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Nattera composée d'un alliage de cuivre servant à la fabrica- tion des coussinets des fusées d'essieux dans les paliers pour véhicules sur rails.
La théorie hydrodynamique applicable aux organes des machines graissés et qui s'appuie sur les travaux de Petroff, Reynola, Sommerfeld et Guembel établit comme condi- tion pour avoir le frottement liquide parfait de ménager un jeu détermine entre la surface périphérique de l'essieu et la surface de glissement du coussinet, en fonction du diamètre de cet essieu et de l'évidement des coussinets, de la longueur du palier, de la charge spécifique que supporte le palier, de la vitesse angulaire de l'essieu et de la viscosité du lubri- fiant.
Si ce jeu est maintenu, il se forme sous l'influence de l'excentricité de la position de l'arbre une couche de graissage d'une épaisseur minimum qui permet tout juste encore
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le frottement liquide, donc' la fondation sans obstacle d'une pellicule de lubrifiant cohérente.
L'invention a pour principe le fait reconnu que l'on réalise des conditions particulières en employant, selon des propositions connues, comme garniture pour les coussinets en contact direct avec les fusées d'essieux dans les paliers des véhicules sur rails un alliage de cuivre. Ces paliers en fait présentent la particularité qu'ils doivent démarrer di- rectement sous charge sans qu'on puisse parvenir à établir les conditions qui permettent de produire immédiatement le frotte- ment liquide parfait.
Il se forme en effet, par suite du petit nombre de tours de la fusée d'essieu au démarrage, en même temps que de la. charge qui agit dès le début, une couche de lubrifica- tion d'épaisseur minimum qui est inférieure à l'ordre de gran- deur que présentent les inégalités de la fusée d'essieu et de la surface des coussinets dans le cas de l'usinage habituel.
Le calcul a montré en particulier que l'épaisseur minima de la couche d'huile pour les vitesses de démarrage jusqu'à en- viron 6 Km à l'heure était comme ordre de grandeur inférieure à 0,003 millimètres, tandis que la hauteur des inégalités pour des tourillons non trempés et polis atteint encore 0,005 millimètres, pour des évidements tournés et rodés avec une lime d'émeri 0,01-0,02 millimètres, pour des évidements alésés à la meule d'émeri 0,004-0,005 millimètres et pour des pièces trempées et polies 0,003-0,004 millimètres. Au contraire avec des garnitures en métal blanc les inégalités peuvent être réduites à 0,003 millimètres par l'action de la rotation de l'essieu semblable à celle d'un cylindre de lissage.
Pour les paliers fixes le démarrage se différencie des conditions considérées dans le cas présent d'une manière fondamentale en ce qu'il ne se produit pas en charge. Comme le palier n'est
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pas chargé il s'établit dès le commencement du premier démar- rage une épaisseur minimum de la couche de lubrifiant qui est plus grande que les inégalités atteintes pendant le travail, de telle sorte que le premier temps du fonctionnement sert simplement à aplanir les inégalités sous le. valeur de l'épais- seur minimum de la couche d'huile qui se produit avec la charge du palier.
Cet aplanissement ne présente aucune diffi- culté car les matières de garniture ordinairement employées, bronze rouge et laiton, ont une dureté moindre que les essieux en acier ou les tourillons en acier et le lissage se produit même sous l'action favorable de la pellicule de liquide déjà existante. Comme on l'a préalablement dit, au démarrage l'état des paliers d'essieux pendant le premier temps de leur fonctionnement ne remplit pas les conditions nécessaires à la formation du frottement liquide.
A ce sujet, l'invention établit le principe que la matière de garniture du coussinet lui-même doitêtre sou- mise à une action telle que les conditions pour que le frotte- ment liquide puisse se produire soient remplies immédiatement après l'entrée en fonctionnement du palier. La dureté des alliages de cuivre par rapport à celle du métal blanc et allia- ges similaires est la cause que le nivellement des inégalités, produites par l'exactitude de l'usinage, est impossible à obtenir seulement par la pression du palier. Selon l'invention on ajoute donc à l'alliage de cuivre des matières qui diminuent la résistance de cet alliage à l'usure.
