Brevet FR2568341A1 — publié le 19860131

Construction d'un axe de piston et méthode pour l'obtenir. " La présente invention se rapporte de façon générale à des mécanismes à piston à mouvement de va-et- vient tels qu'ils sont utilisés dans des moteurs à com- bustion interne et plus particulièrement à la construction d'un axe de piston utilisé pour relier le piston à la bielle. On utilise couramment des axes de piston pour relier, avec possibilité de pivotement, un piston et une bielle dans le mouvement de va-et-vient du piston en réponse à la rotation d'un vilebrequin ou autre organe semblable. Alors que certains axes de piston précédemment connus ont été fabriqués en une tige métallique pleine, de tels axes de piston accroissent indument le poids du piston équipé. De plus, de tels axes ne peuvent pas dissiper la chaleur aussi rapidement qu'il est nécessaire pour éviter la rupture ou la fatigue de l'axe de piston. Par ailleurs, certains axes de piston précédemment connus ont été fabriqués à partir d'un corps tubulaire de sorte que les axes sont creux pour réduire la masse du piston équipé. Toutefois, des axes de piston tubulaires peuvent se déformer au cours du mouvement de va-et-vient du piston, particulièrement s'ils subissent les pressions et les températures élevées qui existent dans le cylindre ainsi que les contraintes mécaniques associées à un mouvement de va-et-vient provoqué par une combustion. Il en résulte qu'il a déjà été précédemment connu de remplir complètement la totalité de la chambre tubulaire de l'axe de piston pour clore les extrémités de l'axe de piston. Toutefois, une telle construction peut encore se traduire par un piston équipé d'une masse abusive et l'opération de remplissage de la chambre de l'axe de piston tubulaire peut être extrêmement coûteuse. Par exemple, la réalisation d'un remplissage d'une seule pièce dans un axe tubulaire nécessite une introduction contrôlée de très près de la charge de remplissage de façon à éviter des cavités et un remplissage incomplet de l'axe tubulaire. Pour éviter ces complications, on a obturé certains axes tubulaires de pistonsprécédemment connus au moyen de chapeaux d'extrémité qui viennent au contact par frottement avec la périphérie interne de l'axe. De tels chapeaux d'extrémité sont substantiellement plus faciles à fabriquer et à installer que les moyens précédemment connus pour assurer l'étanchéité des extrémités d'un axe tubulaire de piston. Toutefois, il a été connu que de tels chapeaux d'extrémité se détachaient au cours du fonction- nement du piston, probablement du fait des pressions qui règnent dans le cylindre et des forces mécaniques qui provoquent la déformation de l'axe du piston au cours du mouvement de va-et-vient du piston. Malheureusement, des bouchons extrémité qui se détachent peuvent provoquer d'importants dommages au moteur. La présente invention surmonte les incon- vénients mentionnés ci-dessus en apportant la construction d'un axe de piston dans lequel les chapeaux d'extrémité viennent s'accrocher positivement à l'intérieur des extrémités d'un axe tubulaire de piston au moyen d'une extrusion formée au cours de l'instalation du chapeau d'extrémité. Le corps tubulaire de l'axe de piston présente un logement prévu pour recevoir l'extrusion ainsi que des moyens pour extruder une portion du chapeau d'extrémité dans le logement lorsque l'on pousse à force le chapeau d'extrémité dans le corps tubulaire. Le chapeau d'extrémité peut avoir une forme cylindrique simple bien que l'on préfère que le chapeau d'extrémité comporte une portion tubulaire d'extrémité présentant une paroi annulaire conique qui sert à guider l'extrusion dans le logement du corps tubulaire de l'axe. Dans la réalisation préférée, une portion creuse du chapeau d'extrémité peut communiquer, par un alésage prévu dans le chapeau d'extrémité, avec l'extérieur du chapeau d'extrémité pour assurer une communication limitée entre le cylindre et l'intérieur de l'axe de piston. Dans un tel cas, le corps tubulaire de l'axe comporte de préférence des portions coniques d'extrémité qui s'alignent avec l'alésage du chapeau d'extrémité. Egalement, dans la réalisation préférée de l'invention, les moyens permettant d'extruder une portion du chapeau dans le logement comportent une paroi annulaire qui s'étend radialement vers l'intérieur, depuis la périphérie du corps tubulaire de l'axe de piston, près du logement. Bien qu'il ne soit pas nécessaire que cette paroi soit perpendiculaire à l'axe du corps tubulaire pour que l'on