Chapeau de palier, notamment pour moteur à combustion interne Dans le développement des moteurs à combustion interne faits presque entièrement d'alliages de métaux légers, un des problèmes les plus importants à résou dre était celui résultant de la différence de dilatations d'un arbre-manivelle en acier et des supports prévus pour ses principaux paliers. Lorsque le bloc moteur et les chapeaux des principaux paliers sont faits d'un métal léger à coefficient élevé de dilatation thermi que, le jeu créé autour des tourillons d'un arbre- manivelle en acier, devient si grand, quand le moteur est chaud, que ce moteur devient bruyant.
Une des solutions du problème consiste à refroidir l'huile de graissage et à faire passer de grands débits de cette huile refroidie à travers les paliers pour assurer le maintien de basses températures et, par suite, d'une faible dilatation des pièces. Cette solution exige tou tefois une pompe à huile de dimension plus grande que la pompe normale, ainsi qu'un dispositif propre à évacuer les calories de l'huile échauffée. Elle est inacceptable lorsque la construction et le fonctionne ment économiques du moteur sont considérés comme importants.
La présente invention permet de résoudre d'une manière satisfaisante et économique le problème ci- dessus indiqué.
L'invention a pour objet un chapeau de palier pour un arbre fait d'un métal à coefficient de dila tation thermique relativement faible, ce chapeau de palier comportant un corps fait d'un alliage de métal léger à coefficient de dilatation thermique plus élevé que celui de l'arbre et présentant une surface semi- cylindrique supportant directement ou indirectement cet arbre, de sorte qu'un échauffement de l'arbre et dudit corps tend à éloigner ladite surface semi-cylin- drique de l'arbre.
Le chapeau de palier selon l'invention est caracté risé en ce qu'au moins une pièce compensatrice de dilatation est fixée audit corps sur une partie de ce corps éloignée de ladite surface sëmi-cylindrique, cette pièce s'étendant transversalement à l'axe de l'arbre et ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui dudit corps, de façon que, lors d'un échauffement, la différence entre les dilatations de la pièce compensatrice et dudit corps provoque une flexion de l'ensemble constitué par ce corps et cette pièce dans un plan normal audit axe,
cette flexion compensant au moins partiellement l'éloignement de la zone centrale de la surface semi-cylindrique de l'arbre qui se produirait sans la pièce compensatrice.
On remarque que l'arbre peut être. supporté direc tement par la surface semi-cylindrique, mais que généralement un coussinet est disposé entre ladite surface et l'arbre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'un chapeau de palier ; la fig. 2 est une vue partielle en élévation sché matique de côté du même chapeau de palier, associé à un bloc moteur et à un arbre-manivelle, tous deux représentés en coupe et avec arrachement ; la fig. 3 est une vue semblable à la fig. 2, mais représentant les pièces dans les positions relatives qu'elles occupent après leur échauffement ; la fig. 4 est une élévation partielle, en coupe, d'une autre forme de réalisation ; les fig. 5 et 6 sont des vues semblables d'autres formes de réalisation ;
la fig. 7 est une coupe transversale par la ligne 7-7 de la fig. 6 ; la fig. 8 est une vue en élévation de côté d'une autre forme de réalisation ; la fig. 9 est une coupe par la ligne 9-9 de la fig. 8. Le chapeau de palier représenté aux fig. 1-3 com prend un corps 10, en alliage léger, qui présente une ouverture centrale 11 de réception d'un coussinet, se terminant par des portées ou surfaces d'appui dia métralement opposées 12 et 13.
Dans certains cas, il est avantageux que les extrémités extérieures 14 et 15 des portées 12 et 13 soient finies de manière à donner une largeur précise au chapeau et d'assem bler lesdites portées avec des surfaces complémen taires du bloc moteur comme indiqué à la fi-.<B>2.</B> La question de savoir si ces portées ou surfaces sont utilisées pour centrer l'ouverture recevant le coussi net, par rapport au bloc, ou si les boulons de retenue sont utilisés à cette fin, est sans importance.
Le corps 10 est composé d'un support ou renfort central inférieur relativement massif, 17 et de renforts ou montants latéraux 18 et 19 qui tous sont coulés ou font corps avec une semelle inférieure 20 s'étendant d'une extrémité à l'autre du corps 10. Des montants creux supplémentaires 22 et 24 sont prévus et reçoi vent des vis 26 et 28 servant à la mise en position et à la fixation du chapeau, à la manière habituelle, ces vis étant vissées dans le bloc moteur et serrées au degré voulu lors du montage.
Dans la forme de réalisation de l'invention repré sentée aux fig. 1 à 3, une pièce compensatrice de dilatation 30, faite d'un métal ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur, est fixée au corps 10 dans une zone éloignée de l'ouverture 11 rece vant le coussinet, cette pièce s'étendant au moins sur une étendue égale à ladite ouverture et, de pré férence, sur toute l'étendue de la semelle 20.
