Brevet FR2510686A1 — publié le 19830204

Arbre coudé pour petites machines à piston, en particulier pour compresseurs hermétiques de réfrigérateurs. La présente invention se rapporte à un arbre coudé pour petites machines à piston, en particulier pour des compresseurs hermétiques de réfrigérateursdu type comprenant successivement, dans le sens longitudinal, un maneton destiné à recevoir une tête de bielle, un excentrique en forme de secteur aplati et une partie tubulaire allongée excentrée par rapport au maneton et servant en partie de tourillon et en partie de support d'un organe tournant tel qu'un rotor de moteur électrique. Les arbres coudés du type mentionné ci-dessus ont toujours été formés, de manière classique, d'une seule pièce, par exemple en acier forgé ou en fonte à graphite sphéro Tdal Ces procédés de fabrication des arbres coudés sont assez coûteux, de sorte que des réductions des coûts de fabri- cation sont bienvenues. On pourrait réaliser une réduction des coûts de fabrication, du moins en théorie, en utilisant le procédé de frittage de poudres métalli- ques mais l'impossibilité effective de former des parties tubulaires très longues par frittage s'oppose pratiquement à cette solution. La question qui' est à la source de la présente invention est celle de la fourniture d'un arbre coudé du type mentionné précédemment et qui se prête à une fabrication extrêmement économique. Suivant la présente invention, cette question est résolue au moyen d'un arbre coudé du type mentionné ci-dessus qui présente les caractéristi- ques suivantes: le maneton et l'excentrique sont formés d'une seule pièce métallique, la partie tubulaire allongée est constituée d'une pièce métalli- que tubulaire distincte, et la face de l'excentrique tournée vers cette pièce tubulaire, ainsi que l'extrémité correspondante de cette dernière pièce, comportent des parties annulaires respectives qui' sont engagées et maintenues l'une dans l'autre. Le maintien de ces parties annulaires dans leur position d'engage- ment peut être réalisé par soudage, de préférence du type par bossages, ou au moyen d'un adhésif structurel ou anaérobique pour métaux. La fabrication de l'arbre coudé de la manière mentionnée est extrê- mement simple et économique. La seule pièce compliquée à former est celle qui comprend le mane- ton et l'excentrique On peut fabriquer économiquement et avantageusement cette pièce par frittage métallique, technique qui' fournit, en une seule opération de frittage, une pièce semi-finie qui n'exige ensuite que quel- ques opérations simples d'usinage. On peut utiliser un si nple tube en acier doux, meme de qualité relativement médiocre et donc assez bon march, pour former la partie tu- bulaire allongée. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la des- cription suivante faiîte en relation avec les dessins ci-joints, dans les- quels: la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un compresseur hermétique de réfrigérateur comprenant un arbre coudé suivant la présente invention; la fi'gure 2 est une vue en perspective de deux organes composant l'arbre coudé suivant un premier exemple de réalisation de la présente in- vention, avant leur réunion; les figures 3 et 4 sont respectivement une vue en perspective et une vue en coupe longitudinale raccourciede l'arbre coudé de la figure 2, ses deux organes étant réunis-; et les figures 5 et 6 sont des vues analogues à celles des figures 3 et 4 mais elles illustrent un deuxième exemple de réalisation de l'arbre coudé. 