CH520883A - Palier lisse à coussinets inclinables - Google Patents

Description

  
 



  Palier lisse à coussinets inclinables
 La présente invention a pour objet un palier lisse à coussinets inclinables, supportant un arbre rotatif.



   Les paliers lisses à coussinets inclinables sont bien connus. Ils constituent une extension des paliers de butée à coussinets   incli-    nables de Kingsbury, etc. L'un des avantages principaux d'un palier lisse à coussinets inclinables est sa résistance à un phénomène connu sous le nom de tourbillon ou fouettement de l'huile.



  On connaît les effets de ce phénomène, mais si on n'a pas pu encore expliquer complètement ses causes particulières, on estime qu'il est produit par l'action de la pellicule d'huile sur l arbre tournant dans le palier. Quelles que soient les causes particulières du fouettement dans un palier lisse, il en résulte qu'il est impossible de faire fonctionner une machine à certaines vitesses ou certaines charges avec des paliers lisses du type manchon. Dans certains modèles de paliers lisses, la stabilité de l arbre est accrue et le risque qu'il se produise un fouettement est supprimé ou réduit. Les paliers lisses du type casse-noix, à coussinets inclinables, à décalage elliptique, etc. sont parmi les paliers lisses les plus stables dans lesquels le fouettement est supprimé.



   Bien que dans un certain nombre de ces modèles de paliers le fouettement de l'huile soit supprimé ou considérablement réduit, leur utilisation se traduit par des pertes de puissance élevées et par une aération de l'huile de lubrification du palier.



  Les paliers lisses à coussinets inclinables classiques assurent une grande stabilité, mais aux dépens d'une perte de puissance relativement élevée dans le palier.



   Les paliers lisses à coussinets inclinables connus sont lubrifiés au moyen d'un bain dont l'huile est prise par le tourillon rotatif afin de réaliser la pellicule d'huile hydrodynamique en forme de coin bien connue entre la surface du tourillon et la face du palier. Dans un palier lisse à coussinets inclinables connu, la pression hydrodynamique produite par un coussinet chargé applique à son tour des charges hydrostatiques sur le coussinet opposé afin de supprimer le tourbillon de l'huile. Les inconvénients de ces modèles sont leur prix relativement élevé, leur encombrement et le risque de fuite se traduisant par des avaries possibles.



   Le support hydrostatique des coussinets remplit une double fonction. D'abord, c'est un pivot qui permet aux coussinets de s'incliner lorsque le tourillon tourne et de former la pellicule hydrodynamique en forme de coin et deuxièmement, il permet aux coussinets de se déplacer pour s'adapter aux flexions ou aux défauts d'alignement du tourillon. Dans n'importe quel palier lisse à tourillon inclinable, la pointe de la pression hydrodynamique est atteinte en un point qui se trouve approximativement à 58% de la distance circonférentielle comptée à partir du bord avant de chaque coussinet. Dans un tel palier connu qui est conçu pour une rotation dans les deux sens, le point de pivotement doit être disposé au centre (à 50% du bord avant). Sa capacité de support des charges ne peut de ce fait être optimale.



   Le palier lisse selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une bague de support logeant plusieurs coussinets dont chacun comporte une surface intérieure courbe en contact avec l'arbre et une surface extérieure courbe en contact avec la bague de support, au moins un alésage d'alimentation en huile dans chaque coussinet, alimentant sa surface intérieure en huile de lubrification, au moins un conduit de chaque coussinet assurant une communication entre sa surface intérieure et sa surface extérieure, un évidement dans la surface extérieure étant relié au conduit et destiné à la réception et à l'accumulation de l'huile provenant d'une pellicule en forme de coin qui se forme entre la surface intérieure du coussinet et la face de l'arbre lorsque ce dernier est en rotation,

   de manière que le coussinet soit supporté dans la bague de support sur un tampon d'huile hydrostatique produit par l'effet hydrodynamique de l'arbre tournant.



   Un avantage d'un tel palier lisse est que la capacité de support de charge des coussinets peut être maximale pour   l'un    et l'autre sens de rotation du fait des caractéristiques propres du support par un fluide hydrostatique. Un autre avantage réside dans le double amortissement des vibrations de la double pellicule d'huile c'est-à-dire que les vibrations de l'arbre tendent à être amorties par la pellicule hydrodynamique en forme de coin située entre le coussinet et le tourillon et par le support par huile hydrostatique entre le coussinet et le carter du palier.



