FR2488352A1

FR2488352A1 - Pneumatic bearing for high speed grinding wheel - has conical hollow spindle end supported by air cushion between sloping perforated sleeves

Info

Publication number: FR2488352A1
Application number: FR8017378A
Authority: FR
Inventors: Masakazu Kakimoto
Original assignee: USHIO AIR TOOL CO Ltd
Current assignee: USHIO AIR TOOL CO Ltd
Priority date: 1980-08-06
Filing date: 1980-08-06
Publication date: 1982-02-12

Abstract

The pneumatic bearing for a very high speed rotating part such as a grinding wheel (18) mounted on a spindle (3) has the end (13) of the spindle shaped as a hollow cone. This is supported between two concentric sleeves (1,2) forming a conical space matching the slope of the spindle end, acting as a chamber for an air cushion. Both conical parts of the sleeves have sets of holes (11,12) through them, through which air is forced against both sides of the conical spindle end. Air is blown through a connection (5') through an outer ring to pass through the outer holes (11) and air is blown axially through an end connection (10') in a block (10) at the open end of the inner sleeve, to pass through the inner holes (12). Air from the air cushion is discharged at one end through holes (17) in the spindle and at the rear, through holes (16) through an outer housing sleeve (7). The inlet holes terminate in grooves along the concentric sleeves.

Description

En général, la plupart des paliers destinés à supporter des arbres tournant à grande vitesse contiennent soit un roulement à billes ou à galets soit un coussinet hydraulique, c'est-à-dire une pellicule d'huile sous haute pression qui entoure et supporte le tourillon de l'arbre rotatif, de sorte que ce dernier flotte en quelque sorte dans son palier Dans le cas d' arbre qui tournent à des vitesses encore plus grandes, on utilise des paliers dans lesquels s'exerce soit une force magnétique de répulsion, soit une force pneumatique afin de réduire au minimum les frottements de 11 arbre contre les surfaces solides du palier dans lequel ils tournent. In general, most bearings intended to support shafts rotating at high speed contain either a ball or roller bearing or a hydraulic bearing, that is to say a film of oil under high pressure which surrounds and supports the trunnion of the rotary shaft, so that the latter somehow floats in its bearing In the case of shafts which rotate at even greater speeds, bearings are used in which is exerted either a magnetic force of repulsion, or a pneumatic force in order to minimize the friction of the shaft against the solid surfaces of the bearing in which they rotate.

La présente invention concerne la dernière des teehniques précites, c'est-à-dire un ensemble constitué d'un arbre dont les extrémités tourillonnent à très grande vitesse de rotation dans des paliers à coussinets pneumatiques. The present invention relates to the last of the above-mentioned techniques, that is to say an assembly consisting of a shaft, the ends of which rotate at very high speed of rotation in bearings with pneumatic bearings.

Dans les dispositifs classiques de ce type, le tronçon tourillonnant de l'arbre est enfilé dans un coussinet cylindrique dont il est séparé par un très étroit intervalle dans lequel est injecté de l'air comprimé, de sorte que ce très mince coussin d'air supporte ce tourillon qu'il fait "flotter" en le tenant à l'écart de la paroi du coussinet. La structure et le fonctionnement théorique de ce dispositif sont analogues à ceux des coussinets hydrauliques précités, la seule différence entre eux étant que l'huile sous pression du coussinet hydraulique est remplacée par de l'air comprimé dans le coussinet pneumatique. In conventional devices of this type, the swiveling section of the shaft is threaded into a cylindrical pad from which it is separated by a very narrow gap into which compressed air is injected, so that this very thin cushion of air supports this pin which it makes "float" by keeping it away from the wall of the bearing. The structure and the theoretical operation of this device are similar to those of the aforementioned hydraulic bearings, the only difference between them being that the oil under pressure of the hydraulic bearing is replaced by compressed air in the pneumatic bearing.

Toutefois, pour qu'un palier à coussinet pneumatique puisse en pratique assurer convenablement sa fonction si l'arbre qu'il supporte tourne à très grande vitesse, il doit être capable d'empêcher le tronçon tourillonnant de cet arbre d'entrer en contact aussi bien radialement qu'axialement avec les surfaces solides du palier. En d'autres termes, il doit pouvoir supporter les efforts exercés aussi bien radialement qu'axialement par le tourillon ainsi que satisfaire aux impératifs structuraux contradictoires suivants, à savoir la réduction de la masse volumique du tourillon en même temps que la plus grande augmentation possible de l'aire de ce dernier sur laquelle s'exerce la pression. However, for a pneumatic cushion bearing to be able to perform its function properly if the shaft which it supports rotates at very high speed, it must be able to prevent the swiveling section of this shaft from also coming into contact both radially and axially with the solid surfaces of the bearing. In other words, it must be able to withstand the forces exerted both radially and axially by the journal as well as satisfy the following contradictory structural requirements, namely the reduction in the density of the journal at the same time as the greatest possible increase of the area of the latter on which the pressure is exerted.

Les paliers à coussinets pneumatiques du type précité doivent toutefois comporter aussi un moyen d'empêcher l'arbre qu'ils supportent d'en sortir. Ce moyen est généralement constitué par une bride périphérique qui, faisant partie de l'arbre, entre en contact avec un palier de butée destiné à supporter l'effort axial exercé par cet arbre. I1 en résulte un agrandissement et un allongement du palier ainsi qu'une augmentation de la masse volumique du tronçon tourillonnant de l'arbre, augmentation due à l'existence de la bride précitée. De plus, cela complique le circuit interne du palier de butée. Pneumatic cushion bearings of the aforementioned type must, however, also include a means of preventing the shaft which they support from leaving it. This means is generally constituted by a peripheral flange which, forming part of the shaft, comes into contact with a thrust bearing intended to support the axial force exerted by this shaft. I1 results in an enlargement and an elongation of the bearing as well as an increase in the density of the swiveling section of the shaft, increase due to the existence of the aforementioned flange. In addition, this complicates the internal circuit of the thrust bearing.

