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" Procédé pour le renforcement de disques à forage central soumis à des charges latérales ".
@ La. présente invention concerne un procédé pour le renforcement de disques ou plateaux à forage central, qui sont soumis à des charges latérales, particulièrement des porteaubage pour machines rotatives, notamment pour turbines à vapeur ou à gaz.
La capacité de résistance de roues ou disques à forage central, par rapport à la charge sous l'effet de surpression latérale, est effectivement produite par les phénomènes suivants qui entrent en activité par la position inclinée primitive du disque en révolution ou au repos :
1. ) Dans la position inclinée du disque, l'écartement entre les bords de disque intérieur ou extérieur tend à augmenter. De ce fait, il se produit des tensions radiales qui
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tendent à réduire le diamètre moyen du bord extérieur et à élargir le diamètre moyen du bord intérieur. De cette façon, il est mis une limite à l'inclinaison du disque et la charge latérale est absorbée en partie,
2.) Par la position inclinée du disque, les diamètres le long d'un côté du disque sont, en général, agrandis et diminués le long de l'autre côté du disque.
De ce fait, il se produit également un moment de redressement.
3. ) En supplément à ces forces, il peut être exercé par fixation rigide du disque au bord d'appui, un moment de flexion sur le disque à partir de l'endroit de fixation, moment qui oppose une résistance à l'inclinaison.
Quand on a procédé de façon à enlever de pareils disques par usinage des bagues concentriques en taillant des gorges annulaires, bagues entre lesquelles la liaison est assurée par les cloisons restantes entre les bagues, tel qu'on l'a, par exemple, trouvé comme particulièrement avantageux pour porte-aubage de machines rotatives, spécialement de turbines à vapeur ou à gaz, on a d'abord appliqué la fixation à l'endroit d'appui suivant le point 3) et l'on a cru pouvoir négliger les forces de renforcement des bagues mêmes et de pouvoir se satisfaire uniquement de la solidité de cette partie du disque qui reste comme paroi pleine. Cette conception était généralement justifiée pour des disques fixés et correspondait également avec les résultats d'essais de flexion qui furent effectués.
Les disques, conformément dimensionnés, présentèrent cependant le désavantage que la partie du disque, qui reste à paroi pleine, présente une épaisseur de paroi relativement grande, qui avait pour conséquence une consommation élevée en matériel, un poids élevé et une mauvaise oonduotivité de chaleur.
Il a ensuite été proposé d'employer la solidité à la distorsion des bagues découpées du disque pour le renforcement du
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disque, du. fait que le disque fut fixé élastiquement à l'endroit d'appui et qu'il obtint ainsi la possibilité de se placer obliquement avec ses bagues, conformément à la charge. L'inclinaison aux parties sous les charges les plus élevées, à proximité de l'endroit d'appui, permet d'absorber des charges du disque d'une grandeur surprenante pour de très faibles épaisseurs de paroi. Ce genre de construction de disques a été, de ce fait, introduit avec succès sous la désignation de " disque léger ".
En association avec ce nouveau développement, il a ensuite été établi un procédé de calcul pour pareils disques, qui néglige les forces de consolidation données sous les points 1) et 3), mais qui, par contre, permet de trouver à précision ces forces qui se produisent par variation de diamètres aux faces d'about latérales du disque. Il a été constaté que la résistance à la distorsion ainsi trouvée pour les bagues de support séparées, était suffisamment grande pour réaliser, même en négligeant les autres forces qui ne pouvaient être établies par calcul, une solidité suffisante dans la plupart des cas à l'égard des forces latérales. Les forces supplémentaires qui se produisent et qu'on néglige dans le calcul, pouvaient alors être considérées comme une réserve désirable.
De cette façon, on réussit à développer un mode de construction des disques, qui permet d'absorber, d' une manière à calculer primitivement avec précision, une charge latérale effective, sans dépasser l'épaisseur minimum des parois voulue. Particulièrement, on réalise une consommation de matériau moindre, un poids plus réduit et une plus grande conclue- tivité de chaleur, en même temps que des frais de fabrication moindres.
Le progrès technique, établi dans les dernières années, a cependant mené constamment à des charges latérales plus élevées de pareils disques. Il stest alors produit cette tendance de rendre les nouvelles constructions des disques capables de
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charges encore plus élevées. Dans cette dépendance, il a déjà été proposé de consolider les cloisons ou Isthmes de liaison entre les bagues. Une proposition pour exécuter pareille oonsolidation, sans accumulation de matériau, consiste en ce que, des deux côtes du disque, des bagues découpées sont disposées aveo décalage en direction radiale. Ce renforcement mettra par- tioulièrement en action, par application uniforme, d'une manière plus forte encore et sur la totalité du disque, les forcée suivant les points 1) et 2).