Il se produit ainsi un lissage de la surface des coussinets avant que ne se mani- festent une élévation de température du palier et par consé- quent les phénomènes de vieillissement, oxydations, décomposi- tions et diminution de la viscosité du lubrifiant. Mais si les inégalités nivellées par le lissage sont inférieures à l'épais- seur minima de la. couche d'huile formée dans les paliers
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d'essieux, toutes les conditions pour la production d'une pellicule de lubrifiant continue sont remplies, car le jeu exact peut être sans difficulté règle dès le début.
Cette pellicule empêche une usure ultérieure de la garniture du coussinet, parce que le frottement liquide occasionné par latite pellicule d'huile supprime presque complètement le phénomène d'usure en isolant les deux métaux qui frottent l'un contre l'autre.
L'invention n'est pas limitée à cela. Elle com- porte également le principe que les additions doivent être déterminées de telle manière que la diffusion de surfaite soit diminuée et qu'un soudage à froid entre les surfaces des coussinets et des fusées d'essieux ne se produise plus, de telle sorte que même pendant le tems très court du lis- sage de la. surface des coussinets le danger de l'enlèvement des matières par frottement et du grippage des métaux soit écarté.
'Enfin les additions peuvent également provoquer un lissage des surfaces.
Comme additions présentant ces propriétés on peut employer par exemple des métaux tels que l'aluminium ou le plomb, ou des matières non métalliques telles que le soufre. A l'alliage de cuivre qui sert d'alliage de base on peut mélanger les additions ensemble ou aussi en groupes. par exemple de l'aluminium et du plomb.
Conformément à l'invention il se produit néan- moins avec de telles additions une tendance à se décomposer de l'alliage de base. On peut compenser cette tendance à se décomposer, selon l'invention, en augmentant le pouvoir de dissolution de cet alliage de base pour la matière d'addi- tion, telle que le plomb ou matière similaire, par des addi- tions appropriées, par exemple de manganèse, nickel, magné- sium, bismuth, etc...
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L'alliage de baée lui-même peut être un alliage cuivre-étain ou cuivre-zinc.
Selon l'invention on peut obtenir un alliage par- ticulièrement avantageux en le composant de
4 - 40% en poids de plomb
0,2 - 1,5 % " " manganèse
2 - 12% " " étain et le reste de cuivre.
Un exemple d'un tel alliage pourrait consister en environ 30 % en poids de plomb, 3 % en poids d'étain, 5 % en poids de nickel et le restede cuivre.
Il est également compris dans la nature de l'in- vention qu'en agissant sur les phases de solidification on parvient à une parfaite répartition des matières d'addition dans l'alliage de base, de telle sorte qu'il se forme un mé- tal de coussinet de la texture ordinaire.
Comme la dureté des alliages de cuivre est abaissée par les additions employées selon l'invention, on peut, con- formément à un développement de l'idée de l'invention, aug- menter la résistance en y introduisant ou en les entourant avec des métaux de plus grande résistance, par exemple en les entourant d'une enveloppe d'acier coulé.
- REVENDICATIONS -
1- matière composée d'un alliage de cuivre servant à la fabrication des coussinets directement en contact de la fusée d'essieu dans les paliers pour véhicules sur rails, caractérisée par des additions qui abaissent la résistance à l'usure de l'alliage de base.
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Nattera composed of a copper alloy used in the manufacture of bearings for stub axles in bearings for rail vehicles.
The hydrodynamic theory applicable to lubricated machine parts and which is based on the work of Petroff, Reynola, Sommerfeld and Guembel establishes as a condition for having the perfect liquid friction to leave a determined clearance between the peripheral surface of the axle and the sliding surface of the bearing, depending on the diameter of this axle and the recess of the bearings, the length of the bearing, the specific load supported by the bearing, the angular speed of the axle and the viscosity of the lubricant.
If this clearance is maintained, under the influence of the eccentricity of the position of the shaft, a lubricating layer of a minimum thickness is formed which barely still allows
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liquid friction, thus' the barrier-free foundation of a cohesive lubricant film.
The principle of the invention is the recognized fact that special conditions are achieved by employing, according to known proposals, as a lining for the bearings in direct contact with the axles in the bearings of vehicles on rails a copper alloy. . These bearings in fact have the peculiarity that they must start directly under load without it being possible to establish the conditions which make it possible to immediately produce the perfect liquid friction.
