Brevet FR2925134A1 — publié le 20090619

ARTICULATION ALVEOLEE NOTAMMENT POUR BIELLE D'ENTRAINEMENT. La présente invention a pour objet une articulation alvéolée notamment pour une bielle d'entraînement qui fait partie d'un dispositif 5 d'entraînement caisse-bogie pour un train. Une articulation alvéolée a pour but d'avoir des rigidités radiales très différentes suivant des axes de sollicitations perpendiculaires. L'écart de rigidité est en général réglé par la taille des alvéoles qui peuvent être traversantes ou non. io Dans l'application envisagée, l'articulation doit présenter d'une part dans une première direction une souplesse élevée pour assurer le confort et la filtration, ainsi qu'une fonction supplémentaire, à savoir une forte raideur pour des sollicitations radiales fortes, et d'autre part, une raideur élevée dans une deuxième direction perpendiculaire à la première. 15 La mise en oeuvre selon l'invention d'une articulation alvéolée à butée permet de réaliser cette fonction supplémentaire dans un volume réduit. L'invention concerne aussi une articulation alvéolée comportant un axe central et un tube extérieur caractérisée en ce qu'elle 20 comporte : - deux bras en élastomère formant des secteurs cylindriques ayant un premier plan de symétrie et diamétralement opposés, adhérisés sur une partie du contour curviligne de l'axe central et du tube extérieur de sorte qu'ils sont séparés par deux espaces, 25 - deux butées qui sont logées dans lesdits espaces et qui ont un deuxième plan de symétrie perpendiculaire au premier plan de symétrie, chaque butée comprenant un secteur cylindrique en élastomère adhérisé à l'axe central et à une pièce de butée en matériau rigide qui est espacée du tube extérieur lorsque l'articulation est au repos. 30 Dans cette configuration, les bras en élastomère assurent la souplesse élevée dans la première direction, et la raideur élevée dans la deuxième direction, et les secteurs circulaires en caoutchouc servent à assurer la forte raideur désirée lorsque la butée vient en contact avec le tube extérieur. Cette mise en contact s'effectue par une pièce rigide, de préférence 35 métallique, ce qui évite une usure rapide par abrasion. Pour satisfaire à une contrainte supplémentaire, à savoir la présence d'un mouvement conique important, l'articulation est caractérisée en ce que, en coupe longitudinale, les pièces de butée présentent un profil convexe dirigé vers le tube extérieur. De la sorte, on évite un pincement localisé de l'élastomère à une extrémité longitudinale, ce qui serait le cas avec une pièce de butée cylindrique. Plus particulièrement, le profil convexe présente un sommet situé au voisinage du milieu du tube extérieur. De préférence, le profil convexe présente, en coupe longitudinale, une région de sommet arrondi lo avantageusement bordée de deux segments de droite inclinés d'un angle a, par rapport à l'axe du tube extérieur par exemple compris entre 5° et 12° et notamment égal à 10°. La présence d'un sommet arrondi permet, lors d'un mouvement conique, que le point de contact entre la pièce de butée et le tube 15 extérieur reste situé au voisinage du sommet, ce qui permet d'éviter une concentration de contraintes au niveau de la couche de caoutchouc. Avantageusement, l'articulation est caractérisée en ce que l'axe central déborde longitudinalement de part et d'autre du tube externe de même que les pièces de butée. 20 De manière à éviter un gonflement de l'élastomère lorsque la butée est sous contrainte, les extrémités des secteurs cylindriques sont avantageusement concaves, par exemple pour former en coupe transversale des secteurs semi-circulaires. Il est avantageux que les bords des bras en élastomère qui 25 délimitent lesdits espaces soient concaves en coupe transversale. L'axe central peut être équipé à ses extrémités d'éléments de montage sur un élément de structure d'un véhicule ferroviaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après en liaison avec les 30 dessins dans lesquels : - les figures la à 1c sont respectivement une coupe transversale, une coupe longitudinale AA et une coupe AB d'une articulation selon un mode préféré de réalisation de l'invention, les figures 2a, 2b et 2c sont respectivement une vue en 35 plan, une vue latérale et une coupe AB d'une bielle pour dispositif d'entraînement caisse-bogie, équipée de deux articulations selon les figures la à 1c. Selon les figures la à 1c, l'articulation alvéolée selon l'invention présente une pièce cylindrique 1 formant un axe qui présente à ses extrémités des raccords 11 et 12 de section carrée raccordés à l'axe 1 par un épaulement 14. Ces raccords 11 et 12 servent à fixer l'articulation à un bogie ou à une caisse d'un véhicule ferroviaire. Un tube cylindrique externe 3 coaxial à l'axe 1 (direction Y) est destiné à être logé dans la tête d'une bielle. L'articulation alvéolée à butée (figures lb et 1c) comporte io deux bras 5 qui sont des secteurs cylindriques adhérisés à l'axe 1 et au tube 3. Ces deux bras se terminent de part et d'autre de leur plan de symétrie (parallèle à l'axe Z, qui dans l'application envisagée, est vertical) par des extrémités 6 concaves qui définissent deux espaces 8 qui constituent des secteurs cylindriques permettant de loger la butée. 