurs équivalents. Elle inclut divers détails spécifiques pour faciliter cette compréhension, mais ces détails doivent être considérés comme simplement exemplaires. Ainsi, l'homme du métier reconnaît que divers changements et modifications des divers modes de réalisation décrits ici peuvent être apportés sans sortir du domaine et de l'esprit de la présente invention. Divers modes de réalisation exemplaires de la présente invention ne sont pas limités aux détails spécifiques des différents modes de réalisation et doivent être interprétés comme incluant tous les changements et/ou équivalents ou substituts inclus dans les idées et la portée 3 technologique des revendications annexes. Dans la description des dessins, lorsque cela est possible, des numéros de référence similaires sont utilisés pour les éléments similaires. [0015] Les termes « inclure » ou « peut inclure » utilisés dans la présente invention indiquent la présence de fonctions, opérations, éléments, etc. correspondants décrits et ne limitent pas un ou plusieurs des fonctions, opérations, éléments, etc. supplémentaires. De plus, il doit être compris que les termes « inclure », « incluant », « avoir » ou « ayant » utilisés dans la présente invention indiquent la présence de composants, caractéristiques, nombres, étapes, opérations, éléments, parties, ou une combinaison de ceux-ci décrits dans la spécification, et n'excluent pas la présence ou l'ajout d'un ou plusieurs autres caractéristiques, nombres, étapes, opérations, éléments, parties, ou une combinaison de ceux-ci. [0016] Les termes « ou » ou « au moins l'un de A et/ou B » utilisés dans la présente invention incluent n'importe lesquelles et toutes les combinaisons de mots énumérées avec eux. Par exemple, « A ou B » ou « au moins l'un de A et/ou B » signifient incluant A, incluant B, ou incluant à la fois A et B. [0017] Bien que les termes tels que « premier » et « deuxième » utilisés dans la présente invention puissent modifier divers éléments des différents modes de réalisation exemplaires, ces termes ne limitent pas les éléments correspondants. Par exemple, ces termes ne limitent pas un ordre et/ou une importance des éléments correspondants, et ces termes n'excluent pas des éléments supplémentaires (p. ex., deuxième, troisième, etc.). Les termes peuvent être utilisés pour distinguer un élément d'un autre élément. Par exemple, un premier dispositif mécanique et un deuxième dispositif mécanique indiquent tous les deux des dispositifs mécaniques et peuvent indiquer différents types de dispositifs mécaniques ou le même type de dispositif mécanique. Par exemple, un premier élément peut être nommé un deuxième élément sans sortir du cadre des divers modes de réalisation exemplaires de la présente invention, et de manière similaire, un deuxième élément peut être nommé un premier élément. [0018] Il sera compris que, lorsqu'un élément est mentionné comme étant « relié » ou « couplé » à un autre élément, l'élément peut être directement relié ou couplé à un autre élément, et il peut y avoir un élément intermédiaire entre l'élément et un autre élément. Au contraire, il sera compris que, lorsqu'un élément est mentionné comme étant « directement relié » ou « directement couplé » à un autre élément, il n'y a pas d'élément intermédiaire entre l'élément et un autre élément. [0019] Les termes utilisés dans les divers modes de réalisation exemplaires de la présente invention ont pour objet de décrire des modes de réalisation exemplaires spécifiques uniquement et ne sont pas destinés à limiter divers modes de réalisation exemplaires de la présente invention. Telles qu'elles sont utilisées ici, les formes singulières sont 4 prévues pour inclure également les formes plurielles, sauf si le contexte indique clairement le contraire. [0020] Tous les termes utilisés ici, y compris les termes techniques et scientifiques, ont les mêmes significations que celles généralement entendues par un homme du métier ordinaire dans la technique associée, sauf indication contraire. Les termes définis dans un dictionnaire généralement utilisé doivent être interprétés comme ayant les mêmes significations que les significations contextuelles de la technologie pertinente et ne doivent pas être interprétés comme ayant des significations incohérentes ou exagérées sauf s'ils sont clairement définis dans les divers modes de réalisation exemplaires. [0021] L'ensemble palier représenté et décrit ici est de préférence destiné à être utilisé dans une pompe à carburant de moteur principal d'aéronef et peut se présenter en configuration simple ou double, la configuration simple supportant un arbre d'entraînement tandis que la double configuration supporte