En revanche, si, sans évider le tronçon tourillonnant de l'arbre, on lui donne une conformation plus ou moins tronconique pour lui permettre de supporter à la fois des charges radiales et axiales ou bien si l?on augmente son diamètre ou sa longueur pour accroître l'aire totale sur laquelle s'exerce la pression, cela accroît dans les deux cas sa masse volumique et ne lui permet pas de satisfaire aux deux impératifs structuraux précités sans lesquels un palier à coussinet pneumatique ne peut pas fonctionner convenablement. On the other hand, if, without hollowing out the swiveling section of the tree, it is given a more or less frustoconical conformation to allow it to support both radial and axial loads or else if its diameter or its length is increased to increase the total area on which the pressure is exerted, this increases in both cases its density and does not allow it to meet the two aforementioned structural requirements without which a pneumatic bearing can not function properly.

Par conséquent, s'il est possible, dans le cas d'un arbre dont la vitesse de rotation est assez grande, de substituer à un palier à coussinet hydraulique un palier classique à coussinet pneumatique en remplaçant l'huile sous pression du premier par de l'air comprimé, on ne peut espérer qu'un tel palier à coussinet pneumatique assure une lubrification suffisante si l'arbre qu'il supporte doit tourner à une vitesse beaucoup plus grande. Consequently, if it is possible, in the case of a shaft whose rotation speed is quite high, to replace a hydraulic bearing with a conventional bearing with pneumatic bearing by replacing the pressurized oil of the first by compressed air, one cannot hope that such a pneumatic bearing provides sufficient lubrication if the shaft which it supports must rotate at a much greater speed.

La présente invention concerne donc l'amélioration essentielle de la lubrification assurée par les classiques paliers du type précité à coussinet pneumatique, au moyen d'un ensemble court et de petite dimension constitué par le tronçon tourillonnant d'un arbre et ie palier à coussinet pneumatique dans lequel il tourne, cet ensemble permettant à l'arbre en question de tourner à vitesses moyenne, élevee, et notamment très élevée. Cet ensemble, dont le rendement est excellent aussi bien au démarrage qu'à l'arrêt de l'arbre en question et qui est capable de supporter des charges aussi. bien radia les qu'axiales, comporte cn palier à coussinet pneumatique dans lequel tourne un tourillon dont la masse volumique est plus faible et dont la surface sous pression est plus grande que dans les ensembles analogues de la technique antérieure. The present invention therefore relates to the essential improvement in the lubrication ensured by the conventional bearings of the aforementioned type with pneumatic bearing, by means of a short and small assembly consisting of the swiveling section of a shaft and the pneumatic bearing in which it rotates, this assembly allowing the shaft in question to rotate at medium, high, and in particular very high speeds. This set, whose performance is excellent both at start-up and at stop of the tree in question and which is capable of supporting loads too. both radially and axially, has a pneumatic cushion bearing in which a pin turns whose density is lower and whose surface under pressure is greater than in similar assemblies of the prior art.

Dans cet ensemble selon l'invention,le coussinet pneumatique peut supporter aussi bien les charges radiale qu'axiale exercées par le tronçon tourillonnant de l'arbre en empêchant ce tourillon d'entrer en contact avec les surfaces solides ou porteuses du palier et en réduisant donc beaucoup sa résistance de frottement.In this assembly according to the invention, the pneumatic bearing can support both the radial and axial loads exerted by the journaling section of the shaft by preventing this journal from coming into contact with the solid or bearing surfaces of the bearing and by reducing so much its friction resistance.

La présente invention concerne donc un ensemble constitué d'un arbre tourillonnant par une de ses extrémités dans un palier à coussinet pneumatique. Cette extrémité ou tourillon a la forme d'un entonnoir ou d'une cloche ("en y") qui tourne autour de son axe dans un logement annulaire délimité par les surfaces porteuses opposées des extrémités tronconiques mâle et femelle emboîtées l'une dans l'autre des deux éléments intérieur et périphérique du palier.Les faces périphérique et intérieure de ce tourillon évasé sont respectivement séparées des surfaces porteuses précitées par des intervalles très étroits dans lesquels débouchent des ajutages espacés qui traversent respectivement les parois des extrémités mâle et femelle précitées, de sorte que l'injection d'air comprimé dans le logement par ces ajutages a pour effet d'engendrer dans ces intervalles de minces coussins d'air qui supportent les efforts exercés axialement et radialement par le tourillon en le maintenant en équilibre et à l'écart des surfaces porteuses précitées. The present invention therefore relates to an assembly consisting of a shaft journalled by one of its ends in a pneumatic bearing. This end or trunnion has the shape of a funnel or a bell ("in y") which turns around its axis in an annular housing delimited by the opposite bearing surfaces of the male and female frustoconical ends nested one in the other of the two inner and peripheral elements of the bearing. The peripheral and inner faces of this flared journal are respectively separated from the abovementioned bearing surfaces by very narrow intervals into which open spaced nozzles which pass respectively through the walls of the aforementioned male and female ends, so that the injection of compressed air into the housing by these nozzles has the effect of generating in these intervals thin air cushions which support the forces exerted axially and radially by the pin keeping it in equilibrium and at gap of the aforementioned load-bearing surfaces.