Il se produit ainsi certainement une meilleure répartition des tensions qui se produisent sur toute la section du disque, du fait que la charge des bagues à proximité de l'endroit d'appui et qui sont soumises aux efforts les plus élevés, est répartie sur les bagues situées à une plus grande distance.
La présente invention a maintenant pour objet d'effectuer un renforcement de pareils disques par une toute autre voie, avec le but d'effectuer une répartition de tensions effectivement améliorée dans les parties du disque fortement chargées par la surpression latérale. Elle part ici de cette constatation que, même pour les roues exposées à des efforts élevés et qui prennent appui intérieur sur un petit diamètre, des forces de renforcement deviennent nécessaires au delà des nécessités qui ont été connues jusqu'à présent, et l'invention propose notamment pour la réalisation, qu'à l'intervention d'une bague de renforcement se prêtant elle-même effectivement à distorsion, il est exercé, à proximité de l'endroit d'appui, sur la partie du disque qui s'étend à partir de cette bague jusqu'au bord libre du disque,
un moment de flexion agissant à rencontre de la surpression et redressant la partie du disque avec distorsion de la cloison de liaison dans le sens de redressement. Par distorsion effective de la bague de renforcement, il est ici entendu que les endroits de butée entre la bague de renforcement et
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la cloison de liaison s'inclinent sous la charge, d'au moins un dixième de la variation d'inclinaison la plus élevée se produisant le long du disque; de manière avantageuse, cette inalinaison comportera plus de 25 % et mieux encore plus de 50 % de l'inclinaison la plus grande se produisant le long du disque.
L'invention suit donc une voie toute nouvelle, pour autant qu' elle exerce le moment de flexion redresseur sur la bague exposée au plus grand effort en direction à partir de l'endroit d'appui et qu'elle ne le dérive pas des bagues sous charge moindre déjà présentes, qui sont situées de l'autre côté de la bague de renforcement que l'endroit d'appui. Pour la réalisation d'un renforcement effectif, on procédera ici, avantageusement, en calculant le moment de redressement exercé sur la partie du disque qui s'étend jusqu'au bord libre du disque, de façon que les cloisons restantes entre les gorges annulaires séparées rapportées au delà de la bague immédiatement suivante, vers le bord libre du disque, soient également soumises à flexion dans le, sens du moment de redressement.
Conformément aux constatations de l'invention, un disque pour la réalisation du procédé, conforme à l'invention, se ca- ractérise par le fait que la variation de l'inclinaison, qui se produit par rapport à l'état non chargé dans la bague de renforcement montée à proximité de l'endroit d'appui et, notamment, à l'endroit de butée, avec la cloison restant entre les gorges annulaires, soit par agrandissement des dimensions de la bague de renforcement ou par liaison avec le dispositif d'appui sous la charge par surpression latérale, est maintenue moindre que l'inclinaison de l'endroit de butée correspondant de la bague immédiatement suivante vers le bord libre du disque.
Pour les disques sous charge élevée, il sera également avantageux de maintenir la variation d'inolinaison se produisant à l'égard de l' état non chargé dans les bagues situées au-delà vers le bord
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libre du disque, à l'endroit de butée avec les cloisons restant entre les gorges annulaires, moindre que l'inclinaison de l'endroit de butée correspondant de la bague immédiatement suivante vers le bord libre du disque.
Suivant une autre constatation de l'invention, il y a de l'importance à une répartition calculée à précision du moment de redressement exercé par la bague de renforcement sur la bague soumise à charge élevée. Si, uniquement, la bague soumise à la charge la plus élevée doit être déchargée par la bague de renforcement, on pourrait se suffire, comme mesure conforme à l'invention, d'une construction renforcée de cette cloison persistant entre les gorges annulaires, qui transmet le moment de redressement de la bague de renforcement sur la partie du disque qui s'étend à partir de cette bague vers le bord libre du disque, construction renforcée par rapport à la cloison subséquente en direction du bord du disque.
Pour des disques sous charge élevée, il serait, par contre, avantageux de laisser décroître l'épaisseur axiale de plusieurs cloisons à partir de la bague de renforcement vers le bord du disque libre, soit graduellement de cloison à cloison. L'effort sur les bagues soumises à charge élevée et dont on tend à assurer l'uniformité aussi grande que possible, conformément à l'invention, est réalisé ici au mieux par une réduction de l'épaisseur de cloison axiale telle, que les efforts de flexion les plus élevés dans les bagues reliées par ces cloisons sont équilibrés de l'une à l'autre, à l'encontre des différences de tension qui se produisent pour des épaisseurs de cloison restant égales.
