FR3091734A1 - Palier lisse avec résistance à l'usure améliorée - Google Patents

Palier lisse avec résistance à l'usure améliorée Download PDF

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Abstract

Palier lisse (1), comprenant : – une bague externe (2) avec une surface interne (2a), – une bague interne (3) avec une surface externe (3a), les bagues étant symétriques par rapport à un axe (XX') et étant métalliques, au moins l'une des bagues étant une bague texturée avec une texturation constituée d'une pluralité de micro-cavités (5) disposées sur une surface texturée, le palier lisse comprend en outre une doublure composite auto-lubrifiante (4) qui est interposée entre la surface interne de la bague externe et la surface externe de la bague interne, de telle sorte que lors du mouvement de glissement de la bague texturée par rapport à la doublure composite, certaines particules solides de la doublure, agissant en tant que lubrifiant solide, se détachent de la doublure et migrent entre les surfaces de glissement jusqu'à ce qu'elles soient retenues dans les micro-cavités, caractérisé en ce qu'une densité de texturation (D) de la bague texturée, définie comme étant le rapport entre la superficie cumulée des micro-cavités et la superficie totale de la surface texturée, est comprise entre 0,5 % et 6,4 %. . Fig 2

Description

Palier lisse avec résistance à l'usure améliorée
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un palier lisse tel qu'un palier lisse sphérique, avec une résistance améliorée à l'usure des bagues constituant le palier lisse.
État de la technique antérieure
Les paliers lisses sont couramment utilisés pour le support en rotation de deux pièces rotatives à une vitesse de rotation relativement faible mais habituellement avec des charges élevées appliquées aux bagues interne et externe du palier lisse.
Plusieurs améliorations ont été proposées pour augmenter la durée de vie du palier lisse en augmentant la résistance à l'usure des bagues interne et/ou externe dans la zone où elles viennent en contact de glissement.
Par exemple, on sait, d'après le document EP2930381A1, appliquer des revêtements antiadhésifs sur au moins l'une des bagues.
On sait également, d'après le document EP1524442A1, prévoir sur au moins l'une des bagues des microcavités pour recevoir du lubrifiant.
On sait également, d'après le document EP2955399A1, munir un palier lisse sphérique présentant des bagues non texturées d'une doublure composite interposée entre les bagues.
Des améliorations sont encore possibles.
Un objet particulier de la présente invention consiste à fournir un palier lisse comprenant une bague externe avec une surface interne, une bague interne avec une surface externe, et une doublure composite interposée entre les surfaces interne et externe.
Selon l'invention, au moins l'une parmi la surface externe et la surface interne définit une bague texturée avec une surface de texturation présentant une texturation formée par des micro-cavités.
De plus, selon l'invention, le palier lisse comprend une doublure composite auto-lubrifiée qui est interposée entre la surface interne de la bague externe et la surface externe de la bague interne et depuis laquelle des particules solides servant de lubrifiant solide, lors du mouvement de glissement de la bague texturée par rapport à la doublure composite, se détachent et migrent jusqu'à ce qu'elles soient retenues dans les micro-cavités.
Grâce à l'invention, l'usure de la bague texturée est réduite, et la durée de vie du palier lisse est prolongée.
Pendant l'utilisation, lorsque les bagues interne et externe du palier lisse tournent l'une par rapport à l'autre, des contraintes de cisaillement sont générées sur la doublure composite auto-lubrifiante. Par conséquent, des particules solides de la doublure se détachent de la doublure et migrent entre les surfaces de glissement jusqu'à ce qu'elles soient retenues dans les micro-cavités. Ces particules servent de lubrifiant solide.
Selon d'autres aspects de l'invention qui sont avantageux mais non obligatoires, un tel palier lisse peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
les micro-cavités sont disposées sur la surface externe de la bague interne et la doublure composite est solidaire en rotation de la bague externe ;
la doublure composite comprend soit une étoffe tissée et une résine, l'étoffe tissée comprenant des fils de chaîne structurels en verre et des fils de chaîne de lubrification en PTFE, la résine étant du type époxy ou phénolique, soit une résine moulée contenant un mélange de résine et de matériau à base de PTFE avec des charges structurelles ajoutées ;
les micro-cavités sont identiques et espacées de manière uniforme ;
