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Support de palier d'essieu à montage élastique.
Alan Richard Cripe
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L'invention est relative aux supports de paliers d'essieu à montage élastique et elle se rapporte plus particulièrement aux supports appliqués dans les équipements de chemins de fer de haute performance.
Dans la construction d'équipements modernes de chemins de fer de poids léger il est devenu de plus en plus important de protéger les passagers du véhicule contre les effets du bruit et des vibrations de haute fréquence produits à l'extérieur du véhicule. Tous les efforts ont été faits pour réaliser une telle isolation au moyen de l'utilisation d'éléments élastiques disposés entre le train de roulement et le châssis du véhicule pour réduire la transmission de bruits et de vibrations gênants entre ceux-ci. Les éléments élastiques améliorent le contact entre les roues et les rails et l'adhésion des trains aux accélérations et ralentissements importants.
L'amélioration du contact entre les roues et les rails augmente en outre la sécurité des passagers en limitant le dégagement de la roue du rail au'on a évalué à 6 mm à vitesse élevée.
On a déjà proposé de positionner les paliers d'essieu élastiquement dans la structure de support. En éliminant tout contact direct métal-métal entre les axes rotatifs et le châssis du support, on élimine efficacement les vibrations à haute fréquence à l'intérieur du véhicule. De tels montages à palier élastiques comprennent généralement une structure de support renfermant un manchon emprisonné en caoutchouc lequel supporte à son tour un palier à roulement à la surface extérieure du chemin de roulement extérieur. Par conséquent le palier entier peut librement flotter radialement dans des limites déterminées par l'élasticité du manchon en caoutchouc.
Les vibrations à haute fréquence produites par le passage de la roue métallique
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sur le rail en acier sont retenues à l'intérieur du support lui-même par l'absorption dans le support en caoutchouc. L'effi- cacité de l'élimination des vibrations ou du bruit dans l'unité est en premier lieu une fonction de l'élasticité du caoutchouc laquelle est à son tour déterminée par la composition et l'épais- seur du caoutchouc. Les supports élastiques des essieux présentent encore d'autres avantages. Ils ne comprennent aucun élément fixé avec jeu ce qui favoriserait le bruit et augmenterait l'usure.
On a cependant découvert que la liberté de mouvement du palier à l'intérieur du support doit être rigoureusement limitée ce qui réduit considérablement l'efficacité du support élastique en tant qu'amortisseur de vibrations. Les unités de chemin de fer pourvues d'un support d'essieu et de palier.de cette construction ont provoqué une usure excessive et erratique des roues dont :Les effets progressifs ont déjoué le but essentiel des supports élastiques prévus en premier lieu. En outre les supports élastiques non amortis altèrent effectivement le contact entre les roues et les rails à cause de la production de vibrations résonantes à l'intérieur des supports élastiques eux-mûmes. On s'est par conséquent rendu compte que le "flottement" de paliers montés comme mentionné ci-dessus doit être maintenu dans des limites extrêmement serrées.
Bien que la raison exacte de l'usure excessive et erratique susmentionnée des roues soit inconnue, on considère qu'un léger déséqu8librage des roues ou une oscillation des roues produits par des irrégularités des rails à certaines vitesses critiques sont amplifiés dans le support élastique. La fréquence propre du caoutchouc lui-même est sensée augmenter la vibration des roues ce qui crée un broutage excessif du palier à l'intérieur du manchon élastique et ce qui provoque éventuellement une usure
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locale des roues et la nécessité de remplacer finalement les roues.
Un but essentiel de la présente invention est de procurer un support de palier d'essieu à montage élastique pour des équipe- ments de chemins de fer de poids léger et qui présente un effet d'amortissement interne de sorte que les oscillations produites par le support en caoutchouc lui-même sont réduites. Ce but est réalisé en prévoyant un manchon en caoutchouc composé d'une plura- lité de segments en forme d'arc fournissant une élasticité et un amortissement variables dans des zones diamétralement opposées du manchon. L'invention améliore de façon générale les performances et la résistance de paliers d'essieu à montage élastique.