Pour réaliser un plein rendement lors de l'application de la présente invention, il est d'importance que les bagues soumises à charge élevée gardent sous la charge, même en présence de l'appui donné par la bague de renforcement, la possibilité d'une variation d'inclinaison aussi étendue que l'exige une
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utilisation aussi parfaite que possible de sa résistance à sa distorsion. De cette façon, il est possible de construire la partie du disque soumise à charge élevée sous forme de disque de solidité égale par rapport aux efforts de flexion produits par la charge unilatérale. Il est ici également d'importance que la bague de renforcement occupe, sous charge, une position inclinée correspondante sans effort excessif.
Suivant une autre constatation de l'invention, la variation d'inclinaison de la bague de renforcement, se produisant à l'égard de l'état non chargé ou d'une bague donnant appui à oelle-là, à l'endroit de butée, avec la cloison persistant entre les gorges annulaires, par allongement de la longueur axiale des bagues voisines, sera ramenée à une valeur d'angle, dont la tangente est située entre un cent millième et un millième de la racine carrée du rapport du diamètre de bague moyen à l'épaisseur de bague radiale.
Ltangle d'inclinaison des bagues peut notamment être diminué par allongement de la longueur de bague axiale jusqu'à une certaine valeur maximale favorable de l'angle d'inclinaison des bagues, Cette valeur maximale la plus favorable de la longueur de bague comporte 1,27 x b. D, avec b comme épaisseur de bague radiale à la racine de bague et D comme diamètre de bague moyen en cm., cependant que la longueur de la racine de bague jusque l'extrémité des bagues doit être mesurée et que l'on doit considérer comme racine de bague l'entrée de la bague dans la cloison, c'est-à-dire la partie pleine du disque.
Souvent, cependant, il est particulièrement désirable, pour des raisons de conformation, de fixer, en direction radiale, les extrémités de bague libres de la bague de renforcement ou d'une bague donnant appui à celle-là, soit ainsi par exemple de la serrer entre des éléments de centrage ou de la fixer par retrait ( frettage ) sur ltarbre. Dans ce cas, la longueur axiale des bagues soumises à charge élevée sera prolongée d'une longueur telle,
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que la tangente d'ensemble soit limitée à la moitié d'un millième de la racine carrée mentionnée. Il est particulièrement avantageux si, dans ce cas, la longueur de bague axiale comporte, mesurée de la racine de bague à l'extrémité de bague, environ ( 0,8 + 1,7 ). b .
D, avec b comme épaisseur de bague radiale à la racine de bague et D comme diamètre de bague moyen en cm. A l'intérieur de oes limites, tout déplacement radial des extrémités de bague appuyées reste pour ainsi dire sans influence sur le milieu de bague, de sorte qu'une fixation par frottage ou un serrage des bagues modifie peu aux rapports calculés. Particulièrement, une distorsion de la bague reste également pour ainsi dire sans influence sur les extrémités de bague, de sorte qu'un relâchement du retrait ( frottage )sous la charge latérale ne peut avoir lieu.
En outre, dans le calcul énoncé, le diamètre des extrémités de bague est réduit par agrandissement du diamètre du milieu de bague, comme il se produit par exemple dans les roues par la force centrifuge, de sorte que le siège des extrémités de bague n'est pas relâché sous l'effet de la force centrifuge mais au contraire fixé.
Finalement, suivant d'autres constatations de l'invention, un montage par retrait ou ( frottage ) qui serait prévu dans l'étendue de la partie radiale pleine du disque, peut assurer une élasticité suffisante pour la bague de renforcement ou une bague donnant appui à celle-là. A cet effet, il est proposé que pareil retrait ou frottage, prévu au bord intérieur du disque, s'étend en direction de la flexion du disque, tout au plus sur une distance en direction de l'axe que la cloison du disque la plus intérieure. Il est, en outre, avantageux de garder l'extension axiale du frottage en direction de la flexion du disque moindre qu'en direction sur la face du disque exposée à la surpression.
Les figures du dessin montrent, à l'échelle de grandeur
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naturelle, des exemples de réalisation illustrés, auxquels on a ajouté un tableau particulier montrant les valeurs de charge.
La figure 1 montre une forme de réalisation pour une sur- presaion latérale particulièrement élevée. La capacité de charge comporte suivant la colonne P du tableau pour une charge la plus élevée de 2000 kg/cm2 128. 900 kgr. 1 désigné la roue réelle, laquelle est fixée par frettage sur l'arbre 2 et, notamment, sur les collets 3 et 4 de ltarbre 2.
La roue 1 prend appui en 5 sur l'arbre, de sorte qu'ici la totalité de charge est reportée sur l'arbre, Les bagues séparées sont successivement désignées par les références lr, 3r, 5r, etc..., les cloisons par 2s, 4s, 6s, etc..., en concordance avec le tableau à chiffres. lr est la bagne de renforcement qui cède le moment de renforcement con- formément aux nécessités aux bagues 3r à 17r à travers les cloi- sons 2s à 16s,L'inclinaison de la bague de renforcement lr sous la charge, laquelle sera suffisamment forte pour que les bagues 3r, 5r, 7r, etc..., s'inclinent également jusqu'à la capacité de charge qui doit leur être attribuée, est rendue possible par le mode de fixation particulier par frettage.
