FR3066792A1 - Dispositif de lubrification de palier - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un palier pour éléments roulants comportant une paroi à surface externe cylindrique et une cavité destinée à contenir un fluide de lubrification, ladite cavité débouchant à l'extérieur par au moins une ouverture autorisant l'admission du fluide de lubrification dans la cavité, ledit palier comportant en outre un dispositif de circulation d'un fluide mettant en communication fluidique la cavité et l'extérieur de celle-ci pour assurer la distribution d'un film de fluide sur la surface externe de la paroi du palier, caractérisé en ce que le dispositif de circulation comporte au moins un insert creux traversant la cavité en s'étendant sensiblement diamétralement à l'intérieur de celle-ci, ledit insert creux présentant un orifice de sortie au niveau de la surface externe de la paroi du palier et au moins un trou d'admission au voisinage du fond de la cavité opposé à cet orifice de sortie et mettant ainsi en communication ledit fond de la cavité et l'extérieur du palier.

Description

DISPOSITIF DE LUBRIFICATION DE PALIER
DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne de manière générale les paliers, et plus particulièrement leur lubrification. L'invention trouve avantageusement application pour les trains d'engrenages, par exemple les trains épicycloïdaux, notamment sur les satellites de trains épicycloïdaux.
Elle concerne également des turbomachines équipées de tels trains d'engrenages ou de tels paliers. L'invention peut également trouver son application sur un palier à roulement.
Un train épicycloïdal comprend classiquement, tel qu'illustré en figure 1, un premier planétaire 1, un satellite 2 monté en rotation sur un porte satellite 3, et un deuxième planétaire 4 (ou couronne dans ce cas précis). Le rapport de réduction (ou de multiplication) des vitesses de rotation dépend des éléments observés et des éléments fixes parmi les planétaires et le porte satellite.
Les éléments mobiles sont généralement assemblés sur les éléments fixes ou ayant une vitesse de rotation différente en intercalant entre eux des paliers 5, dont un exemple est représenté sur la figure 2, permettant de limiter le frottement entre le porte satellite 3 et le satellite 2.
Cette diminution de frottement limite les pertes d'énergie dans le mécanisme et améliore le rendement mécanique global du train d'engrenages.
Afin de diminuer davantage les frottements, ces paliers peuvent être lubrifiés, ou comporter un dispositif 6 de circulation d'un fluide de lubrification.
En référence à la figure 3, un flux de fluide de lubrification circule donc classiquement d'une cavité 7 située à l'intérieur du palier 5 vers sa surface extérieure 8 en suivant des canalisations 9 réalisées à travers la paroi 10 du palier 5.
Dans certains cas, la circulation du fluide de lubrification est assurée par un système de pompage.
Lorsque la pompe rencontre une anomalie, le système de circulation du fluide n'est plus alimenté normalement. Il est nécessaire d'assurer la lubrification des différents éléments pendant une durée déterminée, correspondant par exemple à un arrêt d'urgence du train d'engrenages, l'allumage d'un système de pompage auxiliaire ou le redémarrage du système de pompage principal pour éviter une dégradation des paliers.
Pendant cette durée, seul le fluide présent dans le train d'engrenages au moment de la panne du système de pompage permet d'assurer la fonction de lubrification des paliers.
Afin de maximiser cette quantité de fluide, il est connu de réaliser des paliers 5 comportant des chambres servant de réservoir d'huile 11 assurant une lubrification de secours en cas d'anomalie dans le système de lubrification principal.
La circulation de ce fluide est assurée, dans ce cas de fonctionnement concernant un palier de satellite d'un train épicycloïdal, par effet centrifuge. En effet, dans le cas où le porte-satellite est tournant, le fluide contenu dans le palier du satellite est soumis à une force centrifuge due à l'excentricité du satellite par rapport à l'axe de rotation du porte-satellite.
Le fluide se retrouve donc maintenu contre une paroi de la chambre se trouvant du côté opposé à l'axe de rotation du porte-satellite.
Cette force centrifuge permet au fluide d'emprunter les canalisations principales 9 de manière à assurer la fonction de lubrification du palier.