2 Q On se reportera maintenant a la figure 1 Un petit compresseur hermétique pour fluides fri'gorigènes, du type utilisé actuellement par exemple dans les réfrigerateurs-ménagers, comprend un carter étanche 10 en tôle. Un bâti 12 de compresseur est suspendu elastiquement dans le car- ter 1 Q Ce bâti 12 est constitué, de préférence, d'une pièce moulée en fonte et il comprend, entre autres, un palier central 14 dont l'axe est placé verticalement et, à la partie supérieure, un cylindre dont l'axe est hori- zontal Un arbre coudé verti:cal, de référence générale 18 et dont les dé- tails sont le mieux représentés aux fi'gures 2 à 4, est associé au bâti 12. 3 Q Les parties princi pales de l'arbre coudé 18 comprennent successi- vement, de haut en bas, un maneton 20, un excentrique 22 en forme de sec- teur aplatis et un élément tubulaire allongé 24. Cet élément tubulaire 24 peut être considéré comme se subdivisant en deux tronçons cylindriques: un tronçon supérieur 26 et un tronçon in- terméditaire 28 sans di scontinuité entre eux, et un tronçon inférieur 30 de forme tronconique. Le tronçon cylindrique supéri'eur 26 est monté fou dans le palier 14 En outre, la face inférieure de l'excentrique 22 comporte une saillie annulaire 32 qui coopère à la manière d'une butée avec une surface supé- ri:eure annulaire surélevée 34 du pali:er 14. Le rotor 36 à cage d'écureuil d'un moteur électrique, dont le stator 38 est fixé, à sa partie inférieure, au bâti 12, est claveté sur le tronçon cylindrique intermédiaire 28 par un moyen non représenté. Une tête 40 de bielle s'articule sur le maneton 20, l'autre ex- trémi,té, ou pied, de la bielle étant relié à un piston 42 qui se déplace dans le cylindre 16 du compresseur. Le tronçon inférieur tronconique 3 Q de la partie tubulaire plonge dans l'huile qui est située à la partie inférieure du carter 10 et, pendant la rotation de l'arbre, il agit à la manière connue d'une pompe axiale- centrifuge de graissage, comme on le décrira plus en détail ci-dessous. On se reportera maintenant à la figure 2 Le maneton 20 et l'ex- centrique 22 sont formés d'une seule pièce, l'ensemble étant repéré par la référence 44 I 1 est avantageux que ces organes constituent une pièce en métal fritté. L'organe 44 est distinct de l'élément tubulaire 24 qui constitue une pièce à lui seul et que l'on décrira plus en détail ci-dessous. En fabriquantl'organe 44, on forme sur la face de l'excentrique 22 opposée au maneton 20 une partie annulaire d'engagement, constituée d'un siège circulaire de faible profondeur et d'un orifice évasé En outre, en fabriquant l'organe 44, on donne au maneton 20 une forme tubulaire, c'est- à-dire qu'il comporte un conduit axial intérieur 48 Ce conduit s'ouvre à l'extrémité supérieure ou extrémité libre du maneton 2 Q et il débouche éga- lement dans le siège 46 à son extrémité opposée ou extrémité inférieure (comme le représente le mieux la figure 4). Pendant le frittage, un creux 50 est formé dans la face supérieure de l'excentrique 22 (voir également figure 3). L'organe 44, ayant sa réunion à l'organe 18 qui' sera décrit plus l Qin, s ubit quelques opérations sinples d'usinage L'une de ces opérations d'usinage cons-iste à& percer un trou transversal 52 de graissage dans le ma- neton 20 (figure 3) Ce trou 52 débouche à l'extérieur du maneton 20, à. l'extrémité d'une rainure 54 de graissage de l'accouplement rotatif avec la tête de bielle 4 Q Un autre trou (figures 2 et 4) part d'une face obli- que 5 Qa du creux 50, perpendiculairement à cette face Le trou 56 permet le dégazage de l'huile, du fait que son ouverture inféri'eure se trouve dans une zone située en dehors de la milnce couche d'huile ascendante Aitnsi, pendant le fonctionnement du compresseur, l'huile déborde à l'extrémité supérieure du conduit 48 et est projetée par la force centrifuge contre la surface intérieure de la partie supérieure du carter 10 afitn de la refroi- dir, et contre le piston 42 afin de lubrifier celui-ci et l'accouplement rotatif de l'axe du piston et du pied de la bielle. La surface extérieure du maneton 20 et la surface de la