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BOITE.D ESSIEU.
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La présente invention concerne une boite d5essieu destinée aux chemins de fer et permettant d9améliorer le roulage.
L9invention vise principalement % assurer un roulage doux grâce à la prévision, dans la boîte deessieu, d8une ou de plusieurs chambres, dans lesquelles l'essieu, au cours de ses déplacements latéraux, c'est=à=dire axiaux, inévitables, modifie la pression de 1-'air ou d'un autre agent fluide, y contenu, ainsi que grâce à la combinaison, avec de telles chambres, d'un
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palier permettant de tels déplacements de 19essieu.
L'invention vise aussi à établir des espaces ou canaux par lesquels des fluides et/ou semi-fluides peuvent s9échapper des chambres prébitées, de façon à transformer la résis- te4hqe à la compression (ou à Paspil-ation) en un effet amortisseuro
Elle vise aussi à réduire 1?intensité de chocs latéraux entre les rouleaux et leurs butées dans les paliers à roulements, et entre les coussi- nets et les collets d'arrêt dans les paliers lisseso
Elle vise également à réduire le glissement axial nuisible des, surfaces portantes sur la totalité de leur longueur axiale., par opposition
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au déplacemeri hélicoid inoffensif Jusqu9à présent, les véhicules ferrovières comportaient des essieux munis soit de paliers lisses qui glissaient latéralement dans leurs boites entre collets de butée, soit de paliers à roulements,
qui ne permettaient
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qu9u-n mouvement latéral réduit ou nulo Généralement, les paliers lisses pro- curaient un roulement plus doux que les paliers à roulements, probablement pour la raison que le glissement latéral des essieux oppose une moindre ré-
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sistance au mouvement en lacet inévitable entre les essfieufi, les bogies et les caisses, que ce n9est le cas avec 19assemblage serré et plus rigide, qui caractérise les paliers à roulements et les boités d'essieu qui les contiennento
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La présente invention élimine cet état de serrage grâce à la pré- vision de jeux plus importants entre épaulements de guidage dans des paliers présentant des rouleaux à surfaces droites et protège les surfaces portantes contre un glissement excessif,
cela par le fait que le mouvement des essieux sert à modifier la pression de l'air ou d'un autre agent fluide dans des espaces fermés, prévus à chaque extrémité de l'essieuo Cette disposition réduit très notablement : les oscillations latérales de l'essieu; la fric- tion de glissement et l'usure des surfaces du palier ; chocs contre les collets d'arrêt et les facteurs préjudiciables aux voyageurs et aux marchan- dises, quel que soit le type de palier employé.
La fig. 1 est une coupe d'une boite d'essieu pour chemins de fer, munie de rouleaux cylindriques disposant d'un jeu à chaque extrémité de la bague intérieure, en vue d'un déplacement transversal par rapport à la voie, et comportant des éléments formant des chambres de compression;
La figo 2 est une coupe fragmentaire analogue à la figo 1 et mon- trant une variante entrant dans le cadre de l'invention;
La fige 3 est une coupe verticale d'une boîte d'essieu, montrant une autre variante de l'invention;
La figo 4 est une coupe schématique, à échelle agrandie suivant 4-4 de la figo 1, le palier étant sous charge;
La figo 5 est un fragment à échelle agrandie de la figo 1, mon- trant les déformations sous la charge, suivies par les surfaces de contact des chemins de roulement intérieur et extérieur avec un des rouleaux;
La figo 6 est un plan schématique montrant la forme de la zone de contact sous charge du chemin de roulement extérieur, avec un des roule- ments;
La figo 7 est un plan schématique montrant la forme de la zone de contact sous charge du chemin de roulement intérieur, avec le rouleau pré- cité ;
La fig. 8 est une coupe d'un assemblage montrant une autre varian- te laquelle comporte des moyens permettant l'échappement ou laminage de l'air à travers un espace de jeu étroit d'une longueur relativement, de la chambre de compression;
et
La fig. 9 est une coupe montrant une antre variante de l'invention, où la cage d'un palier à roulements forme une partie essentielle de la paroi intérieure de la chambre de compression.
Afin de mieux expliquer la présente invention et de mettre en lu- mièr la manière dont elle contribue à assurer un roulage plus doux des vé- hicules ferrovières, il sera utile de décrire certains détails des phéno- mènes qui se présentent dans les surfaces de contact entre les rouleaux et les chemins de roulement lorsque le chemin de roulement intérieur roule et se déplace transversalement entre les rouleaux qui 15'entourent,
Les paliers selon les variantes représentées de l'invention com- portent des rouleaux cylindriques roulant entre une surface extérieure 3 et une surface intérieure 6, toutes deux de forme cylindrique.
