Brevet FR3036550A1 — publié le 20161125

PROCEDE DE BLOCAGE DE DEUX PIECES La présente invention concerne un procédé de blocage de deux pièces dans une machine électrique tel qu'un compresseur électrique destiné notamment à être monté dans un véhicule automobile. Dans le cas où la consigne de couple d'un moteur thermique varie brutalement et où la suralimentation du moteur visant à l'aider à suivre la consigne de couple, est uniquement obtenue grâce à un turbocompresseur, le temps de réponse de ce dernier, encore appelé « turbolag », pose problème. Pour remédier à ce problème, différentes solutions sont connues, par exemple l'utilisation de plusieurs turbocompresseurs sélectivement actifs, d'un compresseur électrique ou encore d'un compresseur mécanique centrifuge. Un compresseur électrique de suralimentation est classiquement mis en oeuvre dans la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion thermique d'un véhicule automobile, en amont ou en aval d'un turbocompresseur. La figure 1 représente un rotor 8 comprenant un arbre 10 d'un compresseur de suralimentation électrique destiné à être relié à une première extrémité 12 à une roue aubagée centrifuge (non représentée). L'arbre comprend entre la seconde extrémité 14 et la roue aubagée un paquet de tôles 16 bobiné disposé axialement, c'est-à-dire selon l'axe 18 de l'arbre 10 entre un premier disque 20 et un second disque 22. Ces premier 20 et second 22 disques formés par des pièces annulaires monoblocs identiques assurent un équilibrage dynamique du rotor 8 en rotation de manière à limiter les balourds de celui-ci. Le montage des pièces est réalisé de la manière suivante : le premier disque d'équilibrage 20 est monté dans le premier sens 23 par la première extrémité 12 autour de l'arbre 8 de manière à venir en butée sur une nervure annulaire 24 radiale de l'arbre 10, le paquet de tôles 16 est ensuite monté atour de l'arbre 10 de manière à venir en butée sur le 3036550 2 premier disque 20 puis le second disque 22 est engagé autour de l'arbre 10 jusqu'à venir en contact avec le paquet de tôles 16. Le paquet de tôles 16 est ainsi intercalé entre deux faces planes en vis-à-vis des premier 20 et second 22 disques. 5 Comme représenté sur la figure 1 et mieux visible sur la figure 2, le second disque 22 comprend une partie annulaire interne 26 formant une surépaisseur annulaire par rapport au reste du disque 22. Cette surépaisseur 26 est formée du côté du disque 22 opposé à la face en vis-à-vis du paquet de tôles 16. 10 Pour empêcher le déplacement axial du second disque 22 dans le second sens 27 et ainsi bloquer axialement l'empilement de tôles 16 sur l'arbre 10, il est connu de procéder à une opération de fluage de matière de la surépaisseur annulaire 26 du second disque 22 dans une gorge annulaire 28 externe de l'arbre 10. Cette opération de fluage est 15 généralement réalisée à l'aide d'un poinçon annulaire dont l'extrémité appliquée annulairement sur la surépaisseur comprend une extrémité conique. Afin que l'opération de fluage soit bien réussie, il est nécessaire que la surface annulaire 30 d'extrémité de la surépaisseur 26 qui est 20 orientée dans le second sens 27 affleure le bord 32 de la gorge 28 comme représenté en figure 3. Si cela n'est pas le cas, par exemple comme représenté en figure 4 où la surface 30 de la surépaisseur 26 est décalée axialement par rapport à la gorge 28, ou par exemple comme représenté en figure 5 où la surface 30 de la surépaisseur 28 est aligné avec l'intérieur 25 de la gorge 28, le fluage de matière de la surépaisseur 26 dans la gorge 28 ne sera pas suffisant pour assurer une bonne tenue du second disque 22 sur l'arbre 10. Dans la configuration représentée en figure 4, le fluage de matière du second disque 22 dans la gorge 28 est difficile à réaliser et imparfait de sorte qu'il n'y a pas suffisamment de matière du second disque 30 22 qui se déforme pour pénétrer dans la gorge 28. Dans la configuration représentée en figure 5, après fluage, un jeu résiduel J va se former entre 3036550 3 l'extrémité de la surépaisseur 30 et une paroi de la gorge 28 n'assurant pas un blocage parfait du second disque 22 sur l'arbre 10. Ce type de difficulté est dû au cumul axial des tolérances axiales de fabrication des premier 20 et second 22 disques, du paquet de tôles 16 5 et de la gorge 28 de fluage sur l'arbre 10. De plus, le positionnement