saillie annulaire 32 peuyent également être prémeulées avant la réunion de l'or- gane 44 à l'élément 24. Il est bien entendu que toutes les opérations d'usinage étant effectuées sur un organe 44 qui est petit et maniable, seront plus éco- nomiques que dans le cas o ces mêmes-opérations sont effectuées sur un arbre coudé d'une seulepi'èce Pour positionner l'organe 44 pendant ces opérations, on prendra comme repères les deux surfaces diamétralement opposées 58 de l'excentrique 22. On considérera maintenant l'autre piece 24 qui est un élément tu- bulaire pouvant être obtenu à partir d'un tube calibré continu en acier doux, de qualité relativement médiocre tel que, par exemple, "Fe 35 ". L'utilisation de ce matériau de faible coût permet de réaliser une économie considérable en soi D'autre part, 1 'utilisati:on de ce maté- riau est pleinement justifiée du faint que le tronçon 26 de la partie tubu- laire 28 est accouplé à un palier 14 en fonte, et que des accouplements ro- tati:fs de fonte et d'acier doux, avec une lubrification appropriee, sont tout à fait acceptables dans des machines de faible puissance. L'organe tubulaire 18 est obtenu à partir d'un tube continu, par quelques opérations simples d'usinage qui peuvent être effectuées succes- sivement et qui consistent à tronçonner les pièces, à tourner une extré- mité de manière à former une partie annulaire 60 de diamètre réduit, cette extrémité formant une saillie annulaire destinée à s'engager dans le siège ou évidement annulaire correspondant 46 de l'organe 44, à prémeuler et à profiler le tronçon 30 pour lui donner une forme sensiblement tronconique. Le, profil exact de l'extrénité &a n'a pas été représenté car il dépend du procédé adopté pour sa fixation dans le siège 46. Des trous transversaux 62 de graissage du palier sont également formés dans l'organe 18. En ce qui concerne la formation de la partie tronconique 30, on peut l'effectuer par martelage circulaire, une tige conique étant intro- duite dans l'organe 18. Les deux organes 18 et 44 étant formés de la manière décrite et illustrêe, on les fixe finalement l'un à 1 'autre pour constituer 1 'arbre coudé, en engageant l'extrémité annulaire 60 dans le siètage circulaire 46. Cet engagement étant réalis é, le procédé préféré pour obtenir la réunion dêfi ttiye des deux organes est le soudage par bossages. Un autre procédé d'assemblage consiste à effectuer un collage au moyen d'un adhésif structurel pour métaux. Si on a effectué l'assemblage de l'extrémité annulaire 60 et du si:ège circulaire 46 en veillant à obtenir un bon centrage, le seul meulage de finition nécessaire du maneton sera celui de la surface 32 de la butée et des éléments cylindriques 24 et 26 De faibles erreurs de parallélisme sont acceptables si; la tête de bi'elle 40 est reliée sans serrage à la bielle elle-même comme, par exemple, lorsque la bielle est du type illustré et décrit dans la demande de brevet déposée le 20 juin 1980 sous le n 1 Q 67969-A/8 Q. L'arbre coudé tel qu'il est décrit et illustre, offre divers, avan- tages, à la fois techniques et opérationnels. Parmi les avantages' techniques qui: ont déjà été mentionnés princi - palement au cours de la description précédente, il faut ci ter la simplifi- cation du cycle d'us-i'nage, simplification qui est due avant tout au fait que des organes i'ndivi;duels ( 24 et 44) qui: sont plus' petits qu'un arbre coudé formé d'une seule pince, sont soumis aux opérations de préusinage. La formationde 1 'élément 24 à partir d'un tube et la formation de l'organe 44 à partir d'un matéri:au fritté, permettent d' éliminer plusieurs opérations classiques, en parti'culier le perçage pour former ou terminer le conduit de passage de 1 'huile de grai Ss-age. On réalisse également des économies dans les-coûts de stockage pui sque, comme cela