FR2582728A1 - Turbocompresseur comportant un palier a roulements precharge - Google Patents

Turbocompresseur comportant un palier a roulements precharge Download PDF

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Joe Albert Mceachern Jr
James William Brogdon
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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TURBOCOMPRESSEUR POURVU D'UN PALIER A ROULEMENTS PRECHARGE. LE TURBOCOMPRESSEUR COMPORTE UN CARTER PRINCIPAL 12 TRAVERSE PAR UN ALESAGE 34 DANS LEQUEL EST DISPOSE COAXIALEMENT UN SUPPORT DE PALIER 40 DE FORME TUBULAIRE DANS LEQUEL EST MONTE UN ARBRE 14 PAR L'INTERMEDIAIRE DE DEUX ROULEMENTS 48, 50 ESPACES AXIALEMENT L'UN DE L'AUTRE ET COMPORTANT CHACUN UNE BAGUE INTERIEURE 58; 62, UNE BAGUE EXTERIEURE 74, 80 ET DES ELEMENTS DE ROULEMENT TELS QUE DES BILLES; DEUX ORGANES D'ESPACEMENT 70, 76 SONT DISPOSES COAXIALEMENT AUTOUR DE L'ARBRE 14 ENTRE LES ROULEMENTS 48, 50 DE FACON QU'UNE EXTREMITE AXIALE DE CHAQUE ORGANE D'ESPACEMENT 70, 76 VIENNE BUTER CONTRE LA BAGUE EXTERIEURE 74, 80 DE CHAQUE ROULEMENT 48, 50; UN RESSORT HELICOIDAL DE COMPRESSION 86 SOLLICITE LES ORGANES D'ESPACEMENT 70, 76 EN LES ELOIGNANT AXIALEMENT L'UN DE L'AUTRE AFIN D'EGALISER LES CHARGES AXIALES DE COMPRESSION S'EXERCANT SUR CHAQUE ROULEMENT 48, 50 ET DE REDUIRE AINSI AU MINIMUM LE FLOTTEMENT DES ROULEMENTS ET L'INEGALITE D'USURE.

Description

La présente invention concerne d'une façon générale
des turbocompresseurs et plus particulièrement un turbo-
compresseur comportant un palier à roulements préchargé.
Il existe un certain nombre de turbocompresseurs connus comportant un carter dans lequel un arbre est monté de façon tournante. Une turbine est fixée à une extrémité de l'arbre et un compresseur est fixé à l'extrémité opposée
de cet arbre.
Des paliers à roulements, tels que des paliers à un ou plusieurs roulements à billes, supportent de façon
tournante l'arbre dans le carter.
En fonctionnement, la sortie du compresseur est reliée à l'admission d'un moteur à combustion interne tandis que l'échappement du moteur est relié à l'entrée de la turbine. En conséquence, pendant la marche du moteur, des gaz d'échappement sortant du moteur entraînent en rotation la turbine, qui entraîne à son tour le compresseur qui aspire de l'air frais, comprime l'air et fournit l'air
comprimé au moteur.
Pour un fonctionnement efficace du turbocompresseur, l'arbre du turbocompresseur, et par conséquent la turbine et le compresseur, tournent nécessairement à des vitesses de rotation élevées. Il en résulte que des vibrations ou un jeu existant dans l'ensemble de roulements créent non seulement un bruit excessif mais se traduisent également par une détérioration rapide du palier à roulements et de ses
composants associés.
Il existe cependant un certain nombre de dispositifs
connus qui exercent une charge sur les paliers à roule-
ments de manière à réduire au minimum un jeu mécanique dans les paliers à roulements. Cependant ces dispositifs connus sont d'une conception et d'une construction complexes et ils
ne sont pas d'un fonctionnement parfaitement efficace.
En outre, un grand nombre de ces dispositifs connus qui préchargent les paliers à roulements exercent des charges inégales sur les roulements et il en résulte une usure inégale. La présente invention concerne une structure de turbocompresseur qui remédie à tous les inconvénients
mentionnés ci-dessus pour les dispositifs connus.
En bref, le turbocompresseur de la présente invention comprend un carter principal comportant un alésage traversant et un support tubulaire de palier qui est disposé coaxialement dans l'alésage. Un arbre s'étend au travers du support de palier et cet arbre omporteuneturbineà
une extrémité et un compresseur à son autre extrémité.
