Brevet FR2573129A1 — publié le 19860516

"Vilebrequin, en particulier pour petits moteurs à essence." L'invention concerne un vilebrequin, en particulier pour petits moteurs à essence, pour l'entrai- nement de tondeuses à gazon, scies forestières, véhicules à deux roues, outils portatifs motorisés et analoguescom- portant au moins un tourillon, au moins un bras de manivelle et au moins un maneton, étant précisé que les pièces sont fabriquées à part, puis assemblées et solidarisées l'une à l'autre. Dans le cas de tels vilebrequins pour petits moteurs à essence, il s'agit généralement de pièces de série fa- briquées en grand nombre. Il est également connu de fabriquer sé- parément les pièces constituant un vilebrequin et de les solidariser l'une à l'autre, par exemple par ajustement serré ou ajustement fretté. Il est en outre connu, dans le cas des vilebrequins, de souder encore en plus les pièces réunies l'une à l'autre par frettage. En relation avec la fabrication des vilebrequins, il a également déjà été prévu de fabriquer les bras de manivelle en un matériau plus tendre que les tourillons et les manetons et d'équiper le tourillon et le maneton d'une denture fine qui s'imprime dans le matériau plus tendre du bras de manivelle lors de l'assem- blage, pour créer ainsi une liaison le plus possible intime, intense et solide entre ces deux pièces fortement solli- citées. Au lieu de telles dentures fines, on connait éga- lement des liaisons à la presse entre le bras de manivelle et le maneton ou le tourillon, liaisons dans lesquelles le tourillon ou le maneton à introduire à la presse dans un alésage du bras de manivelle de diamètre plus étroit est équipé de cannelures longitudinales. Il appartient en outre, à l'état de la technique de brider entre elles les différentes pièces du vilebrequin au moyen de goupilles ou clavettes. Dans le cas de toutes ces constructions connues de vilebrequin, les pièces fabriquées séparément, sont, selon chaque fois leur forme, soit moulées, soit fabriquées au tour et ces vilebrequins, en plusieurs pièces, sont de préférence utilisés pour des machines de volume important. C'est également ce mode de construction en plusieurs pièces du vilebrequin que l'on a prévu lorsque le vilebrequin ou la bielle portent sur des roulements. Le but de toutes ces constructions de vilebrequin en plusieurs pièces était de simplifier leur maniement d'une part à la fabrication etd'autre part/au montage. Le vilebrequin auquel se rapporte 1.'invention s'utilise par contre1de préférence dans le cas des petits moteurs à essence. De tels petits moteurs à essence servent pour l'entrainement d'outils portatifs motorisés, par exemple de scies à chaine, de tondeuses à gazon, pour l'entrainement de véhicule à deux roues de faible puissance, comme des vélomoteurs et des cyclomoteurs et analogues. Dans le cas de ces vilebrequins auxquels se rapporte l'invention, il s'agit d'un -élément relativement petit, aussi bien au point de vue de sa marche qu'au point de vue de ses dimensions, quijusqu'ici, pour des motifs d'opportunité, a été fabriqué d'une seule pièce, la fabri- cation distincte des pièces constituant les vilebrequins pour un élément mécanique aussi petit n'étant pas venue en question pour des considérations purement économiques. Sans préjudice du fait qu'un tel vilebrequin pour petits moteurs à essence représente un petit élément mécanique, cet élément doit satisfaire des exigences de précision extrêment élevées, ce qui rend sa fabrication coûteuse en conséquence. L'invention a pour but de simplifier, et donc de rendre moins coûteuse, la fabrication de cet élément, certes petit, mais très précis, ce que, selon cette proposition, on atteint par le moyen que le bras de mani- velle et les évidements prévus pour recevoir le tourillon et/ou le maneton sont poinçonnés dans un feuillard d'acier ou sont fabriqués à partir d'une pièce obtenue par frittage à la forge et que tourillon et/ou maneton sont formés par extrusion à partir d'ébauches cylindriques. Pour une pièce mécanique ou un élément mécanique de si faibles dimensions, unefabrication distincte des différentes pièces n'est pas évidente à comprendre pour l'homme de l'art, avant tout déjà du fait que, selon l'invention, on met en oeuvre, pour la fabrication des pièces constituant les vilebrequins, des procédés de fabrication tout à fait différents. Pour le bras de manivelle, soit on emploie un feuillard d'acier laminé ou étiré, soit on fabrique le bras de manivelle par frittage à la forge, étant précisé que le bras de manivelle lui-même, comme également les évidements prévus pour recevoir le tourillon