Le tourillon évasé en question peut ou bien faire partie de l'arbre, auquel cas l'extrémité de ce dernier est convenablement usinée, ou bien être une pièce distincte qui a la conformation d'un entonnoir emmanché sur l'arbre de façon à en être solidaire. La paroi de ce tourillon évasé en forme d'entonnoir a de préférence une épaisseur constante et est aussi mince que possible compte tenu de la charge évntelle- ment prédéterminée qu'il doit supporter, cela afin non seulement de l'alléger mais aussi d'égaliser les surfaces sous pression de ses deux faces externe et interne en équilibrant ainsi les pressions exercées par l'air sur ces deux facs. The flared pin in question can either be part of the shaft, in which case the end of the latter is suitably machined, or else be a separate part which has the conformation of a funnel fitted on the shaft so as to be united. The wall of this flared trunnion in the form of a funnel preferably has a constant thickness and is as thin as possible taking into account the eventual predetermined load which it must bear, this in order not only to lighten it but also to equalize the pressure surfaces of its two external and internal faces, thus balancing the pressures exerted by the air on these two facs.

Dans cette première forme de réalisation de l'ensem- ble selon l'invention, les surfaces porteuses interne et externe des deux éléments tronconiques, emboîtés l'un dans 1' autre, du palier délimitent entre elles le- logement annulaire tronconique d'un seul tourillon en forme d'entonnoir qui constitue une extrémité de l'arbre. Dans une autre forme de réalisation de ce même ensemble, plusieurs tourillons analogues au précédent sont emmanchés sur l'arbre dans le prolongement l'un de l'autre.Chacun d'eux a la forme d'un entonnoir qui tourne autour de son axe dans un logement annulaire délimité par les surfaces porteuses opposées des extrémités tronconiques mâle et femelle emboîtées l'une dans l'autre des deux éléments intérieur et périphérique d'un palier. I1 y a donc autant de paliers que de tourillons. Les faces périphérique et intérieure de chaque tourillon évasé sont respectivement séparées des surfaces porteuses correspondantes de chaque palier par des intervalles très étroits dans lesquels débouchent des ajutages espacés qui traversent respectivement les parois des extrémités tronconiques mâle et femelle du palier considéré. Cette structure accroit en conséquence la résistance des tourillons considérés aux efforts exercés par l'arbre. In this first embodiment of the assembly according to the invention, the internal and external bearing surfaces of the two frustoconical elements, fitted one inside the other, of the bearing delimit between them the frustoconical annular housing of a single funnel-shaped pin which constitutes one end of the tree. In another embodiment of this same assembly, several pins similar to the previous one are fitted on the shaft in the extension of one another. Each of them has the shape of a funnel which rotates around its axis in an annular housing delimited by the opposite bearing surfaces of the tapered male and female ends fitted one inside the other of the two inner and peripheral elements of a bearing. There are therefore as many bearings as there are journals. The peripheral and inner faces of each flared pin are respectively separated from the corresponding bearing surfaces of each bearing by very narrow intervals into which spaced nozzles open which pass respectively through the walls of the tapered male and female ends of the bearing in question. This structure consequently increases the resistance of the pins considered to the forces exerted by the shaft.

Les ajutages précités débouchent soit directement dans les surfaces porteuses externe et interne soit dans des cannelures longitudinales que forment ces surfaces. Dans ce dernier cas, il est possible de réduire le nombre de ces ajutages, par conséquent d'améliorer le rendement des tourillons et de répartir uniformément la pression de l'air sur ces derniers. The aforementioned nozzles open either directly into the external and internal load-bearing surfaces or into longitudinal grooves formed by these surfaces. In the latter case, it is possible to reduce the number of these nozzles, consequently to improve the efficiency of the journals and to distribute the air pressure uniformly over the latter.

Des exemples préférés, mais nullement limitatifs, de l'invention seront décrits plus en détail en regard des dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une coupe verticale d'un ensemble selon l'invention, ensemble constitué par un tourillon spécialement profilé coopérant avec un coussinet pneumatique
la figure 2 est une coupe selon la liqne II-II de la figure 1
la figure 3, analogue à la figure 2, mcntre à plus grande échelle comment la pression s'exerce sur le tourillon de la figure 1
la figure 4, analogue à une partie de la figure 1, montre les éléments essentiels d'une variante de l'ensemble selon l'invention ; et
la figure ', analogue à la figure 1, montre une autre variante de l'ensemble selon l'invention.Preferred, but by no means limiting, examples of the invention will be described in more detail with reference to the appended drawings in which
Figure 1 is a vertical section of an assembly according to the invention, assembly consisting of a specially profiled pin cooperating with a pneumatic pad
Figure 2 is a section along line II-II of Figure 1
Figure 3, similar to Figure 2, mcntre on a larger scale how the pressure is exerted on the pin of Figure 1
Figure 4, similar to a part of Figure 1, shows the essential elements of a variant of the assembly according to the invention; and
Figure ', similar to Figure 1, shows another variant of the assembly according to the invention.

Sur la figure 1, les références 1 et 2 désignent respectivement les deux éléments périphérique et intérieur d'un palier, et la référence 3 l'arbre destiné à tourillonner dans ce palier. In FIG. 1, the references 1 and 2 respectively designate the two peripheral and interior elements of a bearing, and the reference 3 the shaft intended to pivot in this bearing.

L'élément périphérique 1 du palier comporte un tron çon tronconique femelle la dont la plus grande base annulaire se raccorde à l'une des extrémités annulaires d'un tronçon lb. The peripheral element 1 of the bearing comprises a female frustoconical section 1a, the largest annular base of which is connected to one of the annular ends of a section 1b.

La surface interne du tronçon la constitue la surface porteuse périphérique 1' du palier.The internal surface of the section constitutes the peripheral support surface 1 ′ of the bearing.