de l'arbre 10 en fonctionnement induit une compression axiale du paquet de tôles 16 qui peut encore impacter le bon positionnement de la surépaisseur 30 par rapport à la gorge 28 de l'arbre 10. Pour s'approcher le plus possible du positionnement idéal 10 représenté en figure 4, il est alors nécessaire de réaliser des opérations de classement des premier 20 et second 22 disques et de paquet de tôles 16 parmi une pluralité de premiers 20 et de seconds 22 disques et de paquets de tôles 16, ce qui s'avère long et compliqué. Toutefois, le positionnement idéal représenté en figure 3 est théorique et ne peut jamais être atteint de 15 sorte que l'on se retrouve toujours dans l'une ou l'autre des situations des figures 4 ou 5. On comprend aisément que les difficultés évoquées ci-dessus en relation avec un arbre 10 et des pièces annulaires se posent également dans toute figuration comprenant une première et une seconde pièces dès 20 lors que l'on souhaite réaliser une fixation par fluage de la seconde pièce dans des parties creuses de la première pièce. L'invention propose d'apporter une solution efficace, simple et économique aux problèmes précités. A cette fin, elle propose un procédé de blocage d'une première 25 pièce relativement à une seconde pièce dans une direction donnée comprenant les étapes suivantes consistant à : - réaliser sur la première pièce au moins N parties creuses alignées et définissant selon ladite direction une zone donnée s'étendant entre la première partie creuse et la Nième partie creuse, N étant supérieur ou 30 égal à 2, - positionner la seconde pièce de manière à ce : 3036550 4 - qu'une face, dite de contact, de la seconde pièce vienne en contact avec ladite zone de la première pièce, et - que la seconde pièce vienne en butée relativement à la première pièce dans un premier sens de ladite direction donnée, 5 - préalablement au montage de la seconde pièce en butée sur la première pièce, réaliser les parties creuses sur la première pièce de manière à ce que dans ladite position de butée : - la seconde pièce recouvre totalement K parties creuses, K étant compris entre 1 et N-1, et 10 - une arête de ladite face de contact qui est agencée, dans le second sens, à l'extrémité de ladite face, soit située le long de la dite direction en regard de ladite zone comportant les parties creuses, - effectuer une opération de fluage de matière de la seconde pièce 15 dans les parties creuses de la première pièce en vis-à-vis de la seconde pièce. Selon l'invention, les parties creuses de la première pièce sont agencées en tenant compte des différentes tolérances de fabrication qui peuvent impacter le positionnement en butée de la seconde pièce 20 relativement à la première pièce. Au contraire de la technique antérieure où une seule partie creuse était réalisée, l'invention propose d'ajouter au moins une seconde partie creuse afin que la déformation de la seconde pièce par fluage s'effectue dans deux parties creuses adjacentes. De cette façon, il est 25 possible de garantir que la solidarisation de la première pièce et de la seconde pièce est effectuée dans deux parties creuses de la première pièce, ce qui permet de garantir une meilleure fixation par rapport à la technique antérieure. De plus, le positionnement particulier de l'arête de la face de 30 contact en regard de la zone comportant les parties creuses permet de 3036550 5 garantir un fluage efficace de matière de la seconde pièce dans la première pièce. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'opération de fluage du procédé selon l'invention est effectuée de la manière 5 suivante en : - appliquant un poinçon sur une face de la seconde pièce dont un bord est formé par ladite arête, et - appliquant un effort sur le poinçon dans le second sens. On comprend que l'utilisation combinée de deux parties creuses 10 et d'une arête de la seconde pièce agencée en regard de la zone comportant les parties creuses est particulièrement intéressant lorsque la déformation s'effectue sur une face d'extrémité de la seconde pièce. La face d'application du poinçon peut par exemple être plane et sensiblement perpendiculaire à la direction donnée. Toutefois, celle-ci peut 15 également être inclinée en oblique par rapport à cette direction ou bien avoir une forme incurvée concave par exemple. Les parties creuses peuvent avoir une section en V selon ladite