Brevet FR2913720A1 — publié le 20080919

Arbre à cames La présente invention concerne un arbre à cames, du type comportant - un corps d'arbre qui définit un axe central, - au moins une première came fixée sur le corps d'arbre, - une bague intérieure d'un roulement définissant une piste de roulement pour des corps de roulement. Elle s'applique notamment aux arbres à cames de moteurs thermiques. On connaît du document DE 102 05 540 un arbre à cames de ce type. L'arbre à cames comporte un corps de base 18 en forme de tube sur lequel sont fixées deux cames 101, 101'. Un roulement à aiguilles est enfilé librement entre les cames sur le corps de base 18. La fixation de ces composants est effectuée par une expansion radiale plastique du corps de base en forme de tube. Cet arbre à cames a un coût de fabrication élevé, étant donné que les tolérances de fabrication du roulement à aiguilles doivent être étroites afin de permettre la fixation par expansion radiale du tube. L'invention a pour but de permettre une fabrication économique d'un arbre à cames du type indiqué. A cet effet, l'invention a pour objet un arbre à cames tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que la bague intérieure est une douille en tôle emboutie ou roulée et soudée. Selon des modes particuliers de réalisation, l'arbre à cames comporte les caractéristiques suivantes : - la douille est en tôle emboutie à froid ; -la douille est en acier à faible teneur en carbone, notamment contenant 25 au maximum 0,2% en C en poids ; - la douille est en acier à ressort ; la douille est durcie en surface, notamment traitée à chaud ; - la douille est fixée sur le corps d'arbre par ajustement serrée, notamment sertie à chaud ou par emmanchement à force ; 30 - la douille comprend au moins une collerette qui est dirigée radialement vers l'extérieur et qui est disposée à l'une des extrémités axiales de la douille ; - le corps d'arbre est en un acier ayant une dureté inférieure à la dureté de la douille, la dureté du corps d'arbre étant de préférence inférieure à 55 Rockwell C; -le corps d'arbre a une section transversale pleine ou creuse ; - l'arbre à cames comprend au moins une deuxième came fixée sur le corps d'arbre, et la douille s'étend axialement sur tout l'espace entre les deux cames ; -l'arbre à cames comprend une pluralité de corps de roulement, notamment des aiguilles de roulement, disposés sur la piste de roulement ; l'arbre à cames comprend une cage de maintien qui est une cage ouverte et adaptée pour être montée sur la douille radialement par rapport à l'axe central du corps d'arbre ; - l'arbre à cames comprend une cage de maintien qui est une cage fermée adaptée pour être montée exclusivement axialement sur le corps d'arbre ; - la longueur axiale LP de la piste de roulement est d'au moins 1,05 fois la longueur de contact LC des aiguilles de roulement sur la piste de roulement ; et - l'arbre à cames comprend une bague extérieure entourant les corps de roulement et muni d'au moins une collerette dirigée radialement vers l'intérieur et adaptée pour retenir axialement les corps de roulement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un arbre à cames selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue en coupe selon la ligne Il-II de la Figure 1 ; - la Figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un arbre à cames selon une première variante de l'invention ; - la Figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un arbre à cames selon une deuxième variante de l'invention ; et - la Figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un arbre à cames selon une troisième variante de l'invention. La Figure 1 montre un arbre à cames selon l'invention, désigné par la référence générale 2. L'arbre à cames 2 comporte un corps d'arbre 4 sur lequel sont fixées deux cames 6, 8 et un roulement à aiguilles 10. Le corps d'arbre 4 s'étend selon un axe central X-X et est de forme générale cylindrique. Dans ce qui suit, les expressions axialement et radialement seront utilisées par rapport à l'axe X-X. Le corps d'arbre 4 définit un tronçon de corps 12 sur lequel sont fixés les cames 6 et 8 et le roulement à aiguilles 10. Ce tronçon de corps 12 est de forme cylindrique à section circulaire autour de l'axe X-X. Le tronçon de corps 12 a une section transversale pleine sur toute sa longueur axiale, c'est-à-dire qu'il ne comporte pas de cavités. En variante, le corps d'arbre 4 comprend un tube en acier sans cordons de soudure. En variante encore, le corps d'arbre comprend un tube soudé en acier. Le corps d'arbre 4 est en un acier ayant une dureté inférieure à la dureté de la douille 16A (voir ci-après). La dureté du corps d'arbre 4 étant de préférence inférieure à 55 Rockwell C . Chacune des cames 6 et 8 délimite une surface radialement intérieure cylindrique 14 par laquelle elle s'applique sur le tronçon de corps 12. Les cames 6 et 8 sont fixées sur le corps