CH347680A - Palier à billes radial et utilisation de ce palier - Google Patents

Palier à billes radial et utilisation de ce palier

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CH347680A
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Description


  Palier à billes radial et     utilisation    de ce     palier       L'un des objets du présent     brevet    est un     palier     à billes radial destiné à pivoter un arbre, notamment  un palier de     petites    dimensions, destiné à compenser,  sans perte d'énergie notable, les erreurs dues, soit à  l'excentricité du     palier    par rapport à l'arbre qu'il est  destiné à     supporter,    soit au défaut de parallélisme  entre l'arbre et les     surfaces    de roulement du     palier,

       en     particulier    dans le cas où l'arbre n'est destiné à  être     soumis    qu'à de petits couples d'entraînement.  



  Le palier défini par la revendication I est carac  térisé par le fait que sa bague extérieure de roule  ment est supportée par un organe de suspension  relativement rigide dans le plan du palier, mais élas  tique dans les autres directions, afin de constituer un  système oscillant n'absorbant     pratiquement    aucune  énergie, et de compenser ainsi les imprécisions d'usi  nage des éléments du palier.  



  Les éléments des paliers de petites dimensions,  qui sont connus, doivent habituellement être usinés  avec une grande précision. De plus, l'assemblage de  ces éléments doit être effectué avec grand soin si  l'on veut que le palier soit     coaxial    et     perpendiculaire     à l'arbre avec une tolérance de l'ordre du micron.  Far ailleurs, pour qu'un arbre entraîné par un faible  couple puisse tourner librement dans un roulement  à billes, celui-ci doit être fixé dans son     corps    de  palier de manière extrêmement     précise,    et les che  mins de roulement des billes doivent être usinés  avec le plus grand soin, afin qu'ils soient exacte  ment coaxiaux à l'arbre destiné à pivoter dans ces  paliers.  



  Il est toutefois extrêmement difficile d'usiner un  palier de petites dimensions avec la précision vou  lue et l'on constate, si l'on tient les tolérances des  chemins de roulement très serrées, que l'arbre ne    tourne plus     librement    dans son     palier    et que, si on  laisse un certain jeu dans le     palier,    l'arbre n'est plus  pivoté dans celui-ci avec grande précision.  



  Dans le cas d'un     palier    destiné à travailler sans  huile, en vue de pivoter un arbre     soumis    à un faible  couple d'entraînement, les conditions de pivotement  ne sont pas stables, parce que la plus petite excentri  cité du     palier    par rapport à l'arbre provoque une  friction supplémentaire, du fait que la lubrification  est assurée par le contact     direct    de l'arbre avec la  surface de palier. En d'autres termes, les paliers  connus ont l'inconvénient d'être très     difficiles    à usi  ner et à monter, si l'on veut que l'arbre qu'ils sont  destinés à     supporter    soit tenu dans une position pré  cise.

   Il s'ensuit que ces paliers ne peuvent guère être  fabriqués en grandes séries sans retouches.  



  Le but du     palier    selon la revendication I est de  remédier à ces inconvénients.  



  Un autre objet du présent brevet est constitué  par une     utilisation    d'une paire desdits     paliers        dans     un moteur électrique de très petites dimensions, pour  pivoter le rotor de ce moteur.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme d'exécution d'un tel palier et il illustre  un exemple d'utilisation de ce palier dans un moteur  électrique.  



  Les     fig.    1 à 5 illustrent, sous forme exagérée,  certains phénomènes observés dans des paliers à       billes,    et dus aux     défauts    de     parallélisme    et aux im  précisions de forme du chemin intérieur de roule  ment.  



  La     fig.    6 est une     coupe    axiale de ladite forme  d'exécution du palier.      La     fig.    7 en est une vue de face.  



  La     fig.    8 est une     coupe        axiale    d'un moteur élec  trique de très petites     dimensions,    dont le rotor est  monté dans deux     paliers    selon la forme     d'exécution     des     fig.    6 et 7.  



  La     fig.    9 illustre la façon dont le     palier    des     fig.     6 et 7     constitue    un système     oscillant    libre.  



  La     fig.    10-A montre le circuit électrique équi  valent qui correspond audit système oscillant, et  la     fig.    10-B est un     diagramme    représentant la  caractéristique de la     fréquence    dudit système oscil  lant.  



  La     fig.    1 montre une bague intérieure 6 d'un       palier    à billes, dont le chemin de roulement des bil  les a une forme idéale. Avec une telle     bague    6, les  billes du     roulement    se déplaceraient le long d'un       chemin        perpendiculaire    à l'axe de la bague,     quand          celle-ci        tournerait    avec l'arbre auquel elle serait des  tinée à être     fixée.     