et le maneton, sontpour ainsi direjfabriqués en une seule étape de travail. La pièce ainsi obtenue est ensuite soumise à un traitement thermique par trempe et revenu, cette méthode de traitement étant exactement adaptée à la caractéristique particulière et aux exigences du bras de manivelle. La même chose vaut pour le bras de ma- nivelle si on le fabrique par un procédé de frittage à la forge. Il est alors intéressant d'employer des bras de ma- nivelle obtenus par poinçonnage s'il s'agit de bras de ma- nivelle de formes simples, donc de bras de manivelle présen- tant des surfaces latérales essentiellement planes. Si les bras de manivelle ont une forme compliquée, par exemple des portions de parois renforcées pour l'équilibrage de masse, les bras de manivelle sont fabriqués par frittage à la forge. Le tourillon et/ou le maneton sont formés par extrusion à partir d'ébauches cylindriques. Les pièces ainsi obtenues, qui présentent déjà un respect élevé de forme et de cote, sont reprises d'usinage sur machine au- tomatique, par exemple des filets peuvent être obtenus par galetage ou bien des rainures ainsi que les opérations de rectification,peuvent être effectuées sur ces machines automatiques. En outre, une trempe partielle des différents tronçons des pièces ainsi fabriquées est possible. Les pièces constituant le vilebrequin sont ainsi fabriquées séparément et usinées à leurs cotes définitives. Les bras de manivelle, tourillons et manetons, ainsi fabriqués selon des techniques entièrement différentes, sont alors assemblés en position correcte sur des automates de montage,puis soudés à la presse. Par le soudage à la presse, les pièces usinées à leur cote finie, ne sont en aucune façon inflencées défavorablement, de sorte qu'une reprise d'usinage des pièces est inutile. Sous le nom de soudage à la presse il faut comprendre ici une réunion de matériaux métalliques sous pression par chauffage local limité, le soudage par résistance électrique convenant particulièrement.- Pour accroître la résistance de la liaison entre le tourillon et le bras de manivelle, on prévoit, selon une autre caractéristique de l'invention, que la face frontale, immédiatement voisine du bras de manivelle, du tourillon est repoussée à chaud de la presse. Il est inté- ressant que ce pressage à chaud soit exécuté à la suite du soudage à la presse. Il est ici avantageux que la longueur axiale de l'évidement dans le bras de manivelle pour recevoir le tourillon soit, d'une faible valeur, inférieur à la longueur axiale du tronçon correspondant à recevoir du tourillon. Par ce moyen, lors de l'assemblage normal des pièces à réunir, un court tronçon dépasse de la surface latérale des bras de manivelle, cette partie en saillie et en dépassement est alors soumise à ce traitement de pressage à chaud. Pour permettre le soudage à la presse, mentionné ci-dessus, on prévoit, selon une autre caracté- ristique de l'invention, qu'au moins l'évidement de réception du tourillon dans le bras de manivelle préparé pour l'assem- blage présente, selon sa longueur dans le sens axial, au moins deux tronçons de diamètresdifférentq et que le tronçon de plus grand diamètre se trouve sur la face exté- rieure du bras de manivelle, c'est-à-dire sur la face côté tourillon; et que le tronçon, qui vient dans cet évidement du bras de manivelle, du tourillon présente un épaulement oblique étagé qui, lors de l'introduction de ce tronçon dans l'évidement du bras de manivelle, s'appuie d'abord par une ligne contre l'étage, formé par le diamètre dif- férent, de cet évidement. A cette mesure constructive, on crée pour le soudage à la presse des conditions construc- tives favorables et la position de contact linéaire qui se forme ici lors de l'assemblage entre les pièces à réunir garantit une résistance ohmique de passage élevée, souhai- table pour un soudage à la presse régulier et d'exécution rapide. Pour obtenir un décalage axial défini et exact du tourillon par rapport au bras de manivelle lors du soudage à la presse, on prévoit)en outres selon une autre caractéristique de l'invention que le tronçon, qui vient dans le bras de manivelle, du tourillon présente, par rapport à la partie, qui suit immédiatement ce tronçon du tourillon, un diamètre moindre pour formation d'un épaulement de butée. Grâce à cette mesure, pendant le soudage à la presse, sous l'action de la pression axiale de pressage qui agit sur lui, le tourillon se déplace en direction du bras de manivelle jusqu'à ce que l'épaulement mentionné s'appuie contre le bras de manivelle ou contre une bague intercalaire éventuel- lement disposée ici, de sorte que ce