Brevet FR2574716A1 — publié le 19860620

La présente invention concerne le montage des roues de véhicules de chemin de fer et plus précisément une cons- truction perfectionnée d'essieu à roues tournant indépen- damment. Des constructions de roues tournant indépendamment sur des essieux de chemin de fer de divers types ont déjà été décrites et les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 201 726 de 1878, 237 906 de 1881, 1 292 663 et 1 316 087 concernent de telles constructions. Ils décrivent diverses constructions à roues tournant indépendamment, pour véhicule de chemin de fer, dans lesquelles l'une des roues est em- manchée à force sur un manchon allongé placé axialement et monté de manière qu'il puisse tourner sur un essieu. De cette manière, la roue montée sur le manchon peut tour- ner librement autour de l'essieu indépendamment de l'autre roue qui est directement emmanchée à force à proximité de l'autre extrémité de l'essieu. Parmi les inconvénients de ces constructions, on peut indiquer la difficulté de la lubrification des paliers, le grippage des surfaces de con- tact métal-sur-métal, et la nécessité de constructions spé- cialisées et coûteuses d'essieux. L'ensemble décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 321 232 comporte un essieu court monté à l'extrémité d'un essieu plus long dont il est totalement séparé. Un essieu cylindrique creux ayant toute la longueur de l'essieu est supporté aux deux extrémités par des roulements à rouleaux, et l'essieu court est fixé à une première extré- mité de l'essieu creux. La disposition est complexe et très coûteuse. L'invention concerne des constructions d'essieux à roues tournant indépendamment pour véhicule de chemin de fer, ne présentant pas les inconvénients de la technique antérieure. Elle concerne aussi un procédé d'adaptation d'es- sieux classiques de manière qu'ils puissent être utilisés dans une combinaison à roues tournant indépendamment, cor- respondant aux critères fixes par the Association of American Railroads (A.A.R.). - L'invention concerne aussi une telle construction à essieu à roues tournant indépendamment qui assure une relaxation des contraintes à l'intérieur des roues et de l'essieu et élimine tout contact frottant entre des surfaces d'acier pouvant présenter un grippage. Elle concerne aussi une construction d'essieu à roues tournant indépendamment qui ne pose pas les problèmes de corrosion par grippage, de défaillance par indentation et qui peut résister aux forces latérales dues à la poussée du rail sur une roue. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui suit, faite en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une coupe en élévation d'une construction d'essieu à roues tournant indépendamment pour véhicule de chemin de fer, du type selon l'invention; - la figure 2 est une vue de bout depuis l'exté- rieur, à échelle réduite, du mode de réalisation de la figure 1; - la figure 3 est analogue à la figure 2, mais elle représente l'autre extrémité de la construction for- mant le palier; - la figure 4 est une coupe partielle analogue à la figure 1 représentant une variante de construction de palier; et - la figure 5 est analogue à la figure 4 et repré- sente une autre variante de palier. On se réfère maintenant en détail au dessin sur lequel la figure 1 représente une roue 6 de véhicule de chemin de fer qui possède un moyeu annulaire 8 supporté afin qu'il tourne autour d'un essieu 10. Ce dernier a un siège 12 en saillie, de diamètre nettement supérieur à celui du reste de l'essieu. L'essieu a un épaulement courbe ou congé 14 adjacent à son extrémité externe 16 et un congé analogue 18 tourné vers la partie interne 20 de l'essieu. Une bobine ou un manchon métallique 22 est monté sur le siège de plus grand diamètre de l'essieu et comporte, à son extrémité externe, un cordon ou rebord annulaire 24 de courbure concave destiné à coopérer avec le congé concave 14, par contact des surfaces. L'extrémité externe du manchon est filetée comme l'indique la référence 26 et le manchon a une longueur nettement supérieure à la longueur axiale du siège 12 de l'essieu, et l'extrémité