15 La butée comporte un secteur cylindrique 4 en élastomère qui est adhérisé à l'axe 1 et à une pièce de butée 2 en métal qui, dans la position de repos représentée aux figures, est espacée par une région 9 du bord interne du tube externe 3, pour définir un jeu entre le sommet 24 de la région de sommet arrondie 21 de la pièce 2 et le contour interne du tube 3. Comme 20 représenté en encadré agrandi de la figure lb, la pièce 2 présente, en coupe longitudinale, une région de sommet 21 convexe ayant un sommet 24, cette région de sommet 21 étant bordée de deux segments de droite 22 et 23 faisant un angle a avec l'axe Y. La direction transversale X est celle de déplacement du train, 25 la direction longitudinale y de l'articulation est la direction transversale du train et l'axe z est la verticale. L'articulation a pour fonction de présenter une rigidité radiale élevée dans la direction verticale Z (deuxième direction), et dans la direction X (première direction) une rigidité faible pour assurer le confort et la filtration 30 des bruits, puis une forte raideur sous des sollicitations radiales fortes. La rigidité élevée dans la direction Z et la faible rigidité dans la direction X est apportée par les bras en élastomère 5. Le secteur cylindrique 4 en élastomère assure la fonction de raideur élevée qui est recherchée dans la direction X pour les fortes 35 sollicitations. On notera ici que, contrairement à des articulations alvéolées connues, où un même élément élastomère alvéolé assure les fonctions différentes dans les deux directions orthogonales, les butées 2 sont des éléments distincts des bras 5 et sont logées dans les alvéoles ou espaces 8 entre leurs extrémités 6. Pour les faibles sollicitations de l'articulation dans la direction X de déplacement du véhicule ferroviaire, l'élasticité est donc obtenue par les bras 5. Pour des charges plus élevées, dans la direction X, le jeu 10 entre le sommet 24 et le tube 3 s'annule et la raideur est alors définie par les secteurs cylindriques 4. Cet effet de butée s'accompagne d'un contact métal-métal résistant à l'usure entre la pièce 2 et le tube 3 et qui ne présente pas d'inconvénient pratique car le bruit d'accostage est amorti par les secteurs 15 cylindriques en élastomère 4. Pour permettre un fonctionnement avec des angles coniques, par exemple de 10°, sous sollicitation radiale dans la direction X, le contour externe de la pièce 2 est profilé de manière à présenter (en coupe longitudinale) un profil convexe avec une région de sommet arrondie 21 20 présentant un sommet 24 situé au milieu du tube 3 dans la direction Y, cette région 21 étant bordée par deux segments de droite 22 et 23. L'angle a que font ces deux segments de droites 22 et 23 avec la direction Y déterminent la valeur maximale de l'angle conique. Sous l'action d'une déformation conique, l'axe longitudinal de 25 l'articulation ne reste pas parallèle à la direction Y, mais le point de contact entre la pièce de butée et l'intérieur du tube 3 reste localisé dans la région de sommet 21. Ainsi, même sous de fortes charges et un angle conique élevé sous sollicitation radiale dans la direction X, la pièce 2 appuie sur le 30 secteur cylindrique 4 au voisinage de son milieu ce qui évite une concentration des contraintes aux extrémités 7 des secteurs cylindriques 4 et une fatigue de l'élastomère qui les constitue. Lorsque l'angle maximal est atteint, on a un appui à plat sur un des segments de droite 22 ou 23 avec le tube 3, ce qui évite aussi une concentration de contraintes aux extrémités 7 35 des secteurs cylindriques 4. 5 Pour permettre une meilleure tenue en fatigue, la surface d'élastomère de la butée peut être augmentée, et à cet effet les secteurs cylindriques 4, ainsi que la pièce 2 et l'axe 1 dépassent longitudinalement de part et d'autre du tube 3 Pour limiter les gonflements de l'élastomère et augmenter la durée de vie, les extrémités 7 des secteurs circulaires 4 forment un ménisque concave par exemple semi-circulaire. REVENDICATIONS 1) Articulation alvéolée comportant un axe central et un tube extérieur caractérisée en ce qu'elle comporte : - deux bras en élastomère (5) formant des secteurs cylindriques ayant un premier plan de symétrie et diamétralement opposés, adhérisés sur une partie du contour curviligne de l'axe central (1) et du tube extérieur (3) de sorte qu'ils sont séparés par deux espaces (8), - deux butées qui sont logées dans lesdits espaces (8) et qui ont un deuxième plan de symétrie perpendiculaire au premier plan de io symétrie, chaque butée comprenant une pièce de butée (2) et un secteur cylindrique (4) en élastomère adhérisé à l'axe central (1) et à la pièce de butée (2) qui est en matériau rigide et est espacée du tube extérieur (3) lorsque l'articulation est au repos. 2) Articulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que, 15 en coupe longitudinale, les pièces de butée (2) présentent un profil convexe dirigé vers le tube extérieur (3). 3) Articulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le profil convexe présente un sommet (24) situé au voisinage du milieu du tube extérieur (3). 20 4) Articulation selon une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le profil convexe présente en coupe longitudinale une région de sommet arrondie (21). 5) Articulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la région de sommet arrondie (21) est bordée de deux segments de droite 25 (22, 23) inclinés d'un angle a avec l'axe du tube (3). 6) Articulation selon une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'angle a est compris entre 5° et 12° et notamment égal à 10°. 7) Articulation selon une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que l'axe central (1) déborde longitudinalement de part et d'autre du tube externe (3) de même que les pièces de butée (2). 8) Articulation selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités (7) des secteurs cylindriques (4) de la butée sont concaves. 9) Articulation selon la revendication 8, caractérisé en ce que les extrémités (7) des secteurs cylindriques (4) forment des ménisques concaves qui, en coupe transversales, sont sensiblement semi-circulaires. 10) Articulation selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bords (6) des bras en élastomère (5) qui délimitent lesdits espaces (8) sont concaves en coupe transversale. 11) Articulation selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe central (1) présente à ses deux extrémités des élements de montage (11, 12) sur un élément de structure d'un véhicule io ferroviaire.