A la bague lr se trouve rapportée une bague d'allongement plus mince 6, dont le moment de flexion est tellement petit que la position inolinée de la bague de renforcement lr ne s'en trouve pas pratiquement influencée. La longueur axiale de cette mince bague 6 comporte environ 1,27 , b.d, avec b comme épaisseur de bague radiale à la raoine de bague et D comme diamètre de bague moyen, le tout en cm. Pour pareil dimensionnage de la bague, la fixation ou le montage par frottage de l'extrémité de bague en 4 n'exerce aucun effet sensible sur l'endroit de liaison entre les bagues lr et 6. En outre, à l'endroit de fixation par frottage 3, l'extension axiale de l'endroit de frettage à partir du plan médian du dis- que en direction du recul d'axe, est dimensionnée moindre que la dilatation axiale de la cloison 2s dans la même direction.
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L'extrémité droite de la bague 1r peut donc, pratiquement, se réduire sans gêne sous la charge. L'extension de l'endroit de frettage 3 en direction vers le côté sous charge est maintenue plus grande, afin de faciliter de cette façon l'inclinaison à la bague de renforcement lr. Pour assurer la position axiale du disque, il est encore prévu un éorou 7.
Dans la figure 2, on a représenté une forme de réalisation particulièrement simple pour une roue soumise à une charge moindre. Les mêmes chiffres de référence sont ici utilisés. En pré- senae de la charge moindre, il est devenu possible de maintenir l'angle d'inclinaison de la bague de renforcement 1 tellement petit que la bague de renforcement peut être directement fixée par frottage, par ses extrémités, sur l'arbre aux points 3 et 4.
Pour maintenir les angles d'inclinaison petits, les longueurs axiales des bagues lr à 3r sont gardées plus grandes qu'il n'était autrement nécessaire pour des considérations du point de vue technique. La capacité de charge de la roue illustrée ici comporte, conformément au tableau 44 250 kgr. pour une charge de 2000 kgr/cm2,
Dans la figure 3, on a illustré une roue de construction unilatérale, dans laquelle l'appui de la roue sur l'arbre a été assuré à l'intervention d'une bague élastique particulière.
Cette bague élastique est ici désignée par lr, cependant que la bague de renforcement a pris la désignation 3r. La fixation de la bague élastique lr sur l'arbre se produit dans ce cas par une liaison à tenon avec l'assistance d'un oordon de mâtage 8.
Pour le restant, les mêmes références sont de valeur que dans les autres figures. En 9, il est encore prévu une gorge, afin de pouvoir dégager plus facilement la liaison par tenon, après enlèvement du cordon de mâtage 8 lors du démontage de la roue,
Il convient, en outre, de mentionner que dans l'applica- tion des formules énoncées, il doit être pris en considération,
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de manière connue, des amincissements à l'extrémité de bague.
A cet effet) une partie du matériel de bague aux extrémités de bague est utilisée pour épaissir les extrémités de bague de telle façon, qu'il en résulte une forme de bague hypothétique d'égale épaisseur qui a la même section que la bague réelle. Dans les dessins, on a Indiqué en pointillé la forme de bague qu'il convient de prendre comme base au calcul.
Dans le tableau, on a indiqué les dimensions et les charges des roues illustrées, de bague à bague et de oloison à oloiaon. Les colonnes dans ce tableau indiquent les valeurs suivantes :
Dm = diamètre moyen des bagues ou cloisons,
1 =- longueur axiale des bagues mesurés, du milieu de la cloison jusqu'à l'extrémité des bagues, s = épaisseur axiale des cloisons, b = épaisseur radiale des bagues, h = hauteur radiale des cloisons, ¯p= différence de pression formant charge,
P= charge du bord de roue jusqutau milieu de bague,
MP = moment de flexion extérieur sur la bague par P,
MR= moment le plus grand que l'on peut imposer à la bague,
MS= moment imposé à la cloison ( ¯= moment de cloison cédé à la bague ), tgao= inclinaison de la bague (¯= flexion de la cloison ), @ b = tension de flexion engendrée,
@ = tension de cisaillement dans la cloison.
Dans le tableau, on peut voir de quelle grandeur est le moment MR qu'on peut imposer au maximum aux bagues et combien plus grand est le moment Mp effectivement absorbé, étant donné qu'une partie réelle du moment Ms de la bague de renforcement lr ( ou 3r ), cédé successivement par les cloisons, se trouve mise à la disposition des bagues.