interne du manchon est taraudée comme l'indique la référence 28. Un collier fendu 30 (figure 3) ayant deux moitiés semi-circulaires 32 et 34 est monté autour de la partie interne de l'essieu 10. Les deux moitiés peuvent être fixées l'une à l'autre par des boulons ou d'autres organes de fixa- tion passant dans des trous taraudés 36 qui entourent cir- conférentiellement les surfaces complémentaires des deux moitiés afin que l'ensemble forme un collier fendu 30 de forme cylindrique. A son extrémité interne, le collier 30 est fileté afin qu'il puisse se visser dans le manchon ta- raudé 22. A son extrémité externe qui est adjacente au siège 12, la surface interne du collier 30 a une-partie annulaire courbée 38 qui coopère avec le congé 18 de l'essieu0 Une plaque ou un flasque soudé sur le manchon com- me représenté sur la figure 1, est placé à la surface exter- ne du manchon 22 et constitue une plaque interne 40 de rete- nue ou de pression coopérant avec le moyeu de la roue 6. La plaque 40 a une surface annulaire interne 42 de portée sur laquelle est déposée une surface 45 d'acier inoxydable, de préférence dans un arc formé dans un plasma. La plaque interne de pression a un rebord axial 44 dirigé vers l'in- térieur dans lequel se loge une bague d'étanchéité 46 qui peut être une bague de feutre saturée d'une huile. Une plaque externe 48 de pression est vissée à l'extrémité externe du manchon 22. Cette plaque est taraudée et a aussi une surface annulaire interne 50 de portée for- mée d'acier inoxydable. La plaque 48 a aussi un rebord axial 52 portant à l'intérieur une bague d'étanchéité 54. La pla- que externe 48 d prassion co; ind-iqué sur la figure 2, comporte plusieurs trous taraudés 66, disposés radiale- ment et régulièrement espacés circonférentiellement afin qu'ils logent des vis d'arrêt à pointe tendre (non reprêsen- tées) afin que la plaque 48 soit en position fixe sur le manchon 22 et donne le couple résistant voulu. Le moyeu 8 de la roue 6, qui a une section de for- me générale rectangulaire, comporte des surfaces annulaires revêtues de rondelles de butée résistant à l'usure, ayant un faible coefficient de frottement, par exemple de poly- tétrafluoréthylène tel que le "Teflon", comme indiqué par les références 56 et 58. Un manchon ou revêtement cylin- drique 60 de "Teflon", est aussi fixé au trou axial de la roue 6 et ce matériau à faible coefficient de frottement est au contact d'une surface 62 d'acier inoxydable déposée à l'aide d'un arc formé dans un plasma à la surface externe de la partie du manchon 22 correspondant à la longueur du manchon 60 de "Teflon". Les revêtements de "Teflon" peuvent être armés de fibres, par exemple de fibres de verre ou analogue. Grace à cette construction, le palier de la roue est totalement enfermé de manière étanche par les plaques interne et externe de pression et par les bagues d'étanché- ité 46 et 54. En outre, il n'existe aucun contact métal- sur-métal dans le palier de la roue car les surfaces axia- les et radiales du moyeu sont revêtues de "Teflon" alors que les surfaces coopérantes du manchon 22 et des plaques de pression sont formées d'acier inoxydable déposé par un procédé mettant en oeuvre un arc formé dans un plasma. Un certain nombre de surfaces de frottement diff6- rentes peuvent aussi être acceptables, par exemple un alliage d'aluminium déposé à l'aide d'un arc formé dans un plasma, constitué d'un alliage dur et poli comme un miroir, peut être utilisé à la place de l'acier inoxydable. Des dérivés du "Teflon" frittés à l'étuve, par exemple de "Riton", peu- vent être appliqués directement à la surface externe du manchon 22 et sur les surfaces annulaires 45 et 50 de portée des plaques de pression à la place des surfaces d'acier inoxydable. Dans une variante, le trou et les faces annulaires latérales du moyeu peuvent rester bruts d'usinage, de l'acier au carbone rectifié et poli étant en appui sur du "Teflon" fritté à l'étuve, appliqué à la surface externe du manchon 22 et sur les faces annulaires des plaques in- terne et externe de pression. Comme l'indique la figure 1, il faut noter que les forces de réaction à une