Brevet FR2872874A1 — publié le 20060113

Palier, notamment pour le guidage en rotation d'un organe tournant de moteur à combustion interne La présente invention concerne un palier, notamment pour s le guidage d'un organe tournant de moteur à combustion interne, tel qu'un arbre ou un vilebrequin. L'invention concerne plus particulièrement un palier du type comportant un corps, un chapeau complémentaire et des moyens de serrage du chapeau sur le corps qui comportent au io moins un organe de serrage par vissage dont une surface annulaire radiale de serrage coopère avec une surface annulaire d'appui d'une face externe du chapeau. On connaît de nombreux exemples de paliers de ce type, en particulier les paliers lisses à chapeau, ces pièces mécaniques bien connues étant destinées à supporter et à guider un organe tournant, tel qu'un arbre. Un chapeau est le plus souvent fixé au moyen de deux organes parallèles et opposés. Dans le cas d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, un tel palier est par exemple utilisé pour guider et 20 supporter les arbres d'équilibrage, l'arbre à cames ou encore le vilebrequin par l'intermédiaire de ses tourillons. Le palier subit en fonctionnement des contraintes mécaniques importantes, en particulier des efforts radiaux exercés par l'organe tournant qui sont orientés globalement verticalement en direction du chapeau sollicité en arrachement, ces efforts pouvant de plus être cycliques et non symétriques. Le palier doit donc être dimensionné et réalisé en un matériau approprié en fonction des contraintes propres à chaque type d'application. On a pu déterminer que, dans un tel palier, les efforts radiaux provoquent d'importantes contraintes mécaniques dans le chapeau du palier et qui sont particulièrement élevées dans la zone périphérique de la face externe du chapeau qui est adjacente aux surfaces annulaires d'appui des moyens de fixation dont l'effort de serrage est de sens opposé à ceux exercés par l'organe tournant sur le chapeau. Or la concentration de telles contraintes mécaniques dans ces zones périphériques provoque des problèmes de tenue en fatigue du chapeau, ainsi que des risques de plastification du matériau, notamment lors de la première utilisation en fonctionnement. Afin de résoudre ces problèmes, on connaît principalement deux solutions qui consistent d'une part à changer la ou les io matières utilisées pour réaliser le chapeau au profit d'autres matières ou alliages présentant de meilleures propriétés de tenue en fatigue et, d'autre part, à augmenter localement les sections dans les zones particulièrement sollicitées par les contraintes mécaniques. Ces solutions ne sont néanmoins pas satisfaisantes, notamment pour des raisons de coût. Dans le cas de la première solution, la mise en oeuvre de tels alliages provoque une augmentation importante du coût de réalisation du chapeau de palier et nécessite parfois une modification totale des moyens de production existants. La deuxième solution conduit à augmenter les coûts de fabrication du chapeau en augmentant la section, ainsi que le poids et l'encombrement général du chapeau. Dans le cas d'une utilisation dans un moteur à combustion, les recherches actuelles menées par les constructeurs automobiles tendent toutes inversement à une réduction du poids et à une plus grande compacité des moteurs. L'invention vise donc à remédier aux inconvénients susnommés et notamment à améliorer d'une manière générale la 30 fiabilité du chapeau de palier. Dans ce but l'invention propose un palier du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la face externe du chapeau comporte au moins une entaille de décharge des contraintes mécaniques qui s'exercent dans la face externe, notamment dans la zone périphérique qui est adjacente à la surface annulaire d'appui. De préférence, la position et la forme de l'entaille de décharge sont déterminées par calculs en fonction des applications, ainsi que des contraintes maximales s'exerçant dans le chapeau et en particulier dans la face externe du chapeau. Grâce aux entailles de décharge selon l'invention, on diminue sensiblement le niveau des contraintes s'exerçant dans chaque zone périphérique adjacente à la surface annulaire io d'appui des moyens de serrage ce qui permet d'améliorer la tenue en fatigue. De plus, on notera que la réalisation de telles entailles de décharge dans les zones périphériques sollicitées va à l'encontre des enseignements de l'état de la technique décrits précédemment selon lesquels, pour améliorer la tenue en fatigue, il est nécessaire pour un même matériau d'augmenter la section dans les zones sollicitées et non d'ôter de la matière. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: l'entaille de décharge est globalement de forme rectiligne; - l'entaille de décharge comporte au moins un arc de courbe dont la concavité est orientée vers la surface annulaire d'appui; - l'arc de courbe de l'entaille de décharge est un tronçon d'arc de cercle ou un tronçon d'ellipse; - l'entaille de décharge est centrée sur l'axe Y-Y de l'organe de serrage; - l'entaille de décharge est symétrique par rapport au plan passant par l'axe Y-Y de l'organe de serrage et orthogonal à l'axe 3o X-X du palier; - l'entaille de décharge est venue de matière par moulage ou par forgeage avec le chapeau; l'entaille de décharge est obtenue par usinage dans la face supérieure du chapeau; - la génératrice de l'entaille de décharge est globalement circulaire; - l'entaille de décharge est discontinue. L'invention propose aussi une bielle, caractérisé en ce que sa tête de bielle pour son montage sur un maneton du vilebrequin d'un moteur à combustion interne est réalisée sous la forme d'un palier selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la io compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face avec arrachement partiel d'un palier lisse dont le chapeau comporte, conformément à l'invention, des entailles de décharge des contraintes mécaniques; - la figure 2 est une vue de dessus suivant la flèche 2 du palier de la figure 1, avec arrachement de la tête de vis, qui illustre un premier exemple de réalisation d'entailles de décharge de forme rectiligne; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, qui illustre un deuxième exemple de réalisation d'une entaille de décharge des contraintes mécaniques en forme d'arc de courbe; - la figure 4 est une vue de face d'une bielle dont le chapeau de bielle comporte, conformément à l'invention, des entailles de décharges des contraintes mécaniques. Dans la description qui va suivre, des chiffres de références identiques, ou analogues, désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Par convention, on utilisera à titre non limitatif les termes "inférieur" ou "supérieur" et les directions "longitudinale", "transversale" ou "verticale" pour désigner respectivement des éléments ou des positions selon les définitions données dans la description et selon le trièdre (L, V, T) représenté sur les figures. On a représenté à la figure 1, un palier lisse 10 du type à chapeau , c'est-à-dire un palier réalisé en plusieurs parties par opposition au palier monobloc. Un tel palier 10 est essentiellement constitué par un corps 5 inférieur 12, un chapeau supérieur 14 et des moyens de serrage 16 du chapeau 14 sur le corps 12. Le palier 10 est traversé centralement par un organe tournant (non représenté) d'axe longitudinal coaxial à l'axe X-X du palier. Le palier 10 est ici représenté assemblé, c'est à dire avec le chapeau 14 rapporté solidairement sur le corps 12, ici par vissage. Le corps inférieur 12 a globalement une forme en U et comporte deux bras latéraux 18 s'étendant verticalement vers le haut et une âme centrale inférieure 20 s'étendant transversalement entre les parties inférieures des bras latéraux 18. Dans l'exemple illustré, le corps 12 se prolonge transversalement au-delà de la partie inférieure de chacun des bras latéraux 18 par un pied 22 de manière à former une semelle 24 permettant la fixation du palier 10 sur un élément de support 26 immobile par rapport à l'organe tournant. A cet effet, chaque pied de fixation 22 est susceptible d'être traversé verticalement par des moyens de fixation 28, tels que des vis, pour fixer le corps 12 sur l'élément de support 26. La face inférieure 30 du corps 12 coopère ainsi avec la face supérieure 32 de l'élément de support 26 et les faces d'appui 30, 32 s'étendent ici horizontalement, c'est à dire globalement parallèlement à l'axe X-X. De manière analogue, le chapeau supérieur 14 a aussi globalement une forme en U renversé