   L'expérience a montré que l'huile comprimée peut être conduite de la pellicule en forme de coin, soit à une seule cavité de support disposée derrière le coussinet inclinable, soit à plusieurs cavités de support suivant les caractéristiques souhaitées pour le palier. Dans un autre modèle expérimental, on a utilisé la pelli  cule d'huile hydrodynamique pour former un support hydrostatique d'un coussinet inclinable monté sur billes, de manière à réduire considérablement les forces de friction s'exerçant sur le coussinet, et de manière à lui permettre de mieux s'adapter à des variations de vitesse de l'arbre, de la charge, de la viscosité du lubrifiant et aux défauts d'alignement. Un autre facteur avantageux de l'utilisation du présent palier lisse est son prix relativement faible.



   Deux formes de réalisation du palier objet de l'invention seront décrites, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé, dans lequel:
 la fig. 1 est une vue d'extrémité, en partie en coupe, du palier,
 la fig. 2 est une coupe du palier suivant la ligne 2-2 de la fig. 1;
 la fig. 3 est une vue en plan de   l'un    des coussinets inclinables; et
 la fig. 4 est une vue partielle, en coupe partielle, de la seconde forme de réalisation.



   Sur le dessin, un arbre rotatif 10 est supporté par le palier.



  Une bague de support 12 qui porte les tampons inclinables, est montée à l'intérieur du carter d'une machine non représentée.



  La bague de support 12 peut être une bague en acier massive, ou, comme représenté sur la fig. 1, une bague divisée dont les éléments sont maintenus à l'aide de boulons 14 et alignés par des goujons 15. Un canal usiné 16 destiné à maintenir les coussinets 20 peut être réalisé sur la bague de support 12, ou bien il peut être constitué par la surface circonférentielle intérieure de la bague 12 et par deux dispositifs de retenue 13 de l'huile disposés à chaque extrémité, afin de maintenir axialement les coussinets 20. Trois gorges pour l'huile sont usinées sur la surface circonférentielle extérieure de la bague 12. La gorge centrale 17 fournit l'huile à faible pression à la surface de portée des coussinets. Les deux autres gorges 19 sont destinées à la purge ou l'évacuation de l'huile.

  Plusieurs butées 22 maintenues en place dans la bague de support par des bagues de retenue 24 amènent l'huile de lubrification qui remplit la gorge 17 à la surface de séparation entre l'arbre 10 et les coussinets 20. Un conduit 26 amène l'huile de la gorge 17 à un canal d'intersection d'où elle s'écoule par des ouvertures 36 dans des conduits internes 34 et dans des gorges 32. Deux gorges 32 alignées sur l'axe de l'arbre 10 sont reliées aux conduits 34, de manière que l'huile s'étale sur toute la surface de portée 30 du coussinet lorsque l'arbre tourne. Les gorges 32 sont disposées symétriquement sur la surface 30 du coussinet au voisinage des bords de sa surface.



  De cette manière, toute la surface du coussinet est garnie uniformément d'huile de lubrification que l'arbre tourne dans le sens des aiguilles d'une montre ou en sens inverse des aiguilles d'une montre.



   Les coussinets inclinables 20 comportent des surfaces courbes 30 et 31. Le diamètre de la face interne 30 est sensiblement égal au diamètre de l'arbre 10, tandis que celui de la surface extérieure courbe 31 est sensiblement égal au diamètre de la surface circonférentielle interne 16 de la bague de support 12.   II    existe cependant un jeu suffisant entre la surface interne 30 et l'arbre 10 ainsi qu'entre la surface extérieure 31 et la surface du canal 16 pour permettre au coussinet 10 de s'incliner sous l'influence de la pellicule en forme de coin qui se forme du fait de la rotation de l'arbre 10. Des évidements peu profonds 42 de la surface extérieure 31 de chaque coussinet 20 sont en communication avec sa surface interne 30 par des ouvertures d'entrée 38 de celle-ci et des ouvertures internes 40 situées entre les ouvertures 38 et les évidements 42.



   La fig. 4 représente un autre support du type à billes pour un coussinet inclinable. L'huile de lubrification de la gorge 17 est envoyée par un conduit 56 dans un tampon de butée 52. Le tampon de butée est maintenu en place par une bague de retenue 54 sur la bague de support 12. Le conduit 56 va à l'intersection avec un canal 58 qui est aligné sur un canal 62 du coussinet 50 et est en communication avec celui-ci. Le coussinet 50 qui est supporté par des billes comporte des évidements sphériques montés chacun sur une bille de grand diamètre 44 s'ajustant chacune dans un évidement sphérique de la bague de support 12.