L'élément intérieur 2 de ce palier comporte un tronçon mâle creux 2a dont la forme tronconique est complémentaire de celle du tronçon femelle précité la ou 1', et un tronçon cylindrique 2b qui se raccorde à la base annulaire de ce tronçon mâle 2a dont la surface périphérique constitue la surface porteuse intérieure 2' du palier. The inner element 2 of this bearing comprises a hollow male section 2a whose frustoconical shape is complementary to that of the aforementioned female section 1a or 1 ', and a cylindrical section 2b which is connected to the annular base of this male section 2a whose peripheral surface constitutes the interior bearing surface 2 ′ of the bearing.

Les éléments intérieur 2 et périphérique 1 du palier s'emboîtent coaxialement l'un dans l'autre, le premier compotant, à l'opposé de son tronçon tronconique mâle, une bride périphérique 2c qui entre en contact avec l'extrémité correspondante du second de façon à amener l'une en face de l'autre les surfaces porteuses 2' et 1' de leurs tronçons mâle et femelle respectifs 2a et la. The inner 2 and peripheral 1 elements of the bearing fit into each other coaxially, the first component, opposite its male frusto-conical section, a peripheral flange 2c which comes into contact with the corresponding end of the second so as to bring one opposite the other the carrying surfaces 2 'and 1' of their respective male and female sections 2a and la.

Ces deux surfaces 1' et 2' délimitent ainsi entre elles un logement annulaire oblique 4 en forme de tronc de câne droit de révolution. These two surfaces 1 ′ and 2 ′ thus delimit between them an oblique annular housing 4 in the form of a straight trunk of revolution.

Le tronçon tronconique femelle la de l'élément périphérique 1 du palier comporte à ses deux extrémités des brides dont les surfaces périphériques circulaires sont dans le prolongement l'une de l'autre et forment chacune une rainure périphérique circulaire. Sur ces brides est enfilée une bajoue 5 qui enveloppe ce tronçon femelle la en assurant l'étanchéité à l'air et en coopérant avec lui pour former un conduit annulaire 6 destiné au passage d'un courant d'air comprime. The female frustoconical section 1a of the peripheral element 1 of the bearing comprises at its two ends flanges whose circular peripheral surfaces are in the extension of one another and each form a circular peripheral groove. On these flanges is threaded a jowl 5 which envelops this female section by ensuring airtightness and cooperating with it to form an annular duct 6 intended for the passage of a compressed air stream.

L'extrémité profonde de cette bague 5 est en contact avec celle correspondante du tronçon cylindrique lb de l'élé ment périphérique 1 du palier, et E lle est vissée dans une des extrémités d'un manchon de fixation 7 dont l'autre extrémité forme une collerette 7' dont la face intérieure est en contact avec l'extrémité correspondante de la bride 2c du tronçon cylindrique 2b de l'élément intérieur 2 du palier. The deep end of this ring 5 is in contact with that corresponding to the cylindrical section lb of the peripheral element 1 of the bearing, and it is screwed into one of the ends of a fixing sleeve 7, the other end of which forms a flange 7 ', the inner face of which is in contact with the corresponding end of the flange 2c of the cylindrical section 2b of the inner element 2 of the bearing.

Une fois vissé sur la bague 5, ce manchon de fixation 7 serre entre sa collerette 7' et cette bague 5 les tronçons cylindriques lb et 2b des deux éléments 1 et. 2 du palier qui sont ainsi assemblés et pratiquement solidaires l'un de l'autre. En dévissant le manchon de fixation 7 de façon à le séparer de la bague 5, on peut séparer l'un de l'autre les deux éléments 2 et 1 du palier. Once screwed onto the ring 5, this fixing sleeve 7 clamps between its collar 7 'and this ring 5 the cylindrical sections 1b and 2b of the two elements 1 and. 2 of the bearing which are thus assembled and practically integral with one another. By unscrewing the fixing sleeve 7 so as to separate it from the ring 5, the two elements 2 and 1 of the bearing can be separated from one another.

La bride 2c de l'élément intérieur 2 du palier est percée de trous taraudés dans lesquels passent des vis de réglage 8 qui entrent en contact avec l'extrémité correspondante du tronçon cylindrique lb de l'élément périphérique 1 du palier. En faisant tourner d'abord ces vis 8 puis le manchon de fixation 7, il est possible de rapprocher ou d'éloigner axialement un peu l'un de l'autre les éléments 1 et 2 du palier de façon à régler la largeur de l'intervalle compris entre les surfaces porteuses 1' et 2' de leurs tronçons femelle et mâle et par conséquent la largeur du logement annulaire 4. The flange 2c of the inner element 2 of the bearing is pierced with threaded holes through which pass adjusting screws 8 which come into contact with the corresponding end of the cylindrical section lb of the peripheral element 1 of the bearing. By first rotating these screws 8 and then the fixing sleeve 7, it is possible to bring axially a little closer or further away from each other the elements 1 and 2 of the bearing so as to adjust the width of the 'interval between the bearing surfaces 1' and 2 'of their female and male sections and therefore the width of the annular housing 4.

Un tuyau 5' assujetti à la bague 5 permet de faire fasse, dans le conduit 6 qui entoure le tronçon femelle la, un courant d'air comprimé. De même, un autre tuyau 10' assujetti à un raccord 10 vissé dans le tronçon cylindrique 2b de l'élément intérieur 2 du palier permet de faire passer un autre courant d'air comprimé dans le compartiment 9 que forme intérieurement cet élément 2. A pipe 5 ′ secured to the ring 5 makes it possible to make, in the conduit 6 which surrounds the female section 1a, a stream of compressed air. Similarly, another pipe 10 'subject to a connector 10 screwed into the cylindrical section 2b of the inner element 2 of the bearing makes it possible to pass another stream of compressed air into the compartment 9 that this element 2 forms internally.

