Brevet FR2939856A1 — publié le 20100618

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ARBRE, ARBRE AINSI FABRIQUE ET MOTEUR EQUIPE DE CET ARBRE [0001 ] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un arbre ainsi que 5 l'arbre fabriqué à partir de ce procédé. L'invention a également pour objet un moteur équipé de cet arbre. [0002] En particulier, l'invention concerne des arbres équipés d'une roue s'étendant radialement autour de la périphérie de l'arbre, cette roue étant fixée sans aucun degré de liberté sur l'arbre, d'un pignon libre en rotation autour de 10 l'arbre, et, d'une couche en matériau souple coincée entre le pignon et la roue, ce matériau ayant un module de Young au moins cinq fois inférieur à celui du matériau utilisé pour réaliser l'arbre. [0003] Ces arbres sont par exemple utilisés en tant qu'arbres d'équilibrage d'un moteur à combustion interne. En effet, les efforts dus aux combustions dans les 15 cylindres, et l'inertie des pièces en mouvement, provoquent des vibrations et des bruits que l'on recherche à réduire par l'utilisation d'arbres d'équilibrage. Couramment, on utilise deux arbres d'équilibrage entraînés en rotation en sens contraire par le vilebrequin. Les caractéristiques massiques et géométriques de ces arbres et leurs vitesses de rotation, sont déterminées pour compenser les 20 effets des efforts induits sur les différents éléments du moteur suite au déplacement alternatif des pistons. [0004] Par ailleurs, le couple et la vitesse instantanée du vilebrequin ne sont pas constants sur un tour, ce phénomène étant inhérent au fonctionnement classique de ces moteurs. Ces variations peuvent se répercuter sur les arbres 25 d'équilibrage en transmettant à ceux-ci un couple de torsions variables pouvant occasionner des bruits ou des vibrations préjudiciables au moteur. Pour absorber ces brusques variations de couple, le vilebrequin entraîne en rotation le pignon libre. Le couple du pignon libre est donc transmis à l'arbre d'équilibrage par l'intermédiaire de la couche en matériau souple puis de la roue 30 fixe. La couche en matériau souple coincée entre la roue fixe et le pignon libre permet d'absorber ces vibrations et donc de découpler dynamiquement les arbres d'équilibrage du vilebrequin. [0005] Par contre, la fabrication d'un tel arbre n'est pas simple car elle nécessite la fabrication dans un premier temps de la couche en matériau souple puis, dans un second temps, son assemblage entre le pignon et la roue. [000s ] L'invention vise à simplifier le procédé de fabrication de ces arbres. [0007] Elle a donc pour objet un procédé de fabrication d'un arbre comprenant l'immobilisation du pignon et de la roue l'un en face de l'autre à l'intérieur d'un moule, et le moulage de la couche en matériau souple entre la roue et le pignon pour solidariser le pignon et la roue. [0008] Le procédé ci-dessus permet d'éviter de fabriquer dans un premier temps la couche en matériau souple puis, dans un second temps, de venir coincer cette couche entre le pignon et la roue. Au contraire, ce procédé permet en une seule étape de fabriquer la couche en matériau souple et de la coincer entre le pignon et la roue. Ce procédé permet donc d'éviter une étape d'assemblage de la couche en matériau souple entre le pignon et la roue. [0009] Dans une variante, le procédé comprend l'assemblage sur l'arbre, en une seule étape, de l'ensemble formé du pignon et de la roue solidarisés par la couche en matériau souple moulée. Cette variante permet d'accélérer la fabrication de l'arbre. [0010 ] Dans une variante du procédé, l'assemblage est réalisé par frettage de la 20 roue sur l'arbre ce qui permet d'obtenir simplement et rapidement un assemblage sans aucun degré de liberté. [0011 ] La présente invention a également pour objet un arbre équipé d'une roue s'étendant radialement autour de la périphérie de l'arbre, cette roue étant fixée sans aucun degré de liberté sur l'arbre, d'un pignon libre en rotation autour de 25 l'arbre, d'une couche en matériau souple coincée entre le pignon et la roue, ce matériau ayant un module de Young au moins cinq fois inférieur à celui du matériau utilisé pour réaliser