Deux roulements espacés axialement supportent de-
façon tournante l'arbre dans le support de palier et chaque roulement comprend une bague intérieure, une bague extérieure et des élémientsderoulementtoumants qui sont emprisonnés entre les bagues. Les bagues intérieures des roulements sont imrmbilisées vis-à-vis cde tout mouvement axial par rapport à l'arbre à
l'aide d'un tube intérieur d'espaceoent et de deux butoirs annulaires.
Les butoirs sont fixés sur l'arbre de façon qu'un butoir vienne buter contre l'extrémité axiale extérieure de la bague
intérieure de chaque roulement.
Des premier et second organes - annulaires d' espace-
ment sont disposés coaxialement autour de l'arbre entre les roulements. Chaque organe d'espacement comprend une extrémité axiale extérieure qui vient buter contre l'extrémité axiale
intérieure de la bague extérieure de chaque roulement.
L'extrémité axiale intérieure du second organe d'espacement vient buter contre une bride s'étendant radialement vers l'intérieur sur le support de palier de manière que le second organe d'espacement soitemprisonné entre la bride du support
de palier et la bague extérieure de son roulement adjacent.
Un ressort hélicoïdal de compression, se trouvant dans un état de compression, est alors disposé autour de l'arbre entre l'extrémité axiale intérieure du premier organe d'espacement et la partie, s'étendant radialement vers
l'intérieur, du support de palier.
En fonctionnement, le ressort hélicoïdal de compres-
sion exerce par une extrémité une force dirigée vers l'exté-
rieur sur le premier organe d'espacement, et par conséquent sur la bague extérieure du premier roulement. Cette force est ensuite transmise à l'extrémité opposée du ressort hélicoïdal par l'intermédiaire du second organe d'espacement du second roulement et de la bride du support de palier. En conséquence les forces exercées vers l'extérieur par le ressort de compression sur les bagues extérieures des deux
roulements sont rendues égales avec précision.
Un avantage essentiel de la présente invention consiste en ce que le ressort élimine non seulement un jeu mécanique existant dans les ensembles de roulements,et par conséquent des vibrations pendant le fonctionnement du turbocompresseur, mais il est également d'une construction simple et efficace. En outre l'ensemble des moyens servant
à la précharge de l'ensemble de roulements est entièrenent con-
tenu entre les roulements et il en résulte une structure
compacte et de poids léger.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la
description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en
référence aux dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 est une vue schématique illustrant une réalisa-
tion préférée de la présente invention; et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale fragmentaire
illustrant la réalisation préférée de la présente invention.
En référence d'abord à la figure 1, celle-ci repré-
sente une réalisation préférée du turbocompresseur 10 de la présente invention, qui comprend un carter principal 12 dans lequel est monté à rotation un arbre 14,d'une façon qui sera décrite ultérieurement plus en détail. Un compresseur 16 est fixé à une extrémité de l'arbre tandis qu'une
turbine 18 est fixée à l'autre extrémité de l'arbre 14.
Le compresseur 16 est logé dans un carter de compresseur 17 et, de façon analogue, la turbine 18 est logée dans un
carter de turbine 19.
Lors d'une rotation du compresseur 16, celui-ci aspire de l'air à partir de son entrée 20 ( représentée schématiquement) et il fournit à sa sortie 22 de l'air
arrivant à l'admission 24 du moteur à combustion interne 26.
L'échappement 28 du moteur interne 26 est fixé à l'entrée 30 de la turbine 18 et l'échappement 32 de la turbine 18 est en communication avec l'atmosphère. De la
façon classique, les gaz d'échappement du moteur 26 entrai-
nent en rotation la turbine qui assure à son tour l'entraine-
ment en rotation du compresseur 16 par l'intermédiaire de
l'arbre 14 pour fournir de l'air comprimé au moteur 26.
En référence maintenant particulièrement à la figure 2, le carter 12 comporte un alésage traversant 34 qui est coaxial à l'arbre 14. Un carter de palier tubulaire 36, comportant une extrémité 38 en forme de bride dirigée vers l'extérieur, est emmanché dans l'alésage 34 jusqu'à ce que la bride 38 du carter de palier 36 vienne buter contre le carter
principal 12. De préférence le carter 12 est constitué d'alu-
minium pour obtenir une structure de poids léger tandis que le carter de palier 12 est constitué d'acier pour obtenir une
durabilité correcte.
