Brevet FR2525299A1 — publié le 19831021

Bielle allégée perfectionnée. La présente invention concerne une bielle allégée perfec- tionnée. Comme connu, une bielle est un élément de liaison entre un composant rotatif et un composant animé d'un mouvement linéaire alternatif La bielle comprend essentiellement trois parties principales, à savoir: une tête, un pied et un corps ou tige La tête est la partie qui présente un mouve- ment rotatif et peut, en cette raison, être ouverte ou fer- mée La tête ouverte comprend une partie démontable,appelée chapeau, qui est reliée à la partie restante au moyen de deux ou quatre vis qui sont calibrées et bien fixées Compte tenu du fait que de telles vis subissent en fonctionnement des contraintes d'impact, elles doivent être très soigneusement fabriquées; il est en outre néces- saire dé prévoir un arrangement destiné à recevoir de telles vis, qui garantit également l'indéformabilité du chapeau. Les têtes de la bielle, lorsqu'elles sont fermées, ne sont utilisées que lorsqu'il est possible d'introduire la tête elle-même directement sur le composant rotatif; il est évi- dent que dans un tel cas les vis et l'arrangement mentionnés ci-avant ne sont plus nécessaires Le pied de la bielle est situé à l'extrémité opposée de la téte de bielle, il accomplit comme déjà exposé, un mouvement rectiligne alternatif, et peut avoir différentes structures, par exemple des structures à oeil, des structures à fourche, etc Le corps ou tige est la partie intermédiaire entre la tête et le pied; sa section peut être circulaire,elli Dtique, en double T et est générale- ment sollicitée par des contraintes de tension et de com- pression, présentant une évolution sinusoïdale Ce type de contrainte nécessite de conformer cette partie de la bielle en fonction de la fatigue et, par voie de conséquence, la section transversale de la tige d'une bielle conventionnelle est assez importante et, partant, oblige à utiliser une quan- tité importante de matière. La matière utilisée pour la fabrication des bielles est en général de l'acier homogène de haute qualité, qui est forgé ou martelé ou embouti; à l'occasion, on utilise également de la fonte d'acier et des alliages légers En raison du poids relativement élevé de la bielle, il est nécessaire de prévoir sur l'élément rotatif (en général le vilebrequin) quelques contrepoids, qui sont également d'un poids relati- vement élevé. On trouve également sur le marché quelques types de bielles connues sous le nom de bielles légères, qui sont obtenues à partir de matières particulières, quoiqu'en conformité avec les dispositions classiques décrites ci-dessus. L'objet de la présente invention concerne la fabrication d'une bielle légère, qui procure, sous des contraintes égales, des performances notablement supérieures en fonctionnement, tout en ayant un poids réduit en comparaison aux types de bielles déjà connues, Le but ci-dessus est atteint grâce à la présente invention, qui concerne une bielle caractérisée en ce qu'elle comprend un support ayant à ses extrémités opposées un premier siège prévu pour coopérer avec un élément rotatif et un second siège prévu pour coopérer avec un élément se déplaçant de manière rectiligne; et des moyens formant enveloppe assemblés à l'extérieur dudit support qui provoquent un échange de pressions réciproques de sorte que ledit support est sollicité en fonctionnement uniquement par la compression desdits éléments mobiles, tandis que lesdits moyens formant enveloppe sont uniquement sous un état de contrainte de traction. Pour une meilleure compréhension de l'invention, un mode de réalisation préféré va maintenant être décrit, uniquement à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'une bielle fabriquée selon les principes de la présente invention; la figure 2 est une section transversale prise suivant la ligne II-II de la figure 1; et la figure 3 est une vue en perspective d'un détail de la bielle représentée aux figures 1 et 2. Si l'on se reporte à la figure 1, la référence 1 désigne l'ensemble d'une bielle conforme aux principes de la présente invention et comprenant essentiellement un support 2, une courroie 3, de section rectangulaire, enveloppant le support 2 dans le sens longitudinal, et un c a d re tendeur 4 pour la courroie fixé au support 2 et prévu pour transmettre une précontrainte à la courroie 3 Plus particulièrement, le support 2 présente une tête évidée 6 formée d'une partie fixe 7 et d'un chapeau