La surface intérieure porteuse 1' du tronçon tronconique femelle la de élément périphérique 1 du palier forme une rangée circulaire de cannelures longitudinales espacées 11 dans lesquelles débouchent des ajutages l1' qui les font communiquer avec le conduit 6 précité, de sorte que l'air comprimé que contient ce dernier peut être réparti par ces ajutages dans ces cannelures puis être projeté dans le logement 4. The inner carrying surface 1 ′ of the female frustoconical section 1a of peripheral element 1 of the bearing forms a circular row of spaced apart longitudinal grooves 11 into which open nozzles l1 ′ which make them communicate with the aforementioned conduit 6, so that the compressed air that the latter contains can be distributed by these nozzles in these grooves then be projected into the housing 4.

De même, la surface porteuse 2' du tronçon tronconique mâle 2a de l'élément intérieur 2 du palier forme-une rangée circulaire de cannelures longitudinales 12 dans lesquelles débouchent des ajutages 12' qui les font communiquer avec l'intérieur 9 de cet élément 2, de sorte que l'air comprimé que contient ce dernier peut être réparti par ces ajutages 12' dans ces cannelures 12 qui le projettent dans le logement 4. Likewise, the carrying surface 2 ′ of the male frustoconical section 2a of the interior element 2 of the bearing forms a circular row of longitudinal grooves 12 into which open nozzles 12 ′ which make them communicate with the interior 9 of this element 2 , so that the compressed air which the latter contains can be distributed by these nozzles 12 'in these grooves 12 which project it into the housing 4.

Ce logement 4 contient l'extrémité tourillonnante 13 en forme d'entonnoir de l'arbre rotatif 3. Ce tourillon 13 peut soit faire partie de cet arbre soit être un élément distinct qui lui est assujetti après coup. I1 a une section en Y. Dans une forme préférée de réalisation représentée sur les figures, on voit que l'arbre 3 est une broche à l'une des extrémités de laquelle est assujettie une meule 14 en grès. This housing 4 contains the swivel end 13 in the form of a funnel of the rotary shaft 3. This trunnion 13 can either be part of this shaft or be a separate element which is subjected thereto afterwards. I1 has a Y-shaped section. In a preferred embodiment shown in the figures, it can be seen that the shaft 3 is a spindle at one end of which a grinding wheel 14 of sandstone is secured.

Le tourillon 13 précité a la forme d'un entonnoir tronconique dont la conformation correspond à celle du logement 4 destiné à le contenir et présentant une extrémité libre dilatée. La paroi mince du tourillon 13 a une épaisseur constante d'un bout à l'autre. The aforementioned pin 13 has the shape of a frustoconical funnel whose conformation corresponds to that of the housing 4 intended to contain it and having a free expanded end. The thin wall of the pin 13 has a constant thickness from one end to the other.

Pour mettre l'arbre 3 en place dans le palier, on commence par enlever le manchon de fixation 7 et extraire de l'élément périphérique 1 de ce palier son élément intérieur 2. To put the shaft 3 in place in the bearing, one begins by removing the fixing sleeve 7 and extracting from the peripheral element 1 of this bearing its inner element 2.

On enfile alors l'arbre 3 dans le tronçon cylindrique lb de l'élément périphérique 1 en faisant avancer son corps jusqu'à ce que son tourillon tronconique 13 vienne s'emboîter dans le tronçon femelle la de cet élément 1, après quoi on réemboîte l'élément intérieur 2 du palier dans son élément périphérique 1, le tourillon 13 de l'arbre 3 étant ainsi capable de tourner dans le logement 4 délimité entre eux par les tronçons tronconiques mâle et femelle des deux éléments du palier.The shaft 3 is then threaded into the cylindrical section 1b of the peripheral element 1 by advancing its body until its frusto-conical journal 13 comes to fit into the female section 1a of this element 1, after which it is re-fitted the inner element 2 of the bearing in its peripheral element 1, the pin 13 of the shaft 3 thus being able to rotate in the housing 4 delimited between them by the male and female frustoconical sections of the two elements of the bearing.

Sur la figure 1, les références 15, 16 et 17 désignent des trous par lesquels s'échappe l'air comprimé et la référence 18 une poulie destinée à faire tourner l'arbre 3 au moyen d'une courroie de transmission. In FIG. 1, the references 15, 16 and 17 designate holes through which the compressed air escapes and the reference 18 a pulley intended to rotate the shaft 3 by means of a transmission belt.

L'ensemble selon l'invention fonctionne de la manière suivante : l'air comprimé que les ajutages 11' et 12' répartissent dans les cannelures longitudinales 11 et 12 est projeté contre les faces extérieure et intérieure du tourillon 13 en le supportant ainsi à l'intérieur du logement 4 et en l'empêchant d'entrer en contact avec les surfaces porteuses 1', 2' des éléments 1 et 2 du palier, de sorte que ce tourillon 13 tourne en flottant sur un coussin d'air en mouvement dans son logement 4. The assembly according to the invention operates in the following manner: the compressed air that the nozzles 11 ′ and 12 ′ distribute in the longitudinal grooves 11 and 12 is projected against the exterior and interior faces of the pin 13 thereby supporting it against the inside the housing 4 and preventing it from coming into contact with the bearing surfaces 1 ′, 2 ′ of the elements 1 and 2 of the bearing, so that this pin 13 rotates while floating on a cushion of air moving in its housing 4.