est eévident, on peut stocker d'une part les éléments 24 avec un faible encombrement, et également d'autre part les organes usi- nés 44 avec un relativement faible encombrement. On peut aussi: envisager d'uti;li:ser des' éléments tubulaires 24 d'un seul type et d'une seule dimens-ion avec des organes usinés 44 de dif- férentes dimensions, c'est-à -dire par-exemple avec des excentriques 22 plus petits ou plus grands en fonction de la puissance du compresseur au- 3 Q quel i'ls sont destinés. Au point de vue fonctionnel, le fait que le conduit interne de l'élément tubulaire 24 soit-o'tenu a partir d'un tube calibré, permet d'ayeitr une Surface de condui;t suffisamment lisse pour ne pas créer de perte appréciable de press ton de l'huile qui s'élève dans le conduit Même dans; la zone de transition entre les, surfaces i'nterne s: de la partie tron- conitque 30 et de la partie cylindrique 28, il n'y a aucune discontinuité pré- judici:able au point de vue de la perte de pression si:, comme i'l e St Pré- férable, on réalise la parti:e tronconique '30 par martelage circulaire en uti;li:sant une tige intérieure. Enfin, la fabrication de l'organe 44 à partir d'un matériau po- reux fritté, donne à ce matéri:-au, avec un bon résultat, une meilleure ap- titude à la lubrification des surfaces du maneton 20 et de la saillie 32 de butée Le deuxième exemple de réali'sation de l'arbre coudé illustré aux figures 5 et 6, ne diffère du premi er exemple de réalisation illustré aux figures 2 à 4, que par des détails qu'on va décrire maintenant Les parties de 1 'arbre aux fi'gures 5 et 6, qui: sont identiques ou analogues à celles des figures 2 à 4, sont repérées par les mêmes numéros de référence et on ne les décri:ra pas de nouveau. Dans le cas-des fi'gures 5 et 6, au cours de la fabrication de l'organe 44, on a formé sur la face de 1 'excentrique 22 opposée au maneton , une partie annulaire d'engagement, constituée d'un bossage annulaire 64 à surface extérieure cylilndrique. A 1 'extrémité correspondante de la surface intérieure de l'élé- ment tubulaire 24, on a formé un si:ége annulaire cylindrique 66 dont le diamètre correspond à celui: du bossage 64. Dans le cas présent, les: parties annulaires d'engagement sont constituées: par le boss-age 64 et le sl,ièe 66 dans: lequel s'engage ce bos- sage 64. On peut également réalise r,-dans ce cas, le maintien de l'engage- ment des: parties 64, 66 en utilisant le soudage par boss-ages dans la zone de contact de 1 'extrémité de 1 'élément tubulaire 24 et de 1 'excentrique 22, ou au moyen d'un adhésif structurel ou anaérobtque pour métaux, déposé entre les surfaces accouplées du boss-age 64 et du siège 66. Le bossage présente une rainure longitudinale 68 par laquelle peut s'écouler l'huile sortant du trou latéral 62 situé le plus haut; cet- te rai:nure joue un rôle plus important encore en servant à amener l'huile qui s'élève dans l'élément tu ulaire 24,en adhérant à sa paroi: par la force centrifuge, jusqu'au condu't intérieur 48 du maneton 20. La présente itnventi'on n'est pas: limitée aux exemples de réalisa- ti'on qui yiennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de va- riantes et de modifications: qui apparaîtront à& 1 'honmne de 1 'art. R E V E N D I C A T I O N S 1 Arbre coudé pour peti tes machines à piston, en particulier pour compresseurs hermétiques de réfrigérateurs, du type comprenant suc- cessivement dans le sens longitudinal un maneton destiné à recevoir une tête de bielle,un excentrique en forme de secteur aplati et une partie tubulai're allongée excentrée par rapport au maneton et servant en partie de tourillon et en partie de support d'un organe tournant tel qu'un rotor de moteur électrique, cet arbre coudé étant caractérisé en 'ce que le maneton ( 20) et l'excentrique ( 22) constituent un seul organe métallique ( 44); en ce que la partie tubulaire allongée est constituée d'un élément métalli- que tubulaire distinct ( 24); et en ce que la face de l'excentrique ( 22) tournée vers l'élément tubulaire ( 24) ainsi que l'extrémité correspondante de ce dernier élément ( 24) comportent des parties annulaires respectives ( 46, 60; 64, 66-) qui sont engagées et maintenues 1 'une dans 1 'autre. 