démontable 8 définissant ensemble un siège circulaire 9 adapté pour coopérer en fonctionnement avec un élément (non représenté à la fiaure) ayant un mouvement rotatif Le support 2 a en outre un pied 11 à l'extrémité opposée de la tête 6 et définissant un siège circulaire 12 adapté pour coopérer en fonctionnement avec un élément non représenté animé d'un mouvement rectiligne alternatif La tête 6 et le pied 11 sont reliés par une tige ou corps 13 ayant une section transversale en forme de double T et pour- vu, au voisinage de la partie fixe 7 de la tête 6, de deux ailettes opposées 14, 15, s'étendant transversalement et constituant des moyens d'ancrage pour le c a d r e tendeur 4 de la courroie Comme on peut le remarquer sur la figure 2, une gorge 16 est prévue le long d'une partie de la surface extérieure de la tête 6, ladite gorge présentant une section rectangulaire, et reçoit la courroie 3. Si l'on se reporte maintenant à la figure 3, le ca dre tendeur 4 de la courroie est formé par deux paires de parois 19, 20 et 21, 22 qui se font face mutuellement; les parois 19 et 20 sont parallèles, elles ont la forme d'un trapèze isocèle à bords obliques incurvés et présentent, au niveau de leur grande base, des ailettes rectangulaires 24, 25, dont chacune est repliée en fonctionnement sur l'ailette correspondante 14, 15 en saillie sur la tige 13, les parois 21 et 22 du c a d re 4 sont soudées le long des bords obliques des parois 19, 20, de telle sorte que leur concavité soit dirigée vers l'extérieur. En fonctionnement, la courroie 3 est assemblée sur le support 2 et précontrainte sous une contrainte de tension au moyen du c a ô r e tendeur 4, en introduisant ce dernier du côté du pied 11 et en rabattant ensuite les ailettes 24 et 25 sur les ailettes respectives 14, 15, en saillie depuis la tige ou corps 13 En particulier, la contrainte de tension assu- rant une précontrainte de la courroie 3 est telle qu'elle empêche le support 2 d'être déchargé lorsqu'on atteint le point mort haitpar suite, la courroie 3 ne sera jamais déchar- gée sous l'effet maximum de la force de compression agissant sur le support 2 Grâce à la courroie 3, la tête 6 et le pied 11 du support 2 sont uniquement sollicités par une charge de compression radiale distribuée de manière uniforme le long de la totalité de leur circonférence, tandis que la tige 13 est sollicitée uniquement en compression dans une direction longitudinale Par voie de conséquence, la possi- bilité de choix de matière pour constituer le support 2 augmente dans une large mesure, puisque ce dernier peut être dimensionné en tenant compte uniquement de sa limite de résistance sous compression et qu'il n'est plus besoin de considérer les contraintes de fatigue Dans ce contexte, les matières qui peuvent être choisies pour constituer le support 2 sont, outre l'acier:le titane, le magnésium, l'aluminium et leurs alliages et également le verre et/ou les matières à base de céramique En ce qui concerne la courroie 3, elle pourrait être réalisée de manière adéquate en utilisant un matériau composite à matrice métallique ou plastique (thermo- durcissable à haute température) renforcée au moyen de fibres de verre, d'aramide, de métal, etc. Après avoir examiné les caractéristiques principales de la bielle 1, réalisée suivant les principes de la présente inven- tion, il est évident qu'elle permet d'atteindre les buts mentionnés ci-avant. En effet, grâce aux contraintes supérieures supportées par le support 2, il est possible d'alléger le poids de la tige 13, ainsi que celui de la tête en raison de la distribution uniforme des contraintes de compression agissant en direc- tion radiale sur cette dernière Il est en outre inutile de prévoir des vis d'assemblage, avec tous les inconvénients qu'elles entra Tnent Enfin, il est également possible d'allé- ger ou de supprimer en partie le pied 11, puisque les con- traintes peuvent maintenant être transférées directement par la courroie 3 à l'élément qui est relié au pied 11 en fonc- tionnement, Si l'on remarque que la bielle a été allégée dans son ensemble, les contrepoids du vilebrequin peuvent également être réduits. En conséquence de ce qui précède, l'utilisation de cette bielle procure certains avantages, c'est-à-dire un meilleur rapport poids/puissance et/ou une meilleure performance en raison de la possibilité de diminuer les pertes organiques, la réduction des vibrations engendrées par les parties ex- térieures, la possibilité d'utiliser