glissement axial se fait sur un trajet que l'on peut définir avec précision. Pour illustrer l'invention.on l'explique en détail à l'aide du dessin. La figure 1 représente un bras de manivelle en vue de devant et la figure 2 en vue latérale, partiellement en coupe; la figure 3 représente un tourillon en vue de devant; la figure 4 représente un tourillon et un bras de manivelle assemblés et prépares pour le soudage à la presse; la figure 5 représente un tourillon et un bras de manivelle après le soudage à la presse; la figure 6 repré- sente un tourillon et un bras de ianivelle après le pressage à chaud; la figure 7 est une vue en élévation d'un vilebrequin conçu et fabriqué conformément à l'invention, en partie en coupe. Le bras de manivelle 1 représenté sur les figures 1 et 2 est fabriqué suivant un procédé de frittage à la forge, étant donné que ce bras de manivelle 1 présente, sur son côté opposé à l'évidement 2 de réception du maneton 3, une portion renforcée 4 pour l'équilibrage des masses. L'évidement médian 5 pour recevoir le tourillon 7 est divisé, sur sa longueur, en deux tronçons 5' et 5" de diamètres différents, le tronçon 5', de plus grand diamètre, étant du côté extérieur 8 du bras de manivelle 1. La longueur axiale de ce tronçon 5" est inférieureà la longueur axiale du tronçon 5' de plus petit diamètre. Le tronçon 5" de plus grand diamètre est formé, par le processus de forgeage, sur la pièce fabriquée par frittage à la forge. Si toutefois, le bras de manivelle est fabriqué à partir d'un feuillard d'acier par un processus de poinçonnage, ce tronçon 5" est obtenu par un processus de travail avec enlèvement de copeaux (par exemple par fraisage). L'un des tourillons 7 est formé par extrusion puis usiné en reprise (figure 3), étant précisé que cet usinage en reprise comprend la réalisation d'un filet 9 par galetage ainsi que la rectification de ses sur- faces. Le tourillon 7, fabriqué sous forme d'une pièce indi- viduelle, reçoit sa cote finie demandée par ces étapes d'usinage. De telles étapes d'usinage peuvent également inclure des traitements thermiques. Toutes ces étapes d'usinage, de quelque type qu'elles soient, sont entreprises sur la pièce individuelle fabriquée par extrusion. L'un des tronçons d'extrémité 7' du tourillon 7 est prévu pour venir dans l'évidement 5 du bras de manivelle 1. Du point de vue de son diamètre, il est conçu à double étage, les deux étages 10 et 11 étant réunis l'un à l'autre par un épaulement oblique 12. En outre, entre l'étage 11 et le tronçon formant fût 13 du tourillon 7, est prévu un épaulement droit 14 dont on va expliquer ci-dessous la fonction. Ce qui est dit ici pour le tourillon 7 selon la figure 3, concernant la fabrication et la reprise d'usinage, ainsi que la forme, est valable de façon analogue pour le tourillon 17 (figure 7), de sorte que l'on ne doit pas répéter encore ici les détails concernant ce tourillon 17. Le tourillon 7, ainsi fabriqué et usiné à ses cotes finies, est réuni au bras de manivelle 1, ce que la figure 4 représente. Lors de cet assemblage, l'épaulement oblique 12 repose d'abord contre l'arête 20 formée par les deux tronçons 5', et 5",de diamètre différent. Le diamètre du tronçon 5' d'une part et le diamètre du tronçon 10 du tourillon 7 sont accordés l'un à l'autre de façon que l'on puisse enfiler les pièces l'une dans l'autre sans effort particulier. Puis, les pièces 1 et 7 ainsi assemblées sont soumises à un soudage à la presse, par lequel les matériaux des deux pièces sont fortement chauffés localement dans la zone de leur contact par arête et deviennent alors pâteux, ce qui permet, du fait de la force de pressage agissant sur les deux pièces (flèche 15 sur la figure 4), d'enfiler axialement les pièces l'une par rapport à l'autre jusqu'à ce que l'épaulement 14 vienne s'appuyer contre la face extérieure 8 du bras de manivelle 1. Il est également possible d'interposer entre l'épaulement 14 et la face extérieure 8 du bras de manivelle une bague intercalaire ou une rondelle d'écartement d'épaisseur exacte, si cela devait être nécessaire pour des motifs constructifs quel- conques. La figure 5 représente les pièces réunies l'une à l'autre après achèvement du soudage à la presse. Pour accroître la résistance de la liaison, le tronçon 18 du tourillon 7 qui déborde du bras de mani- velle subit ensuite un pressage à chaud, c'est-à-dire qu'il est déformé sous l'action d'une élévation de température limitée localement et d'une pression limitée localement, de sorte qu'après achèvement de cette étape du travail, les pièces réunies l'une à l'autre se présentent sous la forme que l'on voit