Brevet FR3078673A1 — publié le 20190913

Boîte de palier, et bogie comprenant un telle boîte pour véhicule ferroviaire Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine paliers rotatifs, et en particulier ceux destinés à être incorporés dans une boîte de palier d'un bogie de véhicule ferroviaire. Etat de la technique antérieur Dans le domaine des transports ferroviaires, un véhicule tel qu'un wagon comprend généralement un ou plusieurs bogie(s), chaque bogie étant supporté par un ou plusieurs essieu(x) solidaire(s) de deux roues. Ces bogies sont reliées à des boîtes de palier comprenant un palier rotatif prévu pour fournir la liaison pivot entre la boîte de palier et l'essieu. Par exemple, un wagon classique comprend deux bogies, chaque bogie étant supporté par deux essieux. Dans ce cas, chaque bogie comprend quatre boîtes de palier contenant chacun un palier rotatif. De manière générale, une boîte de palier comprend un carter cylindrique, au moins un palier rotatif étant inséré dans un alésage pratiqué dans le carter cylindrique. Une extrémité d'un arbre s'étend dans une ouverture arrière du carter, un tourillon prolongeant l'extrémité d'arbre et venant s'arranger dans le palier rotatif. L'ouverture avant du carter est fermée par un couvercle. La palier rotatif comprend de manière générale une bague extérieure montée dans l'alésage du carter, ladite bague extérieure étant bloquée axialement entre le couvercle sur la face avant et une butée solidaire du carter sur la face arrière. La palier rotatif comprend également une bague intérieure montée sur le tourillon d'extrémité d'arbre, ladite bague intérieure étant maintenue axialement entre un capuchon fixé au tourillon sur la face avant et un anneau de retenue contre un épaulement du tourillon sur la face arrière. La bague extérieure est fixe et la bague intérieure est tournante, au moins une rangée d'éléments roulants étant interposée entre les bagues en rotation relative. 2 Le capuchon a une forme générale annulaire et comprend de manière classique un plateau essentiellement circulaire, pourvu d'une pluralité d'ouvertures pour le passage de vis de retenues fixées au tourillon d'extrémité d'arbre. Ce plateau comprend généralement un alésage central. Le capuchon 5 comprend également un rebord annulaire s'étendant radialement depuis la périphérie dudit plateau, ledit rebord venant en butée contre la bague intérieure du palier rotatif. Le tourillon et le plateau sont séparés axialement l'un de l'autre, formant une portion évidée annulaire fermée radialement par le rebord. 10 Par ailleurs, il est connu de prévoir un arbre creux définissant un alésage central dans de telles applications pour véhicule ferroviaire afin de réduire le poids de l'arbre, et donc le poids d'arrangement dans la boîte de palier, et ainsi de réduire la consommation d'énergie du véhicule ferroviaire. Toutefois, en cas de variations importantes de température, l'air présent 15 dans l'arbre creux peut se condenser et créer de l'eau sous forme liquide. Cette eau peut alors venir s'écouler dans la portion évidée existant entre le capuchon et le tourillon d'extrémité d'arbre. De plus, il est classique de réaliser un contrôle par ultrasons de l'arbre durant une opération de maintenance pour détecter les défauts internes ou 20 fissures. Afin de faciliter la transmission de l'énergie sonore entre une sonde à ultrasons et l'arbre, un couplant est injecté dans l'arbre creux. Ce couplant est généralement une huile, par exemple de la glycérine, et la quantité injectée peut être d'environ 30 mL. A l'issue du contrôle, cette huile se retrouve collectée dans la portion évidée existant entre le capuchon et le tourillon 25 d'extrémité d'arbre. De l'eau, de l'huile, ou même des particules métalliques, peuvent ainsi se retrouvées collectées dans ladite portion évidée, et forment une pollution interne qui ne peut être retirée sans un démontage complet de la boîte de palier. 