soit dans l'objet de la présente invention, il est nécessaire que la paroi s'étende, radialement, plus loin vers l'intérieur que la périphérie interne de l'extrê- mité du corps tubulaire de l'axe de piston. En outre, le chapeau d'extrémité présente de préférence une longueur supérieure à la distance entre le logement et l'extrémité axiale du corps tubulaire de sorte qu'il soit facile de l'atteindre pour le pousser dans l'extrémité du corps tubulaire. On admet qu'il est possible d'usiner les extrémités axiales du corps tubulaire aussi bien que les chapeaux d'extrémité après introduction du chapeau d'extrémité pour obtenir un fini souhaitable aux extrémités de l'axe de piston. En outre, dans la méthode préférée de réalisation de l'axe de piston de la présente invention, de préférence, on chauffe le corps tubulaire avant d'introduire les chapeaux d'extrémité dans les extré- mités du corps. Puis, on pousse à force un chapeau d'extrê- mité dans une extrémité du corps tubulaire d'un coup sec comme cela s'obtient en martelant un chapeau d'extrémité dans le corps, ce par quoi une portion du matériau du chapeau d'extrémité passe dans le logement et forme une lèvre qui retient positivement le chapeau d'extrémité à l'intérieur de l'axe de piston. Par conséquent, l'invention apporte un axe creux de piston qui est obturé de façon simple par des chapeaux d'extrémité. En outre, les chapeaux d'extrémité sont positivement accrochés à l'intérieur de l'axe de piston et ne peuvent pas se détacher dans les conditions de fonc- tionnement. En outre, les chapeaux d'extrémité peuvent être construits de façon simple en évitant de la main d'oeuvre et la dépense de fabriquer des chapeaux d'extrémité de forme particulière pour utilisation avec un axe tubulaire de piston. En- outre, l'axe tubulaire lui-même peut être construit de façon simple en y prévoyant un alésage axial et un logement annulaire pour donner l'axe de piston de 1 'invention. On comprendra toutefois que la communication entre l'intérieur de l'axe de piston et le cylindre dans lequel se trouve le piston peut être prévue ou non comme on le désire en réalisant un alésage simple à l'intérieur du chapeau d'extrémité. Il en résulte que l'invention apporte des moyens simples et plus efficaces pour obturer des extrémités d'un axe tubulaire de pistonet qui sont substantiellement moins coûteux que des réalisations précé- demment connues d'axe tubulaire de piston. On comprendra mieux l'invention en se référant à la description détaillée qui suit d'une réali- sation préférée de l'invention, en liaison avec les dessins joints sur lesquels les mêmes chiffres de référence se réfèrent aux mêmes pièces sur les différentes vues sur lesquelles: - la figure 1 est.une vue en coupe éclatée d'un axe de piston construit conformément à l'invention; - la figure 2 est une vue en plan avant d'un axe de piston monté tel que représenté sur la figure 1, des portions étant déhabillées pour la clarté du dessin. En se reportant d'abord à la figure 1, l'axe de piston 10 conforme à l'invention qui y est repré- senté comporte un corps tubulaire 12 d'axe de piston qu'il faut obturer par des bouchons ou chapeaux d'extrémité 14 (dont un est représenté sur la figure 1). Le corps tubu- laire 12 est substantiellement cylindrique de sorte qu'un chapeau d'extrémité de forme correspondante est prévu pour se loger dans une extrémité axiale du corps tubulaire 12. La paroi périphérique 16 du corps tubulaire 12 présente deux portions d'extrémité 18 dont la paroi périphérique intérieure 20 a un diamètre supérieur à celui de la péri- phérie intérieure 22 de la portion centrale du corps tubu- laire 12. Le corps tubulaire 12 comporte également un lo- gement annulaire 24 qui s'étend radialement à l'extrémité la plus intérieure de la portion de paroi périphérique intérieure 20. Du fait que la périphérie intérieure 22 au centre du corps tubulaire a un diamètre inférieur au diamètre de la périphérie intérieure 20 à l'extrémité du corps cylindrique, une portion de paroi annulaire 26 s'étend radialement vers l'intérieur depuis la paroi périphérique 16 et forme une surface de butée contre laquelle on peut pousser le chapeau 14 en le martelant ou autre semblable pour déformer l'extrémité la plus intérieure du chapeau 14 et l'extruder dans le logement 24. Comme éga- lement représenté sur la figure 1, la périphérie intérieure présente une portion d'extrémité conique 28. De plus, le bord de la paroi annulaire 26 est chanfreiné comme représenté en 30. Le chapeau d'extrémité 14 