Palier amortisseur de centrage pour arbre rotatif Le brevet principal a pour objet un palier amortis seur de centrage pour arbre vertical rotatif à grande vitesse, c'est-à-dire comprenant un boîtier dans lequel est ménagé un logement coaxial à l'arbre et présentant un fond plat, un organe de frottement étant muni d'un revêtement antifriction portant sur l'arbre, et présen tant deux faces planes perpendiculaires à l'arbre enser rées entre le fond du logement et une rondelle repous sée vers le fond et un organe élastique étant compressi ble dans le sens radial pour permettre un léger décen trement de l'arbre dans le logement,
le frottement des faces revêtues de matériau antifriction et l'élasticité de l'organe .élastique atténuant les oscillations de l'arbre.
Lorsque le palier est prévu pour fonctionner en régime hydrodynamique, un jeu convenable est ménagé entre l'alésage de l'organe de frottement et l'arbre pour qu'en cas de décentrage de celui-ci une force radiale hydrodynamique s'exerce sur l'organe de frottement, force qui est transmise aux moyens élastiques.
Le fonctionnement en régime hydrodynamique d'un tel palier est pleinement satisfaisant aussi longtemps que la pression du fluide dans lequel baigne l'arbre reste de l'ordre de grandeur de la pression atmosphérique nor male.
Mais les paliers décrits à titre d'exemples dans le brevet principal se prêtent mal à un fonctionnement en régime hydrodynamique sous pression de gaz faible (in férieure à 5 torrs .environ). On peut attribuer cette limi- tation au fait que la raideur des moyens élastiques de rappel radial et les forces de frottement doivent alors rester dans des domaines étroits, difficiles à atteindre en utilisant les montages décrits. En particulier on con çoit que la raideur des moyens élastiques et de rappel radial doit être très faible, puisque la raideur hydrody namique est très diminuée lorsqu'on passe du fonction nement à la pression atmosphérique à celui sous vide partiel.
Le non-respect des valeurs convenables con duit à des instabilités hydrodynamiques, généralement appelées tourbillons .
L'invention vise à perfectionner le palier suivant le brevet principal, notamment en vue d'autoriser un fonctionnement sous faible pression. Dans ce but, le palier amortisseur selon l'invention pour arbre vertical rotatif à grande vitesse, comprenant un boîtier dans lequel est ménagé un logement coaxial à l'arbre et présentant un fond plat, un organe de frottement muni d'un revêtement antifriction portant sur l'arbre et présentant deux faces planes perpendiculaires à l'arbre enserrées entre le fond du logement et une rondelle repoussée vers le fond et par un organe élastique pour permettre un léger décentrement de l'arbre dans le logement,
le frottement des faces revêtues de matériau antifriction et l'élasticité de l'organe élastique atté nuant les oscillations de l'arbre, est caractérisé en ce que l'organe élastique comprend une pluralité de lamelles parallèles à l'axe et travaillant en flexion.
Les lamelles présentent l'avantage d'avoir une rai deur beaucoup plus faible que celle de moyens élasti ques classiques et notamment de joints toriques en matériau élastomère et donc une raideur qui est com patible avec celle du film hydrodynamique en régime de fonctionnement sous vide partiel.
Dans an mode particulier, les lamelles ne sont pas placées directement entre l'organe de frottement et le boîtier mais montées entre la bague et une rondelle elle-même couplée élastiquement au boîtier par l'inter médiaire de moyens dont la raideur est beaucoup plus élevée que celle des lamelles (anneau torique par exemple).
Un mode de réalisation de l'objet de l'invention ainsi que d'une variante seront décrits, à titre d'exem ple, en se référant au dessin annexé, dans lequel: la fig. 1 est une vue partielle en coupe de ce mode de réalisation, la fig. 2 est un schéma illustrant les forces princi pales qui interviennent lors du fonctionnement du palier de la fig. 1; la fig.3 est une vue en coupe partielle d'une variante; la fig. 4 est une vue de détail montrant les moyens de centrage élastiques, en coupe suivant un plan pas sant par l'axe.
Le palier A représenté en fig. 1 est destiné à assu rer le centrage de l'arbre 2 d'un équipage rotatif B (bol de centrifugeuse par exemple). L'arbre 2 porte un anneau 4 fretté en matériau de dureté superficielle très élevée, présentant un état de surface supérieur à celui habituellement dénommé superfini . Cet anneau peut notamment être en acier nitruré.
Le palier A, qui entoure l'anneau 4, comporte un boîtier fixe en plusieurs pièces assemblées. Il comprend notamment une couronne externe 6 fixée à un bâti 8 par des vis 10. Sur cette couronne est fixée par des vis 12 une plaque supérieure 14 dont la face inférieure, plane et perpendiculaire à l'axe du palier, présente également un haut degré de fini. La couronne 6 porte également une plaque inférieure 16 fixée par des orga nes non représentés, dont la face en regard de la sur face inférieure de la plaque supérieure 14 est plane, radiale et donc parallèle à cette surface inférieure.
Dans le logement délimité par l'alésage de la cou ronne 6 et les faces en regard des plaques 14 et 16 s'engage l'âme 18 d'un organe de frottement 20 dont la section affecte une forme en T. L'organe 20, avan tageusement en alliage léger pour présenter une inertie moindre, comporte un alésage lisse muni d'un revête ment antifriction 22 (par exemple couche de polytétra- fluoréthylène de 1 mm d'épaisseur environ) qui laisse subsister avec l'aneeau 4 un jeu diamétral de l'ordre de 0,2 mm.