une densité de texturation de la bague texturée, définie comme étant le rapport entre la superficie cumulée des micro-cavités et la superficie totale de la surface texturée, est comprise entre 0,5 % et 6,4 % ;
en section transversale par rapport à une direction perpendiculaire à la surface texturée, les micro-cavités définissent une forme qui peut par exemple être circulaire, elliptique et/ou rectangulaire, ladite forme ayant une longueur maximale (L) en section transversale comprise entre 20 et 100 microns ;
chaque micro-cavité présente une profondeur comprise entre 2 et 30 microns ;
pour chaque micro-cavité, le rapport entre sa profondeur E et sa longueur maximale L est inférieur ou égal à 0,25 ;
le palier lisse est un palier lisse sphérique ;
un revêtement anti-usure est appliqué à la surface texturée après la texturisation.
Brève description des figures
La présente invention et ses avantages seront mieux compris en étudiant la description détaillée de modes de réalisations spécifiques fournis à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :
illustre un mode de réalisation préféré d'un palier lisse selon l'invention ;
illustre en détail une vue partielle d'une surface texturée d'une bague d'un palier lisse selon l'invention ;
illustre différents modes de réalisation d'un motif de micro-cavités ;
illustre les tracés des résultats de différents tests d'usure et
illustre les tracés des résultats de différents tests d'usure.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 illustre un palier lisse 1 comprenant une bague externe 2 et une bague interne 3. Les deux bagues sont symétriques autour d'un axe XX' et sont métalliques. La bague externe 2 présente, sur sa périphérie interne, une surface interne 2a, et la bague interne présente, sur sa périphérie externe, une surface externe 3a. Les surfaces interne et externe se font face et une doublure composite auto-lubrifiante 4 est interposée entre elles.
La doublure composite auto-lubrifiante 4 est fabriquée en un matériau composite, par exemple tel que décrit dans le document EP2955399A1. La doublure comprend soit une étoffe tissée et une résine, soit une résine moulée avec des charges structurelles. L'étoffe tissée comprend un fil de chaîne structurel et un fil de chaîne de lubrification. La résine moulée est constituée d'une thermorésine ou d'une résine thermodurcissable avec des fibres courtes ajoutées au cours d'un processus de mélange.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la résine est du type époxy ou phénolique, le fil de chaîne structurel est en verre et le fil de chaîne de lubrification est en PTFE qui est un lubrifiant solide bien connu. La résine moulée est constituée soit d'un thermoplastique ou d'un plastique thermodurcissable avec des fibres de verre ou de carbone.
Au moins l'une parmi la surface interne de la bague externe et la surface externe de la bague interne comprend une texturation constituée d'une pluralité de micro-cavités 5 disposées sur la surface interne et/ou la surface externe. Une surface texturée 6 est ainsi obtenue sur une bague texturée.
Comme illustré à la figure 2, les micro-cavités 5 s'ouvrent vers la surface texturée 6. De plus, les micro-cavités sont espacées les unes des autres et ne communiquent pas les unes avec les autres.
Une densité de texturation D est définie par le rapport entre la superficie cumulée occupée par les micro-cavités 5 et la superficie totale de la surface texturée.
De préférence, la densité de texturation est inférieure à 20 %, pour éviter une déformation plastique de la surface de la doublure. De préférence, la densité de texturation est inférieure à 10 %, pour éviter une déformation plastique de la surface de la doublure lorsque le palier lisse est soumis à des charges externes très élevées.
De préférence, la densité de texturation est comprise entre 0,5 % et 6,4 %. En effet, dans cette plage, l'usure de la doublure est réduite.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la densité de texturation est approximativement égale à 1,6 %.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les micro-cavités sont identiques et sont espacées de manière uniforme.
La figure 3 illustre différents motifs de micro-cavités, vus dans une direction perpendiculaire à la surface texturée. En section transversale par rapport à cette direction, les micro-cavités définissent une forme qui peut par exemple être circulaire, elliptique et/ou rectangulaire.
Avantageusement, encore dans la section transversale définie précédemment, la forme de chaque micro-cavité a une longueur maximale L comprise entre 20 et 100 microns.
