Brevet FR2524948A1 — publié le 19831014

L'invention concerne une bielle avec oeil du pied de bielle et tête de bielle avec chapeau pour un moteur thermique tournant à grande vitesse, en particulier pour un moteur d'automobile, ladite bielle étant réalisée en acier d'une résistance mécanique de plus de 100 kg/mm 2 et munie, dans la région du corps, d'au moins un évidement d'économie de poids qui représente au moins 10 % de la surface totale de la vue de côté. Dans le cas de la bielle de ce genre bien connue (DD-PS 15 209), la région du corps est constituée par deux branches présentant une section transversale en I entre lesquelles est aménagé l'évidement, Ce mode de réali- sation est coûteux en ce qui concerne la technique de fabrication et le gain de poids obtenu est inexistant ou tout au plus faible étant donné que le matériau économisé en quelque sorte dans la région de l'évidement est à nouveau utilisé pour la bride intérieure des branches à section en I Malgré une fabrication conteuse et une mise en oeuvre considérable de matériau on n'obtient par une amélioration notable de la résistance à la fatigue, c'est-à-dire une augmentation du nombre des cycles d'efforts, et donc pas non plus une amélioration notable de la durée de vie iusqu'à la rupture Dar fatigue due aux oscillations. C'est pourquoi le mode de réalisation bien connu n'a Du s'imposer dans la pratique En effet, il s'agit là de mesures qui ont été courantes dans le passé dans la mécanique navale pour des machines tournant à faible vitesse et qui ont été abandonnées lorsque des vitesses plus grandes se sont imposées Le développement des bielles pour des moteurs thermiques à grande vitesse, en particulier pour des moteurs d'automobiles, on a suivi une autre voie Pour atteindre les résistances à la fatigue nécessaires et pour éviter des ruptures par fatigue, le corps en I n'était pas pourvu ici d'un évidement L'économie de poids était recherchée Dar la réduction des épaisseurs de paroi et par la mise en oeuvre de matériaux plus légers que l'acier Toutefois, pour les moteurs d'automobile à régime élevé qui tournent, par exemple, à 3000 tours/minute et souvent beaucoup plus, il 2 2524948 n'est pas possible de renoncer à l'acier comme matériau pour la fabrication de la bielle Bien entendu, une bielle pour des moteurs thermiques est dimensionnée selon les règles de la science de la résistance des matériaux Avec les moyens auxiliaires de la mécanique technique moderne, et notamment avec la méthode des éléments finis, on parvient alors à des dimensions qui ne sont souvent pas réalisables avec les tech- niques de forgeage ou de fonderie ou du moins pas avec une dépense acceptable sur le plan de la technique de fabrica- tion pour une production en masse Par ailleurs, c'est précisément l'industrie automobile qui doit satisfaire à l'exigence de contribuer à l'économie d'énergie (consomma- tion d'énergie par kilomètre parcouru par le véhicule) et à l'économie de poids qui y est liée. La présente invention a pour objet de créer une bielle pour moteurs thermiques rapides, en particulier pour des moteurs d'automobile, qui se distingue par rapport aux bielles bien connues par un poids considérablement réduit. On entend ici par moteurs thermiques les moteurs thermiques à grande vitesse utilisés dans la technique moderne. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que la région du corps présente une section transversale en I dans l'âme de laquelle est aménagé l'évidement et que l'a- cier utilisé comme matériau présente un rapport de résistan- ce/ténacité de 1,25 à 1,05 Dans le mode de réalisation en tant que bielle forgée, il convient alors d'utiliser un acier présentant la composition suivante: C 0,35 à 0,45 Si 0,5 Mn 0,6 à 0,9 Cr 0,7 à 1,1 Mo 0,25 à 0,45 Ni 1,6 à 2,1 le reste représentant du fer et les impuretés habituelles. Dans le mode de réalisation en tant que bielle coulée, on utilise de préférence un matériau présentant la composition suivante: Mn 0,7 à 1,0 Cr 0,7 à 2,2 Mo 0,3 à 0,6 Ni 0,5 à 2,2 pour max 0,45 % de C, le reste représentant du fer et les impuretés habituelles. Une bielle selon l'invention est, elle aussi, dimensionnée d'après les règles de la science de la résistance des maté- riaux en tenant compte des efforts à absorber Toutefois, il est alors tenu compte du fait que, pour des raisons techni- ques de