En supposant que les axes de tous les rouleaux sont parallèles aux axes coïncidants des chemins de roulement, les zones de contact entre les rouleaux et les chemins de roulement consisteront, avant la mise sous charge, en lignes droites.
Après la mise sous charge, ces surfaces formeront des zones sensiblement rectangulaires en projection, légèrement concaves en ce qui concerne les chemins de roulement ou gorges et légèrement aplaties en ce qui concerne les rouleaux. Les figso 4 à 7 donnent une représentation schématique (non à l'échelle) de ces zones de contact sous la charge de serviceo Ces zones ont été fortement exagérées, afin de faire ressortir les déformations élas- tiques, lesquelles s'étendent en réalité sur quelques millièmes d'un. inch (1 inch = 2,54 cm) en largeur et en profondeuro Dans tous ces dessins, les traits pleins représentent les coupes, avec le plan du papier, de parties
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chargées ou non chargées de rouleaux et de gorges.
Les traits interrompus représentent les formes initiales des cylindres. Les traits mixtes représen- tent la position d'un rouleau après son déplacement horizontal vers la gau-
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che sous l9influence d'une pression tangentielle.
La fig. 6 montre en projection les contours d'une zone de contact de gorge extérieure, zone définie par le trait plein 50 pour les côtés et 51 pour les extrémitéso De même, la fig. 7 montre en projection le contour de la zone de contact de la gorge intérieure, zone déterminée par les lignes 52 pour les côtés et 53 pour les extrémités. La figo 4 montre la coupe, dans
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le plan 4-4 d.9un rouleau et des zones de contact de sa surface non déformée 54 avec les deux gprgeso Les surfaces 57 et 59 représentent la surface 54 du rouleau aplatie par la charge et s9adaptant à la surface non déformée 55
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de la gorge extérieure telle qu9indiquée par 56, ainsi qu'à la surface non déformée 58 de la gorge intérieure telle qu'indiquée par 60.
Lorsque la boite d'essieu est en service, la gorge intérieure tourne à droite (dans le sens des aiguilles d'une montre) par exemple, comme indiqué par la flèche 61 dans la figo 4 et par 1?empennage de la flèche 62, fig. 50 En tournant, cette gorge rencontre une résistance frictionnelle, attribuable principalement à la déformation inévitable des surfaces cylindri- ques initiales. La résistance frictohnelle de roulement agit horizontale-
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ment, comme indiqué par la flèche 63 dans ls. fdigo 4 et par le dard 64 de la flèche dans la figo 50
Le mouvement transversal de l'essieu de droite à gauche par exem- ple, figo 6, agit de façon à déporter l'ensemble de la zone de contact légè- rement vers la gauche, avant que le mouvement ne se produise.
Vu ce déport, le galet peut suivre un trajet hélicoïdal qui s'écarte de la direction cir- conférentielle droite d9un angle généralement inférieur à 1 a A la suite de cette action, le rouleau semble glisser dans un sens axial, ce qui n'est pas le cas, d'où le terme de "glissement apparent?'. Ce rouleau suit un tra- jet hélicoïdal indiqué, à une échelle exagérée, par la divergence entre la flèche A, figo 7, qui représente le roulement non dévié et la flèche B qui représente le mouvement réel suivant un trajet hélicoïdal. Sur ce trajet, le rouleau ne rencontre qu9un faible degré de résistance, comparable à une friction de roulement.
Ces déviations axiales ont lieu uniquement sous 1?effet dune force axiale qui peut augmenter à mesure que la vitesse trans- versalement de 1?essieu augmente par rapport à sa vitesse de rotation, et
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jusquiJà ce Qu?elle dépasse la résistance frictionnelle de glissement du rou- leu. Lors d9un glissement pur, il y a danger de rayage.
. La présente invention assure une résistance supplémentaire par déplacement et/ou compression d'un fluide, afin d'empêcher (ou réduire) un tel glissement nuisible, amenant ainsi le rouleau à se déplacer de préféren-
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ce dans des limites angulaires de sécurité. h9eérience a démontré que les paliers ne subissent pas de rayage lorsque le'mouvement de roulement est
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maintenu dans des limites d.9angles de déviation tolérables.