des premier et deuxième arbres. La configuration simple ou double n'est pas si importante puisque l'invention concerne la construction de palier. Par conséquent, bien que les dessins montrent une configuration double, les caractéristiques, avantages et effets bénéfiques décrits ici et offerts par celle-ci sont également applicables à la configuration simple, sauf mention contraire. [0022] La Figure 1 représente un agencement de palier selon la technique antérieure, à savoir des premier et deuxième paliers individuels 100 qui sont des paliers associés à une pompe à carburant telle qu'une pompe à engrenages pour un moteur d'aéronef. Les composants restants de la pompe à carburant/pompe à engrenages et du moteur d'aéronef ne sont pas représentés et décrits ici, car ils sont bien connus dans la technique. Chaque palier individuel 100 est usiné à partir d'un matériau métallique qui a des caractéristiques de pouvoir lubrifiant souhaitées, c'est-à-dire un faible coefficient de frottement, et de préférence une conductivité thermique élevée. Par exemple, un matériau couramment utilisé présentant ces caractéristiques est un alliage de bronze au plomb usiné selon la configuration souhaitée. À nouveau, les détails particuliers de la forme/configuration du palier sont bien connus dans la technique et ne sont pas spécifiquement décrits ici à des fins de concision. Bien que l'agencement de palier antérieur selon la Figure 1 présente un faible coefficient de frottement, une conductivité thermique élevée et un coefficient de dilatation thermique (CTE) similaire à celui du carter d'engrenage, il existe également des domaines associés dans lesquels une amélioration est souhaitée. Par exemple, le poids est un souci de conception. Le matériau de bronze au plomb est généralement considéré comme ayant une faible résistance à la cavitation, c'est-à-dire une durabilité inférieure à celle désirée. En outre, le palier usiné requiert toujours un rodage manuel pour atteindre la configuration finale souhaitée du ou des paliers. [0023] Les Figures 2 à 4 illustrent un ensemble palier ou palier en plusieurs pièces ou plusieurs parties 200 selon la présente invention. En particulier, le palier 200 inclut une première partie ou un manchon tel qu'un manchon en une seule pièce 210 formé de préférence par un procédé de fabrication additive ou un procédé d'impression 3D. Généralement, le procédé de fabrication additive/d'impression 3D est tel qu'un processeur/ordinateur dirige le dépôt de couches de matériau dans une configuration prescrite et fusionne ces couches ensemble pour former une structure d'un seul tenant du manchon 210. Le manchon 210 a des première et deuxième ouvertures cylindriques internes 212, 214 dans cette configuration double du palier où les surfaces cylindriques du manchon définissent les ouvertures qui sont dimensionnées pour recevoir des arbres (non représentés) associés à une pompe à engrenages classique, par exemple, utilisées comme pompe à carburant dans, par exemple, un moteur d'aéronef. Un évidement ou une rainure 216 est formé(e) dans la surface externe du manchon 210 pour des raisons qui seront décrites plus en détail ci-après. Le manchon 210 est de préférence imprimé à partir de poudre métallique, telle qu'un alliage d'aluminium ou de titane bien que le matériau particulier puisse varier en fonction de l'utilisation finale, à l'aide d'une imprimante de frittage laser direct de métal. Avantageusement, le manchon 210 peut être réalisé par le biais du procédé de fabrication additive pour avoir un niveau de précision élevé (par exemple, en formant des brides d'extrémité, des contours de surfaces, des passages d'écoulement de palier, des évidements, des rainures, etc., pour faciliter l'assemblage des différents composants du palier, etc.) et limiter ainsi tout usinage ultérieur du manchon final. [0024] Des inserts radiaux 220, de préférence réalisés en bronze au plomb ou en un matériau métallique similaire tel que du Toughmet ou du bronze au bismuth, sont de préférence usinés en une configuration souhaitée pour former d'autres parties ou composant(s) du palier 200, étant entendu que la description d'un insert radial s'applique à l'autre insert sauf mention contraire. La configuration de chaque insert 220 est généralement illustrée comme un cylindre annulaire ouvert à des extrémités opposées, où une surface externe 222 de l'insert est dimensionnée pour être reçue dans l'une des ouvertures 212, 214 du manchon de configuration double 210, et une surface interne 224 définit l'ouverture traversante dimensionnée pour recevoir l'un des arbres (non représentés) de la pompe. De préférence, les inserts radiaux individuels 220 sont emmanchés