Il est connu de réaliser des canalisations 12 secondaires, qui permettent un débit d'injection de fluide inférieur à celui de la canalisation principale 9.
Dans le but d'augmenter l'autonomie de la réserve de fluide en cas de panne du système de pompage, il est connu d'adopter une certaine configuration des différentes canalisations de manière à éviter que le fluide n'emprunte inutilement la canalisation principale 9.
La canalisation principale 9 est généralement réalisée par un perçage s'étendant entre la surface externe 8 du palier et un des perçages 15 excentrés réalisés sur une cloison de séparation 14 du réservoir d'huile 11.
Ainsi, lorsque le niveau d'huile est en deçà du niveau du perçage 15 excentré comportant une embouchure 17 de la canalisation principale 9, l'huile ne peut emprunter que les canalisations secondaires 12, l'huile étant projetée contre la paroi du côté opposé au perçage 15 par effet centrifuge.
Les perçages 15 réalisés sur la cloison de séparation 14 sont réalisés en insérant les outils dans les cavités internes 7 en passant par leur ouverture latérale 16, présentant un diamètre inférieur à la cavité interne 7.
Il est donc irréalisable dans ces modes de réalisation de maximiser la réserve de fluide en réalisant un perçage à travers la cloison de séparation 14 au niveau le plus bas de la cavité interne 7.
Il existe néanmoins un besoin d'augmenter la réserve de fluide 13 disponible en cas de panne du système de pompage de fluide de lubrification.
PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION
Un but de l'invention est d'augmenter la réserve de fluide dans le palier en cas de panne du système de pompage.
Un autre but est de simplifier la structure interne du palier, et indirectement son processus de fabrication et son coût.
Un autre but est d'alléger le palier.
Un autre but est d'améliorer les performances du système de lubrification.
Selon un aspect, l'invention propose un palier comportant une paroi à surface externe cylindrique et une cavité destinée à contenir un fluide de lubrification, ladite cavité débouchant à l'extérieur par au moins une ouverture autorisant l'admission du fluide de lubrification dans la cavité, ledit palier comportant en outre un dispositif de circulation d'un fluide mettant en communication fluidique la cavité et l'extérieur de celle-ci pour assurer la distribution d'un film de fluide sur la surface externe de la paroi du palier, caractérisé en ce que le dispositif de circulation comporte au moins un insert creux traversant la cavité en s'étendant sensiblement diamétralement à l'intérieur de celle-ci, ledit insert creux présentant un orifice de sortie au niveau de la surface externe de la paroi du palier et au moins un trou d'admission au voisinage du fond de la cavité opposé à cet orifice de sortie et mettant ainsi en communication ledit fond de la cavité et l'extérieur du palier. L'insertion d'au moins un insert creux dans la cavité du palier permet d'augmenter la réserve de fluide en cas de panne tout en diminuant la masse du palier et en simplifiant son procédé de fabrication.
En effet, la présence d'un insert creux permet de supprimer la cloison de séparation présente dans l'art antérieur.
Cette suppression permet, à dimensions externes égales du palier, des cavités internes plus importantes et donc une augmentation de la réserve de fluide.
La structure en est en outre allégée.
Egalement, l'utilisation d'un insert permet d'aller chercher le fluide au voisinage du fond du palier, et ce sans qu'il ne soit nécessaire de réaliser des perçages à partir d'une ouverture d'admission.
La quantité de fluide présente dans la cavité qui sert de réserve en cas de panne (quantité de fluide au-delà du niveau du trou d'admission) est augmentée.
En outre, lors de la fabrication du palier, la cavité peut être réalisée à partir d'une seule ouverture d'admission, ce qui simplifie la fabrication.