d'arbre 4 par friction, par exemple par sertissage à chaud. En variante, les cames 6,8 sont fixées au corps d'arbre 4 par déformation plastique de celui-ci ou par soudage, par exemple par soudage à résistance, à arc ou au LASER. Les deux cames 6 et 8 s'étendent à une distance axiale D l'une de l'autre. Le roulement à aiguilles 10 est munie d'une bague intérieure 16, d'une pluralité de corps de roulement, en l'occurrence des aiguilles 18, d'une cage de maintien 20 des aiguilles 18 ainsi que d'une bague extérieure 22. En variante, la cage de maintien 20 peut être omise. La bague intérieure 16 définit une piste de roulement 24 intérieure sur laquelle roulent les aiguilles 18. Cette piste de roulement 24 intérieure a une longueur axiale LP. La bague intérieure 16 est constituée d'une douille 16A en tôle emboutie qui est fixée sur le corps d'arbre 4 par ajustement serré, donc par friction, entre une surface intérieure de la douille 16A et une surface extérieure du corps d'arbre 4. La douille 16A est fixée notamment par un sertissage à chaud ou par emmanchement à froid. La douille 16A est de préférence en tôle fabriquée en acier à faible teneur en carbone et faiblement allié. Elle est obtenue par emboutissage à froid et peut être obtenue par une étape supplémentaire d'estampage. De plus, après emboutissage, au moins la surface de roulement 24 de la douille 16A est durcie. A cet effet, la douille 16A est thermiquement et/ou chimiquement traitée. En particulier, la douille 16A est de préférence cémentée ou carbonitrurée. Selon d'autres procédés de durcissement la douille est trempée, et/ou revenue. La dureté de la douille à sa surface, après durcissement, est de préférence d'au moins 58 Rockwell C. Des types d'acier utilisables pour la douille 16A comprennent des aciers contenant au maximum 0,2% en C en poids. En variante, l'acier de la douille 16A est un acier à ressort. Dans ce cas, le traitement thermique de la douille est raccourci par rapport au traitement thermique nécessaire d'une douille 16A par exemple en St4, et est ainsi plus économique. La douille 16A en acier à ressort peut être trempée afin de durcir la surface de roulement 24. Une fois emboutie et durcie, la douille 16A peut être tournée et/ou rectifiée afin d'obtenir les dimensions et /ou la rugosité prescrites. La douille 16A a une forme exclusivement cylindrique, c'est-à-dire ses extrémités sont démunies de collerette radiale. Chacune des deux extrémités axiales comporte un chanfrein extérieur 25A facilitant l'assemblage du roulement. Chacune des deux extrémités axiales comporte aussi un chanfrein intérieur 25B facilitant le montage de la douille 16A sur le corps d'arbre 4. La longueur axiale de la douille 16A est référencée L. Les aiguilles de roulement 18 ont une longueur de contact LC avec la piste de roulement 24. La longueur axiale LP de la piste intérieure 24 est au moins 1,05 fois la longueur axiale LC, de telle sorte que la bague extérieure 22, les aiguilles 18 et la cage de maintien 20 peuvent être déplacées axialement sur la bague intérieure 16 tout en garantissant le bon fonctionnement du roulement 10. Egalement, la longueur axiale LP de la bague intérieure 16 est inférieure à la distance D des cames 6, 8 et la bague intérieure 16 est espacée de chacune des cames 6, 8. La cage de maintien 20 des aiguilles est une cage fermée adaptée pour être montée exclusivement axialement sur le corps d'arbre 4 et sur la douille 16A. En variante non représentée, la cage de maintien des aiguilles est une cage ouverte et est adaptée pour être montée sur la douille radialement par rapport à l'axe X-X du corps d'arbre 4. La bague extérieure 22 comporte deux collerettes radialement intérieures 26 qui maintiennent les aiguilles 18 et la cage 20 par rapport à cette bague 22. Le montage de l'arbre à cames 2 est effectué de la manière suivante : Dans tous les cas, tout d'abord la première came 6 est montée sur le corps d'arbre 4 et est fixée sur celui-ci. Ensuite, la douille 16A est montée sur le corps d'arbre 4. Selon une première possibilité, la douille 16A est chauffée et est enfilée soit librement, soit à force à l'état chaud sur le corps d'arbre 4. Lors du refroidissement de la douille 16A, celle-ci se rétrécit, s'applique sur la surface extérieure du corps d'arbre 4 et est ainsi sertie. Selon une deuxième possibilité, la douille 16A et le corps d'arbre 4 forment une paire de tolérances à ajustement serrée. La bague intérieure 16 est dans ce cas axialement emmanchée à force sur le corps d'arbre 4. Ensuite, la cage de maintien 20, portant les aiguilles 18, et la bague extérieure 22 sont enfilées axialement sur la bague intérieure 16. De préférence, les aiguilles 18, la bague de maintien 20 et la bague extérieure 22 sont un roulement du type HK. Puis la deuxième came 8 est fixée sur le corps d'arbre 4. Sur la Figure 3 est représentée une variante de l'arbre à cames de la Figure 1, qui