Brevet FR2490305A1 — publié le 19820319

APPAREIL ELASTIQUE A CARACTERISTIQUE PROGRESSIVE, DE PREFERENCE POUR BOGIES DE VEHICULES FERROVIAIRES. L'invention concerne un appareil élastique à caractéristique progressive qui peut principalement être utilisé avec avantage pour les bogies de véhicules ferroviaires. Ainsi qu'il est bien connu, parmi les differents appareils elastiques (expression qui désignera ici les ressorts et groupes de ressorts), les ressorts helicoldaux cyclindriques -qui possèdent par ailleurs de bonnes propriétés- ont la particularité de posséder une caractéristique élastique linéaire. Toutefois, cette propriété limite le domaine d'applications de ces ressorts. La raison de cet limitation réside d'une part, dans le fait que cette propriété entraine certaines possibilités de résonance dans le domaine vibratoire et d'autre part, dans le fait que ces appareils sont également affectés de déficiences fonctionnelles. C'est ain que, par exemple, les grandes différences de charge ne peuvent être absorbees par les ressorts souples que par un tres fort fléchissement.Ceci exige toutefois un très grand encombrement de sorte que, l'utilisation de tels appareils élastiques est ainsi exclue a priori. La demande de brevet en Allemagne Fédérale DT-AS 1 954 164 décrit par exemple un appareil élastique dans lequel un ressort hélicoïdal supérieur et un ressort hélicoTdal inférieur sont montés coaxialement entre un plateau de ressort supérieur et un plateau de ressort inferieur et où, entre les deux ressortis, est inter cale un autre plateau de ressort qui, toutefois, ne peut se déplacer que dans la direction axiale. Une solution analogue est également decrite dans le brevet fran çais FR 72 21 188. Les solutions précitées décrivent certes des éléments elastiques travaillant progressivement mais elles ne sont pas appropriées pour le mode de travail dit "Flexicoil. Dans la construction des vehicules, on a de plus en plus tendance à faire en sorte que le poids mort du véhicule soit de plus en plus petit mais que sa capacit soit de plus en plus grande. Ces conditions qui sont mutuellement contradictoires ne peuvent être réalisées qu'avec des appareils élastiques qui possèdent une caractéristique progressive. En raison de ces caractéristiques d'entretien très avantageuses, la suspension "Flexicoil" se répand de plus en plus dans la pratique, sa particularité résidant dans le fait que, en dehors de la force de la charge, qui agit sur le plateau de ressort suivant l'axe longitudinal des ressorts, peut egalement entrer en jeu une force orientée perpendiculairement à cette force de charge. De cette façon, dans cette solution, les plateaux terminaux des ressorts peuvent également se déplacer en translation l'un par rapport à l'autre dans la direction latérale. L'invention vise à perfectionner encore les appareils élastiques décrits plus haut. Le problème qui doit être résolu par l'invention consiste à créer un tel appareil élastique possédant une caractéflstique progressive et qui, en dehors d'une progressivité qui correspond aux conditions à rem,plir, offre également la possibilite de réaliser une suspension travaillant dans le mode dit "Flexicoil". Pour résoudre le problème posé, la demanderesse prend pour base un tel appareil élastique à caractéristique progressive déjà connu qui possède un ressort hélicor- dal supérieur et un ressort hélicofdal inférieur disposes coaxialement, montés entre un plateau de ressort supérieur et un plateau de ressort inférieur, entre lesquels est intercalé un autre plateau de ressort, et dans lequel est également prévu un appui-butee.Suivant l'invention, tout ceci a été perfectionné par le fait que le plateau de ressort central (le plateau intermédiaire) est disposé de manière à permettre un déport latéral des ressorts hélicoidaux et, par ailleurs, de manière que, en présence d'une charge prédéterminée de l'appareil élastique, le plateau intermédiaire prenne appui sur I'appui-butée et, de cette façon, exclue l'un des ressorts helicoSdaux de poursuivre sa fonction. Avec cette caractéristique, on a obtenu que le plateau intermediaire puisse également se déporter par translation perpendiculairement à l'axe longitudinal des ressorts hélicoidaux et puisse permettre le mode de travail dit "Flexicoil". Il est avantageux de prevoir une telle forme de réalisation dans laquelle une suspension en caoutchouc est intercale entre le plateau intermédiaire et l'appui-butee. Il va de soi que le ressort helicoSdal supérieur et le ressort helicoSdal inférieur peuvent également être composés chacun de deux ou plus de deux ressorts hé7icoldaux coaxiaux qui agissent sur un plateau intermédiaire commun. Dans le cas de fortes charges, on peut monter en dehors des ressorts heli cotidaux supérieur