l'arbre dans lequel l'arbre est obtenu par le procédé de fabrication ci-dessus. [0012 ] Dans une variante, le pignon et la roue comprennent des faces en vis-à- 30 vis entre lesquelles est coincée la couche en matériau souple, au moins une cavité étant aménagée dans au moins l'une de ces faces et le matériau souple remplissant cette cavité. . Cette cavité permet d'accroître l'accroche de la couche en matériau souple sur les faces du pignon et de la roue [0013 ] Dans une variante, le pignon et la roue comprennent des faces en vis-à-vis entre lesquelles est coincée la couche en matériau souple, ces faces en vis- à-vis s'éloignant ou se rapprochant l'une de l'autre au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'arbre pour augmenter la surface de contact entre ces faces et la couche en matériau souple, ce qui augmente l'accroche de cette couche sur ces faces [0014 Dans une variante, l'arbre est un arbre d'équilibrage d'un moteur à 10 combustion. [0015 ] Dans une variante, le matériau souple est un matériau élastomère ce qui permet un amortissement efficace des vibrations. [001 s Enfin, l'invention a également pour objet un moteur à combustion comportant l'arbre d'équilibrage ci-dessus. 15 [0017 ] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins : • la Figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion pourvu d'arbres d'équilibrage, 20 • la Figure 2 est une illustration schématique et en coupe transversale d'une extrémité d'engrenage d'un arbre d'équilibrage du moteur à combustion de la Figure 1, • la Figure 3 est une illustration schématique et en coupe transversale d'un moule permettant de réaliser par moulage la couche en matériau souple 25 coincée entre le pignon et la roue, et • la Figure 4 est un organigramme d'un procédé de fabrication de l'arbre d'équilibrage du moteur à combustion de la Figure 1. [oois ] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. 30 [0019 ] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [0020] La Figure 1 représente un véhicule 2, tel qu'un véhicule automobile, équipé d'un moteur à combustion interne 4. [0021 ] Pour simplifier la Figure 1, seules les pièces utiles à la compréhension de l'invention ont été représentées. [0022] Le moteur 4 comprend un vilebrequin 8 entraîné en rotation par les mouvements des pistons du moteur. La rotation de ce vilebrequin 8 permet d'entraîner en rotation les roues motrices du véhicule 2 par l'intermédiaire de mécanismes non représentés. Sur la Figure 1, seule une roue motrice 10 a été représentée. [0023] Une couronne dentée 12 est fixée sans aucun degré de liberté en rotation sur le vilebrequin 8. Par exemple, cette couronne 12 est frettée sur le vilebrequin 8. [0024] Le moteur 4 comprend également deux arbres 14 et 16 d'équilibrage entraînés en rotation par l'intermédiaire de la couronne 12. Plus précisément, l'arbre 14 comprend un pignon 18 monté libre en rotation autour de l'axe de révolution de l'arbre 14. Le pignon 18 est denté et les dents du pignon 18 s'engrènent dans les dents de la couronne 12 de manière à ce que le pignon 18 soit entraîné en rotation par la couronne 12. [0025] Le pignon 18 est mécaniquement raccordé à une roue 20 par 20 l'intermédiaire d'une couche 22 en matériau souple. Sur la Figure 1, la couche 22 est représentée sous la forme de ressorts. [0026] La roue 20 est une roue dentée fixée sans aucun degré de liberté en rotation sur l'arbre 14. [0027] La couche 22 est coincée entre le pignon 18 et la roue 20 de manière à 25 transmettre le couple du pignon 18 à la roue 20 tout en amortissant les variations de couple que peuvent engendrer des vibrations de l'arbre 14. [0028] A cet effet, la couche 22 est réalisée dans un matériau dont le module de Young est au moins cinq fois inférieur à celui de l'arbre 14. A titre d'indication, l'arbre 14 et la roue 20 sont typiquement réalisés en acier. De préférence, la 30 couche 22 est réalisée dans un matériau élastomère tel que du caoutchouc. L'élasticité de la couche 22 est choisie de manière à optimiser l'amortissement de certaines vibrations dues aux variations de couple subies par le pignon 18 aux fréquences correspondant aux fréquences