sur la figure 6. Ce pressage à chaud permet de remplir de matière, sous haute pression, des jeux éventuellement existants entre les parois cylindriques du tronçon 5' et du tronçon 10. On procède de façon correspondante avec le deuxième bras de manivelle et le deuxième tourillon 17 (figure 7). Puis, on introduit le maneton 3 éventuellement après une reprise d'usinage de l'évidement 2 - et on monte la bielle 16 (figure 7). Une rainure de clavette 22 est encore fraisée sur le tronçon conique 21 de l'un des tourillons 7 pour fixer une magnéto. On a expliqué ci-dessus l'invention à l'aide d'un bras de manivelle fabriqué comme pièce obtenue par frittage à la forge. Un bras de manivelle qui présente la même épaisseur sur toute sa longueur et présente donc une forme simple peut également être fabriqué par une opération de poinçonnage, un feuillardd'acier servant de matériau de départ. Lors du poinçonnage, ce ne sont pas seulement les bras de manivelle, mais aussi les évidements pour recevoir le tourillon et le maneton, qui sont formés en même temps. Grâce à la proposition conforme à l'in- vention, il est possible de rendre notablement moins coûteuse, pour des petits moteurs à essence, la fabrication du vile- brequin, bien que les pièces constituant ce vilebrequin soient fabriquées séparément selon des procédés de fabri- cation très différents. Même en tenant compte de l'état de la technique mentionné au début, ceci constitue pour l'homme de l'art un résultat surprenant, ce que confirme déjà à lui seul le fait que ces articles de grande série ont été juqu'ici fabriqués d'une seule pièce, c'est-à-dire que l'on a utilisé un procédé de fabrication extraordinairement coûteux, alors quedans toute l'industrie la tendance est de fabriquer de la façon la moins coûteuse possible et avec une faible dépense une pièce de construction ou une pièce mécanique sans inconvénients pour son aptitude fonctionnelle et sa valeur fonctionnelle. Cette circonstance justifie que, malgré l'état complet de la technique, qui a été schématisé au début, la mesure revendiquée présente une valeur inven- tive suffisante, REVENDICATIONS 1 ) Vilebrequinen particulier pour petits moteurs a essence, pour l'entrainement de tondeuses à gazon, scies forestières, véhicules à deux roues, outils portatifs motorisés et analogues, comportant au moins un tourillon, au moins un bras de manivelle et au moins un maneton, étant précisé que les pièces sont fabriquées à part, puis assemblées et solidarisées l'une à l'autre, caractérisé en ce que le bras de manivelle (1) et les évidements (2, 5) prévus pour recevoir le tourillon (7, 17) et/ou le maneton (3) sont poinçonnés dans un feuillard d'acier ou sont fabriqués à partir d'une pièce obtenue par frittage à la forge et en ce que tourillon (7,17) et/ou maneton (3) sont formés par extrusion à partir d'ébauches cylindriques. 2 ) Vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tourillon (7, 17) est réuni au bras de manivelle (1) par soudage sous presse. 3 ) Vilebrequin selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la face frontale (18), immédiatement voisine du bras de manivelle (1), du tourillon (7, 17) est repoussée à chaud à la presse. 49) Vilebrequin selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins l'évi- dement (5) de réception du tourillon (7, 17) dans le bras de manivelle (1) préparé pour 1' assemblage présente, selon sa longueur dans le sens axial, au moins deux tronçons (5', ") de diamètresdifférent; et en ce que le tronçon (5") de plus grand diamètre se trouve sur la face extérieure (8) du bras de manivelle (1), c'est-à-dire sur la face côté tourillon (7, 17); et en ce que le tronçon (7'), qui vient dans cet évidement (5) du bras de manivelle (1), du tourillon (7, 17) présente un épaulement oblique étagé (12) qui, lors de l'introduction de ce tronçon (7) dans l'évidement (5) du bras de manivelle, s'appuie d'abord par une ligne contre l'étage (20), formé par le diamètre différent, de cet évidement (5). ) Vilebrequin selon l'une des revendi- cations 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que le tronçon (7'), qui vient dans le bras de manivelle (1), du tourillon (7, 17) présente, par rapport à la partie (13), qui suit immédiatement ce tronçon, du tourillon un diamètre moindre pour formation d'un épaulement de butée (14). 6 ) Vilebrequin selon la revendication , caractérisé en ce que la longueur axiale (1) de l'évi- dement (5) dans le bras de manivelle (1), pour recevoir le tourillon (7, 17), est inférieure, d'une faible valeur, à la longueur axiale (L) du tronçon correspondant,à recevoir, (7') du tourillon (7, 17).