Un support de palier 40, de forme tubulaire cylindri-
que et comportant à une extrémité une bride 42 s'étendant vers l'extérieur, est alors disposé à l'intérieur du carter de
palier 36 de manière que les brides 38 et 42 viennent s'appli-
buter 1' unecontrel'autrepar cotactplan. Un ensembledebaguesderetenue 44 assure la fixation du carter de palier 36 et du support de palier 40 l'un avec l'autre, et par conséquent avec le
carter 12 en empêchant leur mouvement axial.
Des premier et second roulements 48 et 50 espacés axialement assurent le montage tournant de-l'arbre 14 du
turbocompresseur dans le support de palier 40. Chaque roule-
ment 48, 50 comprend de préférence un roulement à billes, les bagues intérieures 58 et 62 des deux roulements étant respectivement fixées sur l'arbre 14 de manière à tourner avec lui tandis que leurs bagues extérieures 74 et 80 sont respectivement rendues solidaires radialement de la péripherie
intérieure 52 du support de palier 40.
Pour une raison qui sera précisée dans la suite, les bagues extérieures des roulements 48 et 50 peuvent cependant exécuter un certain mouvement axial. En outre les roulements 48 et 50 sont montés entre l'arbre 14 et le support de palier 40 dans des positions respectivement
adjacentes aux deux extrémités du support de palier 40.
Encore en référence à la figure 2, un organe d'espacement 54, de forme tubulaire et cylindrique, est
disposé coaxialement autour de l'arbre 14 entre les roule-
ments 48 et 50. L'organe d'espacement 54 est dimensionné de façon qu'une extrémité 56 vienne buter contre une extrémité
axiale in1Fieure de la bague intérieure 58 du premier roule-
ment 48. De façon analogue, l'autre extrémité 60 de l'organe d'espacement 54 vient buter contre l'extrémité axiale
intérieure de la bague intérieure 62 du second roulement--50.
Un premier butoir 64 est ensuite fixé sur l'arbre 14 de façon à venir buter contre l'extrémité axiale extérieure de la bague intérieure 58 du premier roulement et, de façon semblable, un second butoir 66 est fixé sur l'arbre 14 de façon.à venir buter contre l'extrémité axiale extérieure de la bague intérieure 62 du second roulement. En conséquence les butoirs 64 et 66, ainsi que l'organe d'espacement 54, immobilisant les bagues intérieures 58 et 62 des roulements 48 et 50 vis-à-vis de tout déplacement axial par rapport
à l'arbre 14.
Encore en référence à la figure 2, un premier fourreau annulaire d'espacement 70 est logé à l'intérieur du support de palier 40 et comporte une extrémité axiale 72 qui vient buter contre l'extrémité axiale intérieure de la bague 74 du premier roulement. De façon analogue, un second fourreau annulaire d'espacement 76 est logé à l'intérieur du support de palier 40 et son extrémité axiale extérieure 78 vient buter contre l'extrémité axiale intérieure de la bague extérieure 80 du second roulement. Une extrémité axiale intérieure 82 du fourreau d'espacement 76 vient
buter contre une partie s'étendant radialement vers l'inté-
rieur ou bride 84 du support de palier 40.
Un ressort hélicoïdal de compression 86 estemprison-
né entre l'extrémité axiale intérieure 88 du fourreau d'espacement 70 et l'extrémité axiale intérieure de la bride 84 du support de palier. Le ressort de compression 86 se trouve dans un état de compression, par exemple sous
une pression de 22,5 kg.
En fonctionnement, le ressort de compression 86 exerce une force axiale dirigée vers l'extérieur sur le fourreau d'espacement 70,qui exerce à son tour une force dirigée axialement vers l'extérieur sur la bague extérieure 74 du premier roulement. Cette force dirigée axialement vers l'extérieur est transmise par l'intermédiaire de l'arbre 14 à l'autre roulement 50 de telle sorte qu'une force dirigée axialement vers l'extérieur soit exercée sur-la bague extérieure 80 du second roulement. Cette force dirigée vers l'extérieur est à son tour transmise par l'intermédiaire du fourreau d'espacement 76 et de la bride 84 du support de palier à l'extrémité opposée du ressort hélicoïdal 86. En conséquence les forces exercées axialement vers l'extérieur et appliquées respectivement aux bagues extérieures 74 et 80 des roulements à billes 48 et 50 sont égales mais dirigées
dans des sens opposes.