D'autres particularités et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante de quelques modes de mise en oeuvre donnés à titre d'exemples non limitifs avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'un premier mode de réalisation d'un dispositif à palier élastique montré partielle- ment en coupe transversale; la figure 2 est une coupe transversale du dispositif à palier de la figure 1 selon la ligne 2-2, illustrant plus particu- lièrement le carter et le manchon élastique subdivisés; et la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 illustrant un deuxième mode de réalisation de la présente inven- tion, le carter étant, dans ce cas, subdivisé à un certain angle par rapport à l'horizontale.
Comme le montrent clairement les figures 1 et 2, l'inven- tion prévoit un carter de palier subdivisé en une partie supérieure 2 et une partie inférieure 4. Un manchon élastique 6 comprenant de préféence unsegment supérieur 8 et un segment inférieur 10
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est ajusté dans, l'ouverture circulaire pratiquée dans le carter du palier et est supporté sur sa circonférence par cette ouver- ture. La surface extérieure du manchon comprend une cuvette ou auge 12 dans laquelle sont positionnées les surfaces coopérantes des parties respectives du carter, ces parties remplissant entière- ment l'auge aménagée dans le manchon.
Les parois verticales 14 et 16 du manchon s'appuyent sur les bords des parties respectives du carter pour maintenir le manchon dans une position axiale déterminée par rapport au carter. Les évidements circonférentiels 17 et 19 prévus,dans la surface extérieure du manchon élastique fournissent un espace vide que le manchon remplit pendant sa déformation.
Un élément de maintien du palier ou garniture métallique 18 est prévu autour de la périphérie intérieure du manchon élastique et constitue un support interne pour ce dernier ainsi qu'un siège fixe dans lequel un palier 20 est retenu. Une goulotte pratiquée dans la surface extérieure de la garniture 18 épouse étroitement le manchon renfermé lequel est emprisonné entre la garniture et les parties opposées du carter. On verra que dans les limites déterminées par l'élasticité du manchon dans une direction axiale, la garniture est relativement immobile dans cette direction.
Un épaulement annulaire intérieur 22 est prévu dans la sur- face intérieure de la garniture 18 pour former un siège contre lequel le palier 20 est axialement disposé. Bien que les dessins ne le montrent pas, la garniture 18 peut éventuellement être pour- vue d'un passaqe interne à travers lequel un lubrifiant peut être dirigé vers le palier. Dans le cas où cette variante est réalisée, le lubrifiant serait délivré à une goulotte periphérique 24 pra- tiquée dans la surface intérieure de la garniture 18-et ensuite au palier à travers une canalisation (non représentée) aménagée
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dans le: chemin de roulement extérieur du palier.
Normalement la garniture 18 est montée à ajustement serré sur le palier et a par conséquent une épaisseur suffisante pour fournir le support cir- conférentiel nécessaire pour le palier afin de maintenir l'ajuste-: ment et pour tenir le palier dans une position fixe par rapport à la garniture 18.
On verra que le palier peut librement flotter à l'intérieur du carter à un degré déterminé par l'élasticité du manchon en caoutchouc. En outre, des légers défauts d'alignement de l'arbre sont absorbés par la déformation appropriée du manchon élastique. - Cependant, comme on l'a mentionné ci-dessus, l'expérience a prou- vé la nécessité de limiter rigoureusement le flottement du palier à l'intérieur d'un tel dispositif à moins qu'on n'ait prévu un amortisseur inhérent à l'intérieur du manchon élastique lui-même. ;
Pour obtenir l'amortissement nécessaire, le manchon élastique est subdivisé en une pluralité de segments en forme d'arc afin de donner une élasticité variable en des zones diamétralement . opposées du manchon.
La construction représentée sur la figure 2 montre très clairement que le manchon élastique est subdivisé en deux segments 8 et 10 dont la rotation circonférentielle est em- pêché par des brides 30,30a, 32 et 32a qui s'engagent dans un évidement coopérant pratiqué dans le carter. L'un de ces segments est composé d'un matériau dont les caractéristiques d'amortisse- ment de vibrations diffèrent de celles de l'autre segment, de sorte que les oscillations produites par l'élasticité d'un segment sont contrariées par la fréquence propre-différente ou l'effet d'amortissement absolu différent imposés par l'autre segment.