Afin de simplifier les explications et d'éviter la répétition d'alternatives, l'exposé ci-après comporte, à titre d'exemple, l'emploi de Pair en tant que milieu fluide soumis à une pression accrue et/ou réduite. Il convient de retenir -. que la pression établie par l'avance de l'essieu se réduira à la pression atmosphérique., ou au-dessous de celle-ci par le retrait de 1?essieu; qu9une pression inférieure à la pression atmosphérique ou négative retarde le déplacpment de 1?essieu aussi efficacement qu'une pression supérieure à la pression atmosphérique ou pression positive; que d'autres fluides, comprenant l'huile, la graisse ou leurs combinaisons avec Pair,
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produisent des effets convenables d9élasticité et d$amortissement;
que des espaces remplis complètement ou partiellement de fluides dits incompressibles, y compris la graisse et 1?huile, he peuvent laisser échapper ceux-ci qu'en
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une quantité pouvant être absorbée par d9autres espaces., en communication avec les premiers. Dans les dessins, 1- désigne un essieu de chemin de fer; 2- un manchon posé à pression sur 1-'essieu et présentant une surface cylin- drique 3 sur laquelle roulent les rouleaux 4, tout en se déplaçant axiale-
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ment en vue d'absorber les mouvements latéraux de l'essieu; 5- un manchon prévu dans la boite d'essieu et présentant une surface cylindrique interne 6 qui enclave les rouleaux; 7- le carter de la boite d'essieu; 8- un des lon- gerons latéraux du bogie ou chassis;
9- une bague d'arrêt limitant le dépla- cement des galets 4 vers la droite; et 10- une bague d'arrêt limitant le déplacement 'des rouleaux vers la gauche. Une plaque Il., attachée àl'extré- mité de l'essieu, détermine dans le couvercle 12 de la bpite d'essieu une chambre dans laquelle le déplacement de l'essieu vers la gauche comprime l'air à une pression qui dépend du rapport des volumes maximum et minimum de 1.\1 espace compris entre la plaque 11 et le couvercle 12. Le volume maxi- mum se présente lorsque l'essieu est à fond de course à droite, et le volu- me minimum lorsque cet essieu est à fond de course à gauche. Le laminage à travers l'intervalle 13 réduit la pression et sert à assurer le réglage.
Une fermeture complète de la chambre aurait pour effet un rebondissement élastique prononcé. Les intervalles déterminent une réduction progressive de la pression et introduisent des effets contrôlables, comprenant la dispa- rition de la résistance avec le temps.
Les variantes des figs 1 et 2 comportent une seconde chambre 14 vers,le,quelle s'échappe la pression de la chambre 15 et où elle s9établit sous le contrôle d'un intervalle 16 qui entoure sa paroi intérieure 17, la- quelle est représentée ici comme faisant partie de la bague 10, mais qui peut être constituée par une pièce distincte.
La fig. 2 montre une variante comprenant un segment de piston 18 entre les parois 11 et 17, ainsi qu'un nombre de trous perforés 19. Sauf en ce qui concerne l'échappement de 1?air à travers ces orifices, le segment retiendra lui-même la totalité, en substance;, de l'air contenu dans la cham- bre 15. Un choix convenable du nombre et des dimensions des orifices permet un contrôle plus sûr de l'amortissement que lorsqu!on dépend à cet effet des intervalles 13 et 16 déterminés par des finissages relativement grossiers de l'alésage du couvercle et/ou des périphéries externes des bagues 11 et 17.
Dans certaines applications, une bague de feutre placée entre les parois 11 et 17 au lieu d'un segment de piston fonctionnera tout aussi bieno Le feutre n'étrangle pas l'écoulement d'air au même degré qu'un segment de pis- ton métallique.
La fig. 3 montre une disposition comportant un plus grand nombre de chambres dans lesquelles le déplacement de l'essieu aura pour effet d'é- lever et de réduire alternativement la pression du fluide, réalisant ainsi des efforts de freinage plus élevés que dans les dispositions précédentes.
La plaque 30 attachée à l'extrémité de l'essieu détermine, conjointement avec le couvercle 12, une chambre 31. L'aile 32 de la plaque 30 détermine une deuxième chambre 33 entre sa face intérieure et un disque 34, maintenu à joint étanche entre le couvercle et la bague d'arrêt 35 de la bague de rou- lement extérieure. Ce dernier disque détermine une troisième chambre 36 en- tre sa face interne et la bague d'arrêt 37 de la bague de roulement inté- rieure, cette bague d'arrêt déterminant à son tour une quatrième chambre 38 avec la bague d'arrêt 35 et un joint à cuvette 39 disposé dans le suralésage 40.