et inferieur, d'autres ressorts hélicoidaux, coaxiaux aux premiers, montés entre le plateau de ressort supérieur et le plateau de ressort inférieur. Il est egalement possible d'adopter une solution dans laquelle, en dehors des ressorts hélîcoidaux supérieur et inférieur, il est encore prévu, concentriquement aux premiers ressorts, un ressort hélicoldal supérieur et un ressort hélicoïdal inférieur entre lesquels est monté un deuxième plateau intermédiaire pouvant se deporter en translation dans la direction transversale et qui coopère alors avec le premier plateau intermédiaire. Dans ce cas, la fonction de l'appuibutée est essentiellement assurée par le deuxième plateau intermediaire. L'invention sera décrite en details dans la suite en regard des dessins annexe ces dessins devant être considérés comme certains des exemples de réalisation possibles et représentant ce qui suit: la figure 1 représente en coupe longitudinale un premier exemple de réalisation de l'appareil élastique à caractéristique progressive suivant l'invention; la figure 2 représente également en coupe longitudinale un deuxième exemple de réalisation de l'appareil élastique suivant l'invention; la figure 3 représente en coupe longitudinale un troisième exemple de réalisation de l'appareil élastique suivant l'invention; la figure 4 représente un quatrième exemple de réalisation suivant l'invention; la figure 5 représente en coupe longitudinale un cinquieme exemple de réalisation de l'appareil élastique suivant l'invention;; les figures 6 et 7 montrent les caractéristiques des appareils élastiques suivant les figures 1 à 5. Sur les dessins, les éléments analogues sont désignés par les mêmes numéros de réference. Comme on peut le voir sur la figure 1, un ressort hélicoçdal supérieur 12 et un ressort hélicoïdal 13 sont montés coaxialement entre un plateau de ressort supérieur 10 et un plateau de ressort inférieur 11. Toutefois, un plateau intermédiaire 14 est intercale entre les ressorts helicoldaux 12 et 13. Dans le cas considéré, l'appareil classique est muni d'un appui-butée supérieur 15 et d'un appui-butée inférieur 16. Suivant l'invention, le plateau intermédiaire 14 est agencé de manière à permettre un déport transversal des ressorts helicoldaux 12 et 13. Ainsi qu'on peut bien le voir sur le dessin, le plateau intermédiaire 14 peut se déporter librement en translation dans la direction transversale avec les extrémites des ressorts hélicoTdaux 12 et 13. Sur la figure 1, l'appareil élastique est représenté à l'état non charge, l'axe longitudinal des ressorts helicoTdaux étant désigne par 17,'la charge qui agit dans la direction de l'axe longitudinal par "P", et la force transversale qui agit perpendiculairement à la charge par "Q". Dans cet état, la distance entre une face frontale inférieurel8 du plateau intermediaire 14 et une face frontale 19 de l'appui-butee inférieur 16 est désigne par la référence 20. Dans le cas représenté ici, un ressort en caoutchouc 21 est interposé entre i' appui-butée inférieur 16 et le plateau intermédiaire 14, ce ressort étant fixé dans ce cas à l'appui-butée 16 d'une façon connue en soi. Dans cet exemple de realisation, un autre ressort hélicoïdal 22 est retenu par le plateau de ressort supérieur 10 et par le plateau de ressort inférieur 11, concentriquement aux ressorts hélico?daux 12 et 13 mais dans une position qui entoure ces derniers. Le mode de fonctionnement de l'appareil élastique représenté sur la figure 1 est la suivant: sous l'effet de la charge "P", les deux plateaux de ressorts 10 et 11 se déplacent l'un par rapport à l'autre. Dans cette translation, la caractéristique progressive de t'appareil élastique est obtenue grace au fait que, au début, le plateau intermédiaire 14 se déplace également vers le bas et bute contre le ressort en caoutchouc 21. Ensuite, au cours de la poursuite du flechissement, le ressort en caoutchouc 21 entre également en action. Ce mouvement dure jusqu'à ce que la surface frontale 18 du plateau intermédiaire 14 bute contre la surface frontale 19 de l'appui-butee inférieur 16. En effet, ceci supprime effectivement l'action du ressort hélicoldal inférieur 13 sur le plateau intermédiaire 14. La caractéristique de l'appareil élastique de la figure lest représentée sur la figure 6 par une ligne en traits mixtes. Sur l'axe vertical du systeme de coordonnées, on a porté les valeurs de la charge "P" tandis que que l'axe horizontal, on a porte les valeurs de fléchissement mesurées correspondantes des ressorts.On a désigné par la référence 23 le point où le ressort en caoutchouc 21 entre en action tandis qu'-en 24 on a désigne l'arrivée du plateau intermédiaire 14 en butée sur l'appui-butee 16. Entre les points 23 et 24, la caractéristique croît en arc de courbe, ce