pour le support des matières autres que les matières traditionnelles, comprenant par exemple des matières ayant une haute résistance à la compression et une faible résistance à la traction, en par- ticulier, comme déjà dit, les matières à base de verre et de céramique L'utilisation de ces dernières matières permet en outre d'obtenir des avantages illimités tant du point de vue économique que du point de vue fonctionnel, en raison des meilleures performances sous charge qui peuvent être obtenues. Il est également évident que la forme de la bielle décrite en relation à la figure 1 peut être modifiée et faire l'objet de variantes sans sortir du cadre de cette invention. Par exemple, le système de liaison entre la courroie et le support, ainsi que le type de tendeur de courroie, peuvent être largement modifiés sans sortir du cadre de cette inven- tion, qui comprend essentiellement une bielle formée par un support qui travaille sous compression et par une courroie qui enveloppe le support et travaille sous tension En outre, la courroie 3 pourrait être commodément réalisée sous la forme d'un anneau ouvert, au lieu d'un anneau fermé, dans ce cas ses extrémités opposées seraient maintenues en liaison par des moyens de fixation appropriés. Revendications. 1 Bielle, caractérisée en ce qu'elle comprend un support ( 2) et présente à ses extrémités opposées un premier siège ( 9) apte à coopérer avec un élément rotatif et un second siège ( 12) apte à coopérer avec un élément animé d'un mouve- ment rectiligne alternatif; et des moyens formant enveloppe ( 3) assemblés à l'extérieur dudit support ( 2) qui échangent avec ledit support ( 2) une partie de leurs pressions réciproques à un niveau tel que ledit support ( 2), lors du fonctionnement, supporte unique- ment des contraintes de compression desdits éléments mobiles et que lesdits moyens formant enveloppe ( 3) sont uniquement sous une contrainte de tension. 2 Bielle selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens formant enveloppe comprennent une courroie ( 3) enroulée suivant une direction longitudinale autour dudit support ( 2). 3 Bielle selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite courroie ( 3) est reçue, au moins en partie, à l'inté- rieur d'une gorge ( 16) périphérique ménagée dans une partie ( 6) de l'extrémité dudit support ( 2). 4 Bielle selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif tendeur ( 4) de courroie adapté pour modifier la contrainte de tension de ladite courroie ( 3). Bielle selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit dispositif tendeur ( 4) de courroie comprend un cadre ( 4) ancré audit support ( 2), de telle sorte que ladite cour- roie ( 3) subit une déformation, par déplacement de ses par- ties opposées à partir d'une position de repos prédéterminée. 6 Bielle selon la revendication 5, caractérisée en ce aue ledit cadre ( 4) est engagé à l'extérieur de ladite courroie ( 3) et agit en fonctionnement de manière à ramener lesdites parties opposées de ladite courroie ( 3) dans une position rapprochée. 7 Bielle selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit cadre ( 4) est essentiellement formé par deux paires de parois ( 19, 20; 21, 22) se faisant face mutuellement et ancrées à des ailettes ( 14, 15) s'étendant elles-mêmes en direction transversale audit support ( 2). 8 Bielle selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que ledit support ( 2) est réalisé dans une matière choisie parmi les suivantes: acier, titane, magnésium, aluminium et leurs alliages, verre et céramiques. 9 Bielle selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que lesdits moyens formant enve- loppe ( 3) sont réalisés en matériau composite ayant une matrice métallique ou plastique (thermodurcissable à hautes températures) et des renforcements réalisés de préférence dans une matière choisie parmi les suivantes: fibres de verre, carbone, aramide, métal. Bielle selon la revendication 2, ou l'une quelconque des revendications 3 à 9 prises en dépendance de la revendication 2, caractérisée en ce que ladite courroie ( 3) a essentielle- ment la forme d'un anneau fermé. 11 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdits moyens formant enveloppe comprennent une courroie enroulée longitudinalement autour dudit support ( 2) et réalisée essentiellement sous la forme d'un anneau ouvert, des moyens de fixation étant prévus pour maintenir reliées les extrémités opposées de ladite courroie.