Lorsque l'essieu se déplace vers la gauche;, la plaque 30 et sa bride 32, ainsi que la bague 37 et sa bride 41, réduisent le volume des cham- bres 31 et 36 et augmentent la pression dans celles-ci. Ce même déplacement de l'essieu a simultanément pour effet daugmenter les volumes des chambres 33 et 38 et de réduire les pressions dans celles-ci. Comme une modification de la pression, tant dans le sens positif que négatif par rapport à l'at- mosphère., absorbe une partie de l'énergie produite par le mouvement de l'essieu, chacune de ces chambres agit de façon à fireiner les oscillations de l'essieu.
Les segments de piston, 42, 43 et 44 réduisent les fuites en- tre les chambres., augmentant ainsi notablement l'effet élastique de ces dernières. Le mouvement en retour de l'essieu vers la droite réduit les pressions en 31 et 36 et augmente les pressions en 33 et 38. La première partie de ce dernier mouvement rétablit les pressions à la valeur atmosphé-
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rique, mais produit ensuite des effets de freinage' analogues à ceux de 19egem- ple précédente mais dans un sens oppose.
Vu le jeu entre les rails et les boudins des roues, nécessaire pour permettre aux bogies de franchir les courbes9 et vu les liaisons plus ou moins lâches entre les éléments des bogies, un mouvement en lacet se pro- duit entre les organes précitéso Ce mouvement se maintient aussi longtemps que le convoi est en marcheo Il va de soi que la caisse du véhicule subira le déplacement le plus élevé par rapport à 1'essieu, tandis que;
les autres éléments de la chaîne reliant ces deux éléments extrêmes subiront,des dé= placements à un degré moindre et qui dépendra du type de la liaison, à savoir
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par pattes librement emboltéesq par ressorts ou par organes de fixation ri- gideso Les voitures à voyageurs comportent un matériel coûteux comprenant plus de ressort et laissant moins de jeu entre les éléments du bogie que dans les wagons à marchandises, lesquels comportent un nombre minimum de res- sorts et d9éléments non mécanisés assemblés en bogies et entre lesquels on
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prévoit des jeux, nécessairement asse importants.
Les constructeurs de paliers à roulements ont fait des applications assez satisfaisantes, dans les voitures à voyageurs, de tels paliers montés en vue de constituer des connexions rigides entre 1?essieu et la boîte d'es- sieuo Dès-ressorts et autres dispositifs protégeaient les paliers contre un coulissement relatif nuisible des organes.
Les qualités de roulages ont
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donné satisfaction aux constructeurs des chemins de fer jusqu?à l'avènement des vitesses élevées actuelles.
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Jusqu9à présent, les chemins de fer acquéraient un petit nombre de paliers à roulements pour wagons à marchandises, vu le prix élevé de tels paliers, mais ont changé dattitude depuis afin de combattre les facteurs
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qui déterminent 19endommagement des marchandises en raison des vitesses no- tablement augmentées des trains de marchandises
Les mouvements latéraux précités des caisses engendrent des efforts axiaux importants agissant sur diverses surfaces de butée, chaque fois qu'un boudin de roue atteint la limite de sa course par rapport au rail adjacent, ces efforts étant causés par le freinage des inerties de tous;
les organes de la chaîne sur un côté des rouleaux de roulement, ou du coussinet dans le cas d9un palier lisse. Le plus grand effort se développe au cours du mouve- ment latéral de 1?essieu et de la bague de roulement intérieure Iprsque les bagues d9arrêt des rouleaux viennent frapper les extrémités de ceux-ci ou
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lorsque les coussinets viennent buter contre les collets d9arrAet. La valeur de 19effort est égal au produit de la masse totale de tous les organes visés, multipliée par la vitesse initiale et divisée par le temps nécessaire pour
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produira 19arrêt de cette masse.
Les roulements à rouleaux cylindriques des figs. 1, 2p 3e 8 et 9 sont montrés avec 1?essieu occupant sa position média- ne dans la boite d9essieu, en laissant des intervalles entre les extrémités extérieures des rouleaux et les bagues doarrêt adjacentes. Ces intervalles correspondent à ceux prévus dans les roulements lisses entre les surfaces
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d?arrêt et les coussinets.
Certaines réalisations de la présente invention décrites ci-dessus,
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assurent un effet d9amortissement en-permettant 1?échappement deune partie de Pair comprimé dans une chambre par un essieu en mouvement. L'air complè- tement emprisonné aurait pour effet un haut degré de résistance élastique, laquelle empêcherait complètement le contact entre les rouleaux et les anneaux
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d9arrêt de la bague de roulement intérieure, libérant ainsi les paliers des efforts d'appui.