direction. De plus, selon ladite direction, les parties creuses peuvent être 20 agencées successivement de manière à former un agencement de parties pleines en dents de scie disposées en alternance avec des parties creuses. Cet agencement présente l'avantage de former des arêtes saillantes à la jonction entre deux parties creuses, ces arêtes saillantes étant formées par les sommets des parties pleines. Ces sommets permettent ainsi de réaliser 25 un bon fluage de matière de la seconde pièce dans les parties creuses de la première pièce en comparaison d'une zone comportant les parties creuses dans laquelle une surface plane serait présente entre deux parties creuses successives, cette surface plane constituerait une surface qui s'opposerait alors au fluage de matière de la seconde pièce dans la 30 première pièce. 3036550 6 Dans une réalisation possible de l'invention, chaque partie creuse peut être délimitée dans le premier sens par une première face inclinée en oblique par rapport à ladite direction et dans la seconde direction par une seconde face opposée perpendiculaire à ladite direction. 5 L'utilisation d'une première face perpendiculaire à ladite direction est particulièrement intéressante puisque la seconde pièce étant bloquée en butée dans le premier sens, la seconde face délimitant chaque partie creuse assure une bonne retenue de la seconde pièce sur la première pièce, dans le second sens, du fait de sa perpendicularité par rapport à 10 ladite direction. De préférence, l'angle entre la première face et la seconde face est compris dans l'intervalle [35°, 45°]. Encore plus préférentiellement, l'angle est de l'ordre de 35° ce qui correspond à l'angle commun de plaquette d'usinage. Cette valeur permet d'avoir un bon compromis entre 15 une profondeur de gorge suffisante par rapport à une largeur de gorge pas trop grande permettant ainsi d'avoir plusieurs gorges. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque partie pleine peut présenter un plan de symétrie perpendiculaire à ladite direction Plus particulièrement, on comprend que l'invention est 20 particulièrement intéressante lorsque la première pièce est un arbre tournant s'étendant selon ladite direction et la seconde pièce est une pièce annulaire entourant l'arbre. La première pièce peut être un arbre d'un rotor d'une machine électrique et la pièce annulaire peut être un disque d'équilibrage en rotation du rotor. 25 Les parties creuses peuvent être des gorges annulaires de manière à assurer un blocage de la seconde pièce sur la première pièce de manière annulaire. Les parties creuses peuvent également être formées par un filetage de la surface extérieure de l'arbre. 30 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 3036550 7 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1, décrite précédemment, est une vue schématique en coupe d'un arbre d'un compresseur d'une machine de production électrique 5 selon la technique connue ; - La figure 2, décrite précédemment, est une vue schématique à plus grande échelle de la zone délimitée en pointillée sur la figure 1 ; - Les figures 3 à 5, décrites précédemment, sont des vues schématiques de plusieurs positionnements possibles d'un disque d'équilibrage le 10 long d'un arbre du compresseur ; - La figure 6 est une vue schématique en coupe selon un plan contenant l'axe de l'arbre d'un compresseur d'une machine de production d'électricité selon l'invention. - La figure 7 est une vue schématique en coupe selon un plan contenant 15 l'axe de l'arbre et selon un montage possible avec le procédé selon l'invention ; - La figure 8 est une demi-vue schématique en coupe d'une portion d'un arbre de compresseur comprenant une forme de gorge selon une variante de l'invention. 