  Le canal 58 qui est en communication avec le canal 62 est rendu étanche afin de réduire les pertes d'huile par une bague torique 60 qui s'appuie contre la surface de la butée 52 et autour de l'orifice de sortie du canal   58. li    est possible d'utiliser dans ce palier des goujons 18 qui sont alignés axialement en plus des boulons (non représentés) qui maintiennent et qui alignent radialement les éléments de la bague divisée 12. Des canaux internes 46 du coussinet 50 se terminent par des orifices 48 débouchant sur la surface intérieure du coussinet 50. Les canaux 46 communiquent avec les évidements sphériques dans lesquels sont logés chacune des billes 44.



   La fig. 1 permet de comprendre le fonctionnement du palier décrit. Le canal 17 enfermé dans le carter de la machine est rempli d'huile comprimée qui est amenée par les tampons de butée 22 dans les gorges 32 du coussinet inclinable. Lorsque l'arbre 10 commence à tourner, l'huile est prise de ces gorges et réalise la pellicule d'huile en forme de coin connue entre la surface de l'arbre et les surfaces des coussinets inclinables. Du fait de l'existence d'un certain jeu entre l'arbre et les surfaces de portée des coussinets ainsi qu'entre les surfaces extérieures de ceux-ci et le canal 16 de la bague de support, les coussinets tendent à s'incliner sous l'action de la pellicule en forme de coin.



  Lorsque la pellicule se forme, l'arbre exerce une pression sur l'huile qui la constitue. Cette huile qui est très comprimée est amenée par les orifices 38 et les conduits 40 dans les évidements 42 des coussinets inclinables. Les évidements se remplissent d'huile comprimée et forment une zone de pression hydrostatique entre le coussinet 20 et la surface 16 de la bague de support.



  Le coussinet inclinable flotte de cette manière entre l arbre 10 et la bague de support 12 sur deux pellicules d'huile à haute pression. Du fait qu'il existe un gradient de pression dans le coin   d'huile, la pression étant maximale en un point situé à 58% ci du    bord avant du coussinet dans le plan de rotation du coussinet 20, l'évidement qui est le plus rapproché de son bord arrière subit la plus grande pression et il se produit un équilibre par écoulement de l'huile de la surface extérieure 31 du coussinet. La pression de l'huile s'exerçant sous le coussinet est semblable à celle qui s'exerce sur un coussinet à huile hydrostatique pure, c'est-à-dire que le coussinet flotte librement entre deux pellicules d'huile et que les pertes par friction sont minimales dans le palier.



   Le coussinet monté sur bille de la fig. 4 fonctionne de la même manière que celui de la fig. 1. La pellicule d'huile en forme de coin produite est transmise par les orifices 48 et les conduits internes 46 à l'évidement sphérique dans lequel est logée la bille 44. L'effet hydrostatique produit soulève le coussinet et l'écarte complètement de la bille, de sorte qu'il   n'u    a aucun contact métal-contre-métal entre eux.



   Dans les deux modes de réalisation représentés, des canaux 21 sont également réalisés dans la bague de support afin   d éva-    cuer l'huile qui est balayée et qui s'échappe des surfaces des coussinets, afin d'amener cette huile en excès aux gorges de purge 19. Les canaux 21 sont reliés aux gorges 19 et au dispositif de retenue 13 qui collecte le lubrifiant qui s'est échappé afin de l'envoyer aux gorges de purge.



   Le sens de rotation de l'arbre n'a aucun effet sur le fonctionnement du support hydrostatique des deux modes de réalisation décrits. Les orifices situés sur la surface intérieure du coussinet sont symétriques par rapport à ces bords et l'huile comprimée provenant du coin est refoulée soit dans les évidements 42, soit dans les évidements sphériques des billes 44 que l'arbre porté par le palier tourne dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.



   La purge de l'huile de lubrification est effectuée par les dispositifs de retenue 13, les canaux 21 et les gorges 19 combinées  ainsi que par les têtes 23 des butées 22. Les butées sont montées dans la bague de support, de manière à flotter, c'est-à-dire à pouvoir se déplacer d'un faible mouvement radial. Par suite, lorsque l'arbre est en rotation, les têtes 23 des butées viennent légèrement en contact avec lui. La forme des têtes 23 est celle d'un losange (fig. 2) qui vient légèrement en contact avec l'arbre rotatif et qui balaie de celui-ci l'huile en excès pour l'envoyer dans les dispositifs de retenue 13 d'où elle est amenée dans les canaux 21 dans les gorges de purge 19.



   Les butées 22 alimentent les coussinets 20 en huile de lubrification. Du fait qu'elles sont disposées circonférentiellement à proximité des coussinets dans la bague de support, elles empêchent également les coussinets de se déplacer circonférentiellement. De plus, du fait qu'elles sont introduites radialement entre les coussinets, elles remplissent également un rôle de clef de voûte et maintiennent les coussinets prisonniers en les empêchant de se déplacer radialement.