fabrication, une optimisation du poids n'est pas pos- sible en agissant uniquement sur l'épaisseur de paroi Selon l'invention, l'épaisseur de paroi est choisie en fonction de ce qui est justifiable dans le cadre d'une production en masse sur le plan de la technique de fabrication Néanmoins, une réduction considérable du poids est obtenue par l'évide- ment de l'âme du corps en I Il est surprenant de constater que, dans le cas d'une bielle selon l'invention, la résis- tance à la fatigue ne subit aucune diminution malgré l'évi- dement et la faible quantité de matière mise en oeuvre, de même qu'il n'y a pas de problèmes de rupture par fatigue si l'acier mis en oeuvre présente un rapport de résistance/ ténacité de 1,25 à 1,05 pour une résistance de plus de 100 kp/mm Cela est particulièrement valable pour la mise en oeuvre d'un acier correspondant aux analyses mentionnées. Avec la définition précitée du matériau, il est également possible, dans le cadre de la présente invention, d'aboutir à des épaisseurs de paroi relativement faibles Afin de pouvoir travailler également avec un faible poids dans la région de la tête de la bielle, l'invention prévoit la fixation du chapeau de tête de bielle au moyen de goujons à tige élastique d'un rapport de résistance/ténacité de 1,15 à 1,05 On entend toujours par ténacité la résilience. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 présente, schématiquement, une vue de côté d'une bielle selon l'invention; La figure 2 présente une coupe suivant la ligne A-A de l'objet de la figure 1. La bielle représentée dans les dessins est destinée à des moteurs thermiques, en particulier à des moteurs tournant à grande vitesse utilisée dans la construction d'automobiles Fondamentalement, il s'agit d'une bielle en acier dont la section transversale du corps présente essentiellement une forme en I Elle comporte une tête de bielle 1 habituelle avec chapeau de tête de bielle 2 et, à l'extrémité opposée, un alésage pour le raccordement au piston appelé oeil 3. Dans l'exemple de réalisation, l'âme 4 du corps en I comporte deux évidements 5 Malgré cela, et même en tenant compte des efforts importants dans un moteur d'auto- mobile à régime élevé, la bielle satisfait à toutes les exigences parce que l'acier présente un rapport de résistance/ ténacité de 1,25:1,05 pour une résistance de plus de 100 kp/mm 2 De plus, l'épaisseur de paroi est partout faible bien que suffisamment grande pour éviter des problèmes liés à la technique de fabrication lorsqu'une telle bielle est réalisée par forgeage ou coulage L'évidement 5 présente une surface qui correspond au moins à 1 00 de la surface totale de la vue de côté de la bielle pour moteurs. Le chapeau de tête de bielle 2 est fixé IJ la tête de bielle 1 au moyen de goujons à tige élastique 6 présentant unr rapport de résistance/ténacité de 1,15 à 1,05 Dans les dessins, les rapports ne respectent pas l'échelle. REVENDICATIONS 1. Bielle avec oeil du pied de bielle et tete de bielle avec chapeau pour un moteur thermique tournant à grande vitesse, en particulier pour un moteur d'automo- bile, ladite bielle étant réalisée en acier d'une résistance mécanique de plus de 100 kp/mm 2 et munie, dans la région du corps, d'au moins un évidement d'économie de poids qui représente au moins 10 % de la surface totale de la vue de côté, caractérisé par le fait que la région du corps présente une section transversale en I dans l'âme de laquelle est aménagé l'évidement et que l'acier utilisé comme matériau présente un rapport de résistance/ténacité de 1,25 à 1,05. 2. Bielle selon la revendication 1 dans le mode de réalisation comme bielle forgée, caractérisée par le fait que l'acier présente la composition suivante C 0,35 à 0,45 Si 0,5 Mn o,6 à 0,9 Cr 0,7 à 1,1 Mo 0,25 à 0,45 Ni 1,6 à 2,1 le reste représentant du fer et les impuretés habituelles. 3 Bielle selon la revendication 1 dans le mode de réalisation comme bielle coulée, caractérisée par le fait que l'acier présente la composition suivante Mn 0,7 à 1,0 Cr 0,7 à 2,2 Mo 0,3 à 0,6 Ni 0,5 à 2,2 pour max 0,45 % de C, le reste représentant du fer et les impuretés habituelles. 4 Bielle selon les revendications 1 à 3, carac- térisée par le fait que le chapeau de tête de bielle ( 2) est goujonné au moyen de goujons à tige élastique ( 6) présentant un rapport de résistance/ténacité de 1,15 à 1,05.