20 On se réfère tout d'abord à la figure 6 qui représente l'arbre 32 d'un compresseur de suralimentation électrique selon l'invention. Comme indiqué précédemment en relation avec les figures 1 à 5, l'arbre comprend un axe 18 s'étendant dans une direction donnée et comprend un premier disque 20 monté depuis la première extrémité 12 de 25 l'arbre de manière à venir en butée sur une nervure annulaire de l'arbre 32. L'arbre 32 comprend également une pluralité de nervures 34 alignées selon l'axe 18 (ou direction) et régulièrement réparties autour de l'axe 18. Ces nervures sont prévues pour recevoir le paquet de tôles 16 et s'étendent dans un premier sens 23 jusqu'au premier disque 20 et dans le second 30 sens 27 radialement à l'intérieur du second disque 22. Le second disque 22 3036550 8 est schématisé sur la figure 6 de manière à représenter sa position de montage avant l'étape de fluage qui sera décrite ultérieurement. Au contraire de la technique antérieure, l'arbre 32 comprend N parties creuses A alignées selon l'axe et formées, dans le second sens 27, 5 à l'extrémité des nervures axiales 34 de l'arbre 32. Dans l'exemple représenté en figure 6, N est égal à 3 de sorte que l'arbre 32 comprend trois parties creuses successives A1, A2, A3. Le second disque comprend une surépaisseur annulaire 26 formée du côté axial du second disque 22 qui est opposée à la face en vis- 10 à-vis du paquet de tôle 16. Le second disque 22 comprend sur sa surface interne une alternance de gorges axiales destinées à coopérer avec les nervures 34 de l'arbre 32 pour l'engagement à coulissement axial du second disque 22 sur l'arbre et pour assurer le blocage en rotation du second disque 22 sur l'arbre 32. Le premier disque 20 comprend 15 également le même type de gorges axiales. Comme cela est visible en figure 6, la surépaisseur 26 comprend une face d'extrémité 30 et une face interne 36 se joignant au niveau d'une arête 38 agencée dans le second sens 27 à l'extrémité du disque 22. Cette arête 38 est positionnée en regard de la deuxième gorge A2. 20 Pour éviter l'impact des tolérances de fabrications du premier disque 20, du second disque 22, du paquet de tôles 16 et du positionnement de la gorge comme dans la technique antérieure, l'invention propose ainsi préalablement au montage de réaliser plusieurs gorges annulaires A1 , A2, A3 successives de manière à ce qu'en position de 25 montage du second disque 22 sur l'arbre 32 correspondant à une position dans laquelle le second disque 22 est en butée dans le premier sens 23 sur le paquet de tôles 16 : - le second disque 22 recouvre totalement au moins K gorges annulaires A1, A2, A3, et 30 - l'arête 38 de la surépaisseur 26 soit située en regard de la zone 40 comportant les gorges A1, A2, A3. 3036 550 9 Ladite zone 40 comportant les parties creuses A est ainsi délimitée selon l'axe entre la première gorge annulaire A1 et la Nième gorge annulaire AN. Dans le cas d'espèce représenté en figure 6, le second disque 5 recouvre une gorge (K=1), à savoir Al et l'arête 38 est située en regard de la gorge A2. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de placer la seconde pièce, c'est-à-dire le second disque 22 relativement à la première pièce, c'est-à-dire l'arbre 32, dans une position axiale telle que l'opération de 10 fluage subséquente s'effectuera toujours correctement et dans au moins deux gorges annulaires, A1 et A2, ce qui permet d'assurer une retenue mécanique parfaite du second disque 22 sur l'arbre 32. L'utilisation d'une forme en dent de scie formée d'une alternance de parties pleines annulaires B1, B2 et de gorges annulaires A1, A2, A3 permet de former des 15 sommets saillants 42 sur les parties pleines B1, B2 qui facilitent le fluage de matière du second disque 22 dans les gorges annulaires A1, A2, A3. En pratique, le fluage de matière est réalisé en appliquant sur la face d'extrémité 30 de la surépaisseur 26 un poinçon annulaire dont une extrémité à une forme conique. L'application d'un effort orienté dans le 20 premier sens 23 sur le poinçon permet de déformer le second disque 22 afin de faire fluer de la matière du second disque 22 dans les gorges annulaires A1, A2, A3 en vis-à-vis de l'arbre 32. Comme représenté en figure 7, le procédé permet également de compenser des tolérances de fabrication conduisant à des décalages 25 importants. Dans ce cas de figure, on observe que la face d'extrémité 30 de la surépaisseur 26 est bien située selon l'axe 18 en regard de gorge annulaire A3. La zone d'application du poinçon est également visible en référence 44. Dans une autre réalisation, le procédé selon l'invention consiste 30 à conformer les gorges annulaires C1, C2, C3, C4 et les parties pleines D1, D2, D3 non plus de manière à ce qu'elles présentent un axe de symétrie 3036550 10 perpendiculairement à l'axe 18 de l'arbre 32 (figures 6 et 7) mais de manière à ce que chaque gorge C1, C2, C3, C4 soit délimitée dans le premier sens 23 par une première face 46 inclinée en oblique par rapport l'axe 18 de l'arbre 32 et dans le second sens 27 par une seconde face 48 5 opposée perpendiculaire à l'axe 18 de l'arbre 32. Cette configuration de gorges annulaires C1, C2, C3, C4 assure une bonne retenue axiale du second disque 22 sur l'arbre 32 dans le second sens 27 du fait de l'appui des parties pleines de la seconde pièce formées par fluage sur les secondes faces 48 perpendiculaires à l'axe 18 de l'arbre 32. 