Brevet FR3067393A1 — publié le 20181214

PIÈCE TOURNANTE AYANT UNE INTERFACE DE LIAISON MÉCANIQUE MUNIE D'UN MOYEN DE POSITIONNEMENT AXIAL [1] L'invention concerne de manière générale la liaison mécanique de deux pièces tournantes selon un axe de rotation commun. Plus particulièrement, l'invention se rapporte 5 à une pièce tournante ayant une interface destinée à la liaison mécanique avec une autre pièce tournante selon un axe de rotation commun, dans laquelle l'interface de liaison mécanique est munie d'un moyen de positionnement axial destinée à faciliter l'assemblage des deux pièces. L'invention se rapporte aussi à un arbre à cames de moteur thermique de véhicule muni d'un tel moyen de positionnement et à une roue d'entrainement de 10 distribution de moteur thermique de véhicule munie d'un tel moyen de positionnement. [2] Le montage des sous-systèmes sur la face des accessoires d'un moteur thermique de véhicule automobile requiert différents outils de mise en position et de calage. Ainsi, le montage des roues d'entrainement de la distribution entre le vilebrequin et le ou les arbres à cames du moteur thermique demande un soin tout particulier, compte- 15 tenu notamment du calage angulaire nécessaire dans le système de distribution. [3] Il est connu de réaliser l'interface mécanique entre les arbres à cames et les roues d'entrainement de distribution par un épaulement faisant également fonction de centreur lors du montage de la roue sur l'arbre à cames. Le pré-positionnement axial des roues d'entrainement sur les interfaces de liaison mécanique des arbres à cames 20 demande habituellement l'utilisation d'outils de type pige ou gabarit ou de machines spécifiques de pré-positionnement sur les lignes d'assemblage de moteurs thermiques ou pour des opérations de réparation en après-vente. [4] Il existe un besoin pour une solution permettant de limiter l'outillage nécessaire pour le pré-positionnement de pièces tournantes qui doivent être assemblées axialement 25 selon un axe de rotation commun, et permettant ainsi de réduire la dispersion de montage. Dans l'assemblage et la réparation des moteurs thermiques, il serait ainsi possible d'obtenir des gains de coût sur la réduction des outils et machines de pré-positionnement et sur le temps de montage de pièces. [5] Selon un premier aspect, l'invention concerne une pièce tournante ayant une 30 interface de liaison mécanique avec une autre pièce tournante selon un axe de rotation, dans laquelle l'interface de liaison mécanique comporte une face d'extrémité, un orifice central axial et un lamage circulaire ayant un diamètre D déterminé autour de l'orifice 2 central axial, la face d'extrémité et un plan d'appui du lamage circulaire étant perpendiculaires à l'axe de rotation. Conformément à l'invention, l'interface de liaison mécanique comprend également un élément d'auto-centrage axial agencé autour du lamage circulaire et ayant au moins deux points de contact d'auto-centrage situés dans des axes radiaux distincts et chacun à une distance sensiblement égale à D/2 de l'axe de rotation. [6] Selon une caractéristique particulière, les deux points de contact d'auto-centrage sont situés symétriquement de part et d'autre d'un plan vertical incluant l'axe de rotation. [7] Selon une première forme de réalisation particulière de la pièce, l'élément d'auto- centrage axial fait saillie perpendiculairement par rapport à la face d'extrémité et comporte une surface de contact d'auto-centrage en demi-lune comprenant les deux points de contact d'auto-centrage. [8] Selon une caractéristique particulière de cette première forme de réalisation, l'élément d'auto-centrage axial comprend des bords d'extrémité ayant chacun un chanfrein 15 intérieur orienté vers l'axe de rotation. [9] Selon une autre forme de réalisation particulière de la pièce, l'élément d'auto- centrage axial comprend au moins deux pions d'auto-centrage axial qui sont encastrés dans la face d'extrémité perpendiculairement à celle-ci, les deux pions d'auto-centrage axial comprenant respectivement les deux points de contact d'auto-centrage. 