Brevet FR3071288A1 — publié le 20190322

CHAPEAU DE BUTÉE D'EXTRÉMITÉ POUR UN PALIER À ROULEMENT DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne un chapeau de butée d'extrémité axiale pour un palier à roulement. La présente invention est adaptée pour une application dans le domaine des véhicules ferroviaires comportant des boîtes d'essieux équipées de tels chapeaux, et la description qui suit porte, à titre d'exemple, sur cette application spécifique sans en perdre sa généralité. Art antérieur Comme on le sait, un véhicule ferroviaire est supporté sur une série d'essieux ou arbres ferroviaires, chacun étant composé d'un essieu sur lequel sont fixées les roues. Chaque extrémité de l'essieu est supportée par une boîte d'essieu reliée par suspension au véhicule. Comme illustré sur la figure portant la mention « Art antérieur », chaque boîte d'essieu 4 comprend un palier à roulement 5 installé sur une extrémité de diamètre inférieur 3 de l'essieu 2, appelée fusée, et un chapeau de butée d'extrémité 11, qui est fixé de manière à le solidariser à une extrémité libre 22 de la fusée 3 au moyen de vis 12. Le chapeau de butée 11 est soumis à des contraintes relativement élevées qui peuvent provoquer une déformation élastique de celui-ci par flexion, et la demande de brevet T02013A000741, pour le compte du présent demandeur, décrit un chapeau de butée 11 comportant une paroi d'extrémité 14 dotée d'une forme visant à limiter ces déformations au centre du chapeau de butée, qui est habituellement réalisé sous la forme d'un disque concave et est courbé vers l'intérieur en direction de la fusée, et au niveau d'un bord extérieur périphérique du chapeau, qui est courbé de manière à s'éloigner axialement du palier. Bien que le chapeau de 5 butée 11 décrit ci-dessus se soit avéré considérablement utile dans la limitation de ces déformations qui, même si elles sont très légères, peuvent donner lieu à de nombreux problèmes, il ne s'est pas révélé être aussi utile pour ce qui est de satisfaire les exigences croissantes de réduction du poids. 10 Description succincte de l'invention L'objet de la présente invention est de concevoir un chapeau de butée d'extrémité pour un palier à roulement qui, tout en étant moins susceptible de se déformer, même en présence de contraintes de flexion relativement élevées, peut également présenter un poids extrêmement 15 faible. La présente invention concerne un chapeau de butée d'extrémité pour un palier à roulement, en particulier destiné à être installé dans une boîte d'essieu ferroviaire d'un dispositif de support pour un essieu ferroviaire. Le chapeau est réalisé sous la forme d'un disque concave 20 délimité par une paroi latérale annulaire présentant un axe de symétrie qui est coaxial, lors de l'utilisation, avec un axe de symétrie du palier, par une paroi d'extrémité positionnée transversalement à l'axe de symétrie (A), et par une partie de liaison annulaire qui présente une forme coudée, reliant la paroi d'extrémité à la paroi latérale. La paroi d'extrémité est pourvue d'une pluralité de trous traversants pour des vis respectives servant à la fixation du chapeau, lors de l'utilisation, à l'essieu, et la paroi latérale se terminant, du côté opposé par rapport à la paroi d'extrémité, par une surface frontale annulaire conçue pour venir en appui, lors de 5 l'utilisation, contre une bague du palier. Conformément à l'invention, le chapeau est caractérisé en ce que la paroi d'extrémité présente une épaisseur, mesurée dans au moins une direction radiale passant à travers un axe de symétrie desdits trous, qui est variable de façon continue dans une direction radiale entre un 10 maximum, situé à un emplacement essentiellement intermédiaire entre un bord intérieur du trou et l'axe de symétrie du chapeau, et un minimum, à l'emplacement de l'axe de symétrie du chapeau. Selon un mode de réalisation avantageux de la présente invention, la paroi d'extrémité présente une épaisseur, mesurée dans une autre 15 direction radiale passant par un emplacement intermédiaire entre deux trous adjacents, qui présente un maximum respectif à un emplacement essentiellement intermédiaire entre une circonférence passant entre les axes de symétrie des trous et l'axe de symétrie, et un minimum à l'emplacement de l'axe de symétrie. 