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Roue élastique avec rigidité variable le long du rayon, parti- culièrement destinée aux chemins de fer, tramways et véhicules routiers .
On connaît des roues élastiques pour chemins de fer, tramways et véhicules routiers, dans lesquels l'organe éla,s- tique est constitué par des anneaux ou des blocs de formes variées, en caoutchouc ou autre matière équivalente, fixés entre des brides placées vis-à-vis et solidarisées alternati- vement avec le moyeu et le bandage de la roue. Dans ces roues le caoutchouc travaille au cisaillement et à la flexion en raison des efforts verticaux (poids de la voiture et de la charge), à la torsion en raison du couple moteur ou de freinage, et à la compression en raison des efforts et mouvements trans- versaux.
Dans les roues de ce type connues jusqu'ici, l'élément élastique a une épaisseur et une rigidité constantes le Ion
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du,rayon. Or, si cela est rationnel en ce qui regarde les efforts verticaux (charge) qui de cette manière sont distribués unifor- mément dans la matière, il n'en est pas de même quant aux efforts ou mouvements torsionnaux et transversaux, qui tous deux, dé- terminent des déformations dont la valeur en chaque point du ra.yon est directement proportionnelle à la valeur même de celui- ci.
Pour obtenir une distribution uniforme de ces efforts ou mouvements il fa.ut qu'au lieu d'être constante la déformabilité dé l'élément élastique soit le long du rayon variable en raison directe avec ce même ra,yon, c'est-à-dire que la. rigidité de l'élément élastique puisse varier en raison inverse avec le rayon. Les efforts torsionnaux et transversaux peuvent atteindre une valeur telle que les pointes de sollicitation provoquées par leur distribution hon uniforme peuvent compromettre la, résistance de la matière., Selon la. présente invention on fa.it varier la, ri- gidité de l'élément élastique le long du rayon, de telle sorte qu'elle diminue à mesure que le rayon augmente.
Comme cas par- ticuliers de cette conception générale, nous pouvons faire varier cette rigidité en raison inverse du rayon suivant un coefficient de proportionnalité tel qu'il rende uniforme la distribution des efforts torsionnaux et transversaux prévus penda,nt le fonctionne- ment. Dans ce cas on n'aura pas une uniformité parfaite dans les sollicitations provoquées par les efforts verticaux (cha,rge). Ou bien on pourra tâcher d'obtenir un compromis avantageux en dimi- nuant le coefficient de proportionnalité de manière à provoquer une certaine difformité dans la distribution des effortstor- sionnaux et transversaux autant que des efforts verticaux, mais de sorte que les'pointes locales de sollicita/lion provoquées par cette difformité de distribution demeurent dans des limites non inquiétantes.
Dans ce but on peut maintenir constante la, rigidité de la matière et faire varier l'épaisseur de l'élément élastique le long du rayon, en raison directe de celui-ci, comme représenté à la figure 1, dans laquelle 1 désigne le moyeu, 2 le bandage de la roue, 3 la bride fixée au . moyeu, ! et les brides solidai-'
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.res du bandage, et 5, 5' les éléments élastiques, lesquels ont précisément une épaisseur variable en raison directe du rayon.
On a désigné par [alpha] l'angle formé par les surfaces latérales de l'élément en caoutchouc, lesquelles ne sont pas normales mais inclinées par rapport à l'axe de la roue ; la valeur de CI./\ dépend des critères exposés ci-dessus concernant l'uniformité plus grande ou plus petite désirée, dans la distribution des sollicitations provoquées par les différents efforts en présence.
Tandis que dans la réalisation de la figure 1 les brides présentent une inclinaison ou conicité de leurs faces, ce qui entraine une plus grande complication dans leur mise en oeuvre, la figure2 montre une variante de réalisation de l'objet de l'invention dans laquelle on prévoit une variation, non pas continue mais échelonnée, c'est-à-dire par ressauts ou gradins, de l'épaisseur de l'élément élastique, aussi bien que des brides ou mieux encore de la bride centrale seule.
Les indications de la figure 2 correspondent à celles de la figure 1. Les ressauts peuvent être deux, comme indiqué dans la, figure, ou plusieurs, et pour chaque ressaut on pourra adopter, par exemple, l'épaisseur qui résulterait pour sa fibre moyenne, si l'épaisseur variait de manière continue le long du rayon.
