Brevet FR2636385A1 — publié le 19900316

L'invention concerne un arbre composé comprenant des morceaux de tube et des tourillons (manetons) creux et des éléments d'accoupLement, d'entraînement ou de palier fixes sur eux, dans des ouvertures traversantes des éléments, par des liaisons par sûreté de forme ou par action de force. L'invention concerne en particulier un vilebrequin ou un arbre semblable sur Lequel sont prévus des éléments d'accouplement présentant plusieurs ouvertures traversantes, dans lesquelles sont montés différents tourillons ou manetons creux (désignés par "tourillons creux" dans ce qui va suivre pour simplifier) ou des morceaux de tube, afin de constituer des manivelles ou des organes semblables. Les éléments d'entraînement peuvent être des pignons ou des cames; les éléments de palier peuvent être de simples coussinets. Un arbre de ce type est connu par la demande de brevet allemand P 37 38 808 - qui n'est pas une publication antérieure - de La même demanderesse. Selon ce document, les morceaux de tube ou Les tourillons creux sont évasés hydrauliquement dans la région des éléments d'accouplement ou analogues afin de créer une liaison par action de force. Il est connu aussi, par la demande de brevet allemand P 38 03 688 de la demanderesse - qui n'est pas non plus une publication antérieure -, de prévoir, à la place de sections droites rondes des morceaux de tube ou des tourillons creux et des ouvertures traversantes correspondantes, des régions d'assemblage ayant en section droite une forme polygonale, de sorte que La liaison par action de force est remplacée par une liaison par sûreté de forme. Le couple transmissible dépend dans les deux cas de l'épaisseur de paroi des morceaux de tube ou des tourillons creux. Les charges produites dans les régions de liaison sont telles qu'une pièce à faible épaisseur de paroi n'y résiste pas. Les déformations produites dans La région des points de liaison détruisent l'arbre composé ou font tourner Les éLéments d'accouplement par rapport aux morceaux de tube. Par te document EP 0 212 577, on connaît un vilebrequin composé avec un maneton formé par un axe massif pressé dans des ouvertures des flasques pour constituer avec eux des liaisons par sûreté de forme. On obtient ainsi des avantages quand au coût de La fabrication comparativement à des pièces forgées, mais le poids est le même que celui d'un vilebrequin massif classique. La présente invention vise à procurer un arbre d'un poids avantageux, du type mentionné au début, en utilisant des touriLLons creux ou des morceaux de tube, qui présente une résistance accrue, comparativement aux arbres décrits ci-dessus, dans la région o les tourillons creux ou les morceaux de tube sont fixés dans les éléments d'accouplement ou d'entraînement. Selon l'invention, la solution de ce problème est caractérisée par le fait qu'au moins un tampon est mis en place avec précontrainte radiale dans un morceau de tube ou un tourillon creux à l'intérieur d'un éLément d'accouplement ou d'entraînement, auquel il est coordonné axialement, le tampon étant adapté à la section droite de l'ouverture traversante de l'élément et tenant compte de l'épaisseur de paroi du morceau de tube ou du tourillon. On obtient ainsi un joint à ajustement serré qui est purement de type liaison par action de force ou aussi, éventuellement, par sûreté de forme et qui convient pour des charges élevées dans le sens de la transmission de couples, joint qui permet de réduire L'épaisseur de paroi des morceaux de tube ou des tourillons creux employés et de diminuer ainsi le poids. Il n'est pas nécessaire de réaliser des dépouilles au tour et les morceaux de tube ou Les touriLlons creux peuvent être formés d'un tube étiré lisse. Ce n'est que par cette méthode d'assemblage qu'il devient possible d'utiliser des morceaux de tube hautement améliorés par trempe et revenu étant donné que l'évasement hydraulique, par exemple, selon l'état actuel de la technique, ne procure pas les résultats recherchés dans un tel cas. Pour établir cette liaison, le morceau de tube peut être évasé et déformé dans le domaine plastique, vis-à-vis de L'éLément d'accouplement qui cède êlastiquement, par L'enfoncement du tampon. Selon un mode de mise en oeuvre simpLe, un ajustement avec jeu ou un ajustement de transition peut encore exister entre L'élément d'accouplement et Le morceau de tube introduit dans l'élément, et la déformation élastique ou plastique du morceau de tube vis-à-vis de l'élément d'accouplement - cédant élastiquement - peut être produite exclusivement par La mise en place du tampon. Comme procédé convenant pour cette mise en place, on peut noter d'une part l'enfoncement axial du tampon par pressage, mais il est possible aussi, d'autre part, d'établir la liaison par la contraction de l'élément d'accouplement dans l'ouverture traversante ou par la dilatation du tampon, auquel cas les pièces auront été précontraintes thermiquement et l'ajustement serré s'établit par l'égalisation des températures. Une méthode particulière consiste à presser le morceau de tube axialement, à froid et à excès (à l'état surdimensionné par rapport à l'ouverture) dans l'ouverture traversante de l'élément d'accouplement échauffé, le morceau de tube étant ensuite également échauffé. Dans l'assemblage ainsi obtenu, on presse ensuite, dans Le sens axial, un tampon