La figure 3 montre comment se répartit la pression de l'air. Si la charge qui s'exerce sur le tourillon 13 provoque son déplacement latéral, par exemple de haut en bas sur la figure 3, en l'écartant de l'axe commun des deux éléments 1 et 2 du palier, l'intervalle qui le sépare de la surface porteuse 1' devient plus étroit d'un côté (en a) que de l'autre (en a'), en même temps que l'intervalle qui le sépare de l'autre surface porteuse 2' devient plus étroit d'un côté (en b') que de l'autre (en b), ce qui a pour effet d'augmenter la pression exercée par l'air en a et en b' et de la faire décraître en b et en a'. Figure 3 shows how the air pressure is distributed. If the load exerted on the pin 13 causes its lateral displacement, for example from top to bottom in FIG. 3, away from the common axis of the two elements 1 and 2 of the bearing, the interval which separates from the carrier surface 1 'becomes narrower on one side (in a) than on the other (in a'), at the same time as the interval which separates it from the other carrier surface 2 'becomes narrower on one side (in b ') than on the other (in b), which has the effect of increasing the pressure exerted by the air in a and in b' and causing it to decrease in b and in a '.

La force qui s'exerce ainsi sur le tourillon 13 est amplifiée par l'action de la pression de l'air s'exerçant sur les faces intérieure et périphérique du tourillon 13, cette force (c'est-à--dire de bas en haut sur la figure 3) le r-amène dans sa position normale d'équilibre dans laquelle son axe coïncide avec ceux des deux éléments 1 et 2 du palier. Cela se fait rapidement et automatiquement jusqu'à rétablissement de l'équilibre entre les pressicns pneumatiques qui s'exercent sur les faces périphérique et intérieure de ce tourillon 13, qui tourne donc dans son logement sans pratiquement entrer en contact avec les surfaces porteuses 1' et 2'. The force which is thus exerted on the pin 13 is amplified by the action of the air pressure exerted on the inner and peripheral faces of the pin 13, this force (that is to say from the bottom above in FIG. 3) the r-brings it into its normal equilibrium position in which its axis coincides with those of the two elements 1 and 2 of the bearing. This is done quickly and automatically until the equilibrium between the pneumatic pressures which are exerted on the peripheral and inner faces of this pin 13 is restored, which therefore rotates in its housing without practically coming into contact with the load-bearing surfaces 1 ' and 2 '.

L'air comprimé qui a ainsi fait fonction de coussinet pneumatique dans le logement 4 en sort par un intervalle annulaire voisin de son extrémité dégagée pour être ensuite évacué par les trous 15, 16 et 17. The compressed air which has thus acted as a pneumatic cushion in the housing 4 exits therefrom through an annular interval close to its cleared end to be then evacuated through the holes 15, 16 and 17.

La figure 4 représente une variante de l'ensemble selon l'invention, variante dans laquelle le tourillon 13' de l'arbre 3 a la forme d'une cloche dont la paroi s'incurve progressivement en s'évasant de plus en plus de l'intérieur vers l'extérieur, c'est-à-dire vers son extrémité libre. FIG. 4 represents a variant of the assembly according to the invention, a variant in which the journal 13 ′ of the shaft 3 has the shape of a bell, the wall of which is curved progressively while widening more and more. inside towards outside, that is to say towards its free end.

Les surfaces porteuses respectives 1" de l'élément périphérique 1 du palier et 2" de son élément intérieur 2 sont incurvées de la même façon que la paroi du tourillon 13', afin de leur permettre de mieux résister aux efforts que l'arbre exerce axialement. The respective bearing surfaces 1 "of the peripheral element 1 of the bearing and 2" of its inner element 2 are curved in the same way as the wall of the journal 13 ', in order to allow them to better resist the forces that the shaft exerts. axially.

La structure de cette variante de la figure 4 étant par ailleurs la même que celle de la forme de réalisation des figures 1 à 3, leurs autres éléments portent les mêmes références. The structure of this variant of Figure 4 is also the same as that of the embodiment of Figures 1 to 3, their other elements have the same references.

La figure 5 représente une autre variante de l'ensemble selon l'invention, variante dans laquelle le palier à coussinet pneumatique est double. Cet ensemble comporte un arbre 103 sur lequel sont assujettis par emmanchement, dans le prolongement l'un de l'autre, deux tourillons 113 et 123 en forme d'entonnoirs, chacun de ces tourillons tournant dans un logement 104 ou 124 que forment entre eux les deux éléments tronconiques mâle 102 ou 122 et femelle 101 ou 121 de chacun des paliers. FIG. 5 represents another variant of the assembly according to the invention, a variant in which the pneumatic cushion bearing is double. This assembly comprises a shaft 103 on which are fixed by fitting, in the extension of one another, two journals 113 and 123 in the form of funnels, each of these journals rotating in a housing 104 or 124 which form between them the two tapered male 102 or 122 and female 101 or 121 elements of each of the bearings.

Les logements précités 104 et 124 sont ainsi convenablement espacés suivant l'axe de l'arbre 103.The aforementioned housings 104 and 124 are thus suitably spaced along the axis of the shaft 103.

L'élément mâle 102 du palier qui est le plus enfoncé sur l'arbre 103 et l'élément femelle 121 de l'autre palier peuvent faire partie d'une même pièce 105, auquel cas ils sont reliés l'un à l'autre par un manchon 130 enfilé sur l'arbre 103. The male element 102 of the bearing which is the most pressed on the shaft 103 and the female element 121 of the other bearing can be part of the same part 105, in which case they are connected to each other by a sleeve 130 threaded on the shaft 103.

Sur la figure 5, les références 106, 107 et 108 désignent chacune un conduit d'alimentation en air comprimé. In FIG. 5, the references 106, 107 and 108 each designate a compressed air supply duct.

Les surfaces porteuses 101' , 102' et 121', 122' des deux éléments de chaque palier forment respectivement une rangée circulaire de cannelures longitudinales espacées 109, 110 et 111, 112 dans lesquelles débouchent des ajutages 109', 110', 111' et 112' qui les font communiqiier avec les conduits précités 10, 107 et 108, de sorte qu'elles répartissent le courant d'air comprimé que leur transmettent ces ajutages, courant d'air qu'elles projettent dans les logements 1C4 et 124. The bearing surfaces 101 ′, 102 ′ and 121 ′, 122 ′ of the two elements of each bearing respectively form a circular row of spaced apart longitudinal grooves 109, 110 and 111, 112 into which open nozzles 109 ′, 110 ′, 111 ′ and 112 'which make them communicate with the aforementioned conduits 10, 107 and 108, so that they distribute the stream of compressed air which these nozzles transmit to them, the stream of air which they project into the housings 1C4 and 124.