L'un des segments est de préférence en butylcaoutchouc dont les excellentes qualités d'amortissement de vibrations sont connues. ' Etant donné que les forces de vibration normales engendrées
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dans le palier comprennent une composante verticale résultant d'un défaut d'équilibrage des roues et d'irrégularités de la voie ainsi qu'une composante horizontale résultant de variations de chasse, il peut être préférable d'orienter l'axe de division entre les segments du manchon à un certain angle par rapport à l'horizontale. Une telle orientation est illustrée sur la figure 3.
Malgré le fait que dans le dessin la direction de la subdivi- sion du carter corncide avec celle de la subdivision du manchon, ceci n'est bien entendu pas nécessaire bien que cette construc- tion soit normalement celle qui convient le mieux. En outre, bien que le manchon représenté et décrit soit divisé en des segments demi-circulaires, il peut être souhaitable pour une installation donnée que les segments aient une configuration différente; ou qu'un nombre différent de segments ou des segments d'épaisseurs différentes soient prévus.
La présente invention fournit un palier à montage élastique dans lequel les oscillations développées dans le manchon élastique sont efficacement absorbées et amorties. La fabrication ainsi que le montage du dispositif sont faciles, et, en substituant simple- ment les segments du manchon élastique, des caractéristiques d' élasticité et d'amortissement différentes peuvent être confiées à l'ensemble sans que les autres composants soient sensiblement modifiés.
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Elastic mount axle bearing bracket.
Alan richard cripe
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The invention relates to resiliently mounted axle bearing supports and relates more particularly to supports applied in high performance railway equipment.
In the construction of modern light-duty railroad equipment it has become increasingly important to protect vehicle passengers from the effects of high frequency noise and vibrations produced outside the vehicle. Every effort has been made to achieve such insulation by means of the use of elastic elements arranged between the undercarriage and the vehicle frame to reduce the transmission of annoying noise and vibrations therebetween. The elastic elements improve the contact between the wheels and the rails and the adhesion of the trains to the important acceleration and deceleration.
The improved contact between the wheels and the rails further increases passenger safety by limiting the clearance of the wheel from the rail which has been rated to 6mm at high speed.
It has already been proposed to position the axle bearings elastically in the support structure. By eliminating direct metal-to-metal contact between the rotary axles and the carrier frame, high frequency vibrations inside the vehicle are effectively eliminated. Such resilient bearing mountings generally include a support structure enclosing a trapped rubber sleeve which in turn supports a rolling bearing on the outer surface of the outer race. Therefore the entire bearing can freely float radially within limits determined by the elasticity of the rubber sleeve.
High frequency vibrations produced by the passage of the metal wheel
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on the steel rail are retained inside the holder itself by absorption in the rubber holder. The effectiveness of eliminating vibration or noise in the unit is primarily a function of the elasticity of the rubber which in turn is determined by the composition and thickness of the rubber. Resilient axle supports have further advantages. They do not include any element fixed with play which would promote noise and increase wear.
However, it has been discovered that the freedom of movement of the bearing within the support must be severely limited, which considerably reduces the effectiveness of the elastic support as a vibration damper. Railroad units with axle and bearing brackets of this construction caused excessive and erratic wear of the wheels, the progressive effects of which defeated the essential purpose of the elastic brackets provided in the first place. In addition, the un-damped elastic supports effectively impair the contact between the wheels and the rails due to the production of resonant vibrations within the elastic supports themselves. It has therefore been realized that the "float" of bearings mounted as mentioned above must be kept within extremely tight limits.
Although the exact reason for the aforementioned excessive and erratic wear of the wheels is unknown, it is believed that a slight imbalance of the wheels or wobble of the wheels produced by irregularities in the rails at certain critical speeds is amplified in the elastic support. The natural frequency of the rubber itself is believed to increase the vibration of the wheels which creates excessive chattering of the bearing inside the elastic sleeve and eventually causes wear.
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localization of the wheels and the need to eventually replace the wheels.
An essential object of the present invention is to provide a resiliently mounted axle bearing bracket for light weight railway equipment which exhibits an internal damping effect such that the oscillations produced by the bracket rubber itself are reduced. This object is achieved by providing a rubber sleeve composed of a plurality of arc-shaped segments providing varying elasticity and cushioning in diametrically opposed areas of the sleeve. The invention generally improves the performance and strength of resiliently mounted axle bearings.