  En réalité, le     chemin    de     roulement    des billes,  pratiqué     autour    de cette bague     intérieure    6, n'a  cependant jamais la     forme    idéale de la     fig.    1, mais  plutôt celle de la     fig.    2. Ledit chemin n'est pas paral  lèle aux faces de la bague 6 ; il fait au contraire un  angle     1#    avec un plan perpendiculaire à l'axe de cette  bague 6. De plus, ce chemin présente des     irr6gula-          rités    a.

   L'angle     -a    et     les    irrégularités a sont exagérés  pour mieux     illustrer    les phénomènes qui en résultent.  Le chemin extérieur de roulement des     billes    présente       naturellement    aussi un défaut de     parallélisme,    ainsi  que des irrégularités analogues aux     irrégularités    a.

    Pour     simplifier    les     explications,    seuls les défauts du       chemin        intérieur    de roulement sont considérés     ci-          après.    Ces défauts sont d'ailleurs ceux qui     influencent     les     caractéristiques    dynamiques du palier de la façon  la plus défavorable.  



  La     fig.    3 représente un roulement à billes com  plet, dont la bague     intérieure    6 est fixée à un arbre  4 et dont la bague extérieure 5 est engagée dans  une capsule 1. Cette figure montre que la bague exté  rieure 5 et la capsule 1 prennent une position incli  née par rapport à     l'arbre    4, en raison du défaut de       parallélisme    du     chemin    intérieur de roulement des  billes, l'inclinaison de     ces    éléments     extérieurs        étant     égale à     -a.     



  La     fig.    4 représente la     bague    extérieure 5 et la  capsule 1 dans leurs positions     respectives,    après que  l'arbre 4 et la bague intérieure 6 aient     tourné    de       180o    par rapport à la bague 5 et à la capsule 1, à  partir de la position     S-F        (fig.    3) jusque dans la posi  tion     F-S        (fig.    4).

   Une     rotation    subséquente de     180o     de l'arbre 4 et de la bague     intérieure    6 ramène la  bague extérieure 5 et la capsule 1 de la position de  la     fig.    4 à     celle    de la     fig.    3. Cette bague 5 et la cap  sule 1 oscillent ainsi entre deux positions extrêmes,  représentées en traits     interrompus    à la     fig.    5. Ce mou  vement des     pièces    1 et 5 du     palier    pendant une rota-         tion    de l'arbre 4 sera appelé ci-après mouvement  méridien.

   Il est dû au défaut de parallélisme de la  bague extérieure du roulement.  



  Comme une période de cette oscillation méri  dienne correspond à un tour de l'arbre 4, la fré  quence de l'oscillation provoquée par une certaine  irrégularité a du     chemin    intérieur de roulement est  égale à la vitesse de rotation de l'arbre multipliée  par le nombre de billes. Quant à l'amplitude de     cette     oscillation, elle dépend du diamètre du     chemin    inté  rieur de roulement. Vu que l'énergie     nécessaire    pour  provoquer ladite oscillation méridienne doit prove  nir de l'arbre, c'est finalement le couple moteur de  celui-ci qui la fournit.

   Dès lors, si la capsule 1 du  palier était montée rigidement dans une partie du  bâti, comme c'est le cas dans les paliers usuels, les  oscillations décrites ci-dessus ne seraient pas possi  bles. L'arbre serait alors freiné. Il tournerait par  conséquent d'autant moins régulièrement que son       couple    moteur serait petit. De plus, dans les moteurs       électriques,    non seulement la puissance du     moteur          serait    variable, mais. aussi le     courant    d'alimentation,  ce qui rendrait les caractéristiques dynamiques de ce  moteur très mauvaises.  



  Le     palier    représenté aux     fig.    6 et 7 est monté de  façon que l'arbre 4 soit tenu normalement dans l'axe       Z-Z'.    Pour     cela,    la capsule 1 du palier à billes 7 est  engagée dans un organe élastique 2 dont la périphé  rie est fixée à un     support    de     palier    3. L'organe 2 est  constitué par une plaque dans laquelle des ouvertures  symétriques sont     découpées.    Ces ouvertures sont en  arc de     cercle    et elles sont disposées de façon que  l'organe 2 soit relativement rigide dans son plan,  mais très souple dans les autres directions.

   Ainsi,  l'arbre 4 ne peut     pratiquement    pas se     déplacer    laté  ralement, tandis que la     capsule    1 peut effectuer son  mouvement     d'oscillation    méridienne presque sans       résistance.     



  La forme des     découpures    de l'organe 2 ne doit  pas     nécessairement    être en arc de     cercle,    comme on  le voit à la     fig.    7. On obtiendrait aussi les résultats       décrits    ci-dessus,, si le palier à billes était monté dans  le     support    3 par     l'intermédiaire    de plusieurs bras  radiaux constitués     chacun    par des plaques relative  ment larges et très     minces.     



  Dans le     palier    décrit, les     inconvénients    des paliers  à bague extérieure fixe sont     éliminés.    Ce palier n'op  pose qu'une petite     résistance    à la rotation de l'arbre  4. Cette     résistance    dépend de la masse de la bague 5  et de la capsule 1, ainsi que de     l'élasticité    de l'or  gane 2.  