10 Si le procédé a été décrit avec trois gorges annulaires, on comprend que le nombre de gorges annulaires n'est pas limité et dépend des écarts de tolérances que l'on souhaite pouvoir compenser. L'invention est également applicable lorsque la face d'extrémité de la surépaisseur est inclinée en oblique par rapport à l'axe de l'arbre. Elle 15 serait également applicable avec une face d'extrémité incurvée concave. De même, bien que non représenté sur les figures, les gorges annulaires pourraient être remplacées par un filetage sur la surface externe de l'arbre. On comprend que les gorges pourraient ne pas être annulaires 20 dans le cas où les pièces à solidariser ensemble ne seraient pas annulaires. REVENDICATIONS1. Procédé de blocage d'une première pièce (32) relativement à une seconde pièce (22) dans une direction donnée (18) comprenant les étapes suivantes consistant à : - réaliser sur la première pièce (32) au moins N parties creuses alignées (Ai, Ci) et définissant selon ladite direction (18) une zone donnée (40) s'étendant entre la première partie creuse (A1, Ci) et la Nième partie creuse (AN, CN), N étant supérieur ou égal à 2, - positionner la seconde pièce de manière à ce : - qu'une face (36), dite de contact, de la seconde pièce vienne en contact avec ladite zone (40) de la première pièce (32), et - que la seconde pièce (22) vienne en butée relativement à la première pièce (32) dans un premier sens (23) de ladite direction donnée (18), - préalablement au montage de la seconde pièce (22) en butée sur la première pièce (32), réaliser les parties creuses (Ai, Ci) sur la première pièce (32) de manière à ce que dans ladite position de butée : - la seconde pièce (22) recouvre totalement K parties creuses (Ai, Ci), K étant compris entre 1 et N-1, et - une arête (38) de ladite face de contact (36) qui est agencée, dans le second sens (27), à l'extrémité de ladite face (36), soit située le long de la dite direction (18) en regard de ladite zone (40) comportant les parties creuses (Ai, Ci), - effectuer une opération de fluage de matière de la seconde pièce (22) dans les parties creuses (Ai, Ci) de la première pièce (32) en vis-à-vis de la seconde pièce (22). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'opération de fluage consiste à : 3036 550 12 - appliquer un poinçon sur une face de la seconde pièce (22) dont un bord est formé par ladite arête (38), et - appliquer un effort sur le poinçon dans le premier sens (27). 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les parties creuses (Ai, 5 Ci) ont une section en V selon ladite direction (18). 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, selon ladite direction, les parties creuses (Ai, Ci) sont agencées successivement de manière à former un agencement de parties pleines (Bi, Di) en dents de scie disposées en alternance avec des parties creuses. 10 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel chaque partie creuse (Ai, Ci) est délimitée dans le premier sens (23) par une première face (46) inclinée en oblique par rapport à ladite direction (18) et dans la seconde direction (27) par une seconde face (48) opposée perpendiculaire à ladite direction (18). 15 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la première face (46) et la seconde face (48) forme un angle compris entre 35° et 45°, de préférence de l'ordre de 35°. 7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel chaque partie pleine (Bi, Di) présente un plan de symétrie perpendiculaire à ladite direction. 20 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première pièce est un arbre (32) tournant s'étendant selon ladite direction et la seconde pièce est une pièce annulaire telle qu'un disque (22) entourant l'arbre (32). 9. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les parties creuses 25 sont des gorges annulaires (Ai, Ci). 10. Procédé selon la revendication 7, dans lequel les parties creuses (Ai, Ci) sont formées par un filetage de la surface extérieure de l'arbre (32).