2 Arbre coudé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les parties annulaires ( 46, 60; 64, 66) sont maintenues l'une dans l'autre par soudage. 3 Arbre coudé suivant la reéyendication 2, caractérisé en ce que le sloudage es:t du type par bossages-. 2 Q 4 Arbre coudé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les parties annulaires ( 46, 60; 64, 66) sont maintenues 1 'une dans 1 'autre au moyen d'un adhésif pour métaux. Arbre coudé suivant l'une quelconque des, revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la partie annulaire de l'excentrique ( 22) est un siège circulaire ( 46); et en ce que la partie annulaire de l'élément tu- bulaire ( 24) est une surface extérieure ( 6 Q) de la pièce elle-même, qui est engagée dans le siège. 6 Arbre coudé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie annulaire de l'élément tubulaire ( 24) est un s ilège terminal ( 66) formé sur la surface intérieure cette extrémité de l'élément tubulaire; et en ce que la partie annulaire de l'excentrique ( 22) est un bossage annulaire ( 64) qui' s'engage dans ce siège ( 66). 7 Ar 4 re c Qudé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le nmanet Qn ( 2 CI) est tubulaire et c Qmporte un conduit longitudinal intérieur ( 48) qui correspond,aà travers l'excentrique ( 22), avec la paroi du bossage ( 64); et en ce que le foss:age ( 64) prés ente une raitnure longitudinale ( 68) alignée avec le conduit ( 48) pour former un canal amenant l'huile de grais- sage de l'intérieur de l'élément tubulaire ( 24) au conduit luit-même. 8 Arbre coudé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que, dans la paroi de l'élément tubulaire ( 24),est formé un trou ( 62) de graissa- ge qui communique avec le canal détermi'né par la rainure ( 68) formée dans le boss;age ( 64). 9 Arbre coudé sui T Yant l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'organe ( 44) qui est constitué du maneton ( 20) et de l'excentrique ( 22), est en métal fritté. Arbre coudé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément tubulaire allongé ( 24) est un tronçon de tube en acier doux. 11 Arbre coudé suiyant la revendication 10, caractérisé en ce que ce tube en acier doux est un tube calibré. 12 Arbre coudé suivant l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'élément tubulaire allongé ( 24) comprend une partie sensiblement tronconique ( 30) à son extrémité opposée à l'excentri- que ( 22), destinée à agi:r â la manière d'une pompe axiale-centrifuge de graiss:age; en ce que le maneton ( 2 Q) est tubulaire et comporte un conduit longitudinal intérieur ( 48) qui débouche, à travers l'excentrique, dans la partie annulaire ( 60, 64) la plus intérieure afin de communiquer avec l'in- téri eur de l'organe tubulaire ( 18); et en ce que des trous latéraux res- 2 G pectifs ( 62, 52) de graissage sont formes dans la paroi ( 26) j Quant le rôle de tourillon de l'organe tu ulaire 18, et dans le maneton ( 20). 13 Arbre coudé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'un trou ( 56) de degazage est formé dans l'excentrique ( 22), ce trou par- tant obliquement du silège circulaire ( 46) pour déboucher sur la'face oppo- sée de l'excentrique ( 22). 14 Arbre coudé suiiyant la reyendîcation 12, caractérisé en ce que l'extrémité sensiblement tronconique de l'organe tubulaire ( 18) est formée par martelage cî rculaire en présence d'une tige introduite à 1 'in- térieur.