Brevet FR2439119A1 — publié le 19800516

La présente invention, concernant le freinage des véhicules, est plus particulièrement relative à des freins à disque et plus spécialement à I'attache'délé- ments annulaires d'un disque de freinage à un rotor, par exemple à une roue porteuse d'un véhicule ferroviaire. On a proposé antérieurement de fixer des anneaux de freinage à une roue de véhicule ferroviaire au moyen de boulons dégagés, c'est-à-dire qui passent au travers des trous ménagés dans la roue avec un åeu ou intervalle substantiel. les boulons sont suffisamment serrés pour empêcher le mouvement du disque par rapport à la roue sous les efforts de freinage normaux par suite du contact de friction entre le disque et la roue, et en meme temps pour empêcher le mouvement relatif entre le disque et la roue sous les forces importantes créées par les différences de température qui peuvent se produire au cours de l'application du frein entre un disque de freinage et la roue de chemin de fer sur laquelle le disque est monté et, si le disque est maintenu rigidement à l'encontre d'un déplacement par rapport à la roue, le disque et la roue sont soumis à des efforts ayant une grandeur inacceptable. Bien que la méthode connue pour le montage du disque tel qu'esquissé ci-dessus tienne compte du déplacement "thermique" nécessaire du disque de freinage, elle présente en fait le désavantage que les dilatations et contractions répétées peuvent entraîner un déplacement global qui détruit le centrage et par suite l'équilibre en rotation du disque. À titre de solution possible de ce problème, on a proposé de monter des éléments semi-annulaires sur l'âme d'une roue de véhicule ferroviaire au moyen de boulons dégagés tels que définis ci-dessus et d'utiliser de plus pour chaque élément deux boulons de retenue qui passent au travers de trous dans l'âme de la roue en s'y adaptant étroitement. On a suggéré que ces boulons adaptés soient placés aux extrémités opposées de l'élément annulaire arqué.Néanmoins, bien que les boulons adaptés servent à maintenir l'élément dans sa position équilibrée convenable, cette disposition constructive n'était pas entièrement satisfaisante, car les boulons adaptés restreignaient le mouvement d'origine thermique de l'élément de disque, d'où il s'ensuit que les désavantages mentionnés ci-dessus, lesquels sont associés aux contraintes thermiques, s'établissant dans l'élément de disque et dans la roue, existaient encore. Dans des propositions ultérieures on a envisagé de positionner les boulons adaptés en les rapprochant les uns des autres, pour réduire au minimum les contraintes thermiques et pour les placer uniformément de part et d'autre du plan radial divisant en deux l'élément annulaire ou effectivement dans ce plan. De telles dispositions sont décrites dans les brevets britanniques NO 1.359.388 et 1.526.204. La raison pour laquelle on place les boulons adaptés dans le plan médian ou uniformément de part et d'autre de ce plan consiste à assurer que les déplacements "thermiques" de chaque côté dudit plan soient égaux, de sorte que l'équilibre en rotation n'est pas détruit. Si l'on place les boulons adaptés de façon relativement rapprochée, cela réduit les contraintes thermique mais entratne d'autres problèmes. Comme les boulons adaptés se trouvent dans le plan médian de l'élément annulaire ou très près de ce plan, les parties principales de l'élément, de chaque ctté du plan médian, ne comportent pas de support fixe par rapport à la roue.Il s'ensuit que sous l'effet des forces centrifuges et d'impact dues au martellement de la roue sur le rail, les extrémités de l'élément tendent à vibrer par rapport à la roue en engendrant des efforts dans l'élément qui sont concentrés dans la région des boulons adaptés, au centre de l'élément. L'expérience a montré que ces efforts peuvent mener à un non fonctionnement par suite d'une rupture de l'élément ou des boulons. Dans un ensemble d'éléments annulaires de disque et de roue, exposé dans le brevet britannique NO 1.526.204, on utilise un boulon adapté et un deuxième boulon coulissant dans une fente alignée sur le boulon adapté empêche le mouvement en rotation de l'élément autour du boulon adapté Dans ce cas les deux boulons maintenant 11 élément convenablement positionné ne s'opposent pas aux dilatations et contractions thermiques de l'élément par rapport à la roue.Néanmoins, afin de s'assurer qu'il se produit un déplacement "thermique" égal des deux cotés du plan médian, les deux boulons de guidage doivent sistre placés suivant le plan médian et on rencontre les mimes problèmes des efforts excessifs créés dans la région centrale de l'élément par les forces centrifuges et a'impact. De plus, il s'y ajoute le désavantage que