Brevet FR2536132A1 — publié le 19840518

la présente irnvention concerne des bielles destinées à être utilisées dans des moteurs à ccombustion interneg et plus particuliêrerment la fixation d'un chapeau de tête de bielle a la bielle. Un alignement correct de la bielle et du chapeau de tête de bielle est essentiel dans la mesure ou il détermine lgalignement des deux surfaces internes de portée de l'extremit de la bielle correspondant au vilebrequin o Cet alignement est critique, en particulier lorsque des roulements à rouleaux sont utilisés entre les surfaces internes de portée et le vilebrequin, dans la mesure o tout défaut d'alignaent a pour conséquence - l'apparition, entre les surfaces de portée, d'un décalage qui doit être ccmpensé par les roulements à rouleauxo L'alignement est encore plus crucial lors d'une utilisation dans un moteur à deux temps, à compression dans le carter, qui met en oeuvre un mélange air-carburant-huile pour lubrifier les roulements. Le brevet américain 3 944 054 au ncm de Cuddon-Fletcher et Autres décrit un ensemble bielle-chapeau de tête de bielle réalisé à partir d'une mma ébauche que l'on scinde pour former la bielle et le chapeau de tête de bielle et créer des surfaces s'adaptant l'uneà l'autre avec précision Bien que donnant satis- faction de façon générale les surfaces d adaptation mutuelle peuvent être assemblées par serrage mutuel alors qu'elles sont légêrement décalées, ce qui abîme la bielle et le chapeau de tête de bielle. Un autre ensmble bielle-chapeau de tête de bielle est décrit dans la demande de brevet aux U S A N O 187 110, déposée le 15 Septembre 1980 par le présent inventeur Cet ensemble utilise, pour assembler le chapeau à la bielle, un boulon présentant un tronçon moleté venant en prise avec la bielle et avec le chapeau dans le but de les aligner. La présente invention propose un enseble de bielle destiné à relier un piston à un vilebrequin Cet ensemble cmrerd une bielle jointe par un boulon à un chapeau de tête de bielle, pour former une surface de portés circulaire Un premier alésage am Onagê dans la bielle présante un filetage femlle ou taraudage, et un deuxième alésage aménagé dans le chapeau de tête de bielle est aligné avec le przemier alésage et présente égalemert un filetage femelle ou taraudage Le boulon présente un filetage mnle, avec un premier tronçon venant en prise avec le filetage interne du premier alésage, et un deuxièe tronçon venant en prise avec le filetage interne du deuxième alésage L'un des aléa sages taraudés ou l'un desdits tronçons du boulon présente des filets tronqués afin de réduire la profondeur sur laquelle les filetages mile et femelle correspondants viennent an prise. Les filets venant en prise avec les filets tronqués se déforment lorsque l'on serre le boulon, ce qui procure à la fois une action de centrage en vue d'assurer l'alignement des alésages et une action de verrouillage en vue de résister au desserrage du boulon. De préférence, ce sont les filets du filetage femelle de l'un des alésages qui sont tronqués pour procurer l'effet d'alignement et de verrouillage, dans la mesure c ceci provoquera une déformation des filets du boulon en réduisant les risques d'endemagement des pièces plus coiteuses, c'est-à-dire la bielle et le chapeau de tête de bielle La mise en oeuvre de la présente invention convient particulièrement dans le cas d'une bielle et d'un chapeau de tête de bielle formé par séparation de la bielle et du chapeau à partir d'une ébauche unique de bielle L'enseoble de bielle en résultant procure un alignemnt précis de la bielle et du chapeau de tête de bielle, avec une surface interne de portée convenant à une utilisation avec des roulemnts à rouleaux. La présente invention fournit ainsi un ensemble de bielle auto-ligné,, qui peut être fabriqué moyennant un minium de coût suppl %ntaire ou sans coût supplmntaire, et peut âtre assemblé de façon confoxme et précise sans que l 'on ait à utiliser -de gabarit. L invention sera mieux ccmprise si l 'on se réfère à la description ci-dessous, relative à un mode de mise en oeuvre non limitatifg ainsi qu'aux dessins annexes qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 montre une vue en perspective d'un piston et d'une bielle conforme à la présente invention. La figure 2 montre une vue agrandie, partiellement en coupe, de l'extrémité de la bielle de la figure 1 correspondant au vilebrequin. La figure 3 est une vus en coupe davantage agrandie, montrant des détails du boulon de bielle et des filets en prise o L'ensemble de bielle 10 montré par les figures est destiné à relier un piston 11 au vilebrequin d'un moteur à deux temps, non illustré L'ensseble de bielle 10 ccmprend une bielle 12 