  La     fig.    8 représente une paire de paliers, identi  ques à     celui    qui est     représenté    aux     fig.    6 et 7, mon  tés dans des     couvercles    3' d'un moteur électrique de  très     petites        dimensions,    l'arbre 4 de ce moteur ayant  moins de 3 mm de diamètre. Les     déplacements     axiaux de     cet    arbre et du rotor 9 qu'il porte sont       limités    par deux     manchons    8     solidaires    des couver  cles 3'.

   Ces derniers sont     eux-mêmes    fixés à l'enve  loppe 10 du moteur.      La     fig.    9 représente la façon dont travaille cha  cun des deux paliers de     ce        moteur,    les déformations  dues aux imprécisions de     fabrication    du palier 7 étant  exagérées. Dans     chacun    de     ces    paliers, la masse  totale de la bague 5 et de la capsule 1 est égale à  0,17 g et l'équivalent de la rigidité de l'organe 2 est  égal à 0.36     #    10-7 dyne cm.

   Ce palier travaille  convenablement pour des vitesses de l'arbre 4 infé  rieures à 500 tours par     seconde.    A 5000 tours!       minute,    chacun desdits paliers cause une perte de       puissance    de 2,2     mW.     



  Le système     oscillant        constitué    par chacun desdits  paliers     peut    être     assimilé    à une masse     mo    suspendue  librement à un ressort,     mo    étant la somme des mas  ses ml et     m2        respectivement    de la capsule 1 et de la  bague 5, et l'organe 2 constituant le ressort.

   Il peut  aussi être     assimilé    à un circuit électrique oscillant       (fig.    10-A) composé d'une self, dont l'induction cor  respond à la masse     mo,    et d'un condensateur dont  la capacité     correspond    à l'élasticité de l'organe 2.  Le diagramme de la     fig.    10-B illustre l'action d'un  tel système oscillant. Dans ce diagramme, les, dépla  cements E sont reportés. en fonction de la fréquence,  c'est-à-dire de la vitesse de rotation du moteur et       wp    est la     fréquence    de résonance.

   Il en ressort que,  pour des     fréquences    inférieures à     wo'    , les     paliers    cor  respondants absorbent une quantité d'énergie     t,,    dé  pendant de la masse     mo    et des caractéristiques     So    de  l'organe 2, qui est pratiquement     négligeable.    Grâce  aux paliers décrits, il est ainsi     possible    de construire  un moteur à grande vitesse de rotation et dont le  couple est très petit.  



  Les conditions de roulement dans le palier décrit  sont absolument stables et il ne se produit pas de  choc notable dû aux irrégularités de la gorge du rou  lement à billes, lorsque l'arbre tourne à des vitesses  relativement grandes. De plus, ce palier n'absorbe  pas une quantité d'énergie notable par friction. Par  ailleurs, en se contentant de fabriquer le palier décrit  avec des     tolérances        courantes.,    il est possible d'obte  nir la     précision    de l'alignement des centres de deux  tels paliers destinés à pivoter un arbre, et les qualités  dynamiques qu'on ne peut habituellement obtenir  avec les roulements à billes connus qu'en les usinant  et en les montant avec une très haute précision.

   En    effet, si les axes des deux paliers destinés à suppor  ter l'arbre 4 ne sont pas alignés, cet arbre peut néan  moins tourner librement grâce à la     flexibilité    des  organes 2.

Claims (1)

  1. REVENDICATION I Palier à billes radial destiné à pivoter un arbre, caractérisé par le fait que sa bague extérieure de roulement est supportée par un organe de suspension relativement rigide dans le plan du palier, mais élas tique dans les autres directions, afin de constituer un système oscillant n'absorbant pratiquement aucune énergie, et de compenser ainsi les imprécisions .d'usi nage des éléments. du palier. SOUS-REVENDICATIONS 1. Palier selon la revendication I, caractérisé par le fait que ledit organe de suspension a des parties qui s'étendent radialement à partir de ladite bague extérieure de roulement. 2.
    Palier selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit organe de suspension est constitué par un ressort plat, dans lequel sont découpées des ouvertu res telles que ledit ressort soit relativement rigide radialement, mais permette des déplacements méri diens sans absorption d'énergie sensible. 3. Palier selon la sousrrevendication 2, caracté risé par le fait que lesdites découpures sont en arcs de cercle centrés sur l'axe du palier.
    REVENDICATION II Utilisation d'une paire de paliers selon la reven dication I dans un moteur électrique de très petites dimensions, pour pivoter le rotor de ce moteur. SOUS-REVENDICATION 4. Utilisation selon la revendication II, dans un moteur qui comprend une enveloppe et deux couver cles à chaque extrémité du rotor, les organes de sus pension desdits paliers ayant leur périphérie fixée auxdits couvercles.
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