Si le corps 10 est fait d'un alliage d'aluminium, la pièce 30 pourra avantageusement être faite d'un métal fer reux, tel que la fonte de fer, dont le coefficient de dilatation thermique est environ la moitié de celui de l'alliage d'aluminium. Les alliages d'aluminium ont en général un coefficient de dilatation thermique qui est approximativement le double de celui des métaux ferreux. D'autres métaux possédant d'autres caractéristiques de dilatation thermique peuvent être utilisés pour la pièce 30, comme on le verra plus loin.
L'assemblage du corps 10 et de la pièce 30 peut être réalisé de diverses manières. Il est nécessaire que ces deux parties soient réunies par des séries de pro tubérances et d'encoches, ou rendues solidaires autre ment, afin qu'elles ne puissent pas glisser l'une par rapport à l'autre, de sorte que l'alliage léger du corps 10 ne peut pas se dilater sans soumettre la pièce 30 à un effort important, ou sans modifier les tensions résiduelles éventuellement présentes à la surface com mune des deux parties.
Si le corps en alliage léger est une pièce d'aluminium coulée en coquille, une fixation ou liaison satisfaisante des surfaces des deux parties est obtenue en coulant l'aluminium sous une pression élevée, sur une surface rugueuse, piquée ou entaillée de la pièce ferreuse 30, comme indiqué en 31 à la fig. 1. Le moulage en coquille sous pression de l'aluminium contre la surface piquée ou entaillée de la pièce ferreuse 30 oblige l'aluminium à pénétrer sous pression élevée dans les piqûres et entailles de ladite surface, ce qui assure une fixation ou liaison intime et complète de ce métal avec la surface de la pièce ferreuse.
Le corps 10 et la pièce 30 peuvent aussi être réu nis d'une façon satisfaisante en perçant une série de trous espacés dans la pièce 30, en insérant la pièce ainsi percée dans une coquille et en coulant le corps 10 de façon que le métal léger de ce der nier pénètre dans les trous de la pièce ferreuse comme indiqué en 32 à la fig. 4.
On peut aussi tailler des rainures 32 en travers de la face de la pièce 30, comme représenté à la fig. 5, ces rainures pouvant être du type en queue d'aronde si on le désire. Dans toutes les formes de réalisation décrites jusqu'ici, l'alliage léger du corps 10 se contracte en se refroidissant après fusion, ce qui fait apparaître des efforts de compression élevés dans la surface de liaison contiguë de la pièce 30 et des efforts de traction correspondants dans le corps en alliage léger 10.
Ces efforts se sont avérés suffisants pour cintrer une barre de fer de 9,5 mm dans une mesure telle que son point médian, situé au-dessous du centre de l'ouverture recevant le cous sinet, non représenté, soit situé à environ 0,76 à 1,01 mm plus bas que ses extrémités lorsque les pièces sont exposées à la température ambiante. A la fig. 2, le cintrage du corps 30 a été représenté d'une façon exagérée et désigné par D. La pièce com pensatrice 30 est donc concave du côté de l'arbre C.
Des chapeaux de palier semblables à celui décrit, mais entièrement en fer ou en acier sont couramment utilisés pour les paliers principaux supportant les arbres-manivelles d'acier et le jeu radial désiré est d'environ 0,025 mm. Si un arbre-manivelle d'acier est supporté par un chapeau de palier classique, fait de fer ou d'acier, les deux pièces se dilatent ensem ble dans la même mesure puisque leur coefficient de dilatation thermique est le même. Au contraire, dans le cas d'un moteur en métal léger, les chapeaux de paliers en métal léger se dilatent à un taux qui est environ le double du taux de dilatation de l'arbre- manivelle, de sorte que le jeu autour de l'arbre aug mente.
Un jeu radial de 0,075 à 0,1 mm rend le palier bruyant et occasionne une perte d'huile si ce jeu existe sur toute la circonférence du palier. En l'absence de la pièce de compensation 30 décrite, ce jeu exagéré et nuisible apparaîtrait. Par contre, si le palier possède une surface présentant une forme ovale avec un jeu de 0,025 ou 0,05 mm dans la direction d'un diamètre A (fig. 3), qui peut coïncider avec la direction de l'axe des cylindres du moteur, un jeu de 0,075 à 0,1 mm peut être toléré dans une direction perpendiculaire, ou suivant le diamètre B, et la pièce 30 permet de maintenir un jeu étroit dans la direction désirée.
Lorsqu'un chapeau de palier composé de métaux dissemblables, et construit comme il est dit plus haut, est chauffé aux températures de travail normales des moteurs (de l'ordre de 93 à 150 C), le corps 10, en alliage léger, se dilate plus que la pièce 30. Cette différence de dilatation se traduit par une réduction partielle de l'effort qui s'exerce à la surface de jonc tion du corps 10 et de la pièce 30, et par une réduc tion correspondante de la flexion de la pièce ou barre 30, comme si l'on appliquait une force de bas en haut au milieu de ladite barre.