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On a toujours Mp- Mr= ¯ms. La bague de renforcement doit alors, dans tous les cas, absorber la somme totale de tous les ¯Ms en supplément au moment Mp, dont elle a la charge, de sorte que dans la bague de renforcement MR= MP +}la . Des moments, exercés sur les bagues et les cloisons, résultent les inclinaisons tgao des bagues. Une constatation effective de l'invention réside donc en ce que les cloisons doivent maintenant être di- mensionnées, de façon qu'elles produisent pour les charges données la flexion voulue ¯ tga., flexions qui représentent les différences entre les valeurs tgao des bagues adjacentes. Il y a donc une nécessité à ce que le renforcement des cloisons s'et- fectue suivant une loi tout à fait déterminée.
Cette loi a été choisie par exemple dans la roue suivant la figure 1, de façon que les bagues 3r, 5r, 7r, 9r, llr, 13r, 15r et 17r sont, dans leur ensemble, sous la charge de la tension de flexion de 2000 kgr/cm2, qui est ici permise comme charge la plus élevée. Dans la roue suivant la figure 2, ceci ne s'applique qu'aux bagues 3r et 5r; dans la roue suivant la figure 3, aux bagues 5r et 7r. Toutefois, les bagues de renforcement sont chaque fois soumises à des charges également élevées. Il devient ainsi immédiatement clair comment se produit une aussi bonne utilisation de matériel par une distribution uniforme des efforts les plus élevés. Il n'existe jusqu'à présent aucune construction de disque, dans laquelle on ait tiré partie aussi extensivement de la matière de construction donnée.
Il convient encore de remarquer que la partie restante du disque, pour laquelle on n'a pas donné ici la valeur, doit être calculée de la manière usuelle, mais qu'ioi cependant les efforts diminuent très rapidement et que, par conséquent, un calcul précis des tensions produites par la surcharge latérale, peut être considéré comme superflu. Il convient encore d'attirer l'attention sur ce que le rapport de Mp à MR, pour la bague
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qui est située le plus près de la bague de renforcement, établit une échelle de mesure pour l'accroissement de la capacité de portée du disque. D'après cela, la roue, suivant la figure 1, supporte à peu près quatre fois la charge pour la même tension la plus élevée que les formes d'exécution de disques légers connus jusqu'à présent.
Il résulte en outre des figures qu'une augmentation de l'épaisseur de paroi, pour autant qu'elle devient nécessaire, ne se produit que sur les diamètres intérieurs les plus petits. Comme les petits diamètres ne varient que relativement peu pour des échauffements différents, considérés de manière absolue, il se fait que la conductivité de chaleur des disques ne se trouve pratiquement pas influencée de manière sensible. La capacité de dilatation et de contraction pour les grands diamètres, auxquels les variations prennent des valeurs absolues nuisibles, ne se trouve pas entravée de manière sensible. La proposition, selon ltinvention, apporte donc une solution qui augmente effectivement la solidité des disques légers, sans introduire des désavantages sensibles.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Method for the reinforcement of centrally drilled discs subjected to lateral loads".
The present invention relates to a process for the reinforcement of discs or plates with central drilling, which are subjected to lateral loads, particularly portagebage for rotary machines, in particular for steam or gas turbines.
The capacity of resistance of wheels or discs with central drilling, compared to the load under the effect of lateral overpressure, is actually produced by the following phenomena which come into activity by the primitive inclined position of the disc in revolution or at rest:
1.) In the tilted position of the disc, the gap between the inner or outer disc edges tends to increase. As a result, radial stresses are produced which
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tend to reduce the average diameter of the outer edge and widen the average diameter of the inside edge. In this way, a limit is placed on the inclination of the disc and the lateral load is partly absorbed,
2.) By the tilted position of the disc, the diameters along one side of the disc are, in general, enlarged and decreased along the other side of the disc.
As a result, there is also a moment of recovery.
3.) In addition to these forces, it can be exerted by rigid fixing of the disc to the bearing edge, a bending moment on the disc from the place of fixation, a moment which opposes a resistance to the tilt.
When we proceeded to remove such discs by machining concentric rings by cutting annular grooves, rings between which the connection is ensured by the remaining partitions between the rings, as we have, for example, found as particularly advantageous for blading of rotary machines, especially steam or gas turbines, the fixing was first applied to the bearing point according to point 3) and it was believed to be able to neglect the forces of reinforcement of the rings themselves and being able to be satisfied only with the solidity of that part of the disc which remains as a solid wall. This design was generally justified for fixed discs and also corresponded with the results of bending tests which were carried out.
The properly sized disks, however, had the disadvantage that the part of the disk, which remains solid-walled, had a relatively large wall thickness, which resulted in high material consumption, high weight and poor heat conductivity.
It was then proposed to employ the strength to distortion of the rings cut from the disc for the reinforcement of the disc.