présentant un palier aménagé à son extrémité correspondant au piston Un tourillon de piston 13 traverse le piston 11 et le palier pour assembler, avec possibilité de pivotement relatif, la bielle 12 au piston 11 A l'extrémité de la bielle 12 correspon- dant au vilebrequin est formée une partie en étrier 14 Un chapeau de tête de bielle 15 présente deux branches 16 alignées avec les deux branches 17 de l'étrier 14 et fixées à la bielle 12 par des boulons 18 qui viennent en'prise avec les alésages taraudés 19 aménagés dans la bielle 12 et le chapeau de tête de bielle 15 Des roulements à rouleaux ou à aiguilles 20 sont-prévus pour rouler sur la surface de portée circulaire 21 formée par la bielle 12 et le chapeau 15 et sur la surface extérieure du maneton de vilebrequin, non illustré. Les taraudages amnags dans la bielle 12 et le chapeau de tête de bielle 15 sont prévus pour retenirt le chapeau 15 sur la bielle 12 et procurer un aliîg ent précis du chapeau de tète de bielle 15 avec la bielle 12 A cet effet, des filets filles 22 présentant la totalité de leur hauteur de filet sont prévs dans les alésages aménagés dans les branches 17 de la bielle et des filets f Emelles tronqués 23 sont prévus dans les alésages des branches 16 du chapeau de tête de bielle Les filets tronqués 23 aménagés dans le chapeau 15 présentent le nams diamètre maximal que ceux qui sont aménagés dans la bielle et sont fomés dans le prolongement continu de ces derniers Le diamètre minimal des filets tronqués 23, toutefois, est sensiblement plus grand que celui des filets aménagés dans la bielle 12, ce qui procure des filets tronqués très peu profonds dans le chapeau de tûte de bielle 15. les boulons de bielle 18 sont munis de filets mâles 24 pour venir en prise avec les filets femelles amnagés aussi bien dans la bielle 12 que dans le chapeau de tête de bielle 15. Dans la mesure c les filets tronqués 23 du chapeau de tête de bielle 15 sont aménagés de façon à prolonger de façon continue ceux de la bielle 12, le chapeau de tête de bielle 15 doit être aligné de façon precise avec la bielle 12 avant que les boulons 18 puissent venir en prise avec les alésages taraudés de cette der- nière Ainsi, la bielle 12 et le chapeau de tête de bielle 15 peuvent être assemblés sans que l'on ait -à utiliser de gabarit ou de serre-joint pour maintenir alignés la bielle 12 et le chapeau de tête de bielle 15 pendant l'assemblage. De préférence, les filets m Rles 24 du boulon 18 viennent en prise avec les filets tronqués 23 du chapeau de tête de bielle 15 sur une longueur correspondant approximativement au 2536 132 3/4 du diamètre du boulon après l'assemblage de la bielle 12 et du chapeau de tâte de bielle 15 Bien que le boulon 18 soit illustré onfme ayant sa partie la plus proche de la tûte ou partie supérieure d Bmnie de filets, on pourrait obtenir un effet simi- laire en raccourcissant le filetage de l'alésage du chapeau de tète de bielle lmrsgue les boulons 18 sont serrés de façon à assembler la bielle 12 et le chapeau de tête de bielle 15 moyennant un serrage mutuel, la partie du boulon située à l'intérieur de l'alésage du chapeau s'allonge, ce qui provoque une déformation, par les filets tronqués 23 de l'alésage du chapeau, des filets correspondants, en prise avec ces filets tronqués, du boulon 18 o Dans la mesure oa les filets présentent une section de fornme générale triangulaire, l'élongation du boulon et la déformation du filet sont supposées fournir un effort substantiel, centrant le boulon dans l'alésage pour aligner de façon précise les alésages aménagés dans la bielle et dans le chapeau de tête de bielle, provoquant ainsi l'alignement de la bielle 12 et du chapeau 150 La déformation des filets a également pour effet de fournir un effort de blocage à l'encontre d'un desserrage du boulon 18. De préférence, les boulons 18 sont formés d'un matériau légèrement plus doux que la bielle 12 et le chapeau de tête de bielle 15, ce qui évite l'endoammagement des filets aménagés dans la bielle 12 et le chapeau de ttse de bielle 15 Ainsi, la bielle 12 et le chapeau 15 peuvent être dêmontés et assemblés à nouveau, en utilisant le cas échéant de nouveaux boulons, et conserver cependant l'alignement précis fourni par l'interacticn des filets. Naturellement, la prise mutuelle des filets tronqués et des filets du boulon doit être suffisamiment faible pour erpêcher une réduction significative dans l'effort d'assemblage par serrage fourni par le boulon. La bielle 12 et le chapeau de tête de bielle sont formés à partir duns nrme ébauche de bielle, forgée, par scission de cette Ébauche Préalablenent à cette scission, loébauche de bielle est usine de façon grossière Les alésages de réception de