excitées par le vilebrequin. [0029] L'arbre 14 comprend également des balourds déterminés pour compenser les effets des efforts induits sur les différents éléments du moteur suite aux déplacements alternatifs des pistons. Sur la Figure 1, seuls deux balourds 24 et 26 ont été représentés. [0030] La roue 20 entraîne en rotation une roue dentée 28 fixée sans aucun degré de liberté en rotation sur l'arbre 16. L'arbre 16 comprend également des balourds destinés à compenser les effets des efforts induits sur les différents éléments du moteur suite aux déplacements alternatifs des pistons. Seuls deux balourds 30 et 32 de l'arbre 16 ont été représentés. [0031 ] La Figure 2 représente plus en détail l'extrémité de l'arbre 14 comportant le pignon 18 et la roue 20. Sur cette Figure 2, l'axe de révolution de l'arbre 14 est représenté par une ligne en traits discontinus 40. [0032] L'arbre 14 comprend un patin antifriction 42 monté le long de sa périphérie extérieure. Ce patin est fixé sans aucun degré de liberté à l'arbre 14. Le pignon 18 est monté libre en rotation sur ce patin 42. A cet effet, le pignon 18 est percé en son centre par un trou dont la périphérie intérieure glisse sur la périphérie extérieure du patin 42. Le patin 42 comprend également un épaulement 44 servant de butée pour le pignon 18. Cet épaulement 44 empêche le déplacement en translation du pignon 18 le long de l'axe 40 dans une direction qui l'éloignerait de la roue 20. [0033] Le pignon 18 et la roue 20 comportent, respectivement, des faces 46 et 48 en vis-à-vis. Ces faces 46 et 48 s'éloignent l'une de l'autre au fur et à mesure que l'on s'éloigne vers l'extérieur, c'est-à-dire que l'on s'éloigne de l'axe 40. Cet éloignement des faces 46 et 48 permet d'augmenter la surface de contact du pignon 18 et de la roue 20 avec la couche 22. Cela améliore l'accroche de la couche 22 sur le pignon 18 et la roue 20. [0034] Ces faces 46 et 48 comportent également des cavités. Sur la Figure 2, 30 seules deux cavités 50 et 52 ont été représentées. [0035] La couche 22 est directement en contact d'un côté sur la face 46 et de l'autre côté sur la face 48. De plus, la couche 22 remplit les cavités 50 et 52. Les cavités améliorent donc l'accroche de la couche 22 sur les faces 46 et 48. La couche 22 est séparée de l'arbre 14 par un espace creux 54. Ainsi, la couche 22 n'est pas directement en contact avec l'arbre 14. [0036] En s'éloignant de l'axe 40, la couche 22 ne s'étend pas au-delà du fond 5 des dents des pignons 18 et 20. [0037] Enfin, sur la Figure 2, l'arbre 14 comprend un balourd, tel que le balourd 24, représenté sous la forme d'un excédent de matière excentré d'un seul côté de l'arbre 14 par rapport à l'axe 40. Ce balourd 24 sert ici également de butée pour le pignon 18 de manière à empêcher sa translation dans une 10 direction qui l'éloigne de la roue 20. [0038] La Figure 3 représente un moule 60 permettant de réaliser l'ensemble composé du pignon 18, de la couche 22 et de la roue 20. Plus précisément, ce moule 60 est conçu pour permettre le moulage de la couche 22 directement entre les faces 46 et 48 du pignon 18 et de la roue 20. Ici, la couche 22 étant 15 réalisée en matériau élastomère, le moule 60 permet le moulage de la couche 22 par injection de matériau élastomère entre le pignon 18 et la roue 20. A cet effet, le moule est composé de plusieurs parties. [0039] Par exemple, le moule 60 comprend deux coquilles 62 et 64. La coquille 62 est destinée à recevoir le pignon 18 et à l'immobiliser en rotation. A cet effet, 20 la coquille 62 comprend une projection circulaire 64 dont le diamètre extérieur correspond exactement au diamètre intérieur du pignon 18. Cette projection 64 permet donc de recevoir et de centrer le pignon 18 dans le moule. [0040 ] De plus, le pignon 18 comprend un logement 66 destiné à recevoir une broche 70. En vis-à-vis de ce logement 66, la coquille 62 comprend un trou 25 traversant 68 pour le passage de la broche 70. Lorsque la broche 70 est insérée dans le trou 68 et dans le logement 66, elle immobilise en rotation le pignon 18 autour de la projection circulaire 64 assurant ainsi le phasage entre les deux pignons indispensable