force latérale ou transversale appliquée par un rail à la roue 6 est appliquée par le moyeu à une plaque de pression interne ou externe 40 ou 48suivant le sens de la poussée. Dans tous les cas, les forces sont trans- mises par le revêtement 56 ou 58 de "Teflon" formé sur le moyeu à la surface 45 ou 50 d'acier inoxydable de la plaque respective de pression. Le frottement entre ces deux sur- faces correspond à un très faible coefficient de frottement et cette combinaison de matériaux élimine totalement le grippage et le collage par adhérence entre les surfaces de portée. Le manchon 22 transmet à son tour cette force à l'essieu lui-même essentiellement par appui des surfaces annulaires 24 et 38 ccntre les congés 14 et 18. Une partie de la force est transmise au siège 12 en saillie par le montage par emmanchement à force léger du manchon 22. La figure 4 représente une variante dans laquelle le collier fendu 30 des figures 1 et 3 est remplacé par un collier 70 de forme annulaire. Le collier tubulaire 70 est monté à l'extrémité interne de l'essieu 10 et est estam- pé de manière que sa surface interne corresponde étroite- ment au congé interne 18 du siège en saillie 12. Le collier a une longueur axiale suffisante, de l'ordre d'environ 15 cm, si bien que sa surface externe, ajoutée à celle du siège en saillie, permet un simple emmanchement à force du manchon 22 avec une stabilité axiale suffisante pour qu'elle corresponde aux critères fixes par the Association of American Railroads (A.A.R.). Cette construction peut être complétée par usinage de la surface externe du collier afin qu'elle ait le même diamètre que le siège 12. Après emmanchement à force du manchon sur l'essieu et le collier , des organes de fixation disposés radialement et espacés circonférentiellement, par exemple des vis d'arrêt 72t peu- vent être utilisés pour que la structure possède une stabi- lité supplémentaire, entre le collier 70 et le manchon 22. Il est cependant important que ces organes de fixation ne puissent pas venir au contact de l'essieu 10. La figure 5 représente un autre mode de réalisa- tion dans lequel le manchon 22 de l'essieu a une extrémité élargie. Apres montage du manchon 22 sur l'essieu 10, la partie d'extrémité du manchon est estampée de manière que sa surface interne corresponde au congé 18 de l'essieu 10. Apres estampage, le manchon est usiné afin qu'il possède une surface en saillie qui est alors filetée comme repré- senté par la référence 74 sur la figure 5. Une plaque in- terne de pression 76 peut être vissée sur le manchon 22 et verrouillée en place par des vis d'arrêt passant dans plusieurs trous radiaux taraudés 78, espacés circonféren- tiellement. Ce mode de réalisation est considéré comme pré- férable pour un montage sur des essieux dans une ligne de montage de grande importance, car il permet le plus fa- cilement l'obtention d'un filetage parfait. Le mode de réalisation de la figure 5 peut aussi être modifié dans une certaine mesure par suppression du filetage 74 formé sur le manchon 22 puis par soudage d'une plaque interne de pression à l'extrémité interne du manchon, de la même manière que pour la plaque 40 d'extrémité de la figure 1. - Dans le procédé selon l'invention, un manchon d'a- cier est enfilé télescopiquement sur le siège en saillie de l'essieu. Le manchon a une longueur axiale nettement supérieure à celle de ce siège en saillie. Les congés déli- mitent les extrémités interne et externe du siège en saillie et le manchon a une partie annulaire de collier qui coopère avec le congé externe. Le collier porté par le manchon coo- père avec le congé interne et maintient le manchon en posi- tion axiale fixe par rapport à l'essieu. Le moyeu de la roue est alors monté sur la partie du manchon qui correspond au siège en saillie. La.fFace interne cylindrique de por- tée du moyeu et la surface de glissement du manchon sont placées en regard avec d'une part un matériau non métalli- que à faible coefficient de frottement et une surface métal- lique polie et dure d'autre part. Les plaques interne et externe de pression sont alors montées à demeure sur le manchon et les surfaces