qui est à attribuer à l'action du ressort en caoutchouc 21.Au-delà du point 24, la courbe croit linéairement en raison du fait que, dans ce cas, seuls les ressorts helicoldaux 12 et 22 sont encore en action. Il est connu qu'une suspension, c'est-à-dire un appareil élastique peut être défini de la façon la plus complexe par sa caractéristique (c'est-à-dire sa raideur). Toutefois, qu'il s'agisse d'un ressort élémentaire ou d'un appareil élastique composé, la caractéristique résultante est toujours la propriété de construction la plus caracterisante. Sur la figure 6, la caractéristique tracée en traits mixtes est la caractéristique résultante de l'appareil élastique suivant la figure 1. Dans un appareil élastique suivant la figure 1, les ressorts hélicoçdaux 22 peuvent na turel lement être supprimés dans le cas de charges relativement faibles. De même, on peut également se dispenser du ressort en caoutchouc 21 mais, dans ce cas, la caractéristique de l'appareil élastique présentera un point de changement de pente correspondant a la rencontre des surfaces frontales 18 et 19. La constante élastique globale peut être calculée d'une façon connue en soi lorsqu'on connait la raideur des ressorts helicoTdaux 12, 13 et 22. Dans le cas considéré, on a choisi la raideur du ressort hélicoTdal 12 plus grande que celle du ressort hélicofdal inferieur 13. En dehors de la charge "P" qui agit suivant l'axe longitudinal 17, l'appare élastique suivant l'invention peut également être charge suivant une force "Q" orientée transversalement. Un deuxième exemple de réalisation de l'invention est visible sur la figure Cet appareil correspond essentiellement à la solution représentée sur la figure 1 La principale différence consiste en ce que, ici, les appuis-butées 15 et 16 sont omis et que le guidage du ressort hélico7dal supérieur 12 et du ressort hélicolda inférieur 13 est assuré au moyen des ergots 25 et 26. Une autre différence essentielle consiste en ce que, ici, l'appui-butee 16 est remplacé par un deuxième pla teau intermédiaire 27, de construction analogue à celle du plateau intermédiaire 14, ce dernier cooperant avec le premier plateau intermédiaire.Le deuxième plate intermédiaire 27 est monté en dehors des ressorts hélicoidaux 12 et 13, entre les ressorts helicoTdaux supérieur 28 et inférieur 29 disposés concentriquement aux premiers. La distance entre les plateaux intermédiaires 14 et 27 a été ici également désignée par la référence 20. Le fléchissement des ressorts se produit en pri sence d'une charge élastique "P", la caractéristique de l'appareil élastique pos sedan ici un point de changement de pente. La caractéristique de l'appareil éla! tique suivant la figure 2 a éte tracée en trait continu sur la figure 6; le point de changement de pente est designé par 30. Sur la figure 3, on représenté le troisième exemple de réalisation de l'invention. Cet exemple diffère du mode de réalisation suivant la figure 2 par le fai qu'ici également est monté un appui-butee inferieur 16. La caractéristique de l'appareil élastique suivant la figure 3 est représent en trait continu sur la figure 7. En réponse à un rapprochement des plateaux de ressorts 10 et 11, le deuxième plateau intermédiaire 27 rencontre tout d'abord le premier plateau intermédiaire 14. Ici, la caractéristique de l'appareil élastique présente un point de changement de pente au point 31. En reponse à la poursuite de la compression, les deux plateaux intermédiaires 14 et 27 se déplacent conjointement vers l'appui-butee 16. Lorsque le plateau intermediaire 14 bute sur l'appui butée 16, la caractéristique de l'appareil élastique présente un deuxième point de changement de pente 32, après quoi la caractéristique de l'appareil continue à croître linéairement mais avec une pente plus raide. Sur la figure 4, on peut voir un autre exemple de réalisation de l'appareil élastique suivant l'invention. Cet appareil ne diffère de la solution représentée sur la figure 3 que par le fait que le plateau supérieur 10 est réalise en forme de cloche, la collerette de la cloche est désignée par 33. La caractéristique de l'appareil élastique de la figure 4 est également représentée sur la figure 7. La courbe concorde avec celle de l'appareil élastique de la figure 3 jusqu'au point 34 mais, à partir de ce point, elle présente une allure plus raide, comme ceci est indiqué par la ligne en traits mixtes. Le mode de fonctionnement de l'appareil élastique de la figure 4 est le suivant: au cours du rapprochement des plateaux de ressorts 11 et 12, le deuxième plateau intermédiaire 27 rencontre tout d'abord le plateau intermédiaire 14, ce qui fait disparaitre l'espace intermédiaire 20. Sur la courbe caractéristique, cette rencontre est indiquée sur la figure 7 par le point 31. Ensuite, la