Un tel dispositif est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - La cavité comporte une unique ouverture d'admission ; - Le palier est un palier lisse ; - La paroi du palier comporte au moins un perçage qui constitue une canalisation secondaire par laquelle du fluide s'évacue vers l'extérieur y compris dans des configurations où le trou d'admission de l'insert n'est plus alimenté ; - Le perçage débouche au niveau de la surface externe du palier dans une zone opposée au trou d'admission de l'insert ; - Le palier comporte au moins deux inserts répartis dans la longueur de la cavité ; - L'insert est maintenu par frettage sur la paroi du palier ; - La paroi du palier comporte un perçage borgne intérieur dans lequel est reçue l'extrémité de l'insert opposée à l'orifice de sortie, ainsi qu'un perçage traversant qui est diamétralement opposé audit perçage borgne et est coaxial avec celui-ci ; - L'insert comporte une portion d'arrêt engagée dans le perçage borgne, une portion de centrage s'étendant dans le perçage traversant, la portion d'arrêt et la portion de centrage présentant une épaisseur de paroi plus importante que l'épaisseur de paroi de la portion de l'insert s'étendant entre ladite portion d'arrêt et ladite portion de centrage.
Selon un autre aspect, l'invention propose également un procédé de fabrication pour réaliser un tel palier, dans lequel, lorsque le palier est à ouverture d'admission unique, les surfaces internes de la cavité sont usinées depuis l'unique ouverture latérale.
Selon un autre aspect, l'invention propose un train épicycloïdal comportant un tel palier de satellite.
Selon un autre aspect, l'invention propose une turbomachine comportant un tel train épicycloïdal.
PRÉSENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : - La figure 1 est une représentation en 3D isométrique d'un train épicycloïdal classique ; - La figure 2 est une représentation schématique d'une vue en coupe de profil de l'implémentation d'un palier sur un porte satellite ; - La figure 3 est une représentation schématique d'une vue en coupe de profil d'un palier de l'art antérieur ; - La figure 4 est une vue en coupe de profil d'un mode de réalisation d'un palier équipé d'inserts selon l'invention ; - La figure 5 est une représentation schématique d'une vue en coupe de profil d'un insert ; - La figure 6 est une vue en coupe de profil d'un autre mode de réalisation d'un palier équipé d'inserts selon l'invention.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE RÉALISATION
Les modes de réalisation décrits ci-après concernent le cas d'un palier 5 d'axe X, représenté en figure 4. L'exemple donné ne se veut toutefois aucunement limitatif, dans la mesure où le palier pourrait présenter des spécifications géométriques diverses.
Le palier 5 comporte une cavité interne 7, une surface externe 8 et une surface interne 17, une paroi 10 ainsi qu'une ouverture d'admission 16 à l'une de ses extrémités.
Dans certains modes de réalisation, une gorge torique 18 est réalisée sur chacune des extrémités du palier 5 de manière à augmenter la souplesse du palier 5 et à en faciliter le montage.
Les gorges 18 permettent de limiter la déformation de la surface utile du palier 5, cette surface utile étant la surface externe 8.
En cas d'effort important pouvant engendrer une déformation du palier, la déformation s'effectue au niveau de la gorge 18, la surface du palier 5 restant ainsi cylindrique.
Ce comportement permet également de ne pas transmettre les désalignements à la denture, lorsqu'un désalignement des axes survient entre le porte-satellite et le satellite par exemple.
Lors du fonctionnement normal, un fluide de lubrification mis en pression par un système de pompage circule dans la cavité interne 7 en passant par l'ouverture d'admission 16.
Ce fluide de lubrification est dirigé vers la surface externe 8 depuis la cavité interne 7 par des orifices de sortie 33 d'inserts 19 réalisant les canalisations principales 9.
Dans le mode de réalisation présenté en figure 5, les inserts 19 présentent un corps cylindrique 22 à diamètre variable, et comportent un perçage coaxial 23 au corps 22 ou longitudinal et un perçage orthogonal 24 au corps 22 ou transversal.
Le perçage longitudinal 23 débouche dans le perçage transversal 24, le perçage transversal 24 traversant l'insert 19 diamétralement et réalisant ainsi un trou d'admission 32 de fluide.
Des surépaisseurs peuvent être réalisées au niveau des portions des inserts 19 en contact avec le palier 5, notamment une portion de centrage 25 et une portion d'arrêt 26, une portion centrale 27 s'étendant entre la portion de centrage 25 et la portion d'arrêt 26.
Les portions de centrage 25 et d'arrêt 26 présentent une épaisseur de paroi supérieure à la portion centrale 27.
Pour faciliter leur montage dans le palier 5, les inserts 19 présentent des chanfreins 28 au niveau des zones de changement de diamètre.