Le paroi du manchon 130 est également percée d'ajutages 114 par lesquels l'air comprimé que contient le conduit 107 passe à l'intérieur de ce manchon. The wall of the sleeve 130 is also pierced with nozzles 114 through which the compressed air contained in the conduit 107 passes inside this sleeve.

Les deux tourillons 113 et 123 en forme d'entonnoirs sont assujettis coaxialement par emmanchement sur l'arbre 103 de façon à en être solidaires, la paroi en forme d'entonnoir de chacun de ces tourillons tournant dans un des logements préci tés 104 et 124. The two trunnions 113 and 123 in the form of funnels are coaxially secured by fitting on the shaft 103 so as to be integral therewith, the funnel-shaped wall of each of these trunnions rotating in one of the above-mentioned housings 104 and 124 .

Pour monter l'ensemble en question, on commence par faire traverser à l'arbre 103, sur lequel n'est alors assujetti que le tourillcn 113, l'élément femelle 101 du premier palier, puis on enfile sur cet arbre 103 la pièce 105 de façon à emboîter dans cet élément tronconique femelle 113 l'élément tronconique mâle correspondant 102. On emmanche alors sur l'extrémité de l'arbre 103 le second tourillon 123 dans lequel on emboîte pour finir l'élément tronconique mâle 122 du second palier. To mount the assembly in question, we start by crossing the shaft 103, on which is then only subject the journal 113, the female element 101 of the first bearing, then we thread on this shaft 103 the part 105 so as to fit into this female frusto-conical element 113 the corresponding male frusto-conical element 102. The second pin 123 is then fitted onto the end of the shaft 103 in which the male frusto-conical element 122 of the second bearing is finally fitted.

Le manchon 130, qui relie l'un à l'autre l'élément mâle 102 du premier palier et l'élément femelle 121 du second palier, contient l'extrémité 133 de l'arbre 103, extrémité qui est comprise entre les deux tourillons 113 et 123 en forme d'entonnoirs. The sleeve 130, which connects to each other the male element 102 of the first bearing and the female element 121 of the second bearing, contains the end 133 of the shaft 103, the end which is between the two pins 113 and 123 in the form of funnels.

Dans l'ensemble représenté sur la figure 5, l'air comprimé qui passe dans les cannelures longitudinales 109, 110 et 111, 112 peut être projeté contre les faces externes et internes des tourillons 113 et 123 de façon à supporter ces derniers dans leurs logements respectifs 104 et 124,en empêchant leurs surfaces périphériques toutes entières d'entrer en contact avec les surfaces porteuses correspondantes 101', 102' et 121' , 122' des paliers. In the assembly shown in FIG. 5, the compressed air which passes through the longitudinal grooves 109, 110 and 111, 112 can be projected against the external and internal faces of the pins 113 and 123 so as to support the latter in their housings 104 and 124, by preventing their entire peripheral surfaces from coming into contact with the corresponding bearing surfaces 101 ', 102' and 121 ', 122' of the bearings.

Le coussin d'air comprimé qui passe par les ajutages 114 à l'intérieur du manchon 130 peut supporter aussi l'extrémité 133 de l'arbre 103, mais ce détail n'est pas considéré comme essentiel dans le cadre de la présente invention. The compressed air cushion which passes through the nozzles 114 inside the sleeve 130 can also support the end 133 of the shaft 103, but this detail is not considered essential in the context of the present invention.

La description précédente met en évidence que l'ensemble selon l'invention est constitué par un ou des tourillons qui. solidaires d'un arbre rotatif, ont chacun à peu près la forme d'une cloche ou d'un entonnoir et tournent chacun dans un coussinet pneumatique à l'intérieur d'un logement tronconique annulaire que délimitent entre elles les surfaces interne et externe respectives des deux éléments tronconiques mâle et femelle emboîtés l'un dans l'autre d'un palier Le palier à coussinet pneumatique ainsi constitué résiste aux effort exercés par l'arbre aussi bien radialement qu'axialement. The preceding description shows that the assembly according to the invention consists of one or more pins which. integral with a rotary shaft, each has roughly the shape of a bell or a funnel and each rotate in a pneumatic cushion inside an annular frustoconical housing which delimit between them the respective internal and external surfaces two male and female frusto-conical elements fitted one inside the other of a bearing The pneumatic cushion bearing thus formed resists the forces exerted by the shaft both radially and axially.

Du fait de sa conformation comparable à celle d'un entonnoir ou d'une cloche, le tourillon évidé selon l'invention est beaucoup plus léger qu'un classique tourillon massif. Due to its conformation comparable to that of a funnel or a bell, the hollowed pin according to the invention is much lighter than a conventional solid pin.

De plus, le coussinet pneumatique dans lequel il tourne est constitué de deux courants d'air comprimé circulant chacun contre une de ses faces externe et interne, l'aire totale sur laquelle s'exerce la pression de ces courants d'air étant la somme des aires des deux faces précitées et par conséquent beaucoup plus grande que dans le cas d'un classique tourillon massif.In addition, the pneumatic cushion in which it rotates consists of two streams of compressed air each flowing against one of its external and internal faces, the total area over which the pressure of these air streams is exerted. areas of the two aforementioned faces and therefore much larger than in the case of a conventional solid journal.