pour le bon fonctionnement du moteur. [0041 ] La projection 64 se prolonge par une autre projection circulaire 72 dont le 30 diamètre extérieur correspond exactement au diamètre intérieur de la roue 20. Ces projections 64 et 72 sont séparées l'une de l'autre par un épaulement 74 qui sert de butée pour retenir la roue 20 en position lorsque celle-ci est insérée autour de la projection circulaire 72. La position de l'épaulement 74 détermine l'épaisseur de la couche 22. [0042 ] La coquille 64 est destinée à recevoir la roue 20 et à l'immobiliser en rotation autour de la projection 72. A cet effet, la roue 20 comprend un logement 78 destiné à recevoir une broche 80. La coquille 64 comprend un trou traversant 82 disposé en vis-à-vis du logement 78 pour permettre le passage de la broche 20. Lorsque la broche 20 est insérée dans le trou 82 et le logement 78, celle-ci immobilise en rotation la roue 20. [0043] Enfin, les faces en vis-à-vis des coquilles 62 et 64 sont utilisées pour coincer une cale 82. La cale 82 délimite la périphérie extérieure de la couche 22 à mouler. De plus, ici, cette cale 82 incorpore des buses 84 pour l'injection du matériau polymère entre le pignon 18 et la roue 20 lors du moulage de la couche 22. [0044] Les coquilles 62 et 64 et la cale 82 sont solidarisées les unes aux autres à l'aide des moyens de fixation tels que des boulons et des écrous. Sur la Figure 3, seul un boulon 86 et un écrou 88 ont été représentés à titre d'illustration. [0045] Le procédé de fabrication de l'arbre 14 va maintenant être décrit plus en détail en regard de la Figure 4. [0046] Initialement, lors d'une étape 90, le pignon 18 est placé dans la coquille 62 dans la position représentée sur la Figure 3. Ensuite, dans cette position, lors d'une étape 92, le pignon 18 est immobilisé en rotation à l'aide de la broche 70. Lors d'une étape 94, la cale 82 est disposée au-dessus de la coquille 62 dans la position représentée sur la Figure 3. [0047] Lors d'une étape 96, la roue 20 est disposée autour de la projection 72. [0048] En fin, lors d'une étape 98, la coquille 64 est disposée au-dessus de la roue 20 pour refermer le moule 60. Lors de l'étape 98, la broche 80 est insérée dans le trou 82 et le logement 78 pour immobiliser en rotation la roue 20. [0049] Lors d'une étape 100, les coquilles 62, 64 et la cale 82 sont solidarisées 30 les unes aux autres à l'aide de boulons et d'écrous. [0050] Une fois le moule refermé, lors d'une étape 102, la couche 22 est moulée entre les faces 46 et 48 du pignon 18 et de la roue 20. Plus précisément, lors de cette étape 102, le matériau élastomère est injecté par l'intermédiaire des buses 84. Cette injection est typiquement réalisée sous pression. [0051 ] Le matériau ainsi injecté vient donc remplir les cavités 50 et 52. [0052] Ensuite, lors d'une étape 104, l'ensemble formé par le pignon 18, la couche 22 et la roue 20 est démoulé. Par exemple, lors de cette étape 104, les coquilles 62, 64 et la cale 82 sont désolidarisées les unes des autres. [0053] On obtient donc un ensemble composé du pignon 18, de la couche 22 et de la roue 20. Dans cet ensemble démoulé, le pignon 18 est mécaniquement solidarisée à la roue 20 par l'intermédiaire de la couche 22. Cet ensemble démoulé forme donc une seul bloc qui est manipulé d'un seul tenant. [0054] Ensuite, on procède à une étape 106 d'assemblage de l'ensemble démoulé lors de l'étape 104 sur l'arbre 14. Lors de cette étape 106, l'ensemble démoulé est fixé sans aucun degré de liberté en rotation sur l'arbre 14 par l'intermédiaire de la roue 20. Par exemple, la roue 20 est fixée sur l'arbre 14 par frettage. Ainsi, à l'issue de l'étape 106, on obtient l'extrémité de l'arbre représentée plus en détail sur la Figure 2. [0055] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, pour réaliser la couche 22, d'autres matériaux que des matériaux polymères sont possibles. Par exemple, dans le cas où la roue 20 et l'arbre 14 sont en acier, la couche 22 peut être réalisée en aluminium car l'aluminium présente un module de Young au moins cinq fois inférieur à celui de l'acier. De façon plus générale, et de préférence, le matériau choisi pour réaliser