diffère de cet arbre à cames uniquement par ce qui suit. Les éléments analogues portent les mêmes références. La bague intérieure 16 est une douille 16A emboutie ayant une longueur axiale L qui est identique à la distance D entre les deux cames 6, 8. En conséquence, les deux extrémités de la bague intérieure 16 butent contre les parois latérales des cames 6, 8. Ainsi, la bague intérieure 16 forme une entretoise de positionnement pour les cames 6, 8. Selon une deuxième variante représentée à la Figure 4, la bague intérieure 16 est constituée d'une douille 16A qui comporte à l'une de ses extrémités une collerette 28 s'étendant radialement à l'extérieur formant une butée de retenue axiale pour les aiguilles 18 ou la cage 20. L'autre extrémité de la bague intérieure 16 est cylindrique. La bague extérieure 22 est une douille comprenant une collerette 26 dirigée radialement vers l'intérieur située à l'extrémité opposée de l'extrémité de la douille intérieure 16A portant la collerette extérieure 28. Cette collerette 26 retient axialement les aiguilles de roulement 18. L'autre extrémité de la bague extérieure 22 est munie d'une collerette radialement extérieure. Selon une troisième variante, représentée à la Figure 5, la bague extérieure 22 est une douille exclusivement cylindrique sans collerette s'étendant radialement à l'intérieur, ni à l'extérieur. La douille intérieure 16A comporte à ses deux extrémités une collerette radialement extérieure Par rapport à un arbre à cames muni d'aiguilles de roulement s'appliquant directement sur la surface du corps d'arbre, l'arbre à cames selon l'invention présente l'avantage que la douille 16A emboutie est facile à fabriquer et à durcir. De plus, le corps d'arbre selon l'invention n'a pas besoin d'être traité et peut être en un acier économique. l0 D'une manière générale, l'épaisseur de paroi de la douille 16A est choisie entre 0,7mm et 1,5mm. Le diamètre des aiguilles 18 est choisi entre 1,5mm et 2,5mm. REVENDICATIONS 1.- Arbre à cames (2), du type comportant - un corps d'arbre (4) qui définit un axe central (X-X), - au moins une première came (6) fixée sur le corps d'arbre (4), - une bague intérieure (16) d'un roulement définissant une piste de roulement (24) pour des corps de roulement (18), caractérisé en ce que la bague intérieure (16) est une douille (16A) en tôle emboutie ou roulée et soudée. 2.- Arbre à cames selon la revendication 1, caractérisé en ce que la douille (16A) est en tôle emboutie à froid. 3.- Arbre à cames selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la douille (16A) est en acier à faible teneur en carbone, notamment contenant au maximum 0,2% en C en poids. 4.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la douille (16A) est en acier à ressort. 5.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la douille (16A) est durcie en surface, notamment traitée à chaud. 6.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la douille (16A) est fixée sur le corps d'arbre (4) par ajustement serrée, notamment sertie à chaud ou par emmanchement à force. 7.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la douille (16A) comprend au moins une collerette (28) qui est dirigée radialement vers l'extérieur et qui est disposée à l'une des extrémités axiales de la douille. 8.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps d'arbre (4) est en un acier ayant une dureté inférieure à la dureté de la douille (16A), la dureté du corps d'arbre (4) étant de préférence inférieure à 55 Rockwell C. 9.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps d'arbre (4) a une section transversale pleine ou creuse. 10.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une deuxième came (8) fixée sur le corps d'arbre (4), et en ce que la douille (16A) s'étend axialement sur tout l'espace entre les deux cames (6, 8). 11.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de corps de roulement, notamment des aiguilles de roulement (18), disposés sur la piste de roulement (24). 12.- Arbre à cames selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une cage de maintien qui est une cage ouverte et adaptée pour être montée sur la douille (16A) radialement par rapport à l'axe central (X-X) du corps d'arbre. 13.- Arbre à cames selon la revendication 11, caractérisé en ce qu qu'il comprend une cage de maintien (20) qui est une cage fermée adaptée pour être montée exclusivement axialement sur le corps d'arbre (4). 14.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la longueur axiale (LP) de la piste de roulement (24) est d'au moins 1,05 fois la longueur de contact (LC) des aiguilles de roulement (18) sur la piste de roulement (24). 15.- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend une bague extérieure (22) entourant les corps de roulement et muni d'au moins une collerette (26) dirigée radialement vers l'intérieur et adaptée pour retenir axialement les corps de roulement.