Brevet FR2678572A1 — publié le 19930108

La présente invention est relative à un disque de freinage destiné à être monté en flasque sur une roue, notamment de véhicule ferroviaire, du type comprenant un patin annulaire rigide relié rigidement à un voile muni de moyens de fixation sur le moyeu de la roue. Les disques de freinage de ce type sont utilisés notamment pour freiner les roues sans essieu de motrices de trains, de voitures de chemin de fer et de wagons de marchandises Leur échauffement sur une seule face lors du freinage est à la source de diffé- rents problèmes liés aux dilatations différentielles: si le voile est très rigide pour empêcher les déformations du disque, des contraintes très éle- vées apparaissent, et de plus il est nécessaire de laisser une possibilité de glissement dans la zone de fixation du voile sur le moyeu, ce qui conduit à des phénomènes de fretting-corrosion; si au contraire, pour éviter ces phénomè- nes, on donne au voile une grande souplesse radiale, à la manière de ce qui est décrit, dans un agencement voisin, dans le FR-A-2 287 623, on observe une défor- mation en cône du patin lors du freinage, et par suite une usure non uniforme des garnitures du frein; ceci est particulièrement gênant lorsque les garnitures sont guidées en translation parallèlement à l'axe de la roue De plus, la forme essentiellement axiale du voile est défavorable du point de vue du poids, de la facilité de moulage et de la circulation de l'air de refroidissement le long du patin Comme on le comprend, les phénomènes défa- vorables indiqués ci-dessus S aggravent considérable- ment lorsque l'énergie de freinage augmente, comme c'est le cas actuellement avec l'accroissement des vitesses de circulation des trains et des charges appliquées à chaque disque de freinage. L'invention a pour but de fournir un disque de freinage qui, malgré un prix de revient relative- ment bas, permet d'absorber des énergies de freinage élevées avec une faible déformation. A cet effet, l'invention a pour objet un disque de freinage du type précité, caractérisé en ce que: le patin est divisé en secteurs par une série de fentes et est relié par une série d'ailettes à un talon d'appui sur la roue; et le voile est un voile élastique mince d'orientation à peu près radiale adapté pour être plaqué sous précontrainte axiale contre une surface à peu près radiale du moyeu de la roue. Suivant d'autres caractéristiques le talon présente une surface d'appui sur la roue située en regard d'une partie radialement extérieure du patin; chaque ailette est reliée d'une part au patin, d'autre part au talon suivant deux côtés oppo- ses à peu près de même longueur; lesdits côtés sont situés à peu près en regard l'un de l'autre; chaque ailette est contenue dans un plan axial et radial; le talon est continu sur tout son pour- tour; le disque est constitué d'une seule pièce- L'invention a également pour objet une roue, notamment pour véhicule ferroviaire, munie sur chaque côté d'un disque tel que défini ci-dessus, l'extrémité intérieure du voile étant fixée sous pré- contrainte axiale et sans liberté de mouvement sur ladite surface à peu près radiale du moyeu de la roue. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels la Figure 1 est une demi- vue en coupe axiale d'une roue de véhicule ferroviaire conforme à l'invention; la Figure 2 est une vue partielle du côté intérieur d'un disque de cette roue; la Figure 3 est une vue prise en coupe suivant la ligne III-III de la Figure 2; la Figure 4 illustre, de façon très amplifiée, la déformation du disque des Figures 2 et 3 lors de son montage sur la roue; et la Figure 5 illustre de façon analogue la déformation du disque après montage et lors d'un freinage On voit sur la Figure 1 une roue 1 de véhicule ferroviaire, qui peut notamment être une roue de motrice, équipée de deux disques de freinage iden- tiques 2. La roue 1 comprend un moyeu 3 relié par un voile radial 4 à une bande de roulement 5 Le moyeu présente de chaque côté, près de sa liaison avec le voile 4, une surface radiale annulaire 6 dans laquelle sont ménagés plusieurs perçages axiaux 7, et le voile présente de chaque côté, près de sa liaison avec la bande de roulement, une surface radiale annulaire 8. Chaque disque 2 est réalisé d'une seule pièce par moulage, notamment en fonte ou en acier, et est constitué d'une partie radialement extérieure 9 recevant l'effort de freinage et d'une partie radiale- ment intérieure 10 servant à sa fixation sur la roue. La partie extérieure 9 comprend un anneau plat Il de forte épaisseur, très rigide, constituant un patin de freinage, et un talon annulaire 12 d'épaisseur plus faible Ce dernier comprend une par- tie radialement extérieure 13 dont la face interne 14 est radiale et située en regard de la surface 8 asso- ciée, et une partie radialement intérieure 15 qui s'écarte progressivement du voile 4 de la roue. La dimension radiale totale D du talon 12 est du même ordre que celle de la face interne du patin 11, laquelle se trouve radialement à peu près en regard de ce talon Des ailettes axiales et radiales 16 de forme à peu près rectangulaire relient la face externe du talon, sur toute sa dimension D, à la face interne du patin. Chaque patin 11 est divisé en secteurs par des fentes radiales 17 (Figures 2 et 3) espacées angulairement de 200, chaque fente s'étendant de la périphérie extérieure