30 Lorsque la boîte de palier et l'arbre d'essieu sont en mode de fonctionnement, les chocs et vibrations peuvent induire une migration de cette pollution interne vers les composants internes à la boîte de palier. Cette pollution interne peut avoir pour conséquence une détérioration accélérée des composants internes à la boîte de palier. L'eau peut notamment engendrer un 3 phénomène de corrosion responsable notamment d'une baisse de la qualité du contact entre les éléments roulants et les bagues du palier rotatif, et également d'une baisse des performances en lubrification de la graisse introduite dans ledit palier rotatif. Il en résulte une baisse de la qualité de la 5 liaison mécanique fournie dans la boîte de palier, et une durée de vie réduite des composants internes la boîte de palier. Le risque de casse, notamment en mode de fonctionnement, est également plus élevé. Afin de pallier à cet inconvénient, il est connu de prévoir une ouverture traversante à la portion inférieure de l'alésage du carter afin d'évacuer l'eau 10 liquide résiduelle. Cependant, un tel trou présente l'inconvénient de former un passage pour la pollution extérieure vers l'intérieur de la boîte à palier. De plus, un tel trou n'est pas fiable pour d'autres types de pollution interne, en particulier l'huile résiduelle suite à un contrôle par ultrasons. Ainsi dans le domaine des transports ferroviaires, on réalise des 15 opérations de maintenance régulières, au cours desquelles les composants de la boîte de palier sont démontés, puis nettoyés et inspectés. On peut, le cas échéant, vidanger la graisse du palier rotatif afin de la remplacer. Enfin, les composants de la boîte de palier sont remontés. Cependant, de telles opérations de maintenance sont coûteuses, relativement longues et 20 nécessitent d'immobiliser le véhicule ferroviaire fréquemment. Résumé de l'invention La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir une boîte de 25 palier avec une bonne sûreté de fonctionnement, une bonne fiabilité dans le temps, et ne nécessitant pas une multiplication d'opérations de maintenance. L'invention concerne une boîte de palier pour recevoir un arbre d'un essieu, comprenant un carter cylindrique, un palier rotatif, et un capuchon. Le carter cylindrique est pourvu d'un alésage avec une ouverture en face 30 arrière pouvant recevoir une extrémité de l'arbre, et une ouverture en face avant fermée par le couvercle. Le palier rotatif est pourvu d'une bague extérieure fixe montée dans l'alésage du carter, d'une bague intérieure tournante pouvant être montée sur 4 une surface cylindrique extérieure de l'extrémité d'arbre, et d'au moins une rangée d'éléments roulants interposés entre les bagues. Le capuchon est de forme générale annulaire et pourvu d'un plateau radial, avec une pluralité d'ouvertures traversées par des vis de retenues 5 dédiées à être fixées sur une face frontale de l'extrémité d'arbre, et un rebord annulaire s'étendant axialement depuis la périphérie extérieure dudit plateau, ledit rebord venant en butée contre la bague intérieure du palier rotatif en face avant. Selon l'invention, la boîte de palier comprend également une bague 10 d'étanchéité montée dans le capuchon, ladite bague d'étanchéité étant arrangée radialement dans le rebord annulaire du capuchon et étant destinée à être coincée axialement entre la face frontale d'extrémité d'arbre et le plateau du capuchon. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non obligatoires d'une 15 boîte de palier conforme à l'invention, prises isolément ou en combinaison : - La boîte de palier comprend un anneau de retenue monté sur l'extrémité d'arbre, axialement entre un épaulement de l'arbre et la bague intérieure du palier rotatif en face arrière. - La boîte de palier comprend une butée solidaire du carter en face 20 arrière, la bague extérieure du palier rotatif étant bloquée axialement entre le couvercle et ladite butée. - La butée comprend une pluralité d'ouvertures traversées par des vis de retenue fixées au carter en face arrière. - Le couvercle comprend une pluralité d'ouvertures traversées par des vis 25 de retenue fixées au carter en face avant. - Les éléments roulants sont des rouleaux cylindriques. - Les éléments roulants sont maintenus régulièrement espacés par une cage. - Le palier rotatif comprend deux rangées d'éléments roulants. 