Brevet FR2727172A1 — publié le 19960524

L'invention concerne une bielle d'accouplement, en particulier une bielle d'accouplement pour les moteurs à combustion interne. Une bielle d'accouplement de type connu comprend un corps principal et un chapeau, ces deux pièces étant maintenues ensemble par des boulons ou des vis, forment une ouverture dans laquelle sont montées des coquilles de coussinets traversées par un maneton de manivelle. Les surfaces de contact entre le corps pnncipal et le chapeau sont soit usinées soit fracturées et s'étendent dans des plans substantiellement perpendiculaires aux axes des boulons ou vis qul traversent la surface respective. Le corps principal comporte une tige reliant une ouverture d'une extrémité (le pied de la bielle d'accouplement) à l'autre ouverture de l'autre extrémité (la tête de bielle), la partie restante de cette ouverture étant formée par le chapeau, la tige ayant des nervures reliées par une âme ou analogue reliant les deux ouvertures.Les coquilles de coussinets sont maintenues dans les ouvertures au moyen d'une pression radiale due à une interférence entre la surface externe de la coquille de coussinet et la surface interne de l'ouverture, la surface interne de l'ouverture s'étendant selon une direction parallèle à l'axe du maneton de manivelle, dans des proportions plus importante que la coquille de coussinet. Cette invention vise à alléger la bielle d'accouplement en particulier dans la région des ouvertures formées par le corps principal et les chapeaux par inclinaison des axes des boulons ou vis afin de réduire la longueur de chaque boulon ou vis et de leur boîtier externe et afin de produire une distribution de contrainte plus favorable entre les boulons et nervures dans la tige du corps principal, en particulier au regard des efforts de flexion des boulons et également pour réduire la largeur des ouvertures dans la direction de l'axe du maneton de manivelle, de telle sorte que un substantiel pourcentage des coquilles de coussinets inserrés dans les ouvertures reste presque noyé ou saillant dans l'ouverture, et avec une ou plusieurs parties en saillies qui servent à guider la bielle entre les faces latérales d'un maneton sur I 'arbre de maneton.La bielle d'accouplement est de préférence constituée de deux pièces, un chapeau et un corps principal réunis ensemble de préférence au moyen de deux vis ou boulons. Le corps principal et le chapeau sont de préférence réalisés en matériau métallique, en fonte forgée ou frittée. Conformément à un premier aspect de la présente invention, on propose une bielle d'accouplement dont les boulons ou écrous qui assemblent le chapeau de bielle et le corps pnncipal de la bielle d'accouplement, ont leur axe longitudinal médian se rapprochant l'un de l'autre en direction du pied de bielle, et traversant de préférence cette ouverture, la bielle d'accouplement ayant également une tige de corps pnncipal conformée de façon àoe que les prolongements des axes des boulons ou vis passent à proximité et près des nervures de la tige, parallèlement à celles-ci, sur une partie substantielle de leur longueur; chaque nervure ayant de préférence sa surface externe inférieure située à moins du diamètre nominal du filetage de vis ou boulon, et de préférence à moins des trois quarts et encore mieux à la moitié dudit diamètre par rapport au prolongement de l'axe de ladite vis ou dudit écrou, et sur une distance d'au moins la moitié de la longueur de la tige mesurée le long de l'axe de bielle, depuis l'extrémité reliée à la grande ouverture, ladite longueur de la tige étant définie comme la distance minimale le long de l'axe de bielle entre le sommet de l'alésage de la tête de bielle, et le sommet de l'alésage du pied de bielle, et de façon à ce que la même surface extérieure de chaque nervure ne croise pas le prolongement de l'axe de la vis ou de l'écrou qui se trouve du même côté de l'axe de la bielle, ladite nervure étant telle qu'elle est plus grande que la moitié du diamètre fileté nominal distant dudit axe, cette condition devant se rencontrer au-delà d'une distance de au moins la moitié de la longueur de la tige telle que mesurée le long de l'axe de la bielle. De plus l'inclinaison du boulon ou de la vis vers l'axe traversant les centres de chaque ouverture permet de raccourcir le boulon ou la vis, en particulier la partie traversant le chapeau de telle sorte que