à la périphérie intérieure du patin Il est prévu deux ailettes 16 entre chaque paire de fentes, soit trente-six ailettes en tout En revanche, le talon 12 est continu sur tout son pour- tour et sur toute son étendue radiale. La partie radialement intérieure 10 du disque constitue un voile de faible épaisseur, d'orientation générale radiale, qui s'étend à partir de la périphérie intérieure du talon 12 Du fait de cette forme et de sa faible épaisseur, le voile 10 est facilement déformable élastiquement dans le sens axial Le voile 10 est continu sur son pourtour et présente près de sa périphérie intérieure une couronne d'orifices 18 Il comporte, à partir du talon 12, une partie radiale 19 de liaison, puis une partie 20 légè- rement bombée dont la partie d'extrémité intérieure, sensiblement radiale, comporte les orifices 18. Pour monter les deux disques sur la roue, on fait passer des boulons 21 à travers les orifices 18 des deux voiles et les perçages 7 de la roue, et on serre ces boulons au moyen d'écrous 22 Ce faisant, on déforme axialement de façon élastique la partie 20 des deux voiles jusqu'à les appliquer fermement contre les surfaces 6 du moyeu, sans possibilité de mouvement relatif Cette déformation des voiles 10 a pour effet de plaquer également les parties 13 des deux talons contre les surfaces 8 de la roue, les surfaces 6 et 8 étant les seules zones de contact entre la roue et les disques Comme on le voit sur la Figure 1, les voiles 10 se trouvent alors entièrement en dehors de la région délimitée par les deux plans extrêmes des patins. La Figure 4 représente en traits pleins un disque à l'état libre et en pointillé le même disque à l'état monté On voit que lorsqu'il est monté, le patin 11 du disque subit, à froid, une légère déforma- tiin conique convergente. La Figure 5 représente également en trait plein un disque à l'état libre, et elle représente en pointillé le même disque à l'état monté sur la roue et ayant subi un freinage Du fait de l'échauffement, le patin 11 se déforme en se redressant et en se bombant dans sa zone médiane, et il revient ainsi à une sec- tion très voisine de celle qu'il possédait à l'état libre L'usure des garnitures de frein est ainsi ré- duite, même si celles-ci ne possèdent qu'un degré de liberté, en translation parallèle à l'axe de la roue. Ce résultat est obtenu sans aucun déplacement relatif entre la partie intérieure du voile et la surface 6, et donc sans risque de frettingcorrosion Une autre conséquence favorable réside dans le fait que les contraintes, dans le voile et dans les ailettes, res- tent très en deçà des valeurs limites de fatigue du matériau. De plus, la forme presque radiale du voile laisse à l'air un libre accès vers l'espace compris entre le patin et le talon, de sorte que le refroi- dissement du disque est très efficace même en l'ab- sence d'aubages de propulsion d'air, grands consomma- teurs d'énergie Cette forme est par ailleurs relati- vement facile à mouler et nécessite une quantité de matière minimale. Il est encore à noter que la forme à peu près rectangulaire des ailettes 16 est particulière- ment favorable à une évacuation rapide de la chaleur hors du patin lors du freinage, de même que la posi- tion des surfaces d'appui 14, en regard de la région radialement extérieure du patin. A titre d'exemple numérique, pour un disque ayant un patin de 45 cm de diamètre intérieur et de 72 cm de diamètre extérieur, le déplacement axial de l'extrémité intérieure du voile 10, dont le diamètre intérieur est 26 cm, lors du montage du disque peut être de l'ordre de 0,3 mm. REVENDICATIONS 1 Disque de freinage ( 2) destiné à être monté en flasque sur une roue ( 1), notamment de véhi- cule ferroviaire, du type comprenant un patin annu- laire rigide ( 11) relie rigidement à un voile ( 10) muni de moyens ( 18) de fixation sur le moyeu ( 3) de la roue, caractérisé en ce que: le patin est divisé en secteurs par une série de fentes ( 17) et est relie par une série d'ai- lettes ( 16) à un talon ( 12) d'appui sur la roue; et le voile ( 10) est un voile élastique mince d'orientation à peu près radiale adapté pour être plaqué sous précontrainte axiale contre une sur- face à peu près radiale ( 6) du moyeu de la roue. 2 Disque suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le talon ( 12) présente une sur- face ( 14) d'appui sur la roue située en regard d'une partie radialement extérieure du patin ( 11). 3 Disque suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque ailette ( 16) est reliée d'une part au patin ( 11), d'autre part au talon ( 12) suivant deux côtés opposés à peu près de même lon- gueur. 4 Disque suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits côtés sont situés à peu près en regard l'un de l'autre. Disque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque ailette ( 16) est contenue dans un plan axial et ra- dial. 6 Disque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le talon ( 12) est continu sur tout son pourtour. 7 Disque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une seule pièce. 8 Roue ( 1), notamment pour véhicule ferroviaire, munie sur chaque côté d'un disque ( 2) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, l'extrémité intérieure ( 20) du voile ( 10) étant fixée sous précontrainte axiale et sans liberté de mouvement sur ladite surface à peu près radiale ( 6) du moyeu ( 3) de la roue.