30 - La bague extérieure est formée d'une seule partie. - La bague intérieure est formée de deux parties, chacune étant en support d'une rangée d'éléments roulants, une entretoise étant interposée axialement entre lesdites parties. 5 - Le palier rotatif comprend un premier moyen d'étanchéité disposé entre la bague extérieure et la bague intérieure à l'extrémité axiale avant du palier, et un second moyen d'étanchéité disposé entre la bague extérieure et la bague intérieure à l'extrémité axiale arrière du palier. 5 - Le plateau du capuchon comprend un alésage central. - La bague d'étanchéité comprend un alésage central. - Les diamètres intérieurs des alésages centraux de la bague d'étanchéité et du plateau du capuchon sont sensiblement égaux. - La bague d'étanchéité est pleine, ne comprenant pas d'alésage. 10 - La bague d'étanchéité comprend une pluralité d'ouvertures faisant face axialement aux ouvertures du plateau de capuchon, lesdites ouvertures de la bague d'étanchéité et du capuchon étant traversées par des vis de retenues dédiées à être fixées sur la face frontale de l'extrémité d'arbre. - La bague d'étanchéité est en matériau polymère. 15 - La bague d'étanchéité est en copolymère butadiène-acrylonitrile, appelé également « caoutchouc nitrile ». L'invention concerne également un bogie de véhicule ferroviaire, comprenant au moins un essieu pourvu d'un arbre, et au moins une boîte de palier selon l'un quelconque des modes de réalisations précédents et montée 20 sur une extrémité de l'arbre. Avantageusement, l'arbre est creux avec un alésage. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va 25 suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif. La description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La Figure 1 est une vue en perspective d'une boîte de palier selon un mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 2 est une vue en coupe axiale de la boîte de palier de la Figure 30 1 ; et - la Figure 3 est une vue en perspective éclatée d'un capuchon et d'une bague d'étanchéité pour la boîte de palier de la Figure 2. Description détaillée 6 En référence aux Figures 1 et 2, une boîte de palier 1 est prévue pour être solidaire d'un bogie d'un véhicule ferroviaire de manière à supporter en liaison pivot un essieu solidaire des roues du véhicule ferroviaire. Pour la suite de la description, nous définissons les termes « avant » et 5 « arrière » pour la position de la boîte de palier par rapport au bogie. Une position avant est selon une face de la boîte située axialement vers l'extérieur du bogie, tandis qu'une position arrière est selon une face de la boîte située vers l'intérieur du bogie. La boîte de palier 1 comprend deux extrémités de fixation 1-1 et 1-2 10 permettant la fixation de la boîte à un bogie (non représenté) de véhicule ferroviaire. Cette fixation peut être mise en oeuvre de manière classique, chaque extrémité 1-1 et 1-2 étant fixée à une extrémité d'une tige d'un amortisseur couplé à une suspension (non représentée). L'essieu comprend un arbre creux 2, pourvu d'un alésage central 15 cylindrique 2-1. L'arbre creux 2 se prolonge à son extrémité par un tourillon 2- 2. La boîte 1 comprend un carter cylindrique 3 avec un alésage central cylindrique 4 d'axe X4. Le carter 3 comprend une ouverture 5 de l'alésage 4 en face arrière de manière à recevoir l'arbre 2. Le carter 3 comprend une 20 ouverture 6 de l'alésage 4 en face avant, ladite ouverture avant 6 étant fermée par un couvercle 7. Pour réaliser la liaison pivot entre l'essieu et la boîte de palier 1, la boîte 1 comprend un palier rotatif 8 d'axe X8 avec une bague extérieure 9, une bague intérieure 10, et des éléments roulants 11 interposés radialement entre 25 les bagues 9, 10. En mode de fonctionnement normal de la boîte de palier 1, les axes X4 et X8 sont confondus. Dans cet exemple de réalisation, le palier rotatif 8 comprend deux rangées de rouleaux coniques comme éléments roulants 11. Les éléments roulants sont avantageusement maintenus régulièrement espacés par des cages. On peut utiliser un palier différent sans 30 sortir du cadre de l'invention, par exemple avec une seule ou plus de deux rangées d'éléments roulants, avec d'autres types d'éléments roulants tels des