la longueur de la tige de vis le long de son axe médian mesurée entre la sous-tête ou l'écrou et un plan traversant perpendiculairement l'axe de la bielle et contenant les axes de l'ouverture cylindrique de la tête de bielle, à l'endroit où la grande partie de la tête de vis ou l'écrou s'appuie sur le chapeau à côté de ce plan, est inférieure à une fois et quart le diamètre nominal du filetage, ou de préférence à une fois, ou encore mieux à trois quarts du diamètres, tout en ayant l'axe de la vis inserré d'une distance minimale égale ou inféneure à 85 % du diamètre du filetage de la vis ou du boulon mesurée depuis la surface de l'alésage de la grande ouverture.Afin de maintenir une pression suffisante et une rigidité dans le chapeau, il est préférable d'avoir des nervures latérales qui entourent partiellement ou totalement chaque tête de vis ou chaque écrou, lesdites nervures ayant de préférence une hauteur mesurée perpendiculairement à la surface du chapeau qui touche la sous-tête de la vis ou de l'écrou dans un plan situé parallèlement à l'axe de la vis, à une distance valant la moitié du diamètre nominal du filetage depuis cet axe vers l'alésage de tête de bielle, ledit plan étant également perpendiculaire au plan contenant les axes de vis, à au moins un diamètre nominal du filetage.Si l'inclinaison de l'axe de la vis vers l'axe traversant entre les deux ouvertures de la bielle est faible, alors le mouvement latéral du chapeau peut résister au moyen des forces de friction entre les deux surfaces s'ajoutant au positionnement prévu par des goujons ou par les vis elles-mêmes, cependant si l'inclinaison est forte, typiquement supérieure à dix degrés les forces latérales peuvent être grandes et une fente de fracture entre les surfaces de contact du corps principal et du chapeau est préférable pour le mouvement de résistance latéral entre toutes les surfaces de contact dues à la multitude de surfaces d'enclenchement de la fracture. Cette méthode évite également des usinages onéreux de surfaces de contact entre le corps principal et le chapeau même si de telles surfaces sont de préférence usinées pour être planes et sans étages ou dentelures. Le plan de joint de chaque vis ou boulon, défini comme un plan situé en moyenne de façon équidistante des surfaces de joint d'un côté de ce plan, doit être de préférence situé à l'intérieur d'un angle de 20 degrés ou même encore mieux à l'intérieur d'un angle de cinq degrés sur la perpendiculaire audit axe de vis ou de boulon. Un deuxième aspect de l'invention prévoit que la tige reliant le pied de bielle à l'ouverture de tête de bielle a une section perpendiculaire au plan de la tige dont le périmètre est plus petit, dans la partie centrale de la tige, que vers chacune des extrémités de bielle, cela résultant du fait que la section selon un plan contenant les deux axes de la tête et du pied de bielle, est plus épaisse dans la partie centrale de la tige et va en diminuant vers les deux extrémités. épaisseur mesurée dans une direction parallèle aux axes de la tête et du pied de bielle. Une partie centrale de la tige est définie de façon à être plus grande qu'un quart de la distance entre les axes de la tête et du pied de bielle.Une telle disposition permet qu'un flux de force dans la partie basse d'une nervure soit transféré à la partie supérieure de la nervure opposée sans effort de flexion excessif dans chaque nervure, et ainsi améliore la distribution des forces entre le boîtier du pied de bielle et les boulons ou vis inclinés, dont les prolongements des axes traversent les deux diamètres filetés, de préférence depuis la surface externe de la nervure située sur le côté opposé de l'axe de bielle par rapport à la vis dont l'axe est prolongé, sur une longueur égale à au moins un quart de la longueur de la tige mesurée le long de l'axe de la bielle. Un troisième aspect de l'invention prévoit que la longueur des parois de l'alésage de l'ouverture de la tête de bielle, dans la direction de l'axe de l'ouverture, est telle que les bords des coquilles de coussinets en arc de cercle ou des coussinets qui sont assemblés dans la tête de bielle et qui ont une épaisseur radiale qui est typiquement inférieure à 5 % du diamètre de l'ouverture de la tête de bielle, ont soit moins de 60 % de leur épaisseur nominale radiale du coussinet noyé, soit une partie substantielle de la circonférence, de préférence plus