Other features and advantages of the present invention will emerge on reading the following description of some embodiments given by way of non-limiting examples with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is an elevational view a first embodiment of a resilient bearing device shown partially in cross section; FIG. 2 is a cross section of the bearing device of FIG. 1 taken along line 2-2, more particularly illustrating the housing and the elastic sleeve subdivided; and FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 2 illustrating a second embodiment of the present invention, the housing being, in this case, subdivided at an angle with respect to the horizontal.
As clearly shown in Figures 1 and 2, the invention provides a bearing housing subdivided into an upper part 2 and a lower part 4. An elastic sleeve 6 preferably comprising an upper segment 8 and a lower segment 10.
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is fitted in the circular opening in the housing of the bearing and is supported around its circumference by this opening. The outer surface of the sleeve comprises a bowl or trough 12 in which are positioned the cooperating surfaces of the respective parts of the casing, these parts completely filling the trough provided in the sleeve.
The vertical walls 14 and 16 of the sleeve rest on the edges of the respective parts of the casing to maintain the sleeve in a determined axial position with respect to the casing. The circumferential recesses 17 and 19 provided in the outer surface of the elastic sleeve provide an empty space which the sleeve fills during its deformation.
A bearing retaining element or metal lining 18 is provided around the inner periphery of the elastic sleeve and constitutes an internal support for the latter as well as a fixed seat in which a bearing 20 is retained. A chute formed in the exterior surface of the liner 18 closely conforms to the enclosed sleeve which is trapped between the liner and opposing portions of the housing. It will be seen that within the limits determined by the elasticity of the sleeve in an axial direction, the lining is relatively stationary in this direction.
An inner annular shoulder 22 is provided in the inner surface of the liner 18 to form a seat against which the bearing 20 is axially disposed. Although the drawings do not show it, the packing 18 may optionally be provided with an internal passage through which lubricant can be directed to the bearing. In the event that this variant is carried out, the lubricant would be delivered to a peripheral chute 24 made in the interior surface of the seal 18 - and then to the bearing through a pipe (not shown) arranged.
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in the: outer raceway of the bearing.
Normally the packing 18 is fitted with an interference fit on the bearing and therefore has sufficient thickness to provide the necessary circumferential support for the bearing to maintain the fit and to hold the bearing in a fixed position relative to the bearing. to garnish 18.
It will be seen that the bearing can freely float within the housing to a degree determined by the elasticity of the rubber sleeve. In addition, slight misalignments of the shaft are absorbed by the proper deformation of the elastic sleeve. - However, as mentioned above, experience has shown the need to strictly limit the floating of the bearing within such a device unless an inherent shock absorber is provided. inside the elastic sleeve itself. ;
To obtain the necessary damping, the elastic sleeve is subdivided into a plurality of arc-shaped segments to give variable elasticity in diametrically zones. opposites of the sleeve.
The construction shown in figure 2 shows very clearly that the elastic sleeve is subdivided into two segments 8 and 10, the circumferential rotation of which is prevented by flanges 30, 30a, 32 and 32a which engage in a cooperating recess made in the crankcase. One of these segments is made of a material whose vibration damping characteristics differ from those of the other segment, so that the oscillations produced by the elasticity of one segment are thwarted by the frequency own-different or different absolute damping effect imposed by the other segment.
One of the segments is preferably made of butyl rubber, the excellent vibration damping qualities of which are known. 'Since the normal vibrational forces generated
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in the bearing include a vertical component resulting from a faulty balance of the wheels and irregularities in the track as well as a horizontal component resulting from variations in caster, it may be preferable to orient the dividing axis between the segments of the sleeve at an angle to the horizontal. Such an orientation is illustrated in Figure 3.
Despite the fact that in the drawing the direction of the housing subdivision coincides with that of the sleeve subdivision, this is of course not necessary although this construction is normally the most suitable. Further, although the sleeve shown and described is divided into semi-circular segments, it may be desirable for a given installation that the segments have a different configuration; or that a different number of segments or segments of different thicknesses are provided.
The present invention provides a resiliently mounted bearing in which the oscillations developed in the resilient sleeve are effectively absorbed and damped. The manufacture as well as the assembly of the device is easy, and by simply substituting the segments of the elastic sleeve, different elasticity and damping characteristics can be imparted to the assembly without the other components being substantially modified.