rouleaux cylindriques, des aiguilles ou des billes. Le palier rotatif 8 comprend avantageusement un premier flasque d'étanchéité 17-1 disposé entre la bague extérieure 9 et la bague intérieure 10 7 à l'extrémité axiale avant du palier 8, et un second flasque d'étanchéité 17-2 disposé entre la bague extérieure 9 et la bague intérieure 10 à l'extrémité axiale arrière du palier 8. L'espace de roulement entre les deux bagues 9, 10 dans lequel sont logés les éléments roulants 11 est ainsi isolé de 5 l'environnement extérieur, et peut contenir un fluide lubrifiant, par exemple de la graisse. La bague extérieure 9 est montée dans l'alésage cylindrique 4 pratiqué dans le carter 3. La bague extérieure 9 est maintenue axialement, d'un côté par une butée 12 et de l'autre par le couvercle 7. La butée 12 est solidaire 10 d'une surface frontale arrière du carter 3 par une pluralité de vis de retenue 18, et le couvercle 7 est solidaire d'une surface frontale avant du carter 3 par une pluralité de vis de retenue 19. La bague extérieure 9 est fixe et est solidaire du carter 3. La bague intérieure 10 est emmanchée sur une surface cylindrique 15 extérieure du tourillon 2-2 de l'arbre 2. Dans cet exemple de réalisation, la bague intérieure 10 est réalisée en deux parties 10-1 et 10-2, une entretoise 10-3 étant interposée axialement entre lesdites parties. La bague intérieure 10 est maintenue axialement entre un anneau de retenue 13 et un capuchon 14. L'anneau de retenue 13 est monté sur le tourillon 2-2 d'arbre 2, 20 axialement entre un épaulement 2-3 de l'arbre et la bague intérieure 10 du palier rotatif 8 en face arrière. Le capuchon 14 est de forme générale annulaire et pourvu d'un plateau radial 14-1, avec un alésage cylindrique 14-2 et une pluralité d'ouvertures 143 traversées par des vis de retenues 15 fixées sur une face frontale avant 2-4 25 de l'extrémité en tourillon 2-2 de l'arbre 2. Le capuchon 14 est également pourvu d'un rebord annulaire 14-4 s'étendant axialement depuis la périphérie extérieure dudit plateau 14-1. Ledit rebord 14-4 vient en butée contre la bague intérieure 11 du palier rotatif 8 en face avant. Conformément à l'invention, la boîte de palier 1 comprend également une 30 bague d'étanchéité 16 illustrée en Figure 3. La bague d'étanchéité 16 est annulaire, de corps essentiellement cylindrique. La bague d'étanchéité 16 est montée dans le capuchon 14, ladite bague d'étanchéité 16 étant arrangée radialement dans le rebord annulaire 14-4 du capuchon 14. 8 La bague d'étanchéité 16 comprend une pluralité d'ouvertures 16-1 faisant face axialement aux ouvertures 14-3 du plateau 14-1 de capuchon 14. Lesdites ouvertures 16-1, 14-3 de la bague d'étanchéité 16 et du capuchon 14, respectivement, sont traversées par les vis de retenues 15 fixées sur la 5 face frontale 2-4 de de l'arbre 2. La bague d'étanchéité 16 est coincée axialement entre la face frontale 2-4 de l'arbre 2 et le plateau 14-1 du capuchon 14. La bague d'étanchéité 16 comprend en outre un alésage central 16-2 cylindrique. Avantageusement, l'alésage 16-2 de la bague d'étanchéité 16 et 10 de diamètre intérieur est sensiblement égal à celui de l'alésage 14-3 du plateau 14-1 du capuchon 14. La bague d'étanchéité 16 est en matériau polymère. De manière particulièrement avantageuse, la bague d'étanchéité 16 est en copolymère butadiène-acrylonitrile, appelé également « caoutchouc nitrile ». 15 Grâce à l'invention, toute portion évidée entre le capuchon 14 et l'extrémité 2-2 d'arbre 2 est évitée. Aucune pollution intérieure, telle de l'eau, de l'huile ou encore des particules métalliques, ne peut se retrouver piéger entre ces éléments. Lors d'une opération de maintenance, seul le couvercle 7 en face avant 20 du carter 3 doit être démonté pour procéder au nettoyage de l'intérieur de la boîte de palier 1, toutes les zones internes à la boîte 1 étant facilement accessibles depuis l'ouverture avant 6. De plus, le capuchon 14 et la bague d'étanchéité 16 étant tous deux pourvus d'un alésage central 14-2 et 16-2, respectivement, il est possible de 25 procéder à un nettoyage de l'alésage cylindrique 2-1 de l'arbre creux 2. Grâce à un nettoyage complet de la boîte de palier 1 conforme à l'invention lors d'une opération de maintenance, on prévient les risques de condensation et les risques de pollution des composants en mouvement, tels les bagues 9, 10 et les éléments roulants 11 du palier rotatif 8. Dès lors, on 30 préserve la qualité du contact des surfaces en contact et les propriétés de la graisse. Il en résulte une amélioration de la qualité de la liaison mécanique fournie dans la boîte de palier, et une durée de vie augmentée des composants internes la boîte de palier. Le risque de casse, notamment en mode de fonctionnement, est également plus faible. 