complémentaire de celle du corps inférieur 12. Le chapeau 14 comporte ainsi deux bras latéraux 34 s'étendant verticalement vers le bas et une âme centrale supérieure 36 s'étendant transversalement entre les parties supérieures des bras latéraux 34. Le palier 10 comporte un alésage cylindrique interne 38 constitué respectivement par une première surface semi- s cylindrique 40 ouverte verticalement vers le haut que comporte la face supérieure 42 de l'âme centrale inférieure 20 du corps inférieur 12 et par une seconde surface semi- cylindrique 44 ouverte verticalement vers le bas que comporte la face inférieure 46 de l'âme centrale supérieure 36 du chapeau supérieur 14. io Avantageusement, les première et seconde surfaces semi cylindriques concaves 40, 44 constituant l'alésage cylindrique interne 38 appartiennent chacune à un coussinet 48 antifriction qui est destiné à être interposé radialement entre la surface cylindrique externe de l'organe tournant et les faces supérieure 42 du corps inférieur 12 et inférieure 46 du chapeau supérieur 14. Les coussinets 48 sont de préférence réalisés dans des matériaux ou des alliages à faible coefficient de frottement. Chacune des faces semi cylindriques supérieure 42 du corps 12 et inférieure 46 du chapeau 14 comportent, à ses extrémités transversales, un face horizontale, respectivement une face horizontale supérieure 50 pour chaque bras latéral 18 du corps inférieur 12 et une face horizontale inférieure 52 pour chaque bras latéral 34 du chapeau supérieur 14. Comme on peut le voir sur la figure 1, les faces horizontales supérieures 50 des bras 18 du corps 12 coopèrent avec les faces horizontales inférieures 52 complémentaires des bras 34 du chapeau 14 et déterminent des zones de liaison ou raccordement entre le corps 12 et le chapeau 14. Le chapeau supérieur 14 est ici rapporté solidairement sur le corps 12 par l'intermédiaire de deux organes de serrage qui sont ici des vis 54 d'axe vertical Y-Y. Chaque vis 54 comporte une tête supérieure 56 et un corps vertical 58 dont au moins la partie inférieure est filetée. Le corps vertical 58 est ainsi vissé dans un trou taraudé complémentaire 60 de manière à traverser verticalement les bras latéraux 34 du chapeau 14 et au moins une partie des bras 18 du corps 12 pour assurer la fixation de chacune de ces deux pièces. La tête supérieure 56 comporte une surface annulaire radiale inférieure de serrage 62 qui coopère avec une surface annulaire d'appui 64 en vis-à- vis appartenant à la face supérieure 66 du chapeau 12. Cette surface annulaire d'appui 64 est particulièrement io sollicitée par des contraintes mécaniques qui provoquent des problèmes de tenue en fatigue. La surface annulaire d'appui 64, sur laquelle la surface annulaire radiale de serrage 62 exerce un effort de serrage, est entourée par une zone 68, dite périphérique, globalement annulaire et adjacente à la surface annulaire d'appui 64. Conformément à l'invention, la face externe 66 du chapeau 14 comporte, au voisinage de chaque vis 54 au moins une entaille de décharge 70 des contraintes mécaniques qui s'exercent dans la face externe 66 du chapeau 14, en particulier dans la zone périphérique 68 de la face externe 66 qui est adjacente à la surface annulaire d'appui 64. La figure 2 représente un premier exemple de réalisation dans lequel chaque entaille de décharge 70 est globalement de forme rectiligne et traverse longitudinalement le chapeau 14 du palier 10 en débouchant dans chacune de ses faces verticales et transversales 72. La figure 3 représente un deuxième exemple de réalisation dans lequel l'entaille de décharge 70 comporte au moins un arc de courbe 74 dont la concavité est orientée vers la surface annulaire d'appui 64. Avantageusement, l'arc de courbe 74 de l'entaille de décharge 70 est un tronçon d'arc de cercle, en variante un tronçon d'ellipse. L'arc de courbe 74 de l'entaille de décharge 70 est de préférence centré sur l'axe Y-Y de la vis 54 et l'entaille de décharge 70 présente une symétrie par rapport au plan vertical passant par l'axe Y-Y et orthogonal à l'axe X-X. Selon les applications, l'entaille de décharge 70 est venue de matière par moulage ou par forgeage avec le chapeau 14 ou avantageusement obtenue par usinage dans la face externe 66 du chapeau 14. Dans le