de 60 %, s'étendant au-delà des parois de l'alésage. De cette manière, la surface externe de la coquille de coussinet peut être libre de contact et non supportée par l'ouverture de la tête de bielle au-delà de sa partie portant la charge, supportée ainsi par la seule force de sa propre coquille, qui est typiquement réalisée dans un acier avec un revêtement, résistant aux charges des coussinets entre le maneton, la coquille de coussinet, et les films d'huile intermédiaires.Une telle coquille de coussinet est typiquement formée de deux moitiés, chaque moitié étant ajustée respectivement dans le boîtier du corps principal ou le boîtier du chapeau, leur forme en arc de cercle consistant en une surface externe qui est en contact avec les parois respectives de l'alésage, celles-ci ayant une interférence entre elles afin d'assurer leur positionnement, en utilisant des taquets étroits pour les positionner dans la direction axiale de l'alésage du boîtier, chaque taquet s'ajustant dans une fente correspondante des parois de l'alésage du chapeau et du boîtier du corps principal.En plus, la bielle peut être guidée dans la direction axiale du maneton de manivelle par contact intermittent ou autre, avec des surfaces radiales de l'axe de manivelle, ainsi une ou plusieurs surfaces peuvent être prévues sur les côtés de la bielle de façon à ce qu'elles empêchent le contact entre la coquille de coussinet et les surfaces radiales de l'axe de manivelle, réalisant ainsi le nécessaire guidage axial. Les taquets en saillies peuvent aussi coïncider convenablement avec les nervures du chapeau qui entourent les têtes de vis. Dans le cas où deux bielles ou plus sont montées sur le même maneton de manivelle, alors les taquets en saillies peuvent être arrangés pour venir en contact l'un de l'autre sur les bielles adjacentes respectives. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés sur les figures suivantes: - la figure 1 montrant une vue latérale d'une bielle d'accouplement, - la figure 2 montrant une section longitudinale de la bielle d'accouplement avec la coquille de coussinets de la tête de bielle, - les figures 3, 4, 5 montrant des sections de la tige, - les figures 6, 7, 8, 9, 10 montrant des variantes de sections de tige. Conformément aux figures, la bielle d'accouplement comporte un corps pnncipal (1) avec un pied de bielle (5) et une grande extrémité (3) formant une partie de la tête de bielle, laquelle est complétée par un chapeau (2). Le chapeau (2) est fixé au corps principal (1) au moyen de vis (4) comme représenté, ou de boulons avec écrous, dont les axes longitudinaux (16) se rapprochent l'un de l'autre en direction du pied de bielle, et passent à proximité d'une nervure parallèlement à celle-ci, sur une partie substantielle de la longueur de la tige. Les trous (6) traversés par les vits, peuvent être fermés ou partiellement fermés à l'une de leurs extrémités. Les surfaces d'assemblage (14) entre le corps principal (1) et le chapeau (2) peuvent être usinées ou de préférence fracturées, et la direction de leurs plans de contact peuvent former différents angles avec l'axe central longitudinal de chaque vis. Bien que cela ne soit pas montré, les têtes de vis ou les écrous des boulons peuvent être suffisamment enfoncées dans le chapeau entre les nervures (12), de telle sorte que la longueur de la tige filetée selon son axe (16) mesurée depuis la surface inférieure de la vis ou la surface de l'écrou s'appuyant sur le chapeau jusqu'au plan perpendiculaire à l'axe (15) et dans lequel est situé l'axe (17), soit inféneure à un et quart ou de préférence à un ou encore de préférence à trois quarts du diamètre nominal du filetage de la vis ou de l'écrou, tout en ayant l'axe de la vis (16) restant à moins de ou au maximum à 85 % dans l'alésage de la grande ouverture de la tête de bielle. Une coquille de coussinet en forme d'arc ou un coussinet (11) est maintenu à l'intérieur de la tête de bielle au moyen du chapeau (2) et du boîtier (3) du corps principal (1). La longueur latérale des parois de I 'alésage de I 'ouverture de la tête, selon la direction de l'axe ( 17) de la tête de bielle, est telle que les bords des coquilles de coussinet en forme d'arc, ayant typiquement une épaisseur radiale inférieure à 5 No du diamètre de la grande ouverture, pénètrent sur moins de 60 %, ou de préférence dépassent ou s'étendent au-delà des parois de l'alésage