refroidi, dont la température s'adapte ensuite à celle des deux pièces assemblées lors de la première opération. L'avantage de ce mode d'assemblage réside dans le fait que lors de la première opération, après l'égalisation des températures du morceau de tube et de l'élément d'accouplement, une précontrainte de compression est établie dans le morceau de tube dans la région de la zone de liaison, précontrainte qui, Lors de la deuxième opération l'introduction par pressage du tampon refroidi - est réduite ou transformée en une précontrainte de traction plus faible du morceau de tube, ce qui est très avantageux en comparaison avec les très importantes précontraintes de traction comme celles généralement produites lors d'un évasement du morceau de tube de l'intérieur, aussi bien sous des sollicitations en flexion que sous des sollicitations en torsion. De pLus, ce pressage à contraction-dilatation se traduit par une diminution des forces de pressage nécessaires, de sorte que les charges des éléments pendant l'assemblage sont également diminuées. Sous sa forme la plus simpLe, le tampon est une pièce massive. Il convient cependant aussi d'employer un tampon constitué par une pièce en acier estampé, présentant éventuellement un fond, pour réaliser la liaison. A côté de cela, on peut employer aussi un axe percé d'un côté ou de part en part en tant que tampon. Comme dans les demandes antérieures précitées, les ouvertures traversantes des éléments d'accouplement, les morceaux de tube ou les tourillons creux et les tampons peuvent avoir une section droite circulaire. Pour compléter la liaison par action de force d'une liaison par sûreté de forme, Les éléments peuvent cependant avoir aussi une forme polygonale en section. IL est possible en particulier que les morceaux de tube ou les tourillons creux soient circulaires dans la région comprise entre les éléments d'accouplement et qu'ils soient déformés par le tampon introduit pour avoir une forme polygonale en section à l'intérieur des ouvertures traversantes des éléments d'accouplement. Les transitions entre l'une et l'autre section peuvent revêtir de nombreuses formes. Selon une caractéristique de l'invention, afin de supprimer de brusques variations de l'état de charge sur l'étendue axiale du matériau des morceaux de tube ou des tourillons, entre les régions de liaison radialement précontraintes et les régions d'arbre qui s'y raccordent et qui sontsollicitées en torsion, Le tampon diminue en diamètre de façon continue sur au moins une extrémité. Il est préférable qu'un tel tampon s'étende axialement sur tout l'élément d'entraînement ou d'accouplement coordonné et au-delà de celui-ci. En pareil cas, il convient en particulier de réduire en diamètre les parties du tampon dépassant de l'étendue axiale de l'élément d'accouplement ou d'entraînement coordonné, par rapport à une partie de. tampon centrale dont le diamètre est constant. Afin de conférer une allure plus régulière encore à la variation de l'état de charge entre La zone de liaison et La zone d'arbre libre qui s'y raccorde, pour ce qui concerne la contrainte radiale, il est possible, soit d'utiliser un tampon dont au moins les parties dépassant de l'étendue axiale de l'élément d'entrai- nement ou d'accouplement coordonnées sont creuses, soit de ménager un évidement annulaire à distance de l'ouverture traversante dans au moins une face d'extrémité de l'élément d'accouplement. Les contraintes créées entre le tampon, le morceau de tube et l'éLément d'accouplement varient ainsi de façon continue en direction axiale. Il est bien entendu possible aussi de combiner Les deux mesures indiquées ci-dessus. Lorsqu'il est question du diamètre dans ce qui précède et notamment de La variation du diamètre, Les indications en question se rapportent bien entendu aussi aux sections polygonales et à Leurs variations. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif ainsi que du dessin annexé, sur LequeL: - la figure 1 est une coupe axiale montrant seulement la région d'assemblage entre un élément d'entraînement ou d'accou- plement, un morceau de tube et un tampon d'un arbre selon l'invention, mais cette représentation partielle iLLustre clairement le principe de l'invention; et - les figures 2a, b et c montrent trois tampons selon des variantes par rapport au tampon de la figure 1. La figure 1 représente une partie d'un morceau de tube 1 sur lequel un élément d'entraînement ou d'accouplement 2 est fixé, dans la région de son ouverture traversante 3, au moyen d'un tampon ou bouchon 4 mis en place dans le morceau de tube 1. L'ouverture traversante, le morceau de tube et le tampon peuvent avoir une section droite circulaire ou polygonale. A distance de son ouverture traversante 3, l'élément d'accouplement présente des évidements annulaires 5, 6 qui délimitent une région centrale de base 9 et des régions latérales d'appui 7, 8 dont l'élasticité augmente vers l'extérieur. Le tampon 4 possède des parties terminales 10, 11 dont le diamètre est réduit de façon continue par rapport à la partie centrale 12 du tampon et qui dépassent enparticulier, en direction axiale, au-delà le l'étendue de l'élément de couplage 2. On comprendra que la précontrainte radiale dans le morceau de tube I diminue de façon continue de part et d'autre de la région centrale de base 6 de l'élément 2 et de la partie centrale 12 du tampon, ceci