le boulon adapté unique doit supporter une proportion accrue des efforts centrifuges et d'impact. La présente invention vise à fournir un frein à disque dans lequel les inconvénients cités cidessus ont été éliminés. On considère donc ici un ensemble de frein à disque de chemin de fer comprenant un rotor et un disque de freinage incluant une multiplicité d'éléments annulaires arqués de freinage, dont chacun est fixé à une face du rotor par des fixations disposées pour permettre un déplacement d'origine thermique de l'élément par rapport au rotor, et selon l'invention chaque élément est positionné sur le rotor par une paire de dispositifs de positionnement situés sur les cotés opposés d'un plan axial séparant l'élément en deux parties, un dispositif étant disposé en un premier endroit pour retenir l'élément à l'encontre d'un déplacement de translation par rapport au rotor au premier emplacement et l'autre dispositif étant disposé en un deuxième emplacement écarté d'une distance appréciable du premier emplacement pour guider l'élément de façon à lui permettre de se mouvoir en gros dans la direction du premier emplacement, ce qui fait que la dilatation thermique de l'élément entre les dispositifs de positionnement n'est ainsi pas restreinte. C'est un fait connu que toutes les parties d'un corps uniformément chauffé se dilatent en ligne droite en s'écartant d'un point fixe du corps. Dans l'en- semble de frein à disque de l'invention, on évite des contraintes thermiques excessives dans les éléments du disque et dans le rotor, parce que l'élément est ancré au rotor à ltendroit du premier dispositif de positionnement et le deuxième dispositif de positionnement est adapté à permettre le mouvement de l'élément dans une direction qui se rapproche et s'écarte du premier dispositif c En meme temps les deux dispositifs de positionnement coopèrent pour assurer que par suite des différences de dilatation et contraction thermiques de l'élément et du rotor, l'élément à disque se déplacera d'une manière prédéterminée et bien définie c On comprendra que le système de positionnement de la présente invention est asymétrique par rapport au plan médian divisant l'élément en deux. Ceci est une différence essentielle par rapport aux dispositions qui ont été essayées jusqu'ici, lesquelles étaient toutes symétriques et il s'ensuit que les deux moitiés de l'élément, de part et d'autre du plan médian, ne se déplacent pas de manière uniforme lorsqu'il se produit une dilatation ou contraction d'origine thermique. Bien que le vrai centrage de l'élément puisse être perdu, 1 'équi- libre en rotation peut être maintenu en montant ensemble sur le rotor deux éléments semi-annulaires, construits et fixés avec symétrie parfaite l'un vis-à-vis de l'autre, de sorte que les forces de déséquilibre dues à un élément sont compensées par les forces de déséquilibre dues à l'autre élément. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les dispositifs de positionnement sont placés de manière uniforme par rapport au plan médian, mais ceci n'est pas essentiel pour le fonctionnement de la disposition de l'invention. le dispositif se trouvant au deuxième emplacement est de préférence adapté pour permettre un mouvement en ligne droite de l'élément dans la direction se rapprochant et s'écartant de l'emplacement du premier dispositif. Néanmoins il est également possible que le deuxième dispositif permette une faible rotation de 1'été ment autour du premier dispositif au cours du déplacement d'origine thermique. Par exemple le deuxième dispositif peut être disposé pour permettre seulement un mouvement droit de l'élément dans une direction s'écartant légèrement d'une ligne droite joignant les deux dispositifs, de sorte qu'au deuxième emplacement le mouvement d'écartement et de rapprochement du premier emplacement est accompagné d'un léger déplacement angulaire de l'élément.Il peut être également possible que le deuxième dispositif prenne la forme d'un excentrique qui produirait également une légère rotation de l'élément au cours des déplacements "thermiques". On décrira maintenant en détail une forme d'ensemble de frein à disque pour chemin de fer incorporant l'invention et certaines variantes, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins ciannexés parmi lesquels - la figure 1 est une élévation latérale de ltensemble, dans laquelle le rotor a été omis et certaines parties, coupées et enlevées pour la clarté; - la figure 2, une coupe effectuée suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3, une coupe partielle suivant la ligne III-III de la figure 1; - la figure 4 montre une forme modifiée du dispositif de positionnement en section transversale et - les figures 5 et 6, une autre variante d'un