Le perçage longitudinal 23 peut présenter à son extrémité une embouchure conique 29 permettant de réaliser un filetage dans le but de coopérer avec un outil lors d'une étape de démontage de l'insert 19, lorsque l'insert 19 est endommagé ou qu'un accident survenu lors du montage implique de démonter l'insert 19, permettant ainsi de préserver le palier 5.
Dans un mode de réalisation représenté figure 6, des perçages sont effectués dans la paroi du palier 5 de manière à réaliser des canalisations secondaires 12.
Ces canalisations secondaires 12 permettent une circulation du fluide de lubrification depuis la cavité 7 vers la surface externe 8 du palier 5 lorsque le système de pompage est défaillant.
Les canalisations secondaires 12 présentent dans certains modes de réalisation une section moins importante que la section des canalisations principales 9.
Les canalisations secondaires 12 sont généralement situées dans une zone diamétralement opposée aux trous d'admission.
De cette manière, lorsque la quantité de fluide présente dans la cavité vient à baisser sous l'effet d'une défaillance du système de pompage, le fluide n'emprunte plus les canalisations principales 9 lorsque le niveau de fluide n'atteint plus le niveau des trous d'admission.
Il emprunte donc uniquement les canalisations secondaires 12 qui présentent un diamètre réduit et limitent donc la circulation de fluide pour permettre de maintenir un fonctionnement dégradé le plus longtemps possible.
Le positionnement relatif des canalisations secondaires 12 par rapport aux trous d'admission permet ainsi de maximiser la réserve de fluide 11. L'utilisation d'inserts 19 pour réaliser les canalisations principales 9 permet également de simplifier la structure interne du palier 5.
En effet, il n'est plus nécessaire de réaliser les canalisations principales 9 dans la cloison de séparation, qui peut donc être supprimée. Dès lors, le procédé de fabrication en est allégé, permettant de réaliser toutes les surfaces internes depuis une seule ouverture latérale 16 du palier 5.
La suppression de la paroi centrale 14 permet en outre de réduire le poids du palier 5 en plus d'offrir un gain en volume non négligeable permettant d'accroître la réserve de fluide 11.
Le perçage transversal 24 n'ayant pas besoin d'être effectué dans la paroi centrale, il peut être positionné au plus près de la surface interne 17 de la cavité, maximisant donc la réserve d'huile en cas d'avarie dans le système de pompage.
Ce changement de structure permet en outre de réaliser plusieurs canalisations principales 9 de manière à offrir une meilleure répartition du fluide de lubrification sur la surface externe 8 du palier 5.
En effet, une canalisation réalisée dans une paroi impliquerait de réaliser plusieurs parois dans la cavité 7, ce qui diminuerait la réserve de fluide et augmenterait la masse du palier.
Dans le mode de réalisation illustré, le palier 5 comporte deux inserts 19 parallèles entre eux implantés radialement dans le palier 5, permettant ainsi une meilleure répartition du fluide de lubrification sur la surface extérieure 8.
Des solutions comportant un seul insert 19 ou plus de deux inserts 19 peuvent être envisagées, disposés selon une géométrie différente de la géométrie illustrée.
Les canalisations secondaires 12 peuvent se situer dans un plan différent du plan des canalisations principales 9. Malgré la légère diminution de la réserve de fluide 11 que cette disposition implique, une embouchure 30 de canalisation secondaire 12 légèrement excentrée au niveau de la surface interne 17 du palier 5 permet d'éviter que des impuretés plus lourdes que le fluide ne viennent encrasser les canalisations secondaires 12.
La répartition des inserts 19 formant les canalisations principales 9 et des perçages formant les canalisations secondaires 12 est choisie pour répartir au mieux la pression d'huile sur la longueur de la surface extérieure 8, en évitant un écoulement trop important au niveau des extrémités du palier 5. Cela permet d'éviter que le fluide ne s'écoule directement vers l'extérieur, ce qui diminuerait l'effet de lubrification.