20 Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la paroi d'extrémité est délimitée entre une surface frontale extérieure, orientée dans la direction opposée par rapport à la surface d'appui frontale annulaire de la paroi latérale, et une surface frontale intérieure, orientée dans la même direction que la surface d'appui frontale annulaire de la paroi latérale et délimitant, conjointement avec la paroi latérale, une concavité du chapeau conçue pour être au moins partiellement accouplée, lors de l'utilisation, avec une extrémité libre de l'essieu ; la surface frontale intérieure de la paroi d'extrémité présentant un profil ondulé, en 5 particulier le long des deux directions. Description succincte des dessins L'invention va maintenant être décrite en se référant aux dessins joints, qui illustrent un exemple non limitatif d'un mode de réalisation de celle-ci, dans lesquels : 10 - la figure portant la mention « Art antérieur » est une illustration schématique d'une vue en élévation et en coupe transversale radiale d'une extrémité d'un essieu ferroviaire et d'un chapeau de butée d'extrémité pour un palier à roulement de conception connue ; - la figure 1 représente une vue en perspective d'un chapeau de 15 butée d'extrémité pour un palier à roulement selon l'invention ; - la figure 2 représente, de manière agrandie, une section prise le long de la ligne radiale II de la figure 1 à travers le chapeau de butée d'extrémité pour un palier à roulement de la figure 1 ; et - la figure 3 représente, de manière agrandie, une section prise le 20 long de la ligne radiale III de la figure 1 à travers le chapeau de butée d'extrémité pour un palier à roulement de la figure 1. Description détaillée En se référant à la figure 1, le numéro 110 indique l'ensemble d'un chapeau de butée d'extrémité pour un palier à roulement 5 d'un essieu ferroviaire 2 qui, conjointement avec le palier à roulement 5, n'est représenté que partiellement sur la figure portant la mention « Art antérieur » et fait partie d'un essieu de conception connue qui, par souci de simplicité, n'est pas illustré. 5 L'essieu 2 comporte des extrémités de diamètre inférieur 3 respectives, dont une seule est représentée par souci de simplicité, ces extrémités étant également connues sous le nom de fusées, chacune de celles-ci étant insérée dans un palier à roulement 5 respectif, qui présente un axe de symétrie B et comprend une bague intérieure 6 divisée en deux 10 parties de bague 6b et 6c, une bague extérieure 7 et une double série annulaire de corps rotatifs 8. La bague intérieure 6 du palier à roulement 5, avec ses deux parties de bague 6b et 6c, est installée sur la fusée 3 qui est retenue axialement entre un épaulement 9 supporté solidairement par l'essieu 2, 15 qui est formé par une bague 10 dans le cas présent, et un chapeau de butée d'extrémité 11 d'un type connu, installé solidairement sur la fusée 3 au niveau de l'extrémité opposée à la bague 10 par le biais d'une série de vis 12, dont trois sont disposées à 1200 dans l'exemple illustré. En se référant à la figure 1, un chapeau de butée d'extrémité 110 20 pour le palier 5 réalisé selon les enseignements de la présente invention va maintenant être décrit en employant, dans la mesure du possible, les éléments et les numéros de référence qui ont déjà été mentionnés. Le chapeau 110 est réalisé sous la forme d'un disque concave délimité par une paroi latérale 13 annulaire présentant un axe de symétrie B qui est coaxial, lors de l'utilisation, avec l'axe de symétrie A du palier 5, par une paroi d'extrémité 14 positionnée transversalement à l'axe de symétrie B, et par une partie de liaison 15 annulaire qui présente une 5 forme coudée en coupe transversale radiale, reliant la paroi d'extrémité 14 à la paroi latérale 13. La portion latérale 13 comporte une partie annulaire 13a reliée à la paroi 15, une partie extérieure cylindrique 13b et une autre partie de liaison 13c annulaire qui présente une forme coudée en coupe radiale et relie la partie annulaire 13a à la partie cylindrique 10 13b. La paroi d'extrémité 14 comporte une pluralité de trous traversants 16 pour les vis 12 servant à la fixation du chapeau 11, lors de l'utilisation, à l'essieu 2, et la partie 13a de la paroi latérale 13 se termine, dans sa portion opposée à la paroi d'extrémité 14, par une surface frontale 17 15 annulaire conçue pour venir en appui, lors de l'utilisation, contre la bague 6 du palier 5. En se référant également aux figures 2 et 3, selon un premier aspect de l'invention, la paroi d'extrémité 14 présente une épaisseur, mesurée dans une direction parallèle à l'axe de symétrie B, qui est 20 variable, dans une première direction radiale Dl entre deux trous 16 adjacents et dans une seconde direction radiale D2 à travers un axe de symétrie C d'un trou 16 quelconque, de