La description faite ci-dessus montre qu'un avantage
essentiel de la présente invention consiste en ce que les roulements 48 et 50 sont préchargés par le ressort 86 à des valeurs égales mais dans des directions opposées, ce qui élimine tout jeu mécanique pouvant exister dans les ensembles
de roulements 48 et 50. En outre, puisque les forces orien-
tées vers l'extérieur et exercées sur les bagues extérieures des roulements sont égales entre elles mais orientées dans des sens opposés, tOute usure des roulements est également
répartie entre les roulements 48 et 50.
Un autre avantage de la présente invention consiste en ce que les fourreaux d'espacement ainsi que le ressort hélicoïdal sont entièrement contenus entre les roulements 48 et 50. Il en résulte non seulement une construction peu coûteuse mais également compacte pour le turbocompresseur. Bien entendu l'invention n'est pas limitée a l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté,à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Turbocompresseur, caractérisé en ce qu'il comprend: - un carter principal (12) pourvu d'un alésage traversant (34), - un support tubulaire de palier (40) disposé coaxialement
dans ledit alésage (34), -
- un arbre (14) s'étendant au travers dudit support de palier (40), leditarbre omportant à une extrémité une turbine et un compresseur à l'autre extrémité,
- deux roulements (48; 50) servant à monter de façon -
tournante ledit arbre (14) dans ledit support de palier (40), chaque roulement comprenant une bague intérieure (58; 62), une bague extérieure (74; 80) et des éléments de roulement emprisonnés entre lesdites bagues, lesdits roulements (48; 50) étant espacés axialement l'un de l'autre et étant disposés entre ladite turbine et ledit compresseur, - des moyens (54, 64, 66) pour empêcher lesdites bagues intérieures (58; 62) de se déplacer axialement par rapport audit arbre (14), - des moyens (70, 76, 86) disposés entre lesdits roulements ( 48, 50) pour solliciterleurs bagues extérieures (74, 80)
axialement en les éloignantl'une de l'autre.
2. Turbocompresseur selon la revendication 1, caracté-
risé en ce que ledit support de roulement (40) comprend une bride (84) s'étendant radialement vers l'intérieur et en ce que lesdits moyens de sollicitation comprennent: - un premier organe annulaire d'espacement (70) disposé autour dudit arbre (14) et comportant une extrémité
extérieure venant buter contre une extrémité axiale inté-
rieure de la bague extérieure (74) d'un roulement (48), - un second organe annulaire d'espacement (76) disposé autour dudit arbre (14) et comportant une extrémité extérieure venant buter contre une extrémité axiale intérieure de la bague extérieure (80) de l'autre roulement (50), ledit second organe d'espacement (76) comportant une extrémité axiale intérieure venant buter contre une extrémité axiale de ladite bride, et - un moyen (86) pour solliciter élastiquement ledit premier organe annulaire d'espacement (70) et l'autre extrémité axiale de ladite bride pour les éloigner l'un de l'autre.
3. Turbocompresseur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit moyen élastique de poussée comprend un ressort de compression (86) se trouvant dans un état de compression.
4. Turbocompresseur selon la revendication 1, caracté-
risé en ce qu'il comprend un tube d'espacement (54) disposé autour dudit arbre (14) de façon que les extrémités opposées dudit tube (54) viennent buter contre les extrémités axiales intérieures desdites bagues intérieures (58, 62), ainsi que des moyens (64, 66) fixés sur ledit arbre (14) et venant buter contre les extrémités axiales extérieures desdites
bagues intérieures (58, 62).
5. Turbocompresseur selon la revendication 4, caracté-
risé en ce que les moyens mentionnés en dernier comprennent deux butoirsannulaires (64, 66), lesdits butoirs (64, 66) étant fixés sur ledit arbre (14) de façon que chaque fourreau vienne buter contre une extrémité axiale
extérieure de chaque bague intérieure (58, 62).
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