It is formed, in fact, as a result of the small number of turns of the stub axle at start-up, at the same time as of. load which acts from the start, a lubricating layer of minimum thickness which is less than the order of magnitude presented by the unevenness of the axle knuckle and the bearing surface in the case of the usual machining.
The calculation showed in particular that the minimum thickness of the oil layer for starting speeds up to about 6 km per hour was as order of magnitude less than 0.003 millimeters, while the height of the unevenness for unhardened and polished journals reaches a further 0.005 mm, for recesses turned and lapped with an emery board 0.01-0.02 mm, for recesses reamed with an emery wheel 0.004-0.005 mm and for hardened and polished parts 0.003-0.004 millimeters. On the contrary with white metal fittings the unevenness can be reduced to 0.003 millimeters by the action of the axle rotation similar to that of a smoothing cylinder.
For fixed bearings, starting differs from the conditions considered in the present case in a fundamental way in that it does not occur under load. As the landing is
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not loaded, from the start of the first start-up a minimum thickness of the lubricant layer is established which is greater than the unevenness reached during work, so that the first phase of operation simply serves to smooth out the unevenness under the. value of the minimum thickness of the oil layer that occurs with the bearing load.
This flattening presents no difficulty because the commonly used packing materials, red bronze and brass, have a lower hardness than steel axles or steel journals and the smoothing occurs even under the favorable action of the film. already existing liquid. As previously stated, at start-up the condition of the axle bearings during the first stage of their operation does not meet the conditions necessary for the formation of liquid friction.
In this connection, the invention establishes the principle that the lining material of the bearing itself must be subjected to such action that the conditions for liquid friction to occur are fulfilled immediately after entry into operation. of the landing. The hardness of copper alloys relative to that of white metal and similar alloys is the cause that leveling of unevenness, produced by machining accuracy, is impossible to achieve by bearing pressure alone. According to the invention is therefore added to the copper alloy materials which reduce the resistance of this alloy to wear.
A smoothing of the surface of the bearings is thus produced before an increase in the temperature of the bearing occurs and consequently the phenomena of aging, oxidation, decomposition and reduction in the viscosity of the lubricant. But if the inequalities leveled by smoothing are less than the minimum thickness of the. oil layer formed in the bearings
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axles, all conditions for the production of a continuous lubricant film are fulfilled, because the exact clearance can be easily adjusted from the start.
This film prevents further wear of the bearing lining, because the liquid friction caused by the oil film almost completely eliminates the phenomenon of wear by isolating the two metals which rub against each other.
The invention is not limited to this. It also includes the principle that the additions should be determined in such a way that the diffusion of overrate is diminished and that a cold welding between the surfaces of the bearings and the axle knuckles no longer occurs, so that even during the very short time of reading the. bearing surface the danger of rubbing off material and seizing metals is eliminated.
Finally, the additions can also cause surface smoothness.
As additions exhibiting these properties, for example metals such as aluminum or lead, or non-metallic materials such as sulfur can be employed. To the copper alloy which serves as the base alloy, the additions can be mixed together or also in groups. for example aluminum and lead.
In accordance with the invention, however, with such additions there is a tendency to decompose the base alloy. This tendency to decompose, according to the invention, can be compensated for by increasing the dissolving power of this base alloy for the additive material, such as lead or the like, by suitable additions, for example. example of manganese, nickel, magnesium, bismuth, etc ...
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The baée alloy itself can be a copper-tin or a copper-zinc alloy.
According to the invention, a particularly advantageous alloy can be obtained by composing it from
4 - 40% by weight of lead
0.2 - 1.5% "" manganese
2 - 12% "" tin and the remainder of copper.
An example of such an alloy could consist of about 30% by weight of lead, 3% by weight of tin, 5% by weight of nickel and the remainder of copper.
It is also understood in the nature of the invention that by acting on the solidification phases a perfect distribution of the additive materials in the base alloy is achieved, so that a mixture is formed. - pad tal of ordinary texture.
As the hardness of copper alloys is lowered by the additions employed according to the invention, it is possible, in accordance with a development of the idea of the invention, to increase the strength by introducing therein or surrounding them with metals of greater resistance, for example by surrounding them with a casing of cast steel.
- CLAIMS -
1- material composed of a copper alloy used in the manufacture of bearings directly in contact with the stub axle in bearings for vehicles on rails, characterized by additions which lower the wear resistance of the alloy of based.