présente un corps substantiellement cylindrique 32. Dans la réalisation préférée le chapeau d'extrémité 14 comporte un alésage axial 34 qui présente une portion d'alésage élargie 36 qui vient en cône vers l'extérieur en direction de l'extrémité du chapeau et présente une surface de butée étroite 38 à l'extrémité la plus intérieure du chapeau 14. Un alésage transversal 40 fait communiquer la périphérie 42 du chapeau d'extrémité 14 et son alésage axial 34. L'alésage trans- versal 40 est placé de façon que son extrémité la plus extérieure soit située à une certaine distance de la sur- face de butée 38, cette distance étant supérieure à la distance entre la surface de butée 26 du corps tubulaire et l'extrémité axiale du corps tubulaire 12. De préférence la périphérie 42 du chapeau d'extrémité 14 est dimensionnée de façon à venir au contact avec frottement avec la périphérie interne 20 à l'extrémité du corps tubulaire 12. En outre, le chapeau d'extrémité 14 est de préférence fabriqué en alliage d'aluminium qui donne la caractéristique désirée du matériau de déforma- bilité lorsque l'on pousse à force le chapeau d'extrémité dans l'extrémité du corps tubulaire 12. Bien entendu, on peut utiliser d'autres matériaux déformables pour former le chapeau d'extrémité et rester dans l'objet de l'invention. Ayant maintenant décrit les caractéristiques importantes de structure de l'invention, on décrit faci- lement le montage de l'appareil. On aligne axialement le chapeau d'extrémité 14 avec le corps tubulaire 12 près de l'extrémité conique 28 du corps tubulaire 12. Puis on pousse à force le chapeau d'extrémité 14 en le martelant ou autre semblable dans la périphérie intérieure 20 du corps tubu- laire 12. Lorsque la surface de butée 38 vient au contact de la paroi annulaire 26, le choc de la poussée du chapeau d'extrémité dans le corps tubulaire 12 fait que l'extrémité la plus intérieure du chapeau tubulaire va s'extruder pour venir dans le logement 24. On peut en outre aider cette déformation de différentes façons. Par exemple, la conicité de l'alésage élargi 36 du chapeau 14 crée un plan de contrainte qui pousse le matériau d'alliage d'aluminium du chapeau radialement vers l'extérieur dans le logement 24. En outre, il est préférable de chauffer la pièce tubulaire 12 avant de pousser l'extrémité du chapeau dans le corps tubulaire. Par exemple, on peut facilement pousser le chapeau d'extrémité en alliage d'aluminium de la réa- lisation préférée dans le corps tubulaire 12 et le ver- rouiller en place si l'on a chauffé le corps 12 à une température d'environ 260 C (500 F), immédiatement avant introduction du chapeau d'extrémité 14. Une fois;le chapeau d'extrémité installé dans le corps tubulaire de l'axe 12, on peut usiner en finition, à la demande, l'extrémité axiale du chapeau ainsi que l'extrémité du corps 12. Dans tous les cas, on verra que la lèvre 44 formée par extrusion verrouille positivement le chapeau d'extrémité 14 dans le corps tubulaire 12. Dans la réali- sation préférée, l'accrochage par verrouillage de la lèvre 44 dans le logement 24 est renforcé par l'accrochage par frottement entre la périphérie 42 du chapeau d'extrémité 14 et la périphérie intérieure 20 du corps tubulaire 12. Il en résulte que des déformations de la pièce tubulaire 12 et des changements de pression se produisant-à l'inté- rieur du cylindre du piston n'affectent pas l'accrochage du chapeau d'extrémité 14 dans le corps tubulaire 12. En outre, on peut voir que le chapeau d'extrémité 14 est verrouillé dans une position o l'alésage 40 communique à l'extérieur de l'axe de piston 10 à l'extrémité conique 28 du corps tubulaire 12. Une telle communication limitée entre l'intérieur de l'axe de piston 10 et le cylindre de piston limite l'effet des changements de pression à l'in- térieur du cylindre sur l'axe de piston 10 tout en four- nissant un moyen pour refroidir et réduire les contraintes sur l'axe de piston. Ayant ainsi décrit l'invention, de nom- breuses modifications à cette invention apparaitront à l'homme de l'art sans sortir de l'objet et de l'esprit de l'invention définis dans les revendications jointes. REVENDICATIONS 1 ) Axe de piston caractérisé en ce qu'il comporte: un corps tubulaire (12) présentant au moins un logement annulaire (24) dans sa paroi périphérique inté- rieure (20) placé axialement vers l'intérieur depuis une extrémité axiale (18) dudit corps (12), et au moins un chapeau d'extrémité (14) présentant une portion (32) de corps substantiellement cylindrique prévue pour se loger dans une extrémité dudit corps tubulaire (12), étant précisé que ledit corps tubulaire (12) présente des moyens pour extruder une portion dudit chapeau d'extrémité (14) dans ledit logement (24) lorsque l'on introduit à force ledit chapeau d'extrémité (14) dans ledit corps tubulaire (12). 