de force dans les ouvertures respectives 212, 214 du manchon 210. Pour maintenir les inserts 220 à l'intérieur du manchon 210, une liaison mécanique adaptée est réalisée entre les composants séparés. Une liaison mécanique préférée utilise une fixation telle qu'une goupille 226 (de préférence une goupille pour chaque insert radial reçu dans une ouverture respective 212, 214). De préférence, la surface externe 222 de chaque insert radial 220 inclut un évidement ou une rainure 228 qui est aligné(e) circonférentiellement avec l'évidement ou la rainure 216 de même taille et de même position 6 formé(e) dans les parois des manchons radiaux 210 qui forment les ouvertures 212, 214. Comme le comprendra l'homme du métier, les goupilles 226 sont dimensionnées de manière appropriée selon chacun des évidements/rainures associés 216, 228 de sorte qu'une fois que les inserts 220 sont positionnés à l'intérieur des ouvertures respectives 212, 214 dans le manchon 210, les goupilles 226 empêchent le mouvement des inserts radiaux 220 par rapport au manchon, en particulier pour empêcher le mouvement rotationnel des inserts radiaux par rapport au manchon. [0025] Un élément d'étanchéité tel qu'un joint torique 240 est installé sur le périmètre externe d'une surface supérieure 218 du manchon 210 et est une autre partie ou un autre composant du palier. De préférence, la surface supérieure 218 du manchon 210 a un évidement tel qu'un évidement périphérique dimensionné pour recevoir le joint torique 240. Comme ce mode de réalisation illustré est un ensemble palier à configuration double, le joint torique 240 a une configuration généralement en huit, bien que d'autres conformations qui assurent une étanchéité efficace entre des composants en butée adjacents puissent être utilisées sans sortir du cadre et de l'intention de la présente invention. [0026] Une plaque de face 250, également réalisée de préférence en bronze au plomb ou en matériau similaire tel que du Toughmet ou du bronze au bismuth, définit une autre partie ou un autre composant du palier 200. La plaque de face 250 est installée sur la surface supérieure 218 du manchon 210. La plaque de face 250 s'ajuste sur une extrémité des inserts radiaux 220 et empêche tout mouvement axial des inserts par rapport au manchon 210. En outre, la plaque de face 250 a des ouvertures adaptées 252, 254 qui s'alignent avec les ouvertures formées par les surfaces internes 224 dans chaque insert radial 220 pour recevoir les arbres de pompe à engrenages. Pour solidariser la plaque de face 250, de préférence une liaison mécanique est fournie telle qu'une ou plusieurs (typiquement plusieurs) fixations telles que des vis 260 qui sont installées à travers des ouvertures de réception de fixations alignées 219 dans le manchon 210 et dans des évidements filetés (non représentés) sur le côté inférieur de la plaque de face 250. [0027] Une analyse préliminaire indique que la conception finale entraînera environ 40 % de réduction du poids du palier représenté sur les Figures 2 à 4 par rapport au palier selon la technique antérieure de la Figure 1. Même si la plaque de face 250 et les inserts radiaux 220 sont formés comme un matériau de bronze au plomb, il est estimé que l'ensemble palier final 200 aura approximativement 55 % de bronze au plomb de moins que le palier 100 selon la technique antérieure. Comme cela est particulièrement évident dans la vue éclatée de la Figure 2, les composants individuels qui coopèrent pour former l'ensemble palier final 200 facilitent également la révision puisque seules ces parties sélectionnées nécessitant un remplacement doivent être effectivement 7 remplacées (alors que dans l'agencement selon la technique antérieure, le palier entier était mis au rebut). [0028] Cette description écrite utilise des exemples pour décrire l'invention, y compris le meilleur mode, ainsi que pour permettre à toute personne compétente dans la technique de réaliser et d'utiliser l'invention. D'autres exemples qui apparaissent à la personne compétente dans la technique sont destinés à entrer dans le domaine d'application de l'invention s'ils ont des éléments de structure qui ne diffèrent pas du même concept ou s'ils incluent des éléments structurels équivalents avec des différences négligeables par rapport au même concept ou au texte littéral des revendications. De plus, l'invention est destinée à rechercher une protection pour une combinaison de composants et/ou d'étapes et une combinaison de revendications comme présenté à l'origine pour examen, ainsi qu'à rechercher une éventuelle protection pour d'autres combinaisons de composants et/ou étapes et combinaisons de revendications lors de la poursuite. 8