sur une partie substantielle de leur circonférence, de préférence sur 40 % de la circonférence.A l'endroit où le guidage axial de la bielle dans la direction de l'axe longitudinal (17) de la tête est contrôlé par contact, intermittent ou autre, au moyen de l'axe de maneton, on prévoit une bosse ou des bosses latérales (12) au boîtier de tête de bielle connue sur les figures 1 et 2, et elles peuvent conventionnellement coincider avec les nervures du chapeau incluant les têtes de vis ou les écrous de boulons comme cela est représenté. Comme on le voit également en figure 1, deux nervures (7) forment une partie de la tige du corps principal, leurs extrémités extérieures reJoignent le contour extérieur de la tête de bielle et convergent l'une vers l'autre en un point compris entre les deux extrémités de la bielle puis divergent selon deux nervures (8) pour rejoindre la pied de bielle, lequel présente une section ( 15) dans le plan contenant les deux axes (17 et 18) comme le montre la figure 2, section ayant une partie centrale de tige épaisse (9) se rétrécissant en une partie plus fine (10) vers chaque extrémité de la bielle, tête (3) ou pied (5).La figure 3 montre une section (19) réalisée dans la partie centrale de la tige ayant un périmètre inférieur à celui des sections (20 et 21) réalisées plus près de chacune des extrémités de bielle et représentées respectivement en figures 4 et 5. Ainsi les prolongements des axes des vis (16) sont représentés passant près des nervures (7 et 8) et parallèles à celles-ci, sur une partie substantielle de la longueur de la tige. La figure 6 montre une variante des sections (90 etlou 21) dans laquelle la tige est formée de deux jambes sans partie centrale de liaison. Les figures 7 et 8 montrent un autre mode de réalisation de la partie centrale de la tige où les nervures latérales (7 et 8) de la tige et une partie (9) substantiellement large sont conservées. Les figures 9 et 10 montrent un autre mode de réalisation de la tige où existe une ou des ailettes (13) de part et d'autre ou tout autour du point de convergence-divergence des nervures (7 et 8). REVENDICATIONS 1. Bielle d'accouplement dans laquelle les boulons ou vis qui servent à assembler le chapeau de bielle au corps principal ont leurs prolongements d'axes médians longitudinaux se rapprochant l'un de l'autre vers le pied de bielle permettant ainsi de raccourcir les boulons ou vis et leurs boîtiers associés, sans qu'il soit nécessaire d'augmenter la distance des axes de vis par rapport aux parois de l'alésage de la tête de bielle. 2. Bielle selon la revendication 1, où la tige accouplant les deux ouvertures de la bielle, a une section transversale au plan de la bielle dont le périmètre est plus petit en un point de la partie centrale de la tige que celui d'une section plus proche des extrémités de la bielle, ceci entraînant une section, dans le plan contenant les axes des ouvertures de la bielle, d'épaisseur plus important dans la partie centrale de la tige et allant en diminuant vers chaque boîtier d'extrémité de bielle, et faisant ainsi qu'une partie substantielle de la tige a ses nervures proches et parallèles aux prolongements des axes des vis ou écrous, spécialement si les nervures sont conformées pour converger puis diverger le long de la tige. 3. Bielle d'accouplement dont la longueur des parois de l'alésage de la tête de bielle, dans la direction de l'axe de la tête de bielle, est telle que le bord du coussinet d'accouplement en arc de cercle ajusté dans l'ouverture pénètre de moins de 60 % de l'épaisseur radiale de la coquille de coussinet par rapport au bord de l'ouverture, ou se trouve noyé. 4. Bielle d'accouplement selon la revendication 3 ayant des taquets en saillie prévus pour le guidage de la bielle au moyen de l'axe de manivelle dans la direction axiale de la tête de bielle, lesquels peuvent coïncider avec des nervures du chapeau qui entourent une partie des têtes des vis ou des écrous. 5. Bielle d'accouplement selon la revendication 3 ayant le bord du coussinet d'accouplement en arc de cercle, ajusté dans l'ouverture, qui s'étend au-delà des parois de l'alésage sur une partie substancielle de leur circonférence. 6. Bielle d'accouplement selon la revendication 5 ayant le bord du coussinet d'accouplement en arc de cercle, ajusté dans l'ouverture, qui s'étend au-delà des parois de I'alésage sur 40 % de leur circonférence.