20 [0010] Selon une caractéristique particulière de cette autre forme de réalisation, les pions d'auto-centrage axial sont des pions cylindriques. [0011] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi une pièce tournante telle que décrite brièvement ci-dessus et réalisée sous la forme d'un arbre à cames de moteur thermique ayant un nez d'arbre comprenant l'interface de liaison mécanique ayant 25 l'élément d'auto-centrage axial, l'interface de liaison mécanique étant adaptée pour un assemblage avec une roue d'entrainement de distribution. [0012] Selon encore un autre aspect, l'invention concerne aussi une pièce tournante telle que décrite brièvement ci-dessus et réalisée sous la forme d'une roue d'entrainement de distribution ayant un moyeu comprenant l'interface de liaison mécanique ayant l'élément 3 d'auto-centrage axial, l'interface de liaison mécanique étant adaptée pour un assemblage avec le nez d'un arbre à cames de moteur thermique. [0013] L'invention concerne aussi un moteur thermique comportant au moins une pièce tournante telle que décrite brièvement ci-dessus. 5 [0014] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières d'une pièce tournante selon l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la Fig.1 est une vue partielle en perspective montrant une première pièce 10 tournante selon l'invention sous la forme d'un premier arbre à cames de moteur thermique ; - la Fig.2 montre schématiquement un défaut d'alignement d'axe lors d'un pré-positionnement d'une roue d'entrainement de distribution avec l'arbre à cames de la Fig.1 et l'action de l'élément d'auto-centrage inclus dans l'arbre à cames selon l'invention ; - les Figs.3A à 30 sont des vues partielles en coupe montrant le pré-positionnement de la roue d'entrainement de distribution avec l'arbre à cames de la Fig.1 et leur assemblage ; la Fig.4 est une vue partielle en perspective montrant une deuxième pièce tournante selon l'invention sous la forme d'un deuxième arbre à cames de moteur thermique ; - la Fig.5 est une vue partielle en perspective montrant une troisième pièce tournante selon l'invention sous la forme d'un troisième arbre à cames de moteur thermique ; et - la Fig.6 est une vue partielle en perspective montrant une quatrième pièce tournante selon l'invention sous la forme d'un quatrième arbre à cames de moteur thermique. [0015] En référence aux Figs.1, 2 et 3A à 30, il est décrit ci-dessous une pièce tournante selon l'invention sous la forme d'un arbre à cames 1. Le nez de l'arbre à cames 1, où est 4 située une interface de liaison mécanique avec une roue d'entrainement de distribution 2 montrée aux Figs.3A à 30, est uniquement représenté dans ces figures, dans un repère spatial (X, Y, Z), et comporte un axe de rotation AA qui est parallèle à l'axe Z. [0016] Comme montré à la Fig.1, le nez de l'arbre à cames 1 est un corps creux 5 globalement cylindrique comportant un orifice central circulaire 100 d'axe AA. L'interface de liaison mécanique du nez de l'arbre à cames 1 comprend notamment une face d'extrémité 10, un élément d'auto-centrage axial 11 et un plan d'appui annulaire 12. L'interface de liaison mécanique est prévue pour le montage axial de la roue d'entrainement de distribution 2. 10 [0017] La face d'extrémité 10 et l'élément d'auto-centrage axial 11 ont des surfaces faciales situées dans des plans perpendiculaires à l'axe AA, respectivement. La face d'extrémité 10 et l'élément d'auto-centrage axial 11 entourent un lamage 113 de l'orifice central circulaire 100. Le lamage 113 a un diamètre extérieur D et définit le plan d'appui annulaire 12 qui est perpendiculaire à l'axe AA. L'élément d'auto-centrage axial 11 se 15 projette en saillie selon -Z par rapport à la face d'extrémité 10. L'élément d'auto-centrage axial 11 comporte une surface d'auto-centrage en demi-lune 112 en continuité avec le bord du lamage 113. Dans cette forme de réalisation, la face d'extrémité 10 et l'élément d'auto-centrage axial 11 couvrent chacun un angle de 180° de la surface annulaire autour du plan d'appui 12. 20 [0018] Comme montré à la Fig.1, l'élément d'auto-centrage axial 11 comprend des bords d'extrémité 110A, 110B, diamétralement opposés. Chacun des bords d'extrémité 110A, 110B, comporte un chanfrein intérieur 111A, 111B, orienté vers l'axe AA. [0019] La fonction d'auto-centrage axial réalisée par l'élément d'auto-centrage axial 11 est maintenant décrite en référence aux Figs.2, 3A à 3C. 25 [0020] Comme montré à la Fig.3A, afin de réaliser le pré-positionnement axial de la roue d'entrainement de distribution 2 avec le nez de l'arbre à cames 1, le roue 2 est translatée, flèche Fz, verticalement selon -Z. [0021] Comme montré schématiquement à la Fig.2, un défaut d'alignement de l'axe central de rotation BB du moyeu 20 de la roue 2 par rapport au plan vertical (Y, Z) 30 comprenant l'axe AA du nez de l'arbre à cames 1 se traduit par un accostage du moyeu 20 contre l'un des bords d'extrémité 110A, 110B, de l'élément d'auto-centrage axial 11. 