9 Selon une alternative non illustrée, la bague d'étanchéité 16 est pleine, ne comprenant pas d'alésage. La bague d'étanchéité permet ainsi de fermer l'ouverture de l'alésage 2-1 de l'arbre creux 2 et prévenir toute entrée de pollution interne depuis l'arbre creux vers le volume intérieur de la boîte de 5 palier 1. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation peuvent être, en totalité et seulement pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, la boîte de palier peut être adaptée en termes de coûts, REVENDICATIONS1. Boîte de palier (1) pour recevoir un arbre (2) d'un essieu, comprenant : - un carter (3) cylindrique pourvu d'un alésage (4) avec une ouverture (5) en face arrière pouvant recevoir une extrémité (2-2) de l'arbre (2), et une ouverture (6) en face avant fermée par un couvercle (7), - un palier rotatif (8) pourvu d'une bague extérieure (9) fixe montée dans l'alésage (4) du carter (3), d'une bague intérieure (10) tournante pouvant être montée sur une surface cylindrique extérieure de l'extrémité (2-2) d'arbre (2), et d'au moins une rangée d'éléments roulants (11) interposés entre les bagues (9, 10), et - un capuchon (14) de forme générale annulaire et pourvu d'un plateau radial (14-1), avec une pluralité d'ouvertures (14-3) traversées par des vis de retenues (15) dédiées à être fixées sur une face frontale (2-4) de l'extrémité (2-2) d'arbre (2), et un rebord annulaire (14-4) s'étendant axialement depuis la périphérie extérieure dudit plateau (14-1), ledit rebord (14-4) venant en butée contre la bague intérieure (10) du palier rotatif (8) en face avant, caractérisé en ce que la boîte de palier (1) comprend également une bague d'étanchéité (16) montée dans le capuchon (14), ladite bague d'étanchéité (16) étant arrangée radialement dans le rebord annulaire (14-4) du capuchon (14) et étant destinée à être coincée axialement entre la face frontale (2-4) d'extrémité (2-2) d'arbre (2) et le plateau (14-1) du capuchon (14). 2. Boîte de palier selon la revendication 1, dans laquelle la bague d'étanchéité (16) comprend une pluralité d'ouvertures (16-1) faisant face axialement aux ouvertures (14-3) du plateau (14-1) de capuchon (14), lesdites ouvertures (16-1, 14-3) de la bague d'étanchéité (16) et du capuchon (14) étant traversées par des vis de retenues (15) dédiées à être fixées sur la face frontale (2-4) de l'extrémité (2-2) d'arbre (2). 3. Boîte de palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le plateau (14-1) du capuchon (14) comprend un alésage central (142). 11 4. Boîte de palier selon la revendication 3, dans laquelle la bague d'étanchéité (16) comprend un alésage central (16-2). 5 5. Boîte de palier selon les revendications 4, dans laquelle les diamètres intérieurs des alésages centraux (16-2, 14-2) de la bague d'étanchéité (16) et du plateau (14-1) du capuchon (14) sont sensiblement égaux. 6. Boîte de palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans 10 laquelle la bague d'étanchéité (16) est pleine. 7. Boîte de palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la bague d'étanchéité (16) est en matériau polymère. 15 8. Boîte de palier selon la revendication 7, dans laquelle la bague d'étanchéité (16) est en copolymère butadiène-acrylonitrile. 9. Bogie de véhicule ferroviaire, comprenant au moins un essieu pourvu d'un arbre (2), et au moins une boîte de palier (1) selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes et montée sur une extrémité (2-2) de l'arbre (2). 10. Bogie selon la revendication 9, dans lequel l'arbre (2) est creux avec un alésage (2-1). 25