annulaires internes et les surfaces annulaires externes du mcyeu sont alors revêtues en surface d'un matériau non métallique ayant un faible coefficient de frottement et d'une surface métallique polie dure. Les plaques de pression ont chLacune des joints assurant l'étan- chéité complète des surfaces de portée de la roue. REVENDICATIONS 1. Essieu à roues tournant indépendamment pour véhi- cule de chemin de fer, caractérisé en ce qu'il comporte un essieu classique (20) de chemin de fer ayant un siège en saillie (12) prés d'une première extrémité une première roue montée à demeure prés de l'autre extrémité de l'essieu et une seconde roue (6) ayant un moyeu qui peut tourner par rapport à l'essieu sur le siège en saillie (12), l'es- sieu comportant un manchon cylindrique (22) d'acier monté autour du siège en saillie (12) et ayant une longueur axi- ale nettement supérieure à celle du siège en saillie afin qu'il dépasse à l'intérieur et à l'extérieur du moyeu de la seconde roue, un dispositif de retenue du manchon en position axiale fixe sur le siège en saillie, des flasques (40,48) de retenue de roue fixés aux prolongementB interne et externe du manchon (22) afin qu'ils forment des surfa- ces d'encaissement de poussée du moyeu de la seconde roue, les surfaces annulaires opposées du moyeu, des flasques de retenue et du trou cylindrique interne du moyeu et la surface externe de portée du manchon comprenant, en regard, un métal relativement dur-et résistant à la corrosion et à l'usure et une surface non métallique, de longue durée et formée d'un matériau ayant un faible coefficient de frottement. 2. Essieu selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface relativement dure est formée d'acier in- oxydable et le matériau non métallique est le polytétra- fluoréthylène. 3. Essieu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de retenue du manchon a une partie externe d'extrémité (24) ayant une configuration lui per- mettant de coopérer avec l'essieu prés du siège en saillie. 4. Essieu selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de retenue comporte en outre un col- lier fendu fileté (30) monté du côté interne du siège en saillie et coopérant par vissage avec l'extrémité interne du manchon (22) afin que celui-ci soit maintenu en posi- tion axiale fixe sur l'essieu. 5. Essieu selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de retenue comporte en outre un col- lier (70) monté du côté interne du siège en saillie et es- tampé afin qu'il coopère avec un congé interne du siège, et le dispositif de retenue est porté par le manchon afin qu'il maintienne celui-ci en position axiale fixe sur l'essieu. 6. Essieu selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie estampée (24) du collier est une partie interne du manchon. 7. Procédé de montage d'une roue de véhicule de che- min de fer sur un essieu afin qu'elle tourne sur lui, ca- ractérisé en ce qu'il comprend le montage, sur un siège en saillie (12) de l'essieu qui est délimité par des con- gés (14,18) externe et interne, d'un manchon (22) d'acier ayant une partie formant un collier à une première extré- mité, ce collier étant destiné à coopérer avec le congé externe, le manchon ayant, à son extrémité interne, un second collier coopérant avec le congé interne, les col- liers retenant les manchons en position axiale fixe sur l'essieu, une roue (6) ayant un moyeu qui a un trou cylin- drique et des faces annulaires latérales, monté sur la par- tie du manchon placée autour du siège en saillie, le trou du moyeu ayant un revêtement non métallique qui est fixé et qui a un faible coefficient de frottement, la partie en regard du manchon ayant une surface formée d'acier in- oxydable poli, les faces latérales du moyeu formant aussi des rondelles non métalliques à faible coefficient de frot- tement, le montage de plaques interne et externe de pres- sion (40,48) sur les parties axiales interne et externe du manchon en position axiale fixe sur le manchon, les pla- ques de pression ayant des faces latérales annulaires for- mées d'acier inoxydable poli et dur destinées à être en butée contre les faces latérales du moyeu.