La zone centrale du chapeau est ainsi contrainte de se déplacer de bas en haut, dans le sens de la flèche (fig. 3), dans une mesure telle que la dilatation du chapeau suivant le diamètre A se trouve en partie ou entièrement com pensée par la flexion du corps 10. Bien que la dila tation du chapeau de palier suivant le diamètre B perpendiculaire au diamètre A, ne soit pas compen sée, la compensation très importante qui se produit dans la zone centrale, est suffisante pour empêcher le palier de fonctionner d'une manière bruyante et de prendre un jeu assez important pour provoquer une perte d'huile du moteur. A la fig. 2, le chapeau est représenté à l'état froid avec un jeu uniforme (exagéré) autour d'un arbre-manivelle indiqué en C.
A la fig. 3, le chapeau de palier est représenté à l'état chaud, les jeux étant encore indiqués avec exa gération, et un faible jeu apparait suivant le diamètre A et un jeu plus important apparaît suivant le dia mètre B. Le degré de flexion du corps 10 est déter miné par les coefficients relatifs de la dilatation ther mique des deux métaux dont sont composés le corps 10 et la pièce compensatrice 30, ainsi que par la lon gueur et l'épaisseur de cette pièce 30. L'effort aux surfaces de jonction doit déformer l'une et l'autre des parties 10 et 30 et l'épaisseur de cette dernière est choisie à cette fin, en tenant compte de la masse et de la configuration du corps 10.
Si l'épaisseur donnée à la pièce compensatrice 30 est trop grande, cette pièce ne sera pas déformée par l'effort dont on dispose, alors que, si cette pièce est trop mince, elle se déformera et cédera lors de la contraction ou de l'allongement de l'aluminium, l'effort imposé aux surfaces de jonction et la flexion résultant d'une va riation de température donnée, étant d'autant plus élevés que le coefficient de dilatation de la pièce compensatrice 30 est plus élevé.
Il est, bien entendu, nécessaire que les efforts qui apparaissent à la fois dans le corps en alliage léger et dans la pièce com pensatrice 30 fixée à ce corps, soient moindres que les limites de résistance des matières aux fatigues répétées, car l'action compensatrice du chapeau de palier est appelée à se répéter pendant toute la durée de service du moteur dans lequel ce chapeau est installé.
Dans une variante de réalisation de l'invention, on effectue la fixation de la pièce 30, ayant le plus faible coefficient de dilatation, au corps en métal léger 10, lorsque les deux corps sont l'un et l'autre à la température ambiante. Cette fixation peut se faire à l'aide de rivets, de vis ou d'autres moyens, et les surfaces contiguës des deux parties peuvent présenter des cannelures complémentaires, des lan guettes, des rainures et autres, propres à empêcher leur glissement relatif et à assurer l'apparition d'un effort sous l'effet d'une dilatation différentielle, lors que les deux parties s'échaufferont en service.
Les fig. 6 et 7 illustrent une construction dans laquelle le corps 10 est pourvu de séries de dentelures espa cées 33 qui s'étendent latéralement en travers de la face 11. Ces dentelures sont prévues au moins aux points auxquels la plaque 30a faite d'un métal de moindre dilatation sera ultérieurement assujettie.
Cette plaque compensatrice 30a est similairement pourvue de dentelures dans les zones correspondan tes et dans une mesure correspondante. Après que les deux parties ont été appliquées l'une contre l'au tre, on peut les assembler plus intimement par le ser rage des vis d'assemblage et de fixation principales 26 et 28, et d'une troisième vis 34, vissée centrale- ment dans le support central inférieur 17, ce support étant à cet effet percé et- taraudé en son milieu.
L'ac tion de serrage de ces trois vis est suffisante pour que les deux pièces assemblées soient maintenues intimement en contact sans possibilité de glissement relatif et pour que, lorsque le chapeau s'échauffe, il se déforme comme si une force de traction élevée était appliquée à la face supérieure de la plaque 30a. L'incurvation de la plaque 30a vers le haut com pense la dilatation thermique du chapeau d'une ma nière semblable à celle précédemment décrite.
Tou tefois, dans le cas présent, l'effort auquel est soumise la plaque est un effort de traction qui varie de zéro à une valeur relativement élevée, alors que, dans les formes de réalisation précédentes, les efforts dans la plaque 30 varient d'une valeur de compression élevée à une valeur de compression moindre.
Dans la variante des fig. 8 et 9, la pièce dont le coefficient de dilatation thermique est le plus faible, est composée de barres métalliques 35, 36 assujet ties aux côtés du corps en alliage léger 10 et dont la longueur est au moins égale à celle de l'ouverture 11, ces barres étant fixées en place par l'un quelconque des moyens précédemment décrits, la fixation par interpénétration des surfaces étant représentée.
De même que dans les constructions précédentes, tout changement dans les efforts qui apparaissent aux sur faces contiguës des métaux dissemblables, provoque une flexion du chapeau de palier propre à compen ser, au moins en partie, la dilatation thermique de la zone centrale de ce chapeau par rapport à l'arbre supporté.