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disc, from. fact that the disc was fixed elastically to the place of support and that it thus obtained the possibility of being placed obliquely with its rings, in accordance with the load. The inclination at the parts under the highest loads, near the place of support, makes it possible to absorb loads of the disc of a surprising size for very low wall thicknesses. This kind of disc construction has therefore been successfully introduced under the designation "lightweight disc".
In association with this new development, it was then established a calculation method for such disks, which neglects the consolidation forces given under points 1) and 3), but which, on the other hand, allows to precisely find these forces which occur by varying diameters at the lateral end faces of the disc. It was found that the resistance to distortion thus found for the separate support rings, was sufficiently large to achieve, even neglecting other forces which could not be established by calculation, sufficient strength in most cases to the consideration of lateral forces. The additional forces which occur and which are neglected in the calculation could then be regarded as a desirable reserve.
In this way, it is possible to develop a method of constructing the discs, which makes it possible to absorb, in a manner originally calculated with precision, an effective lateral load, without exceeding the minimum thickness of the desired walls. In particular, lower material consumption, lower weight and higher heat reliability are achieved, at the same time as lower manufacturing costs.
Technical progress, established in recent years, however, has constantly led to higher lateral loads of such discs. It is then produced this tendency to make new constructions of disks capable of
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even higher loads. In this dependency, it has already been proposed to consolidate the connecting partitions or isthmuses between the rings. A proposal to perform such oonsolidation, without accumulation of material, consists in that, on both sides of the disc, cut rings are arranged with offset in the radial direction. This reinforcement will partially put into action, by uniform application, in an even stronger manner and on the whole of the disc, the forces according to points 1) and 2).
There is thus certainly a better distribution of the tensions which occur over the entire section of the disc, owing to the fact that the load of the rings close to the bearing location and which are subjected to the highest forces, is distributed over the rings located at a greater distance.
The object of the present invention is now to reinforce such discs in a completely different way, with the aim of effecting an effectively improved distribution of tensions in the parts of the disc heavily loaded by the lateral overpressure. It starts here from the observation that, even for wheels exposed to high stresses and which bear internal support on a small diameter, reinforcing forces become necessary beyond the necessities which have been known until now, and the invention proposes in particular for the realization, that the intervention of a reinforcing ring lending itself effectively to distortion, it is exerted, near the place of support, on the part of the disc which extends from this ring to the free edge of the disc,
a bending moment acting against the overpressure and straightening the part of the disc with distortion of the connecting partition in the straightening direction. By effective distortion of the reinforcement ring, it is understood here that the abutment places between the reinforcement ring and
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the connecting bulkhead tilt under load by at least one tenth of the greatest tilt variation occurring along the disc; advantageously, this inclination will include more than 25% and better still more than 50% of the greatest inclination occurring along the disc.
The invention therefore follows a completely new path, provided that it exerts the straightening bending moment on the ring exposed to the greatest force in the direction from the place of support and that it does not derive it from the rings. under lesser load already present, which are located on the other side of the reinforcement ring than the place of support. For the realization of an effective reinforcement, one will proceed here, advantageously, by calculating the moment of recovery exerted on the part of the disc which extends to the free edge of the disc, so that the remaining partitions between the separate annular grooves reported beyond the immediately following ring, towards the free edge of the disc, are also subjected to bending in the direction of the righting moment.
In accordance with the findings of the invention, a disc for carrying out the method, according to the invention, is characterized by the fact that the variation of the inclination, which occurs with respect to the unloaded state in the reinforcing ring mounted near the bearing location and, in particular, at the abutment location, with the partition remaining between the annular grooves, either by enlarging the dimensions of the reinforcing ring or by connection with the device d Support under the load by lateral overpressure is kept less than the inclination of the corresponding abutment location of the immediately following ring towards the free edge of the disc.
For disks under high load it will also be advantageous to maintain the variation in tilt occurring with respect to the unloaded state in the rings beyond towards the edge.
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free of the disc, at the stop place with the partitions remaining between the annular grooves, less than the inclination of the corresponding stop place of the immediately following ring towards the free edge of the disc.
According to another finding of the invention, it is important to a precisely calculated distribution of the righting moment exerted by the reinforcing ring on the ring subjected to high load. If, only, the ring subjected to the highest load is to be unloaded by the reinforcing ring, one could be sufficient, as a measure according to the invention, of a reinforced construction of this persistent partition between the annular grooves, which transmits the straightening moment of the reinforcing ring on the part of the disc which extends from this ring towards the free edge of the disc, construction reinforced with respect to the subsequent partition towards the edge of the disc.
For disks under high load, it would, on the other hand, be advantageous to allow the axial thickness of several partitions to decrease from the reinforcing ring towards the edge of the free disc, ie gradually from partition to partition. The force on the rings subjected to a high load and whose uniformity is tended to be as great as possible, in accordance with the invention, is achieved here at best by reducing the thickness of the axial wall such that the forces The highest bending rates in the rings connected by these partitions are balanced against each other, against the differences in tension which occur for wall thicknesses remaining equal.