afin d'éviter de brusques variations de la charge. La figure 2a montre un tampon 14 massif dont Le diamètre diminue sur une partie terminale; la figure 2b montre un tampon 24 avec un perçage 13 du côté de La partie terminaLe à diamètre décroissant, tandis que la figure 2c représente un tampon 34 constitué par une pièce estampée creuse, de précision. Sur La figure 1, des lignes verticales en tireté, d'o partent des flèches opposées, délimitent une région centraLe dans laquelle Le morceau de tube 1 est déformé au-deLà de La limite élastique du matériau, tandis que Les régions qui s'y raccordent sur les deux côtés sont progressivement déformées moins, sans que La limite élastique du matériau soit atteinte. La déformation du morceau de tube 1 et/ou de l'élément d'accouplement peut se limiter aussi à une déformation élastique. Selon un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, l'élément d'entraînement ou d'accouplement est déformé à chaud par L'emmanchement du morceau de tube froid dans l'ouverture traversante de L'éLément et, dans une opération consécutive, il est déformé par l'intermédiaire du morceau de tube sous l'effet de l'emmanchement du tampon froid dans le morceau de tube, la déformation étant à chaque fois orientée radialement et limitée au domaine plastique. REVENDICATIONS 1. Arbre composé comprenant des morceaux de tube et des tourillons (manetons) creux et des éléments d'accouplement, d'entraînement ou de palier fixés sur eux, dans des ouvertures traversantes des éléments, par des liaisons par sûreté de forme ou par action de force, notamment vilebrequin composé, caractérisé en ce qu'au moins un tampon (4, 14, 24, 34) est mis en place avec précontrainte radiale dans un morceau de tube (1) ou un touriLLon creux à L'intérieur d'un élément d'accouplement ou d'entrai- nement (2), auquel il est coordonné axialement, le tampon étant adapté à la section droite de l'ouverture traversante (3) de l'élément et tenant compte de l'épaisseur de paroi du morceau de tube (1) ou du tourillon. 2. Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tampon (4, 14) est une pièce massive. 3. Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tampon (24) est percé sur une partie au moins de sa longueur axiale. 4. Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tampon (34) est une pièce d'acier façonnée avec précision. 5. Arbre selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que le tampon (4, 34) diminue de façon continue en diamètre à au moins une extrémité. 6. Arbre selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que le tampon (4, 34) dépasse axialement de l'élément d'entraînement ou d'accouplement (2) auquel il est coordonné. 7. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, par rapport à une partie centrale (12) du tampon (4), celui-ci est réduit en diamètre sur au moins les parties terminales (10, 11) dépassant l'étendue axiale de l'élément d'entraînement ou d'accouplement auquel il est coordonné. 8. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tampon (4) est creux dans au moins ses parties terminales (10, 11) dépassant l'étendue axiale de l'élément d'entraînement ou d'accouplement (2) auquel il est coordonné. 9. Arbre seLon L'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ouverture traversante (3) de l'élément d'entraînement ou d'accouplement (2), le morceau de tube (1) ou le tourillon creux et le tampon (4, 34) ont une forme circulaire en section droite. 10. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ouverture traversante (3) de l'élément d'entraînement ou d'accouplement (2), le morceau de tube (1) ou le tourillon creux et le tampon (4, 34) ont une forme polygonale en section droite. 11. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'un morceau de tube (1) est rond entre deux éléments d'accouplement (2) et est déformé par le tampon (4, 34) concerné pour avoir une section polygonale dans l'ouverture traversante (3) de chaque élément d'accouplement (2). 12. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un élément d'accouplement (2) possède un évidement annulaire (5, 6) à distance de son ouverture traversante (3) dans au moins une face d'extrémité. 13. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le morceau de tube (1) a été déformé au- delà de la limite élastique par la partie centrale (12) du tampon (4, 34) et que cette déformation permanente se raccorde progressivement à une déformation purement élastique produite par l'extrémité de tampon (10, 11) de diamètre réduit. 14. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le morceau de tube (1) n'est pas déformé au-delà de la limite élastique par le tampon (4, 34). 15. Arbre selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le morceau de tube (1), évasé par le tampon (4, 34), a conféré une déformation radiale purement élastique à l'éLément d'entraînement ou d'accouplement (2). 16. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que, dans une opération, l'élément d'entraînement ou d'accouplement est déformé à chaud par l'emmanchement du morceau de tube froid dans l'ouverture traver- sante de l'élément et, dans une opération consécutive, il est déformé par L'intermédiaire du morceau de tube sous l'effet de L'emmanchement du tampon froid dans le morceau de tube, La déformation étant à chaque fois orientée radialement et limitée au domaine plastique.