boulons sont tout d'abord forés avec un foret étage de façon a fournir un prnemier alésage traversant la bielle et un deuxième alésage concentrique, de diamèetre plus important, traver- se le chapeau d& tête de bielle et pénétrant légèrement dans la zone de l'ébauche correspondant à la bielle On découpe alors des filets dans les alésages au moyen d'un taraud Les trous forés sont dni Jensionnées de façon à procurer des filets présentant toute leur hauteur dans le premier alésage tout en procurantdes filets tronqués, très peu profonds, dans le deuxième alésage Les filets tronqués doivent être suffisament profonds pour venr en prise avec les filets du boulon de façon à positionner avec précision ce dernier, mais ils ne doivent pas être suffisament profonds pour réduire sensiblement l'effort d'assemblage par serrage procuré par le boulon. Après l'usinage, la bielle et le chapeau de tête de bielle sont carburés, traités thermiqueuent puis séparés La bielle et le chapeau de tête de bielle sont séparés par un mandrin expansible inserré dans l'alésage de portée sur le vilebrequin. Lors de l'expansion du mandrin, l'ébauche de bielle se fracture le long d'un plan de séparaticn défini par les rainures aménagées de chaque côté de l'ébauche les surfaces étroitement co Vlàcen- taires ainsi fonrmées sur la bielle et le chapeau de tête de bielle contribuent à maintenir la bielle et le chapeau de tfte de bielle alignés Apres que l'on ait séparé la bielle et le chapeau de tête de bielle, ils sont assemblés à nouveau aux moyens des boulons de bielle, serrés de façon ncminaleo La surface de portée circulaire formée par la bielle et le chapeau de tête de bielle, et l'alésage de tourillon de piston sont alors rectifies selon leur configuration finale Ensuite, cn d&nonte le chapeau de tête de bielle, cn le nettoie et l'on l'asseoble à nouveau en position -sur le vilebrequin, les roulements à rouleaux étant mis en place. Au cours d'un essai pratiqué sur lginvention, six bielles ont été fabriquées conformément à cette dernière En partant d'ébauches de bielles forgées, destinées à être utilisées dans un moteur hors-bord de marque MERCURY, d'un modèle de 150 ou 200 HP, soit environ 112 ou 150 k W, de 1982, on a d'abord usiné de façon grossière les bielles Ensuite, on a alése les trous de boulons en utilisant un foret étagé presentant un grand diamètre de l'ordre de 0,76 cm et un petit diamètre de l'ordre de 0, 68 cm On a ensuite taraudé les trous de boulon aux moyens d'un taraud de type 5/16-24 UF. Après que l'on ait usiné les ébauches de bielles, on les a carburées et traitées thermniqumento Ensuite, on a séparé les chapeaux de tête de bielle des bielles par scission, comme il a été décrit plus haut Après scission, on a assenblé à nouveau la bielle et le chapeau de tête de bielle en utilisant des boulons d'une longueur de 2,54 cm environ et présentant des filetages du type UNF 5/16-24, classe 3 On a ôté les filets de ces boulons sur environ 0,75 cm à c Oté de la tête de boulon, laissant ainsi environ 0,50 cm de filet pour venir en prise avec les filets tron- qués du chapeau de tête de bielle Les boulons ont ensuite été serrés à 4, 2 kgm environ, et on a rectifié l'alésage de réception du vilebrequin On a alors démonté la bielle et le chapeau de tête de bielle, et on les a nettoyéset asseubl&sà nouveau On n'a utilisé ni gabarit, ni guide pour le réassemblage, et on ne's'est fig qu'à l'alignement procuré par les filets On a alors serré les boulons avec une clé dynamonétrique, à 4,2 kgm environ. Ensuite, on a mesuré la circularité des alésages de réception de vilebrequin des six bielles, au moyen d'une machine de mesure de circularité du type B DIX MDYD No Cette -5 machine présentait une sensibilité de mins de 12,70 10 û cm et n'a montré aucune déviation en circularité à la joncticn du chapeau de tête de 'bielle et de la bielle sur l'une quelconque des bielles de l'essai De plus, les jonctions n'ont pu âtre détectées au passage d'un ongle ou d'un crayon ds plomb O Par cparaison, l'assemblage, en prodution, des bielles et têtes de bielles obtenues par 'scission, pour les moteurs MERCURY de 200 IHP, soit environ 150 k W, requiert que le désalignement de la bielle et du chapeau de tite de bielle -5 soit inférieur à environ 38 o 10 5 cm, et ce disaligmnt est habituellement de l'ordre de 25 o 10 cmo La jonction sur la bielle normale peut aismnnt être détectée par frottement sur cette jonction O la présente invention procure ainsi un pearfectionnemnt notable dans l'alignement d'une bielle et d'une tte de bielle, et on en attend une amélioration substantielle de la durée de vie des roulaeents, avec une réduction substantielle des coots de production. NDICATIONS 1 