cas d'une réalisation par usinage, la génératrice io de l'entaille de décharge 70 est de préférence globalement circulaire de manière que l'entaille 70 présente en section selon un plan de coupe vertical un profil en arc de cercle. En variante, l'entaille de décharge 70 est discontinue, c'est-à-dire que la face externe 66 comporte une pluralité 15 d'entailles de décharge 70 pour chaque vis 54. La figure 4 représente une bielle 76 de type conventionnel destinée à transformer dans un moteur à combustion interne le mouvement de translation d'un piston (non représenté) en un mouvement de rotation du vilebrequin (non représenté). La bielle 76 comporte une tête de bielle 78 pour son montage sur un maneton du vilebrequin, un pied de bielle 80 pour son montage avec le piston et un corps de bielle 82 d'étend verticalement et relie la tête 78 au pied 80. La partie supérieure du corps de bielle 82 est conformée 25 de manière analogue au corps 12 du palier 10 décrit précédemment. La tête de bielle 78 est avantageusement réalisée sous la forme d'un chapeau 14 de palier 10 selon l'invention et comporte ainsi dans sa face externe 66 des entailles de décharge 70 des contraintes mécaniques s'exerçant notamment dans la zone périphérique 68 adjacente à la surface annulaire d'appui 64 avec laquelle coopère la surface annulaire radiale de serrage 62 des vis 54. Avantageusement, l'entaille de décharge 70 est traitée de manière physicochimique de manière à renforcer la tenue à la fatigue du chapeau 14 de palier 10 ou de bielle 76. En variante, les deux vis 54 constituant les organes de 5 serrage 54 du chapeau 14 et du corps 12 sont remplacées par une tige filetée et un écrou. En variante, l'entaille de décharge 70 est globalement circulaire, de préférence centrée sur l'axe vertical Y-Y des organes de serrage 54, et entoure de manière continue ou io discontinue la surface annulaire d'appui 64. lo REVENDICATIONS 1. Palier (10), notamment pour le guidage en rotation d'un organe tournant de moteur à combustion interne, du type comportant un corps (12), un chapeau (14) complémentaire et des moyens (16) de serrage du chapeau (14) sur le corps (12) qui comportent au moins un organe de serrage (54) par vissage dont une surface annulaire radiale (62) de serrage coopère avec une surface annulaire d'appui (64) d'une face externe (66) du chapeau io (14), caractérisé en ce que la face externe (66) du chapeau (14) comporte au moins une entaille de décharge (70) des contraintes mécaniques qui s'exercent dans la face externe (66), notamment dans la zone périphérique (68) qui est adjacente à la surface annulaire d'appui (64). 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entaille de décharge (70) est globalement de forme rectiligne. 3. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entaille de décharge (70) comporte au moins un arc de courbe (74) dont la concavité est orientée vers la surface annulaire d'appui (64). 4. Palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arc de courbe (74) de l'entaille de décharge (70) est un tronçon d'arc de cercle ou un tronçon d'ellipse. 5. Palier selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé 25 en ce que l'entaille de décharge (70) est centrée sur l'axe Y-Y de l'organe de serrage (54). 6. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entaille de décharge (70) est symétrique par rapport au plan passant par l'axe Y-Y de l'organe de serrage (54) et orthogonal à l'axe X-X du palier (10). 7. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entaille de décharge (70) est venue de matière par moulage ou par forgeage avec le chapeau (14). 8. Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'entaille de décharge (70) est obtenue par usinage dans la face supérieure (66) du chapeau (14). 9. Palier selon la revendication 8 prise en combinaison 5 avec la revendication 5, caractérisé en ce que la génératrice de l'entaille de décharge (70) est globalement circulaire. 10. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entaille de décharge (70) est discontinue. l0 11. Bielle (76), caractérisé en ce que sa tête de bielle (78) pour son montage sur un maneton du vilebrequin d'un moteur à combustion interne est réalisée sous la forme d'un palier (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.