dispositif de positionnement, respectivement en vue en bout et en coupe transversale. En se référant tout d'abord aux figures 1 à 3, l'ensemble de frein à disque pour chemin de fer représenté inclut un rotor constitué par une roue de véhicule comprenant un moyeu 1, une collerette périphérique 2 et une tme 3 de raccordement. Des anneaux de freinage sont montés sur les faces opposées de l'me 3 et chaque anneau est constitué par deux demi-anneaux séparés 4.Le montage d'un demi-anneau 4 sera maintenant décrit en détail, mais il faut comprendre que les autres demi-anneaux sont attachés à l'Eme exactement de la mdme manière. le demianneau 4 est fixé à l'âme de roue 3 par douze fixations ayant la forme de boulons 5 dégagés, c'est-à-dire qui passent avec un jeu ou intervalle substantiel au travers de trous respectifs de l'Eme 3, comme on voit sur la figure 3. le même jeu de boulons 5 sert à fixer le demianneau du coté opposé de l'amie et les tettes de boulons et écrous de fixation sont "noyés" sous les surfaces de freinage exposées des demi-anneaux. les boulons 5 sont suffisamment serrés pour réprimer toute tendance au gauchissement des demi-anneaux, pouvant provenir d'une différence de dilatation des surfaces de freinage et des parties restantes des demi-anneaux. En même temps la tension dans les boulons 5 est telle que le déplacement thermique des demi-anneaux par rapport à l'âme 3 est permis. Pour maintenir chaque demi-anneau sur la roue dans une position prédéterminée, on dispose de manière symétrique deux dispositifs de positionnement sur les côtés opposés du plan divisant le demi-anneau 4 en deux, en des emplacements qui sont écartés d'une distance appre- ciable. Le premier dispositif de positionnement comprend une broche 6 enfoncée dans un trou de 1'Sme 3 et possédant un collet étanche 7 s'adaptant sur son extrémité saillante c le collet 7 s'adapte étroitement dans un évidement circulaire 8 ménagé dans la surface arrière du demi-anne-au 4 du disque de freinage, d'où il s'ensuit que le demi-anneau est fermement ancré à l'encontre de tout déplacement de translation par rapport à la roue 1 à l'emplacement du premier dispositif d'actionnement. le deuxième dispositif de positionnement comprend de manière semblable une broche 9 enfoncée dans un trou de l'ame 7. Elle comporte une paire de méplats opposés, ménagés sur son extrémité libre, qui s'engage avec coulissement dans un évidement fendu formé dans la surface arrière du demi-anneau 4 et s'allongeant dans la direction qui va vers le premier dispositif de positionnement. Comme on voit sur les figures i et 2, l'évidement fendu est obtenu en usinant un élément circulaire dans le demi-anneau et en insérant dans cet évidement une paire de segments de filet ou patins 10 en acier trempé. les patins 10 servent à réduire les contraintes de contact entre la broche 9 et-le demi-anneau 4, ainsi qu'à simplifier les opérations d'usinage nécessaires pour former la fente. En alignant la fente sur la broche 6, les dilatations et contractions thermiques du demi-anneau 4 par rapport à la roue ne sont pas contrariées par les broches fixes 6 et 9 et on évite des contraintes thermiques excessives dans le demi-anneau et dans la roue. Ainsi qu'on peut le voir clairement sur la figure 2, chaque broche 6, 9 sert de dispositif de positionnement pour deux demi-anneaux situés sur les côtés opposés de liane 3. les premiers dispositifs de positionnement que constituent les broches 6 des deux demi-anneaux 4 attachés à chaque face de l'amie sont positionnés diamétralement l'un en face de l'autre, avec une disposition symétrique des deux demi-anneaux, de sorte que l'anneau, considéré dans sa totalité, reste équilibré en rotation, même si les demi-anneaux séparés subissaient un déplacement thermique vers des positions excentrées. Les forces de déséquilibre provenant des deux demi-anneaux s'opposent et s'annulent réciproquement. Lors du fonctionnement de l'ensemble décrit de roue et de disque, la force agissant au centre de gravité de chaque demi-anneau est constituée par une force centrifuge dirigée radialement vers l'extérieur qui est combinée avec une force de choc ou d'impact tournant, ayant à peu près la moitié de sa grandeur La force d'oscillation résultante, dirigée vers l'extérieur, produit des contraintes dans l'élément qui sont maximales dans les plans radiaux c-d partageant en deux l'élément et e-f, g-h passant par les dispositifs de positionnement. les contraintes dans ces plans c-d, e-f, g-h peuvent dtre réduites de manière très appréciable en plaçant les broches de positionnement 6, 9 de chaque demi-anneau le long de lignes a-b parallèles au plan axial de symétrie du demi-anneau, les lignes a-b étant écartées entre elles d'une distance égale au