Ensemble de bielle destiné à relier un piston à un vilebrequin et caractérisé par la ombinaison des élents suivants: A) une bielle ( 12) présentant un premier alésage taraudé ( 19), présentant luimême des' filets femelles ( 22), B) un chapeau de tête de bielle ( 15) présentant un deuxine alésage taraudé aligné avec ledit premier alésage taraudé ( 19) , ledit deuxiè-e alésage présentant lui-m 2 e des filets femelles ( 23), la bielle ( 12) et le chapeau ( 15) se joignant pour former une surface de portée circulaire ( 21), et C) un boulon ( 18) présentant des filets mâles ( 24), un premier tronçon de ces filets mrles ( 24) venant en prise avec les filets femelles ( 22) dudit premier alésage taraudé ( 19) et un deuxième tronçon dgsdits filets males ( 24) venant en prise avec les filets femelles ( 23) dudit deuximne alésage taraudé, l'un desdits alésages taraudés ou l Vun desdits tronçons des filets mêles ( 24) présentant des filets tronqués pour réduire la profon- deur de prise, avec lesdits filets tronqués ( 23), des fiiets correspondants ( 22) et pour coopérer avec ces derniers de façon à les déformer, alors qu'ils sont en prise, lorsque ledit boulon ( 18) est serré, de façon à procurer une action de centrage propre à assurer l'alignement dudit premier alésage ( 19) et dudit deuxième alésage, et une action de verrouillage propre à résister au desserrage dudit boulon ( 18)o 2 Enserble de bielle selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit boulon ( 18) coorte une tête venant en prise avec une surface de celui des deux éléments, à savoir bielle ( 12) ou chapeau (i 5), qui présente lesdits filets tronqués ( 23) ou vient en prise avec de tels filets tronqués. 3 Ensseble de bielle selon la revendication 1, caractérisé en ce que touet les filets ( 22 D 23, 24) présentent une section transversale de forme générale triangulaire. 4 Ensemble de bielle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bielle ( 12) et le chapeau ( 15) présentent des surfaces étroitement ccol&ntaires formées par scission de la bielle ( 12) et du chapeau ( 15) à partir d'une uiqoe ébauche de bielle Elsoeble de bielle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est du type utilisé dans un moteur présen- tant des roulements à rouleaux entre la bielthet le vilebrequin, ladite surface de portée circulaire ( 21) portant lesdits roulerments à rouleaux ( 20). 6 Ensemble de bielle destiné à relier un piston à un vilebrequin, ledit ensemble étant caractérisé par la ccnbinai- son des éléents suivants: A) une bielle ( 12) présentant un premier alésage taraudé ( 19), présentant liuèe des filets femelles ( 22) présen- tant un diamètre maximal et un diamètre minimal, B) un chapeau de tbte de bielle ( 15) présentant un deuxième alésage taraudé présentant luism=e des filets femelles ( 23) présentant un diamètre maximal égal au diamètre maximal dudit premier alésage taraudé ( 19) et un diamètre minimal, le diamètre minimal d'un premier desdits alésages taraudés étant supérieur au diamètre minimal du second de ces alésages, la bielle ( 12) et le chapeau ( 15) formant une surface de portée circulaire ( 21), et C) un boulon ( 18) présentant des filets males ( 24) en prise avec lesdits filets femlles ( 22, 23) de l'un et l'autre desdits alésages, les filets ( 23) dudit premier alésage étant suffisammant peu profonds pour déformer les filets ( 22) correspon- dants, en prise avec eux, dudit boulon ( 18) lorsque ce dernier 2536132 ' est serré, de telle sorte que lesdits filets déformés du boulon ( 18) procurent un effet de centrage propre à assurer lalignament. dssdits preruler et deuxime alésages et procurentiun effet de S verrouillage propre à résister au desserrage dudit boulon ( 18)o 7 Ensemble de bielle selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit boulon ( 18) comporte une tête en prise avec une surface de celui des deux éléments, à savoir la bielle ( 12) et le chapeau ( 15), qui présente ledit alésage taraudé de plus grand diamètre minimal. 8 o Ensemble de bielle selon la revendication 6, caractérisé en ce que tous lesdits filets ( 22, 23, 24) présentent une section transversale de forme générale triangulaire. Ensemble de bielle selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bielle ( 12) et le chapeau ( 15) présentent des surfaces étroitement complémentaires formées par scission de la bielle ( 12) et du chapeau ( 15) à partir d'une unique ébauche de bielle. E Dnsmble de bielle selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est du type utilisé dans un moteur présen- tant des roulementsà rouleaux entre la bielle ( 12) et le vilebre- quin, et en ce que ladite surface de portée circulaire ( 21) porte lesdits roulements à rouleaux.