façon continue entre une épaisseur intermédiaire 51 située au niveau de l'axe de symétrie A et une épaisseur minimale 52 située au niveau d'un bord radialement extérieur du chapeau 11 défini par la paroi latérale 13. En particulier, comme illustré sur la figure 2, l'épaisseur de la paroi d'extrémité 14 dans la première direction radiale D2 présente une épaisseur maximale 53 située 5 à un emplacement essentiellement intermédiaire entre un bord extérieur 28 du trou 16 et l'axe de symétrie B, et diminue en direction de l'axe de symétrie B pour atteindre une épaisseur minimale 51, tandis que, sur la figure 3, l'épaisseur de la paroi d'extrémité 14 dans la seconde direction radiale D1 présente une épaisseur maximale 54 qui est située à un 10 emplacement essentiellement intermédiaire entre une circonférence passant entre les axes de symétrie C des trous 14 et l'axe de symétrie B et, à nouveau, diminue en direction de l'axe de symétrie B pour atteindre l'épaisseur minimale 51. En d'autres termes, l'épaisseur de la paroi d'extrémité 14, à la fois 15 dans la première direction radiale D1 et la seconde direction radiale D2, présente un profil ondulé, en particulier vers l'intérieur du chapeau 11, de telle sorte que l'épaisseur maximale S3 et S4 soit concentrée uniquement et exclusivement dans les régions à contrainte mécanique plus élevée, ceci permettant de réduire le poids du chapeau 11, et la forme ondulée de 20 la paroi d'extrémité 14 permet une distribution uniforme autour de chaque trou 16 des contraintes mécaniques créées par la charge sur les vis 12. Selon l'invention, les bords extérieurs 28 des trous 16 sont de préférence positionnés à une distance radiale, vis-à-vis de l'axe de symétrie B, égale à la distance radiale, vis-à-vis du même axe de symétrie B, de la circonférence susmentionnée passant entre les axes de symétrie C des trous 16. En particulier, la paroi d'extrémité 14 est délimitée entre une surface frontale extérieure 19 orientée dans la direction opposée par 5 rapport à la surface d'appui frontale 17 annulaire de la paroi latérale 13 et une surface frontale intérieure 20 orientée dans la même direction que la surface d'appui frontale 17 annulaire de la paroi latérale 13 et délimitant, conjointement avec la paroi latérale 13, une concavité ou cavité intérieure 21 du chapeau 11 conçue pour être au moins partiellement accouplée, 10 lors de l'utilisation, avec une extrémité libre 22 de la fusée 3 de l'essieu 2. Selon l'invention, la surface frontale extérieure 19 et la surface frontale intérieure 20 de la paroi d'extrémité 14 ne sont pas parallèles l'une à l'autre, mais suivent des profils différents, en particulier le long des deux directions Dl et D2, de façon à conférer au chapeau 11 la forme 15 ondulée décrite ci-dessus. De plus, la surface frontale extérieure 19 et la surface frontale intérieure 20 de la paroi d'extrémité 14 présentent toutes deux une courbure multiple. Étant donné que les bords intérieurs 28 des trous 16 et la circonférence susmentionnée passant entre les axes de symétrie C des trous 16 sont positionnés à la même distance radiale vis- 20 à-vis de l'axe de symétrie B, la surface frontale intérieure 20 présentera une région surélevée circonférentielle 50 unique à la même distance vis-à-vis de l'axe de symétrie B, à partir de l'axe de symétrie B lui-même. L'épaisseur de cette région surélevée circonférentielle 50 présentera la valeur maximale 53 ou, en variante, la valeur maximale S4 autour de l'axe de symétrie B, ces valeurs étant de préférence, éventuellement, de la même grandeur dans des applications spécifiques. En variante, selon un mode de réalisation préféré qui n'est pas illustré, mais peut aisément être déduit de ce qui précède, l'épaisseur maximale pourrait être atteinte le 5 long de la région surélevée circonférentielle 50 uniquement aux emplacements des trous 16. De plus, selon un aspect préféré de l'invention, la surface frontale extérieure 19 et la surface frontale intérieure 20 de la paroi d'extrémité 14 présentent des courbures opposées, au moins aux emplacements des 10 épaisseurs 53 et 54 et, dans les deux cas, l'épaisseur maximale est atteinte au-dessus d'un plan P transversal à l'axe B, c'est-à-dire dans une région du chapeau 11 se trouvant entre le plan P et la surface 20, afin d'éviter tout problème éventuel d'obstruction lors de l'installation du chapeau 11 sur l'essieu 2. 