5 Dans l'exemple de la Fig.2, cet accostage est repéré Z1 et intervient sur le bord d'extrémité 110B. On notera que les chanfreins intérieurs 111A, 111B, suppriment les arêtes vives des bords d'extrémité 110A, 110B, dans la zone d'accostage et ont aussi pour fonction d'orienter (flèche FA) le moyeu 20 dans la direction du plan vertical (Y, Z) pour 5 amener celui-ci dans la position montrée à la Fig.3B. [0022] Dans la position de la Fig.3B, l'axe AA du nez de l'arbre à cames 1 et l'axe BB de la roue 2 sont alignés, avec le moyeu 20 qui repose sur la surface d'auto-centrage en demi-lune 112, comme montré par le repère ZO. Dans cette position, une poussée (flèche Fy) sur la roue 2 en Y amène la face d'extrémité du moyeu 20 à l'intérieur du lamage 113 10 et contre le plan d'appui annulaire 12. La roue 2 et le nez de l'arbre à cames 1 sont alors assemblés, comme montré à la Fig.3C. Une liaison mécanique complète de la roue 2 sur le nez de l'arbre à cames 1 est ensuite établie par le serrage d'une vis axiale (non représentée). [0023] Les Figs.4 à 6 montrent trois autres formes de réalisation 3, 4 et 5 d'un arbre à 15 cames selon l'invention qui diffèrent par l'élément d'auto-centrage axial qui est intégré dans l'interface de liaison mécanique du nez de l'arbre. [0024] Comme montré à la Fig.4, l'interface de liaison mécanique du nez de l'arbre à cames 3 comprend une face d'extrémité 30, un élément d'auto-centrage axial 31 ayant une surface d'auto-centrage en demi-lune 312, un plan d'appui annulaire 32 et un lamage 20 313, qui ont les mêmes fonctions que les éléments correspondants de l'interface de liaison mécanique du nez de l'arbre à cames 1. Dans cette forme de réalisation, l'élément d'auto-centrage axial 31 diffère de celui 11 de la Fig.1 en ce qu'il se prolonge sur une longueur d'arc maximale jusqu'à une configuration en U autour du plan d'appui annulaire 32. Il n'est laissé ici entre les bords d'extrémité 311A, 311B, de l'élément d'auto-centrage axial 31 que 25 la distance nécessaire pour le passage du moyeu 20 lorsque celui-ci translate selon la flèche Fz, comme montré à la Fig.3A. Des chanfreins 310A, 310B, sont ici également prévus pour l'accostage du moyeu 20 et son orientation vers le plan (Y, Z). [0025] Comme montré à la Fig.5, l'élément d'auto-centrage axial 41 de l'arbre à cames 4 se prolonge ici sur une longueur d'arc minimale autour du plan d'appui annulaire 42. La surface d'auto-centrage en demi-lune 412 de l'élément d'auto-centrage axial 41 conserve cependant une longueur d'arc suffisante pour remplir la fonction d'auto-centrage axial. A cette fin, cette surface d'auto-centrage en demi-lune 412 doit comprendre au moins deux 6 points de contact d'auto-centrage distincts P1, P2, situés dans des axes radiaux distincts et à une distance égale à D/2 de l'axe de rotation AA. [0026] Dans les formes de réalisation ci-dessus des Figs.1 à 5, il a été décrit des interfaces de liaison mécanique avec des éléments d'auto-centrage axial ayant une 5 configuration symétrique par rapport au plan vertical (Y, Z). On notera qu'il s'agit d'exemples de réalisation et que cette configuration symétrique n'est pas indispensable à l'invention. [0027] Dans l'arbre à cames 5 montré à la Fig.6, la fonction d'auto-centrage axial est remplie par deux pions 51A et 51B. Les pions d'auto-centrage axial 51A, 51B, sont ici de 10 forme cylindrique et sont encastrés dans la face d'extrémité 50, perpendiculairement à celle-ci. Les pions d'auto-centrage axial 51A, 51B, sont ici situés symétriquement de part et d'autre du plan (Y, Z) en affleurement avec le bord du lamage 513. Lorsque le moyeu 20 repose entre les pions d'auto-centrage axial 51A, 51B, l'axe de l'arbre à cames 5 et l'axe de la roue 2 sont alors alignés et une poussée en Y (flèche Fy, Fig.3B) sur la roue 2 15 conduit la face d'extrémité du moyeu 20 à l'intérieur du lamage 513 et contre le plan d'appui annulaire 52. De manière générale, pour assurer la fonction d'auto-centrage axial les pions 51A, 51B, doivent comporter des points de contact d'auto-centrage