la couche 22 présentera un module de Young au moins vingt fois inférieur à celui du matériau constituant l'arbre 14. [0056] Lorsque le matériau utilisé pour réaliser la couche 20 n'est pas un matériau moulable par injection, le moule 60 est adapté en conséquence. Par exemple, dans le cas de l'aluminium, le moule 60 pourrait être réalisé en sable destiné à être brisé après utilisation. [0057] Dans un autre mode de réalisation, la roue 20 est dépourvue de dents. Dans ce cas, l'arbre 14 est entraîné en rotation par la couronne 12 à l'aide d'un pignon supplémentaire fixé sur l'extrémité opposée de l'arbre 14 par rapport à l'extrémité à laquelle est fixé le pignon 18. [0058] Les cavités telles que les cavités 50, 52 peuvent être omises dans les faces 46 ou 48. En effet, l'accroche de la couche 22 peut être suffisante même 5 en l'absence de telles cavités. [0059] Les logements 66 et 78 peuvent être taraudés et les broches 70 et 80 filetées de manière à améliorer l'immobilisation du pignon 18 et de la roue 20 dans le moule 60. [0060] La cale 82 peut être remplacée par une contre dépouille. 10 [0061] L'arbre 14 est décrit dans le cas particulier où il s'agit d'un arbre d'équilibrage. Toutefois, le procédé de fabrication qui vient d'être décrit s'applique à tout type d'arbre à partir du moment où celui-ci est pourvu d'un pignon libre, d'une roue fixe et d'une couche en matériau souple coincée entre le pignon libre et la roue fixe. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un arbre équipé d'une roue s'étendant radialement autour de la périphérie de l'arbre, cette roue étant fixée sans aucun degré de liberté sur l'arbre, d'un pignon libre en rotation autour de l'arbre, d'une couche en matériau souple coincée entre le pignon et la roue, ce matériau ayant un module de Young au moins cinq fois inférieur à celui du matériau utilisé pour réaliser l'arbre, caractérisé en ce que le procédé comprend l'immobilisation (90, 92, 96, 98) du pignon et de la roue l'un en face de l'autre à l'intérieur d'un moule, et le moulage (102) de la couche en matériau souple entre la roue et le pignon pour solidariser le pignon et la roue. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le procédé comprend l'assemblage (106) sur l'arbre, en une seule étape, de l'ensemble formé du pignon et de la roue solidarisés par la couche en matériau souple moulée. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'assemblage (106) est réalisé par frettage de la roue sur l'arbre. 4. Arbre équipé d'une roue (20) s'étendant radialement autour de la périphérie de l'arbre, cette roue étant fixée sans aucun degré de liberté sur l'arbre, d'un pignon (18) libre en rotation autour de l'arbre, d'une couche (22) en matériau souple coincée entre le pignon et la roue, ce matériau ayant un module de Young au moins cinq fois inférieur à celui du matériau utilisé pour réaliser l'arbre, caractérisé en ce que l'arbre est obtenu par un procédé de fabrication conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Arbre selon la revendication 4, dans lequel le pignon (18) et la roue (20) comprennent des faces (46, 48) en vis-à-vis entre lesquelles est coincée la couche (22) en matériau souple, au moins une cavité (50, 52) étant aménagée dans au moins l'une de ces faces et le matériau souple remplissant cette cavité. 6. Arbre selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel le pignon (18) et la roue (20) comprennent des faces (46, 48) en vis-à-vis entre lesquelles est coincée la couche (22) en matériau souple, ces faces en vis-à-vis s'éloignant ou se rapprochant l'une de l'autre au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'arbre pour augmenter la surface de contact entre ces faces et la couche en matériau souple. 7. Arbre selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l'arbre est un arbre d'équilibrage d'un moteur à combustion. 8. Arbre selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel le 5 matériau souple est un matériau élastomère. 9. Moteur (4) à combustion comportant un arbre d'équilibrage (14), caractérisé en ce que l'arbre d'équilibrage est conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 8. 10