2 ) Axe de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'extrusion com- portent une portion de paroi annulaire (26) s'étendant radialement vers l'intérieur dudit corps tubulaire (12) près dudit logement (24). 3 ) Axe de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit chapeau d'extrémité (14) présente une portion d'extrémité à paroi annulaire définissant un alésage axial (34). 4 ) Axe de piston selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité axiale de ladite portion d'extrémité à paroi annulaire est conique vers l'extérieur. 5 ) Axe de piston selon la revendication , caractérisé en ce que ledit chapeau d'extrémité (14) présente un alésage transversal (40) qui fait communiquer la périphérie dudit chapeau d'extrémité et ledit alésage axial (34). 6 ) Axe de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la périphérie intérieure (28) aux extrémités axiales dudit corps tubulaire (12) est conique vers l'extérieur. 7 ) Axe de piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi périphérique intérieure (28) des extrémités axiales dudit corps tubulaire (12) est conique vers l'extérieur et en ce que ledit alésage transversal (14) est aligné de façon à pouvoir communiquer avec ladite paroi périphérique conique (28). 8 ) Axe de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la périphérie dudit chapeau d'extrémité (14) vient au contact, avec frottement, avec la périphérie intérieure (20) dudit corps tubulaire (12) à un endroit intermédiaire entre l'extrémité axiale dudit corps tubulaire (12) et ledit logement (24). 9 ) Axe de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion de corps dudit chapeau d'extrémité (14) a une longueur supérieure à la distance entre l'extrémité axiale dudit corps tubulaire (12) et ledit logement (24). ) Axe de pistion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit chapeau d'extrémité (14) présente une lèvre (44) qui vient en saillie radialement et s'étend dans ledit logement (24). 11 ) Méthode pour construire un axe de piston, caractérisée en ce qu'elle consiste à: former un corps (12) d'axe tubulaire de piston comprenant au moins un logement annulaire (24) dans la paroi périphérique intérieure dudit corps (12) et com- prenant en outre une paroi de butée (26) s'étendant vers l'intérieur près de chacun desdits logements (24) dont il y a au moins un, former au moins un chapeau d'extrémité (14) substantiellement cylindrique dimensionné pour se loger dans l'extrémité dudit corps tubulaire (12), et fixer ledit chapeau d'extrémité (14) audit corps tubulaire (12) en poussant à force ledit chapeau (14) dans une extrémité dudit corps tubulaire (12) de façon qu'une portion (44) dudit chapeau (14) vienne, par extrusion, dans ledit logement (26). 12 ) Méthode selon la revendication 11, caractériséeen outre en ce qu'elle comporte l'étape consistant à chauffer ledit corps tubulaire (12) avant la.dite étape de fixation. 13 ) Méthode selon la revendication 11, caractérisée en outre en ce qu'elle comporte l'étape consistant à usiner l'extrémité axiale dudit corps tubu- laire (12) et dudit chapeau d'extrémité (14). - 14 ) Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite seconde étape de formage comporte en outre le formage d'un alésage axial (34) dans ledit chapeau d'extrémité (14) et le formage d'un alésage transversal (40) dans ledit chapeau d'extrémité (14) de façon à faire communiquer la périphérie (12) dudit chapeau d'extrémité (14) et ledit alésage axial,(34). ) Méthode selon la revendication 14: caractérisée en ce que ladite première étape de formage comporte en outre la mise au c6ne d'une portion de la périphérie intérieure (20) dudit corps tubulaire (12) vers l'extérieur en direction de l'extrémité axiale dudit corps et en ce que ladite étape de fixation inclut l'alignement dudit alésage transversal (40) avec ladite portion conique (28). - 16 ) Méthode selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite seconde étape de formation comporte la formation d'une paroi annulaire (38) à une extrémité dudit chapeau d'extrémité (14). 17 ) Méthode selon la revendication 16, caractérisée en ce que la périphérie intérieure d'une portion d'extrémité de ladite paroi annulaire (38) est conique vers l'extérieur.