En outre, avantageusement, chaque micro-cavité présente une profondeur E comprise entre 2 et 30 microns.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les micro-cavités sont peu profondes parce que leur profondeur E est beaucoup plus petite que leur longueur maximale L. De préférence, le rapport entre la profondeur E et la longueur maximale L est inférieur ou égal à 0,25.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention illustré à la figure 2, la surface texturée de la bague texturée ressemble à la surface d'une balle de golf.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la texturation est disposée sur la surface externe de la bague interne et la doublure composite est solidaire en rotation de la bague externe.
Dans un mode de réalisation préféré, un revêtement anti-usure est appliqué à la surface texturée après que la texturation a été effectuée sur la surface de glissement.
De préférence, le revêtement anti-usure est fabriqué en nitrure de chrome et est appliqué par un processus de dépôt en phase vapeur (PVD).
En variante, d'autres matériaux et processus de dépôt peuvent être utilisés.
Dans l'exemple illustré de l'invention, le palier lisse est un palier lisse sphérique, c'est-à-dire que la surface interne de la bague externe est sphérique de même que la surface externe de la bague interne.
La texturation peut être obtenue par exemple selon le procédé décrit dans le document EP1524442A1.
Pendant l'utilisation, lorsque les bagues interne et externe du palier lisse tournent l'une par rapport à l'autre, des contraintes de cisaillement sont générées sur la doublure composite. Par conséquent, des particules solides de la doublure se détachent de la doublure et migrent entre les surfaces de glissement. Certaines de ces particules solides sont microscopiques et sont retenues dans les micro-cavités de la surface texturée. Ces particules agissent en tant que lubrifiant solide.
Des particules liquides telles que de l'huile peuvent également être stockées dans les micro-cavités.
Les figures 4 et 5 illustrent les tracés des résultats de plusieurs tests d'usure qui vont maintenant être décrits.
Les tests ont été réalisés sur un banc d'essai alternatif, en évaluant la doublure auto-lubrifiante standard SKF X1-40 par rapport à plusieurs finitions de surfaces métalliques et à deux vitesses de glissement différentes : 0,12 m/s (voir la figure 4) et 0,06 m/s (voir la figure 5). La pression appliquée entre la doublure et les différentes finitions était constante pendant tous les essais quelle que soit la vitesse de glissement. La pression a été fixée à 40 MPa.
Les différentes finitions de surface testées étaient :
– une surface lisse, c'est-à-dire sans texturation ;
– une surface texturée avec une densité de texturation de 1,6 % et des micro-cavités ayant une profondeur de 20 microns ;
– une surface texturée avec une densité de texturation de 6,4 % et des micro-cavités ayant une profondeur de 40 microns.
Les figures 4 et 5 illustrent qu'à une vitesse de glissement plus élevée, une surface, qu'elle soit lisse ou texturée, s'use plus vite. Ce résultat était prévisible.
Les figures 4 et 5 illustrent qu'une surface texturée ne s'use pas nécessairement moins qu'une surface lisse. En effet, pour la surface texturée avec une densité de texturation de 6,4 % et des micro-cavités ayant une profondeur de 40 microns, pour les deux vitesses de glissement, le taux d'usure est supérieur à celui de la surface lisse. Ceci est surprenant parce que l'on pourrait s'attendre à ce que grâce aux micro-cavités, plus de particules de lubrifiant solide provenant de la doublure pourraient être disponibles entre les surfaces de glissement, en réduisant ainsi le taux d'usure.
En fait, c'est le cas pour la surface texturée ayant une densité de texturation de 1,6 % et des micro-cavités ayant une profondeur de 20 microns, pour les deux vitesses de glissement. Pour cette surface texturée, le taux d'usure est inférieur à celui d'une surface lisse.
Les tests montrent que la profondeur des micro-cavités a une influence significative sur le taux d'usure de la surface texturée.
Les tests montrent également que la densité de texturation a une influence significative sur le taux d'usure de la surface texturée.
Grâce à l'invention, même lorsque la doublure composite est partiellement ou complètement usée, c'est-à-dire lorsqu'elle ne sépare plus la surface interne métallique de la bague externe et la surface externe métallique de la bague interne, les particules solides restantes piégées dans les micro-cavités peuvent au moins en partie retarder le moment où les surfaces métalliques viennent en contact et prolonger la lubrification du palier lisse et par conséquent sa durée de vie.
Liste des symboles de référence
XX' Axe
D Densité de texturation
E Profondeur
L Longueur
D Diamètre
1 Palier lisse
2 Bague externe
2a Surface interne
3 Bague interne
3a Surface externe
4 Doublure composite auto-lubrifiante
5 Micro-cavités
6 Surface texturée