L'âme 18 présente deux faces planes et parallèles, normales à l'axe du palier, revêtues de couches de matériau antifriction 24 et 26 constituées par exemple également par du polytétrafluoréthylène sous forme d'une couche de 0,5 mm d'épaisseur. La face supé rieure de l'âme 18, revêtue de la couche 24, porte con tre la face inférieure de la plaque 14. De façon simi laire, la couche 26 porte contre l'âme 18 par un organe élastique taré tel qu'une rondelle Belleville 30 comprimée entre la rondelle 28 munie d'un rebord de retenue 32 et la plaque 16. La force de compression exercée par la rondelle Belleville 30 est réglée en insé rant des cales de plus ou moins forte épaisseur (non représentées) entre la plaque 16 et la couronne 6 à laquelle elle est fixée.
La rondelle 28 est maintenue centrée dans l'alésage par des moyens élastiques de raideur élevée, constitués par un anneau torique 33 en matériau élastomère dur fixé à la périphérie de la ron delle et en appui contre l'alésage de la couronne 6.
Le rappel radial de l'organe de frottement 20 vers une position centrée par rapport au boîtier est assuré par des moyens élastiques de faible raideur, constitués par une pluralité de lamelles 34 de faible épaisseur par rapport à leur longueur, dont l'une des extrémités est fixée à l'âme 18 et l'autre extrémité à la rondelle 28 de façon que ces lamelles travaillent en flexion. Les lamelles 34 peuvent être frettées individuellement dans la rondelle 28; elles peuvent encore être fixeés indivi duellement par des vis 35, suivant le mode de réalisation illustré en fig. 4. Pour augmenter la longueur en por te-à-faux des lamelles 34, le pourtour de l'âme 18 présente dans la zone la plus éloignée de la rondelle 28 une saillie circulaire qui porte seule sur la partie termi nale des lamelles.
Si l'on néglige les effets gyroscopiques, le palier illustré en fig. 1 est l'équivalent du système mécanique schématisé en fig. 2: ce système comprend un couplage élastique de raideur Kh entre l'anneau fretté 4 et le palier 20 (couplage dû aux forces hydrodynamiques qui prennent naissance lors des décentrements de l'ar bre par rapport à l'organe de frottement). Le palier 20 comporte un couplage élastique de raideur Km avec le boîtier (couplage dû à l'élasticité des lamelles 34).
Lors de ses déplacements radiaux, le palier est de plus sou mis à des forces de friction qui prennent naissance entre les faces opposées de l'organe 20 et les faces en regard de la plaque supérieure 14 et de la rondelle 28 et correspondent à un amortissement z.
Lors du fonctionnement sous pression de gaz fai ble, de l'ordre de 0,01 torr à 5 torrs, la raideur hydro dynamique Kh est très faible, pratiquement de l'ordre de 5-1o N/mm pour un jeu de l'ordre du millimètre (l'épaisseur du film hydrodynamique étant de l'ordre du micron). Dans ces conditions la raideur Km doit être très faible, de l'ordre de 50 N/mm. Il est possible d'atteindre ces résultats avec des lamelles d'une épais seur de l'ordre de 0,3 mm en acier, dont le porte-à- faux est de l'ordre de 8 mm.
Un palier ainsi réalisé a fonctionné à des vitesses linéaires de l'ordre de 60 m/s. L'anneau 4 et l'organe de frottement 20 présentaient un état de surface supé rieur au superfini , qui a conduit à un fonctionne ment sans contact frottant en dépit des très faibles pressions. Du fait de l'adaptation de la raideur Km des moyens élastiques de rappel, aucune instabilité hydro dynamique n'a été observée, en particulier à demi-vi- tesse. En service l'arbre n'était animé que d'un mouve ment de précession à basse fréquence à l'intérieur de l'alésage qui maintenait dans la zone de moindre écart l'épaisseur nécessaire à l'établissement du film hydro dynamique.
Le palier illustré en fig. 1 est adaptable à un fonc tionnement dans des conditions telles que des pressions différentes règnent de part et d'autre de l'organe de frottement, dans le sens axial, la partie frottante 24 assurant une étanchéité convenable de la portion 20. Pour diminuer les fuites internes du palier 20, on peut, soit diminuer le jeu qui sépare l'anneau 4 de l'organe de frottement 22, soit, comme dans la variante de réa lisation illustrée en fig. 3, tailler dans l'alésage de la pièce de frottement 20' qui coopère avec l'anneau 4', une gorge hélicoïdale 36 de faible profondeur, de pas convenable (déterminé en fonction du sens de la diffé rence de pression) qui constitue avec l'anneau une pompe moléculaire.
On peut par exemple envisager un fonctionnement avec une pression de 0,01 torr d'un côté de l'organe de frottement et de 5 torrs de l'autre côté en taillant dans l'organe 20' une gorge hélicoïdale 36 de 0,20-0,76 mm de profondeur au pas de 40 mm pour un diamètre de 45 mm.
A pression moyenne égale la raideur hydrodynami que du palier illustré en fig. 3 est diminuée par rapport à celle du palier de la fig. 1 dans un rapport de l'ordre de deux: en conséquence, si l'on utilise cette solution, on sera en général amené à alléger encore les forces de rappel exercées par les lamelles 34.
Si l'on veut réduire les fuites externes du palier 20, on peut avantageusement remplacer les rondelles Bel leville 30 par un soufflet soudé à ses deux extrémités.