Le tourillon selon l'invention supporte les efforts exercés par l'arbre aussi bien radialement qu'axialement. il est plus léger que les tourillons classiques, et ses faces interne et externe augmentent l'aire sur laquelle s'exerce la pression de l'air, ce qui assure convenablement les fonctions lubrifiantes pratiquement requises dans le cas d'un palier à coussinet pneumatique : l'air comprimé est projeté de façon équilibrée contre les deux faces externe et interne du tourillon qui n'entre donc pratiquement pas en contact avec les surfaces porteuses du palier.L'usure par abrasion de l'ensemble en question est donc bien moindre que celle d'un classique palier à coussinet pneumatique, de sorte qu'il peut fonctionner pendant longtemps de façon satisfaisante s'il est monté sur un arbre tournant à très grande vitesse, par exemple,au moins 150.000 tr/min, vitesse qui n'a pu être atteinte jusqu'ici. The pin according to the invention supports the forces exerted by the shaft both radially and axially. it is lighter than conventional pins, and its internal and external faces increase the area on which the air pressure is exerted, which adequately provides the lubricating functions practically required in the case of a pneumatic bearing. : the compressed air is projected in a balanced manner against the two external and internal faces of the journal which therefore practically does not come into contact with the bearing surfaces of the bearing. The wear by abrasion of the assembly in question is therefore much less than that of a conventional pneumatic bearing, so that it can function satisfactorily for a long time if it is mounted on a rotating shaft at very high speed, for example, at least 150,000 rpm, a speed which n has been achieved so far.

En outre, l'allègement considérable du tourillon améliore le rendement de l'arbre dans certaines circonstances critiques, par exemple au démarrage et à l'arrêt. Il n'est donc plus nécessaire de donner à ce tourillon un trop grand diamètre ou une trop grande longueur, ce qui permet de rapprocher le diamètre de l'ensemble selon l'invention de celui de l'arbre qu'il contient, autrement dit d'en diminuer l'encombrement radial. In addition, the considerable reduction in the trunnion improves the performance of the shaft under certain critical circumstances, for example at start-up and at stop. It is therefore no longer necessary to give this trunnion too large a diameter or too long, which makes it possible to bring the diameter of the assembly according to the invention closer to that of the tree it contains, in other words to reduce its radial size.

L'ensemble selon l'invention peut constituer un palier à coussinet pneumatique de très faibles dimensions, contenant un arbre tournant à très grande vitesse, présentant une bonne longévité et utilisable pour de nombreuses applications, par exemple sur des machines destinées à effectuer un usinage de précision, sur des avions, sur des appareils et instruments de centrales nucléaires, etc. The assembly according to the invention can constitute a pneumatic bearing bearing of very small dimensions, containing a shaft rotating at very high speed, having a good longevity and usable for many applications, for example on machines intended to perform machining of precision, on airplanes, on nuclear power plant apparatus and instruments, etc.

II est en outre possible, au moyen de la dernière forme de réalisation décrite précédemment, d'augmenter encore la résistance de la partie tourillonnante de l'ensemble selon l'invention aux efforts qui s'exercent sur elle, ce qui améliore encore pratiquement les qualités de cet ensemble. It is also possible, by means of the last embodiment described above, to further increase the resistance of the swiveling part of the assembly according to the invention to the forces exerted on it, which further practically improves the qualities of this set.

Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté. It goes without saying that, without departing from the scope of the invention, numerous modifications can be made to the device described and shown.

Claims

1. Assembly consisting of a shaft (3), one end of which (13! Journals in a bearing (1, 2) with pneumatic bearing, characterized in that

the aforementioned end or pin (13) has 12 shape of a funnel or a bell which turns around its axis in an annular housing (4) delimited by the opposite bearing surfaces (2 'and 3') of the frustoconical ends male (2a) and female (la) nested one inside the other of the two interior (2) and peripheral (1) elements of the bearing, and the peripheral and interior faces of this flared journal (13) are respectively separated from the surfaces aforementioned carriers (1 'and 2') by very narrow intervals into which spaced nozzles (12 'and 11') which pass respectively through the walls of the male (2a) and female (la) ends mentioned above, so that the injection of compressed air into the housing (4) by these nozzles (12 ', 11') has the effect of generating in these intervals thin air cushions which support the forces exerted axially and radially by the pin (13) by keeping it in balance and away from the bearing surfaces (1 'and 2').

2. Assembly according to claim 1, characterized in that the nozzles (11 'and 12') open into longitudinal grooves (11, 12) that form said bearing surfaces (1 'and 2').

3. Assembly consisting of a shaft (103) one end of which supports, in the extension of one another. spaced coaxial journals (113, 123) each rotating in a bearing (101, 102 or 121, 122) with pneumatic bearing, characterized in that

each of the pins (113, 123) has the shape of a funnel which rotates around its axis in an annular housing (108 or 124) delimited by the opposite bearing surfaces (102 ', 101' or 122 ', 121') of the male and female frustoconical ends fitted one inside the other of the two interior (102 or 122) and peripheral (101 or 121) elements of one of the bearings, and the peripheral and interior faces of this flared journal (113 or 123) are respectively separated from the corresponding bearing surfaces by very narrow intervals into which spaced nozzles (109 ', 110' 111 ', 112') which pass respectively through the walls of the tapered male and female ends of the bearing considered, so that the injection of compressed air into the abovementioned annular housings (104 and 124) by these nozzles has the effect of generating in these intervals thin air cushions which support the forces exerted axially and radially by the pins (113, 123) in maintained them nt in equilibrium and away from the corresponding bearing surfaces.

4. An assembly according to claim 3, characterized in that the nozzles tao9 ', 110' or 111 ', 112') open into longitudinal grooves (109, 110 or 111, 112) which form the corresponding bearing surfaces (101 ', 102 'or 121', 122 ').