Claims (10)

  1. Palier lisse (1) comprenant :
    – une bague externe (2) avec une surface interne (2a),
    – une bague interne (3) avec une surface externe (3a),
    les bagues étant symétriques par rapport à un axe (XX') et étant métalliques,
    au moins l'une des bagues étant une bague texturée avec une texturation constituée d'une pluralité de micro-cavités (5) disposées sur une surface texturée,
    caractérisé en ce que le palier lisse comprend en outre une doublure composite auto-lubrifiante (4) qui est interposée entre la surface interne de la bague externe et la surface externe de la bague interne, de telle sorte que lors du mouvement de glissement de la bague texturée par rapport à la doublure composite, certaines particules solides de la doublure, agissant en tant que lubrifiant solide, se détachent de la doublure et migrent entre les surfaces de glissement jusqu'à ce qu'elles soient retenues dans les micro-cavités.
  2. Palier lisse (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les micro-cavités sont disposées sur la surface externe de la bague interne et la doublure composite est solidaire en rotation de la bague externe.
  3. Palier lisse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la doublure composite comprend soit une étoffe tissée et une résine, l'étoffe tissée comprenant des fils de chaîne structurels en verre et des fils de chaîne de lubrification en PTFE, la résine étant du type époxy ou phénolique, soit une résine moulée contenant un mélange de résine et de matériau à base de PTFE avec des charges structurelles ajoutées.
  4. Palier lisse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les micro-cavités sont identiques et espacées de manière uniforme.
  5. Palier lisse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une densité de texturation (D) de la bague texturée, définie comme étant le rapport entre la superficie cumulée des micro-cavités et la superficie totale de la surface texturée, est comprise entre 0,5 % et 6,4 %.
  6. Palier lisse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en section transversale par rapport à une direction perpendiculaire à la surface texturée, les micro-cavités définissent une forme qui peut par exemple être circulaire, elliptique et/ou rectangulaire, ladite forme ayant une longueur maximale (L) en section transversale comprise entre 20 et 100 microns.
  7. Palier lisse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque micro-cavité présente une profondeur (E) comprise entre 2 et 30 microns.
  8. Palier lisse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour chaque micro-cavité, le rapport entre sa profondeur E et sa longueur maximale L est inférieur ou égal à 0,25.
  9. Palier lisse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un palier lisse sphérique.
  10. Palier lisse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un revêtement anti-usure est appliqué à la surface texturée après la texturisation.
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