P1, P2, situés dans des axes radiaux distincts et à une distance égale à D/2 de l'axe de rotation AA. On notera également, comme indiqué ci-dessus pour les formes de réalisation ci- 20 dessus des Figs.1 à 5, que l'implantation symétrique des pions d'auto-centrage axial 51A, 51B, n'est pas indispensable à l'invention. [0028] Bien entendu, dans l'assemblage de deux pièces tournantes selon l'invention, l'interface de liaison mécanique incorporant l'élément d'auto-centrage axial peut indifféremment être comprise dans l'une ou l'autre des deux pièces tournantes de 25 l'assemblage. Ainsi, dans l'exemple traité ci-dessus de l'assemblage d'un arbre à cames et de sa roue d'entrainement de distribution, l'interface de liaison mécanique incorporant l'élément d'auto-centrage axial pourrait tout aussi bien être implantée sur la face d'extrémité du moyeu de la roue. [0029] L'invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été 30 décrites ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, REVENDICATIONS1. Pièce tournante ayant une interface de liaison mécanique avec une autre pièce tournante selon un axe de rotation (AA), dans laquelle ladite interface de liaison mécanique comporte une face d'extrémité (10, 30, 40, 50) un orifice central axial (100) et un lamage circulaire (113, 313, 513) ayant un diamètre D déterminé autour dudit orifice central axial (100), ladite face d'extrémité (10, 30, 40, 50) et un plan d'appui (12, 32, 42, 52) dudit lamage circulaire (113, 313, 513) étant perpendiculaires audit axe de rotation (AA), caractérisée en ce que ladite interface de liaison mécanique comprend également un élément d'auto-centrage axial (11, 31, 41, 51A, 51B) agencé autour dudit lamage circulaire (113, 313, 513) et ayant au moins deux points de contact d'auto-centrage (P1, P2) situés dans des axes radiaux distincts et chacun à une distance sensiblement égale à D/2 dudit axe de rotation (AA). 2. Pièce tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits au moins deux points de contact d'auto-centrage (P1, P2) sont situés symétriquement de part et d'autre d'un plan vertical (Y, Z) incluant ledit axe de rotation (AA). 3. Pièce tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit élément d'auto-centrage axial (11, 31, 41) fait saillie perpendiculairement par rapport à ladite face d'extrémité (10, 30, 40) et comporte une surface de contact d'auto- centrage en demi-lune (112, 312, 412) comprenant lesdits au moins deux points de contact d'auto-centrage (P1, P2). 4. Pièce tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit élément d'auto-centrage axial (11, 31) comprend des bords d'extrémité (110A, 110B ; 311A, 311B) ayant chacun un chanfrein intérieur (111A, 111B ; 310A, 310B) orienté vers ledit axe de rotation (AA). 5. Pièce tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit élément d'auto-centrage axial comprend au moins deux pions d'auto-centrage axial (51A, 51B) qui sont encastrés dans ladite face d'extrémité perpendiculairement à celle-ci, lesdits au moins deux pions d'auto-centrage axial (51A, 51B) comprenant respectivement lesdits au moins deux points de contact d'auto-centrage (P1, P2). 8 6. Pièce tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits au moins deux pions d'auto-centrage axial (51A, 51B) sont des pions cylindriques. 7. Pièce tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est réalisée sous la forme d'un arbre à cames de moteur thermique (1, 3, 5 4, 5) ayant un nez d'arbre comprenant ladite interface de liaison mécanique ayant ledit élément d'auto-centrage axial (11, 31, 41, 51A, 51B), ladite interface de liaison mécanique étant adaptée pour un assemblage avec une roue d'entrainement de distribution (2). 8. Pièce tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en 10 ce qu'elle est réalisée sous la forme d'une roue d'entrainement de distribution (2) ayant un moyeu (20) comprenant ladite interface de liaison mécanique ayant ledit élément d'auto-centrage axial (11, 31, 41, 51A, 51B), ladite interface de liaison mécanique étant adaptée pour un assemblage avec le nez d'un arbre à cames de moteur thermique (1, 3, 4, 5). 15 9. Moteur thermique caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pièce tournante (1, 3, 4, 5) selon la revendication 7. 10. Moteur thermique caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pièce tournante (2) selon la revendication 8.