Le même objectif, c'est-à-dire la diminution de la rigidité de l'élément élastique le long du rayon, peut être obtenu en maintenant l'épaisseur constante et en variant, au contraire, la rigidité de la matière. Cela est plus difficile à réaliser dans les roues dans lesquelles l'organe élastique est constitué par un anneau ou par une série unique de blocs; c'est au contraire plus facile à réaliser dans les cas où l'organe élastique est constitué par deux ou plusieurs séries concentri- ques de blocs, comme il a été revendiqué dans le brevet italien n 432 227, déposé le 18.7.1947 et délivré le 15 mars 1948.
Particulièrement dans ce dernier cas le même objectif peut être aussi obtenu en maintenant constant soit l'épaisseur de l'élément et la rigidité de la matière et en variant au contraire, le long du rayon, le coefficient de forme des blocs des différentes sé-
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ries concentriques qui par leur ensemble forment l'orga,ne élastique.
Il est enfin évident que les trois systèmes pour obtenir la diminution de la, rigidité, le long du rayon peuvent être employés séparément ou bien en combinaison entre eux.
La figure 3, dans sa pa,rtie gauche, montre le cas d'un élément élastique en forme d'anneau complet ou bien constitué par une série unique de blocs, tandis que dans sa partie droite, on a. indiqué le cas de deux séries concentriques de blocs cons- tituant l'objet du susdit brevet italien n 432227, montrant le cas d'épaisseur et de coefficient de forme tous deux uniformes, mais avec une variation de la rigidité du matériel le long du rayon. Dans ce dernier cas la partie 5a devra être en une matière plus flexible que la partie 5b plus voisine du centre de la roue,et de même 5'a par rapport à 5'b.
Cette solution permet de fa.ire les brides ayant des surfaces normales à l'axe de la roue, comme dans les roues com- munément connues.
La même figure 3 peut aussi représenter le cas dans lequel on agit seulement sur le coefficient de forme.
Dans ce cas-ci la partie 5a devra avoir un rapport entre la dimension transversale et l'épaisseur des blocs plus petit que le rapport correspondant des blocs 5b et de même pour 5'a par rapport à 5'b, de sorte que la différence du coefficient de forme rend les parties 5a et 5'a respectivement plus flexibles que lesparties 5b et5'b.
Il va de soi que les réalisa.tions décrites ci-dessus ne constituent que des exemples non limita.tifs de l'objet de la présente invention, et que l'on peut évidemment y apporter des modifications ou adjonctions connues sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, pa.r exemple, tandis que da.ns les figures sus- - dites, la bride centrale est solidaire du moyeu et les brides extérieures sont solidaires du bandage, on peut adopter une solution inverse. De même, au lieu de trois brides fixées pa,r
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deux éléments élastiques, constitués chacun par un anneau (ou par une ou plusieurs séries de blocs ou secteurs constituant dans leur ensemble un anneau) il peut y avoir n couronnes élas- tiques (ou n séries ou groupes de séries de blocs ou secteurs) avec n+1 brides (n étant un nombre pair quelconque), solidaires alternativement du bandage et du moyeu. On peut enfin varier d'autres particularités de construction, comme celles qui se rapportent au serrage axial des brides, etc.
Dans toutes les réalisations susdites, la matière élastique préférée est le caoutchouc élastique ou une matière assimilable au caoutchouc, sans exclure toutefois l'emploi d'autres matières connues ayant les caractéristiques d'élasticité nécessaires.
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Elastic wheel with variable stiffness along the radius, especially intended for railways, trams and road vehicles.
Elastic wheels are known for railways, trams and road vehicles, in which the elastic member is constituted by rings or blocks of various shapes, made of rubber or other equivalent material, fixed between flanges placed with screws. -to-vis and secured alternately with the hub and the tire of the wheel. In these wheels, the rubber works in shearing and bending due to vertical forces (weight of the car and the load), to torsion due to the engine or braking torque, and to compression due to the forces and movements transversal.
In wheels of this type known so far, the elastic element has a constant thickness and rigidity.
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of, radius. However, if this is rational with regard to the vertical forces (load) which in this way are distributed uniformly in the material, it is not the same as regards the torsional and transverse forces or movements, which both, determine deformations, the value of which at each point of the ra.yon is directly proportional to the value of the latter.
To obtain a uniform distribution of these forces or movements, instead of being constant, the deformability of the elastic element is along the variable radius in direct ratio with this same ra, yon, that is to say -to say that the. stiffness of the elastic element may vary inversely with the radius. The torsional and transverse forces can reach a value such that the stress peaks caused by their uniform distribution can compromise the resistance of the material. In the present invention, the stiffness of the elastic member is varied along the radius so that it decreases as the radius increases.