Une compression de ce genre autait pour effet de ramener 1?essieu vers la droite à une vitesse sensiblement égale à celle avec laquelle il sétait déplacé vers la gaucheo Un tel effet aurait supprimé le mouvement en lacet entre les divers éléments du véhicule, mais risquerait d'augmenter la tendance aux vibrations rythmiqueso L'échappement de Pair permet de ré- gler 1?élasticité dans toute la mesure voulue. Ainsi, l'invention permet dopposer aux efforts latéraux une résistance qui disparait avec le temps, de façon que les extrémités des rouleaux ne soient pas toujours empêchées de recevoir des impacts latéraux.
En dautres termes;, la compression de l'air
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retarde le rapprochement des extrémités des rouleaux vers les anneaux d'ar- rêt et augmente la durée nécessaire pour ramener les éléments précités au repos, réduisant ainsi non seulement l'intensité de l'impact, mais aussi le nombre d'impacts latéraux. Cette compression, appliquée à des roulements de n9importe quel type, améliore les qualités du roulage.
Les segments de pistons prévus entre les parois 11 et 17, fig. 2, peuvent être remplacés par des cuvettes de cuir ou de caoutchouc prévues sur les bords de ces parois.
La fig. 8 montre une disposition dans laquelle un intervalle étroit 70, prévu entre 1-'anneau d'arrêt 10 de la bague intérieure et le couvercle 12 permet rétablissement d'une pression de Pair dans la chambre de compres- sion 15. Cet intervalle étranglé s'étend sur une longue surface afin d'em- pêcher 19écoulement en augmentant la résistance frictionnelle, ce qui permet dabsorber une partie de l'énergie emmagasinée dans 1-'essieu en mouvement.
La figo 9 montre une variante dans laquelle un roulement à billes annulaire 80, attaché à l'extrémité d'un essieu 1 (montré dans sa position médiane) se déplace longitudinalement dans un espace 81 entre le couvercle 12 et Panneau d'arrêt 900 Au moment où la face de gauche 82 de la bague extérieure 83 de ce roulement rencontre le couvercle 12, le roulement à billes a déjà considérablement réduit l'espace 15. Des intervalles étroits 85 prévus extérieurement entre la cage de roulement 86 et les parties pleines 87 de la bague extérieure, produisent un laminage de Pair d'une manière ana- logue à celle des dispositifs précédents.
Lorsque la face de droite 89 entre en contact avec l'anneau d'arrêt 90, le roulement a billes a déjà agrandi 1-'espace 15 et provoqué une diminution de la pression. Tant la pression que Inspiration agissent de façon à retarder les déplacements axiaux de l'essieu de la manière voulue. L'espace compris dans le roulement à billes, et non occupé par les billes ou la cage, constitue une chambre réceptrice pour l'air comprimé. Il va de soi qu'un espace analogue contenu dans le roulement à rouleaux peut être délimité par une cage appropriée, dans le même but.
Dans tous les dessins représentant les applications de l'invention, l'essieu occupe une position intermédiaire entre les deux positions extrêmes dans lesquelles le boudin'de droite ou de gauche de la roue bute contre le rail adjacent, la description ci-=dessus étant basée sur la supposition que, dans cette position médiane;, la pression atmosphérique règne dans l'ensemble de la boîte d'essieu.
Il va de soit que les conditions de fonctionnement peuvent déterminer une pression atmosphérique à n'importe quelle autre posi- tion de 1?essieu et,lorsque le déplacement de l'essieu vers la gauche déter- mine une pression dans les chambres situées à l'extrémité de gauche de l'es- sieu, il tend d'antre part à produire un vide partiel dans les chambres si- tuées à l'extrémité de droite de l'essieu. Ces deux états de pression frei- nent le mouvement de l'essieu.
En considérant les revendications annexées, on comprendra que les éléments en forme de plaques 11 et 30, ainsi que les éléments correspondants des autres modes d'exécution de l'invention, éléments fixés à l'essieu et mobiles avec celui-ci sont considérés comme faisant effectivement corps avec celui-ci, sauf indication contraire..
REVENDICATIONS.
1. Système de boite dessieu caractérisé en ce qu9il comprend en combinaison une boîte d'essieu comportant un palier, un essieu pénétrant dans cette boîte et fixé à ce palier, cet essieu pouvant se déplacer axialement dans la boîte, ainsi qu'un dispositif à pression de fluide, destiné à amor- tir les mouvements de l'essieu.