collerette 33 du plateau de ressort 10 bute sur le deuxième plateau intermédiaire 27, ce qui apparat sur la courbe caractéristique sous la forme du point de change nuant de pente 32. Ensuite le plateau intermédiaire 14 bute sur l1appui-butée inférieur 16, ce qui apparat sur la courbe caractéristique de la figure 7 sous la forme du point de changement de pente 34. Finalement, on a représenté sur la figure 5 une variante de la solution de la figure 1 sur laquelle le ressort helicoSdal supérieur 12 est composé de ressorts hélicoidaux 12A et 12B et le ressort helicoldal 13 est composé de ressorts hélicoTdaux 13A et 13B. Toutefois, le ressort hélicoïdal extérieur 22 est remplacé ici par des ressorts hélicoidaux 22A et 22B. Ce mode de réalisation peut être particulièrement avantageux dans le cas de très fortes charges. Le mode d'action et la caractéristique concordent ici esstentiellement avec celle de l'appareil élastique de la figure 1. Dans tous les cas, les surfaces de butée peuvent être équipees d'un ou de plusieurs ressorts en caoutchouc, de la même façon que sur les figures 1 et 5, ce qui permet de transformer les points de changement de pente des courbes caractéristiques en des segments à allure incurvée. En multipliant les points de rencontre, on peut faire varier à volonte le nombre de points de changement de pente de la courbe caractéristique résultante. Le choix des espaces intermédiaires 20 et de la raideur des ressorts hélicoTdaux permet de fixer a volonté a priori la caractéristique progressive de l'appareil élastique suivant l'invention -en fonc tion des spécifications-. L'avantage le plus essentiel de l'appareil élastique suivant l'invention réside dans le fait qu'il peut être chargé par une force "Q" orientee transversalement et permet de cette façon d'obtenir une suspension "Flexicoil" meme dans le cas d'appareils élastiques à caractéristique progressive. La solution suivant l'invention présente un autre avantage en ce sens que, par exemple dans le cas de la suspension des bogies de véhicules ferroviaires, simultanement avec une amélioration des caracteristiques de rou,ement on peut également obtenir une réduction des éléments frottants. Par ailleurs, en utilisant la solution suivant l'invention sur des véhicules pour le. transport de personnes et possédant une forte charge utile, on peut donner à une telle suspension une configuration qui permet également de faire profiter la suspension d'un grand débattement théorique lorsque les voitures sont vides. L'appareil élastique suivant l'invention possède un poids relativement inferieur à celui des solutions connues puisque tous les éléments de l'appareil élastique participent également au support de la charge a vide. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est-susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVEriDICATIONS 1.- Appareil élastique à caractéristique progressive, de préférence pour bogies de véhicules ferroviaires, comprenant au moins un ressort helicoldal supérieur et un ressort hélicoldal inférieur montés coaxialement entre un plateau de ressort supérieur et un plateau de ressort inférieur ainsi qu'un plateau intermédiaire intercalé entre ces ressorts, et ainsi qu'un appui-butée, cet appareil étant caractérisé en ce que le plateau intermédiaire (14) est disposé de telle manière qu'il permette un déport des ressorts hélicoidaux (12, 13) dans la direction transversale, en ce que, en outre, le plateau intermédiaire (14) prend appui sur l'appui-butee (16) en présence d'une charge prédéterminée (Pf) de l'appareil élastique et, de cette façon, exclut l'un des ressorts helicoSdaux (13j de la poursuite de sa fonction. 2.- Appareil élastique suivant la reéndication 1 > caractérisé en ce qu'un ressort en caoutchouc (21) est prévu entre le plateau intermédiaire (14) et l'appuibutée (16). 3.- Appareil élastique suivant l'une des revendications 1 et 2, caraterisé en ce que chacun des ressorts hélicoidaux supérieur et inférieur (12 et 13) est composé de deux ou plus de deux ressorts héiico?daux (12A, 12B et 13A, 13B). 4.- Appareil élastique suivant l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que au moines un ressort hèlicoidal (22, 22A, 22B) est ou sont monté(s) entre les plateaux de ressorts supérieur et inférieur (10, 11). 5.- Appareil élastique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que en supplément de l'appui-butee (16) et des ressorts hélicoïdaux supérieur et inférieur (12, 13), sont prévus coaxialement à ces ressorts, un ressort hélicoïdal supérieur (28) et un ressort hélicoïdal inférieur (29) entre lesquels est interposé un deuxième plateau intermédiaire (27) qui permet un déport transversal des ressorts helicoldaux (28, 19) et qui coopère avec le premier plateau intermédiaire (14).