As special cases of this general design, we can vary this rigidity in inverse proportion to the radius according to a coefficient of proportionality such that it makes uniform the distribution of the torsional and transverse forces expected during operation. In this case we will not have perfect uniformity in the stresses caused by the vertical forces (cha, rge). Or we could try to obtain an advantageous compromise by reducing the coefficient of proportionality so as to cause a certain deformity in the distribution of the structural and transverse forces as much as of the vertical forces, but so that the local points of solicita / lion caused by this distribution deformity remain within non-worrying limits.
For this purpose, the rigidity of the material can be kept constant and the thickness of the elastic element can be varied along the spoke, in direct proportion to the latter, as shown in FIG. 1, in which 1 designates the hub. , 2 the tire tire, 3 the flange attached to the. hub,! and the integral flanges
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.res of the tire, and 5, 5 'the elastic elements, which precisely have a variable thickness in direct proportion to the radius.
The angle formed by the lateral surfaces of the rubber element, which are not normal but inclined with respect to the axis of the wheel, is designated by [alpha]; the value of CI ./ \ depends on the criteria set out above concerning the greater or lesser uniformity desired, in the distribution of the stresses caused by the various forces involved.
While in the embodiment of Figure 1 the flanges have an inclination or taper of their faces, which leads to a greater complication in their implementation, Figure 2 shows an alternative embodiment of the object of the invention in which provision is made for a variation, not continuous but staggered, that is to say by steps or steps, of the thickness of the elastic element, as well as of the flanges or even better of the central flange alone.
The indications of figure 2 correspond to those of figure 1. The jumps can be two, as indicated in the figure, or several, and for each step one could adopt, for example, the thickness which would result for its average fiber , if the thickness varied continuously along the radius.
The same objective, that is to say the decrease in the rigidity of the elastic element along the radius, can be obtained by keeping the thickness constant and by varying, on the contrary, the rigidity of the material. This is more difficult to achieve in wheels in which the elastic member is constituted by a ring or by a single series of blocks; on the contrary, it is easier to achieve in cases where the elastic member is constituted by two or more concentric series of blocks, as claimed in Italian patent no. 432 227, filed on 18.7.1947 and issued. March 15, 1948.
Particularly in the latter case, the same objective can also be obtained by maintaining constant either the thickness of the element and the rigidity of the material and by varying, on the contrary, along the radius, the form coefficient of the blocks of the different sections.
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concentric lines which together form the elastic organ.
It is finally evident that the three systems for obtaining the reduction in rigidity along the radius can be used separately or else in combination with each other.
Figure 3, in its left part, shows the case of an elastic element in the form of a complete ring or constituted by a single series of blocks, while in its right part, we have. indicated the case of two concentric series of blocks constituting the subject of the aforesaid Italian patent n 432227, showing the case of thickness and form coefficient both uniform, but with a variation of the rigidity of the material along the radius . In the latter case, part 5a must be made of a more flexible material than part 5b which is closer to the center of the wheel, and likewise 5'a with respect to 5'b.
This solution makes it possible to manufacture flanges having surfaces normal to the axis of the wheel, as in commonly known wheels.
The same figure 3 can also represent the case in which one acts only on the coefficient of form.
In this case the part 5a must have a ratio between the transverse dimension and the thickness of the blocks smaller than the corresponding ratio of the blocks 5b and likewise for 5'a compared to 5'b, so that the difference the shape coefficient makes the parts 5a and 5'a respectively more flexible than the parts 5b and 5'b.
It goes without saying that the realizations described above constitute only nonlimiting examples of the object of the present invention, and that one can obviously make known modifications or additions to it without departing from the scope of invention.
Thus, pa.r example, while da.ns the aforementioned figures, the central flange is integral with the hub and the outer flanges are integral with the tire, one can adopt a reverse solution. Likewise, instead of three flanges fixed by pa, r
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two elastic elements, each constituted by a ring (or by one or more series of blocks or sectors constituting as a whole a ring) there can be n elastic rings (or n series or groups of series of blocks or sectors) with n + 1 flanges (n being any even number), secured alternately to the tire and to the hub. Finally, it is possible to vary other construction features, such as those relating to the axial tightening of the flanges, etc.
In all of the aforementioned embodiments, the preferred elastic material is elastic rubber or a rubber-like material, without however excluding the use of other known materials having the necessary elasticity characteristics.