In order to achieve full efficiency in the application of the present invention, it is important that the rings subjected to a high load keep under the load, even in the presence of the support given by the reinforcing ring, the possibility of as large a variation in inclination as required
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as perfect use as possible of its resistance to its distortion. In this way, it is possible to construct the part of the disc subjected to high load as a disc of equal strength with respect to the bending forces produced by the unilateral load. It is also important here that the reinforcing ring occupies, under load, a corresponding inclined position without excessive stress.
According to another finding of the invention, the variation in inclination of the reinforcing ring, occurring with respect to the unloaded state or of a ring giving support to it, at the stop location , with the partition persisting between the annular grooves, by lengthening the axial length of the neighboring rings, will be reduced to an angle value, the tangent of which is located between one hundred thousandth and one thousandth of the square root of the ratio of the diameter of middle ring to radial ring thickness.
The angle of inclination of the rings can in particular be reduced by lengthening the length of the axial ring to a certain maximum favorable value of the angle of inclination of the rings, This most favorable maximum value of the length of the ring comprises 1, 27 x b. D, with b as the radial ring thickness at the root of the ring and D as the average ring diameter in cm., While the length of the ring root to the end of the rings must be measured and must be considered as the root of the ring the entrance of the ring in the partition, that is to say the solid part of the disc.
Often, however, it is particularly desirable, for reasons of conformation, to fix, in the radial direction, the free ring ends of the reinforcing ring or of a ring supporting the same, for example thus of the ring. tighten between centering elements or fix it by shrinking (shrinking) on the shaft. In this case, the axial length of the rings subjected to high load will be extended by such a length,
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that the overall tangent be limited to half of a thousandth of the mentioned square root. It is particularly advantageous if, in this case, the axial ring length comprises, measured from the ring root to the ring end, approximately (0.8 + 1.7). b.
D, with b as the radial ring thickness at the root of the ring and D as the average ring diameter in cm. Within these limits, any radial displacement of the pressed ring ends remains virtually without influence on the ring middle, so that a fixing by rubbing or tightening of the rings changes little to the calculated ratios. In particular, a distortion of the ring also remains virtually unaffected by the ring ends, so that a relaxation of the shrinkage (rubbing) under the lateral load cannot take place.
Furthermore, in the stated calculation, the diameter of the ring ends is reduced by enlarging the diameter of the middle of the ring, as occurs for example in wheels by centrifugal force, so that the seat of the ring ends does not is not released under the effect of centrifugal force but on the contrary fixed.
Finally, according to other findings of the invention, an assembly by withdrawal or (rubbing) which would be provided within the extent of the solid radial part of the disc, can ensure sufficient elasticity for the reinforcing ring or a ring giving support. to that one. To this end, it is proposed that such shrinkage or rubbing, provided at the inner edge of the disc, extends in the direction of the bending of the disc, at most over a distance in the direction of the axis than the partition of the disc most interior. It is, moreover, advantageous to keep the axial extension of the rubbing towards the flexion of the disc less than towards the face of the disc exposed to the overpressure.
The figures in the drawing show, at full scale
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natural, illustrated embodiments, to which has been added a particular table showing the load values.
Figure 1 shows an embodiment for a particularly high lateral pressure. The load capacity comprises according to column P of the table for the highest load of 2000 kg / cm2 128. 900 kgr. 1 denotes the real wheel, which is fixed by shrinking on the shaft 2 and, in particular, on the collars 3 and 4 of the shaft 2.
The wheel 1 is supported at 5 on the shaft, so that here the entire load is transferred to the shaft, The separate rings are successively designated by the references lr, 3r, 5r, etc ..., the partitions by 2s, 4s, 6s, etc ..., in accordance with the table with figures. lr is the reinforcement bagne which gives the reinforcement moment according to the needs to the rings 3r to 17r through the partitions 2s to 16s, The inclination of the reinforcement ring lr under the load, which will be strong enough to that the rings 3r, 5r, 7r, etc ..., also tilt up to the load capacity which must be assigned to them, is made possible by the particular method of fixing by hooping.
To the ring 1r is attached a thinner extension ring 6, the bending moment of which is so small that the non-linear position of the reinforcing ring 1r is not practically influenced thereby. The axial length of this thin ring 6 comprises approximately 1.27, b.d, with b as the thickness of the radial ring at the ring width and D as the average ring diameter, all in cm. For such dimensioning of the ring, fixing or mounting by rubbing the end of the ring at 4 has no appreciable effect on the place of connection between the rings lr and 6. In addition, at the place of fixing by rubbing 3, the axial extension of the hooping location from the median plane of the disc in the direction of axis retraction is dimensioned less than the axial expansion of the partition 2s in the same direction.