Les inserts 19 sont assemblés au palier 5 dans des perçages traversants 20 réalisés à travers la paroi 10 du palier, ces perçages 20 étant prolongés par des perçages borgnes 21 coaxiaux aux perçages traversants 20, les perçages borgnes 21 étant réalisés sur la surface interne 17 du palier 5.
La portion d'arrêt 26 des inserts 19 est donc située dans les perçages borgnes 21, la portion de centrage 25 s'étendant dans les perçages traversants 20.
Dans certains modes de réalisation, les inserts 19 sont montés dans les perçages borgnes 21 et les perçages traversants 20 par frettage.
Un mode de réalisation propose un frettage à chaud, le retrait du matériau du palier 5 à froid assurant l'effort de serrage réalisant l'assemblage entre l'insert 19 et le palier 5.
Il est cependant envisageable d'utiliser d'autres méthodes d'assemblage, tels que le brasage, le collage, un assemblage fileté, ou toute solution technique permettant d'obtenir une liaison fixe entre les inserts 19 et le palier 5.
Le mode d'assemblage par frettage à chaud implique des niveaux de pressions importants dans les inserts 19. L'épaisseur de la paroi de l'insert 19 au niveau de la portion d'arrêt 26 et au niveau de la portion de centrage 25 est donc dimensionnée pour limiter les niveaux de pression interne dans les inserts 19 dus à la pression de frettage.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Palier (5) comportant une paroi (10) à surface externe (8) cylindrique et une cavité (7) destinée à contenir un fluide de lubrification, ladite cavité (7) débouchant à l'extérieur par au moins une ouverture (16) autorisant l'admission du fluide de lubrification dans la cavité (7), ledit palier comportant en outre un dispositif de circulation (6) d'un fluide mettant en communication fluidique la cavité (7) et l'extérieur du palier pour assurer la distribution d'un film de fluide sur la surface externe (8) de la paroi (10) du palier, caractérisé en ce que le dispositif de circulation (6) comporte au moins un insert (19) creux traversant la cavité (7) en s'étendant sensiblement diamétralement à l'intérieur de celle-ci, ledit insert (19) creux présentant un orifice de sortie (33) au niveau de la surface externe (8) de la paroi (10) du palier et au moins un trou d'admission (32) au voisinage du fond de la cavité (7) opposé à cet orifice de sortie (33) et mettant ainsi en communication ledit fond de la cavité (7) et l'extérieur du palier.
  2. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (7) comporte une unique ouverture d'admission (16).
  3. 3. Palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit palier (5) est un palier lisse.
  4. 4. Palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi (10) du palier comporte au moins une canalisation secondaire (12) par laquelle du fluide s'évacue vers l'extérieur y compris dans des configurations où le trou d'admission (32) de l'insert (19) n'est plus alimenté.
  5. 5. Palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la canalisation secondaire (12) débouche au niveau de la surface externe (8) du palier dans une zone opposée au trou d'admission (32) de l'insert (19).
  6. 6. Palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le palier comporte au moins deux inserts (19) répartis dans la longueur de la cavité (7).
  7. 7. Palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert (19) est maintenu par frettage sur la paroi (10) du palier.
  8. 8. Palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi (10) du palier comporte un perçage borgne (21) intérieur dans lequel est reçue l'extrémité de l'insert (19) opposée à l'orifice de sortie (33), ainsi qu'un perçage traversant (20) qui est diamétralement opposé audit perçage borgne (21) et est coaxial avec celui-ci.
  9. 9. Palier selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (19) comporte une portion d'arrêt (26) engagée dans le perçage borgne (21), une portion de centrage (25) s'étendant dans le perçage traversant (20), la portion d'arrêt (26) et la portion de centrage (25) présentant une épaisseur de paroi plus importante que l'épaisseur de paroi de la portion de l'insert s'étendant entre ladite portion d'arrêt (26) et ladite portion de centrage (25).
  10. 10. Procédé de fabrication pour réaliser un dispositif selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que toutes les surfaces internes de la cavité (7) sont réalisées depuis l'unique ouverture latérale (16).
  11. 11. Train épicycloïdal comportant au moins un palier (5) selon l'une des revendications 1 à 9.
  12. 12. Turbomachine comportant un train épicycloïdal selon la revendication 11.
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