   Dans un palier expérimental, les pertes parasites dues au tourbillonnement ou à la turbulence de l'huile ont été réduites jusqu à la moitié de celles d'un palier noyé connu. De ce fait, le présent palier est beaucoup plus efficace par suite de la lubrification directe des coussinets individuels et de son système de purge efficace. 

Claims (1)

1. REVENDICATION

   Palier lisse à coussinets inclinables, supportant un arbre rotatif. caractérisé en ce qu'il comprend une bague de support logeant plusieurs coussinets dont chacun comporte une surface intérieure courbe en contact avec l'arbre et une surface extérieure courbe en contact avec la bague de support, au moins un alésage d'alimentation en huile dans chaque coussinet, alimentant sa surface intérieure en huile de lubrification, au moins un conduit de chaque coussinet assurant une communication entre sa surface intérieure et sa surface extérieure, un évidement dans la surface extérieure étant relié au conduit et destiné à la réception et à l'accumulation de l'huile provenant d'une pellicule en forme de coin qui se forme entre la surface intérieure du coussinet et la face de l'arbre lorsque ce dernier est en rotation,

   de manière que le coussinet soit supporté dans la bague de support sur un tampon d'huile hydrostatique produit par l'effet hydrodynamique de l'arbre tournant.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Palier suivant la revendication, caractérisé en ce qu'une gorge réalisée le long de la surface extérieure de la bague de support joue le rôle d'un conduit d'alimentation en huile de lubrification, un conduit radial de la bague de support mettant en communication une gorge contenant l'huile et l'alésage d'alimentation en huile du coussinet du palier.

   2. Palier suivant la revendication, caractérisé en ce que chaque coussinet comporte deux alésages d'alimentation en huile espacés circonférentiellement l'un de l'autre, de manière que l'huile soit amenée près du bord avant du coussinet lorsque l'arbre tourne dans les deux sens, les orifices d'entrée de deux conduits étant espacés circonférentiellement l'un de l'autre le long de la surface intérieure du coussinet, de manière que les pressions s'exerçant à chaque orifice d'entrée soient équivalentes lorsque le sens de rotation de l'arbre est changé, deux évidements espacés circonférentiellement l'un de l'autre étant réalisés sur la surface extérieure du coussinet.

   3. Palier suivant la revendication, caractérisé en ce que des billes sphériques sont montées sur la bague de support, la forme des évidements de la surface extérieure du coussinet leur permettant de loger les billes sphériques, le coussinet étant supporté par une pellicule d'huile hydrostatique dans les évidements sphériques et qui est produite par effet hydrodynamique lorsque l'arbre est en rotation.

   4. Palier suivant la revendication, caractérisé en ce que l'évidement de la surface extérieure est situé au centre du coussinet, sa forme lui permettant de loger une bille sphérique montée sur la surface intérieure de la bague de support.

   5. Palier suivant la revendication, caractérisé en ce que des conduits disposés radialement sont placés au voisinage des coussinets le long de la circonférence de la bague de support et peuvent être déplacés radialement, de manière que l'une de leurs extrémités puisse venir en contact avec l'arbre logé dans le palier, la forme de l'extrémité lui permettant de balayer le lubrifiant de la surface de l'arbre, des dispositifs étant destinés à recueillir le lubrifiant provenant de la surface de l'arbre.

   6. Palier suivant la revendication, caractérisé en ce que la forme de sa surface extérieure lui permet d'osciller sur celle-ci afin de régler la formation de la pellicule de lubrifiant en forme de coin entre l'arbre rotatif et sa surface de portée intérieure, sa surface extérieure comportant deux évidements dont chacun reçoit le lubrifiant provenant de la surface de portée intérieure.

   7. Palier suivant la revendication, caractérisé en ce qu'une gorge circonférentielle est réalisée sur la bague de support, afin d'évacuer l'huile de lubrification qui s'échappe des faces du coussinet.

   8. Palier suivant la revendication et la sous-revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de retenue empêchant le coussinet de se déplacer axialement et comportant un évidement dans lequel s'accumule l'huile s'échappant des faces du coussinet, cet évidement étant en communication avec la gorge circonférentielle d'évacuation de l'huile.

   9. Palier suivant la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs balayant l'huile de l'arbre et l'envoyant au dispositif la transportant.

   10. Palier suivant la revendication et la sous-revendication 9, caractérisé en ce que les dispositifs de balayage comprennent une butée montée dans le dispositif de support et pouvant être déplacée radialement de manière à venir en contact avec la surface de l'arbre.