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The right end of the ring 1r can therefore, in practice, be reduced without hindrance under the load. The extension of the hooping location 3 towards the loaded side is kept greater, in order to facilitate in this way the inclination to the reinforcing ring 1r. To ensure the axial position of the disc, a éorou 7 is also provided.
In Figure 2, there is shown a particularly simple embodiment for a wheel subjected to a lesser load. The same reference numbers are used here. With the reduced load, it has become possible to keep the angle of inclination of the reinforcing ring 1 so small that the reinforcing ring can be directly rubbed down, at its ends, to the shaft at the ends. points 3 and 4.
To keep the angles of inclination small, the axial lengths of the rings 1r to 3r are kept longer than otherwise necessary for technical considerations. The wheel load capacity shown here comprises, according to table 44,250 kgr. for a load of 2000 kgr / cm2,
In FIG. 3, there is illustrated a wheel of unilateral construction, in which the support of the wheel on the shaft has been provided by the intervention of a particular elastic ring.
This elastic ring is here designated by lr, while the reinforcing ring has taken the designation 3r. The fixing of the elastic ring lr on the shaft occurs in this case by a tenon connection with the assistance of a mast oordon 8.
For the remainder, the same references are of value as in the other figures. At 9, there is also a groove, in order to be able to release the tenon connection more easily, after removing the mast cord 8 when the wheel is removed,
It should also be mentioned that in the application of the formulas set out, it must be taken into account,
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in known manner, thinning at the end of the ring.
For this purpose) some of the ring material at the ring ends is used to thicken the ring ends in such a way that a hypothetical ring shape of equal thickness results which has the same section as the actual ring. In the drawings, we have indicated in dotted lines the shape of the ring which should be taken as a basis for the calculation.
The table shows the dimensions and loads of the wheels shown, from bush to bush and from oloison to oloiaon. The columns in this table show the following values:
Dm = average diameter of the rings or partitions,
1 = - axial length of the rings measured, from the middle of the partition to the end of the rings, s = axial thickness of the partitions, b = radial thickness of the rings, h = radial height of the partitions, ¯p = pressure difference forming a charge,
P = load from the wheel edge to the middle of the ring,
MP = external bending moment on the ring by P,
MR = greatest moment that can be imposed on the ring,
MS = moment imposed on the partition (¯ = moment of partition yielded to the ring), tgao = inclination of the ring (¯ = bending of the partition), @ b = bending tension generated,
@ = shear stress in the partition.
In the table, we can see by what magnitude is the moment MR that can be imposed to the maximum on the rings and how much greater is the moment Mp actually absorbed, given that a real part of the moment Ms of the reinforcing ring lr (or 3r), successively yielded by the partitions, is made available to the rings.
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We always have Mp- Mr = ¯ms. The reinforcing ring must then, in all cases, absorb the total sum of all the additional ¯Ms at the moment Mp, of which it has the load, so that in the reinforcing ring MR = MP +} la. Moments exerted on the rings and the partitions result in the tgao inclinations of the rings. An effective finding of the invention therefore resides in that the partitions must now be dimensioned so that they produce for the given loads the desired bending ¯ tga., Bends which represent the differences between the tgao values of the adjacent rings. . There is therefore a need for the reinforcement of the partitions to be carried out according to a completely determined law.
This law was chosen for example in the wheel according to Figure 1, so that the rings 3r, 5r, 7r, 9r, llr, 13r, 15r and 17r are, as a whole, under the load of the bending tension of 2000 kgr / cm2, which here is permitted as the highest load. In the wheel according to figure 2, this only applies to the rings 3r and 5r; in the wheel according to figure 3, at the rings 5r and 7r. However, each time the reinforcing rings are subjected to equally high loads. It thus becomes immediately clear how such good use of material is produced by a uniform distribution of the highest forces. Until now, there is no disc construction in which such extensive use has been made of the given construction material.
It should also be noted that the remaining part of the disc, for which the value has not been given here, must be calculated in the usual way, but that however the forces decrease very quickly and that, consequently, a calculation precise of the tensions produced by the lateral overload, can be considered as superfluous. Attention should also be drawn to what the ratio of Mp to MR, for the ring
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which is located closest to the reinforcement ring, establishes a scale of measurement for the increase in the bearing capacity of the disc. From this, the wheel, according to Figure 1, withstands about four times the load at the same highest tension as the embodiments of lightweight discs known heretofore.
It further follows from the figures that an increase in wall thickness, insofar as it becomes necessary, occurs only on the smallest internal diameters. As the small diameters do not vary relatively little for different temperature rises, considered absolutely, it is that the heat conductivity of the discs is practically not significantly influenced. The capacity for expansion and contraction for large diameters, in which the variations take on harmful absolute values, is not significantly hampered. The proposal, according to the invention, therefore provides a solution which effectively increases the strength of light discs, without introducing appreciable disadvantages.
CLAIMS.
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