15 En somme, l'invention consiste à réaliser la paroi d'extrémité 14 du chapeau 11 qui, lors de l'utilisation, reçoit la pression des vis 12, de sorte qu'elle présente une épaisseur, mesurée dans la direction D1 et D2, qui varie de façon continue dans la direction radiale entre un minimum Si, situé au niveau de l'axe de symétrie A, et un maximum S3 ou S4, situé à 20 l'endroit où les contraintes mécaniques créées par la charge des vis 12 seront les plus importantes, et à délimiter cette paroi d'extrémité 14 d'épaisseur variable entre une surface frontale extérieure 19, orientée dans une direction s'éloignant du palier 5, et une surface frontale intérieure 20, orientée en direction du palier 5, ces deux surfaces 10 ondulant dans la direction radiale et présentant des rayons de courbure opposés au moins au niveau de l'emplacement du maximum 53 ou 54. De façon surprenante, en réalisant le chapeau 11 sur la base des paramètres dimensionnels décrits ci-dessus, plutôt qu'avec une paroi 5 d'extrémité d'épaisseur constante et des surfaces parallèles, comme dans l'art antérieur, le poids global du chapeau 11 peut être réduit pour la même résistance à la flexion et, par conséquent, le bord radialement extérieur 18 n'est pas déformé, lors de l'utilisation, sous la contrainte de la pression des vis 12. 10 Enfin, le chapeau 11 comporte des régions épaissies, à l'emplacement des trous 16 et sur la surface frontale extérieure 19 uniquement, ces régions formant des protubérances 28 aplaties aptes à recevoir les têtes des vis 12 qui viennent en appui contre celles-ci. Ces protubérances 28 sont formées sur la paroi d'extrémité 14 dans une 15 position radiale correspondant à la transition entre l'extrémité de la paroi d'extrémité 14 et la partie de liaison 15 annulaire, de façon à assurer une meilleure distribution des contraintes provoquées par les vis 12, lors de l'utilisation, sur l'ensemble REVENDICATIONS1. Chapeau de butée d'extrémité (11) pour un palier à roulement (5), en particulier destiné à être installé dans une boîte d'essieu ferroviaire d'un dispositif de support (1) pour un essieu ferroviaire (2), le chapeau (11) étant réalisé sous la forme d'un disque concave délimité par une paroi latérale (13) annulaire présentant un axe de symétrie (A) qui est coaxial, lors de l'utilisation, avec un axe de symétrie (B) du palier, par une paroi d'extrémité (14) positionnée transversalement à l'axe de symétrie (A), et par une partie de liaison (15) annulaire qui présente une forme coudée, reliant la paroi d'extrémité (14) à la paroi latérale (13) ; la paroi d'extrémité (14) étant pourvue d'une pluralité de trous traversants (16) pour des vis (12) respectives servant à la fixation du chapeau, lors de l'utilisation, à l'essieu (2), et la paroi latérale (13) se terminant, du côté opposé par rapport à la paroi d'extrémité, par une surface frontale (17) annulaire conçue pour venir en appui, lors de l'utilisation, contre une bague (6) du palier ; le chapeau (11) étant caractérisé en ce que la paroi d'extrémité (14) présente une épaisseur, mesurée dans au moins une direction radiale (D2) passant à travers un axe de symétrie (C) desdits trous (16), qui est variable de façon continue dans une direction radiale entre un maximum (53), situé à un emplacement essentiellement intermédiaire entre un bord intérieur (28) du trou (16) et l'axe de symétrie (A) du chapeau (11), et un minimum (51), à l'emplacement de l'axe de symétrie (A) du chapeau (11). 2. Chapeau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 12 paroi d'extrémité (14) présente une épaisseur, mesurée dans une autre direction radiale (D1) passant par un emplacement intermédiaire entre deux trous (16) adjacents, qui présente un maximum (54) respectif à un emplacement essentiellement intermédiaire entre une circonférence 5 passant entre les axes de symétrie (C) des trous (16) et l'axe de symétrie (B), et un minimum (51) à l'emplacement de l'axe de symétrie (A). 3. Chapeau (11) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi d'extrémité (14) est délimitée entre une surface frontale extérieure (19), orientée dans la direction opposée par rapport à la 10 surface d'appui frontale (17) annulaire de la paroi latérale, et une surface frontale intérieure (20), orientée dans la même direction que la surface d'appui frontale annulaire de la paroi latérale et délimitant, conjointement avec la paroi latérale, une concavité (21) du chapeau conçue pour être au moins partiellement accouplée, lors de l'utilisation, avec une extrémité 15 libre (22) de l'essieu ; la surface frontale intérieure (20) de la paroi d'extrémité (14) présentant un profil ondulé, en particulier le long des deux directions (D1) et (D2).