double du rayon moyen R du demi-anneau. Sur la figure 4, on voit une forme modifiée de dispositif de positionnement qu'on peut utiliser à la place des dispositifs constitués par les broches 90 Une broche ronde Il dépourvue de méplat est utilisée et passe dans un trou ou évidement rond 12, ayant un plus grand diamètre, ménagé dans la surface arrière du demi-anneau. Un seul filet 13 d'acier trempé est positionné dans l'évidement du côté de la broche Il le plus voisin de l'axe de la roue et de sorte que sa surface plate se trouve alignée sur la broche 6 du premier dispositif de positionnement. Un petit intervalle de largeur x subsiste entre la broche il et l'évidement 12 du côté opposé au filet (les forces centrifuges assurent que la broche il reste toujours en contact avec le filet 13), ce qui permet le déplacement thermique des demianneaux, à l'endroit de la broche 11, d'une distance voisine de 6x dans la direction de la broche 6. Naturellement il n'est pas indispensable d'utiliser des broches pour les dispositifs de positionnement et on peut employer d'autres moyens, tels que des boulons, à leur place. Un dispositif de positionnement qui utilise un boulon 15 est représenté sur les figures 5 et 60 La tette du boulon est positionnée dans une rondelle 16 en forme de coupelle qui s'adapte sur le boulon et qui comporte un petit méplat d'un cdtéO Le boulon passe au travers d'un trou dans l' & e de la roue et se visse sur un écrou 17 possédant une conformation externe semblable à celle de la rondelle 16. La rondelle et l'écrou sont tous deux reçus, conjointement avec un filet 18, dans l'évidement circulaire prévu dans la face arrière du demi-anneau assoeié, les méplats sur la rondelle et sur l'écrou etant en contact avec la surface de filet plate et un intervalle subsistant chaque fois entre la rondelle ou l'écrou et l'évidement associé, du côté opposé au méplat, de sorte que pour le fonctionnement le dispositif est exactement équivalent à celui représenté sur la figure 4 Ainsi qu'on voit sur la figure 5, une bande de garniture 19 est disposée autour de la rondelle 16 sur son côté opposé au filet 18e On peut obtenir un certain degré d'équilibre en rotation de l'anneau du disque en employant des filets et/ou bandes différents0 REVENDICATIONS 1. Ensemble de frein à disque pour chemin de fer, comprenant un rotor et un disque de freinage formé par une multiplicité d'éléments annulaires arqués dont chacun est fixé à une face du rotor pour permettre un déplacement d'origine thermique par rapport au rotor, chaque élément annulaire étant maintenu dans une position prédéterminée sur le rotor par une paire de dispositifs de positionnement, un dispositif de positionnement étant disposé en un premier emplacement pour maintenir l'élément à l'encontre d'un déplacement de translation par rapport au rotor à l'endroit du premier emplacement et l'autre dispositif de positionnement étant disposé en un deuxième emplacement pour guider l'élément de façon à permettre un mouvement d'écartement et de rapprochement à partir du premier emplacement sans restreindre la dilatation thermique de l'élément entre les dispositifs de positionnement, caractérisé en ce que les dispositifs de positionnement sont écartés entre eux d'une distance appréciable et sont situés sur les côtés opposés du plan axial partageant l'élément en deux. 2. Ensemble selon revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de positionnement sont placés symétriquement par rapport audit plan de partage. 3e Ensemble selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les dispositifs de positionnement sont situés plus près des extrémités de l'élément que dudit plan de partage. 40 Ensemble selon revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les dispositifs de positionnement sont situés dans des plans respectifs parallèles audit plan de partage et écartés d'une distance approximativement égale au double du rayon moyen de l'élément 5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel deux éléments semi-annulaires sont fixés à une face commune du rotor, caractérisé en ce que ledit dispositif de positionnement des deux éléments ainsi que d'autres dispositifs de positionnement de ces éléments sont placés diamétralement en regard les uns des autres par rapport à l'axe du rotor. 60 Ensemble selon ltufle des revendications précédentes, dans lequel ledit autre dispositif de positionnement comprend une fente droite, allongée dans la-direction partant du deuxième emplacement vers le premier emplacement, et un organe s'engageant dans la fente de manière coulissante, caractérisé en ce que la fente est délimitée dans l'élément par un ou plusieurs filets de segment s'insérant dans un évidement circulaire prévu dans l'élément0