FR2790691A1 - Perfectionnements aux machines de galetage, notamment pour le vilebrequin d'un moteur de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Dans une machine de galetage, du type comportant deux jeux de deux galets (7, 8) respectivement d'action et de réaction, portés par deux bras aptes à pivoter l'un vers l'autre pour amener ces galets au contact des tourillons (2) et des manetons successifs d'un vilebrequin (1) entraîné en rotation autour de son axe longitudinal (X) disposé horizontalement, les galets d'action (7, 8) étant au nombre de deux, identiques et disposés symétriquement par rapport à un plan vertical médian (Y) du tourillon ou du maneton, et roulant dans deux gorges circulaires opposées (6) de celui-ci, l'axe de rotation de chaque galet étant incliné sur l'axe horizontal du vilebrequin, l'invention consiste en ce que les galets de réaction (26, 27) sont deux à deux symétriques et adaptés à rouler en permanence dans le fond des gorges circulaires, à l'opposé des galets d'action.

Description

La présente invention est relative à des perfectionnements apportés aux

machines de galetage utilisées pour la finition et en particulier le renforcement et/ou le redressement d'un vilebrequin équipant un moteur à combustion interne de véhicule automobile ou de pièces similaires pour des usages

impliquant des contraintes analogues.

On sait que le vilebrequin d'un moteur pour véhicule automobile constitue un organe essentiel pour la commande et la récupération des efforts créés dans les cylindres du moteur sur les pistons qui se déplacent en va-et-vient dans ceux-ci au cours des cycles d'admission, de compression, de combustion et d'échappement mis en oeuvre dans ce moteur et qui sont transmis au vilebrequin par une bielle articulée

sous la tête de chacun de ces pistons.

Cette pièce subit en effet pendant la durée de vie du moteur (supérieure à 109 cycles) des contraintes notables et répétitives, qui exigent qu'elle présente une résistance

à la fatigue particulièrement élevée.

Dans ce but, le vilebrequin est, de façon classique, soumis au cours de son processus de fabrication par usinage, à une opération de galetage qui consiste à

réaliser un écrouissage du métal qui le constitue, c'est-à-

dire produit au sein de la masse métallique de la pièce, généralement réalisée en fonte ou en aciers spéciaux, une déformation plastique du métal avec ou sans déplacement, ce traitement de surface étant réalisé en faisant rouler sur la zone correspondante du vilebrequin au moins un galet en un matériau très dur, par exemple en acier d'outillage du genre Z 85 W D 0 6 traité, soumis à une forte charge qui provoque une plastification du métal du vilebrequin et induit dans celui-ci des contraintes résiduelles de compression, renforçant notablement sa résistance mécanique. Notamment, avec un vilebrequin constitué d'une succession de tourillons reliés par des bras de liaison à des manetons prévus pour recevoir les mouvements des bielles des pistons, en provoquant la rotation du

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vilebrequin autour de son axe, l'opération de galetage est réalisée dans les gorges arrondies ou congés circulaires qui relient chaque maneton ou tourillon à un bras de liaison, l'opération pouvant d'ailleurs être effectuée dans des conditions variables d'une gorge à l'autre et même différemment selon des secteurs consécutifs de ces gorges, pour le cas o des caractéristiques non identiques du métal

sont recherchées dans des zones distinctes de celles-ci.

De façon connue, le galetage d'un vilebrequin dans ses gorges au droit des manetons et/ou des tourillons est réalisé à l'aide de deux groupes de galets différents. L'un de ces groupes est de préférence constitué au moyen de deux galets, dits d'action, qui provoquent l'écrouissage du métal dans la gorge travaillée d'un maneton ou d'un tourillon, ces galets venant s'appliquer par le dessus contre la surface de cette gorge, pendant que le vilebrequin est entraîné en rotation autour de son axe

longitudinal, avantageusement disposé horizontalement.

Ces galets du premier groupe sont eux-mêmes montés en rotation, respectivement autour de deux axes présentant des inclinaisons symétriques sur l'horizontale pour travailler simultanément deux gorges opposées du vilebrequin de part et d'autre d'un maneton ou d'un tourillon, ces gorges étant elles-mêmes symétriques de chaque côté du plan vertical

médian de celui-ci.

L'autre groupe de galets, dits de réaction, assurent simultanément le soutien du tourillon à l'opposé des galets d'action du premier groupe. Ces galets de réaction sont en contact avec la surface extérieure du maneton ou du tourillon dans la partie centrale de celui-ci. De préférence, ces galets sont également au nombre de deux mais agencés de sorte que leurs axes de rotation restent parallèles entre eux et soient respectivement disposés de part et d'autre d'un plan vertical passant par l'axe

longitudinal du vilebrequin.

Avec ce montage, les deux galets d'action, avec leurs axes de rotation inclinés sur l'horizontale, sont en permanence en contact avec deux gorges opposées d'un même

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maneton ou tourillon selon des lignes circulaires de diamètre A, lequel est légèrement inférieur à celui B de la partie centrale de cet élément, les galets de réaction s'appliquant par le dessous sur cette partie centrale (voir Figure 2 du dessin annexé, décrite plus loin). La Figure 1 de ce dessin illustre schématiquement, en coupe axiale, un vilebrequin classique, désigné dans son ensemble sous la référence 1 et formé d'un ensemble de tourillons 2, répartis selon l'axe longitudinal du vilebrequin repéré par la référence X, et de manetons 3 et 4, d'axes respectivement X' et X", ces manetons étant reliés aux tourillons par des bras de liaison 5 qui

s'étendent sensiblement perpendiculairement à l'axe.

La rotation du vilebrequin 1 autour de l'axe X entraîne les manetons 3 et 4 selon des trajectoires circulaires autour de cet axe, ces manetons étant associés à des bielles (non représentées), elles- mêmes articulées sous les têtes des pistons en déplacement alternatif dans

les cylindres d'un moteur à combustion.

La Figure 2 illustre à plus grande échelle un maneton ou tourillon du vilebrequin représenté sur la Figure 1, par

exemple un tourillon 2, avec de part et d'autre de celui-

ci, des bras de liaison 5, les manetons étant ici non représentés. Ce tourillon 2 se raccorde à la surface des bras 5 par des congés ou gorges circulaires 6, à l'intérieur desquels il est nécessaire, conformément à l'enseignement de l'art antérieur dans la technique considérée, de réaliser un écrouissage du métal par une opération de galetage

appropriée.

Cette opération est réalisée au moyen d'un premier groupe de deux galets, dits d'action, identiques, respectivement désignés sous les références 7 et 8, ces galets, réalisés en un matériau très dur, étant entraînés en rotation autour de leurs axes respectifs 9 et 10, lesquels sont symétriques et inclinés de façon opposée sur l'axe horizontal du tourillon 2 considéré, qui est ici l'axe d'entraînement du vilebrequin, ces galets étant

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disposés de chaque côté du plan vertical médian du tourillon. Chacun de ces galets 7 ou 8 présente un profil 11 adapté à celui de la gorge 6 dans laquelle il doit réaliser un écrouissage convenable du métal du vilebrequin, en provoquant, par roulement et sous une pression élevée dans cette gorge, une déformation plastique de ce métal, qui peut être continue sur toute la périphérie de la gorge ou bien être seulement réalisée dans une partie de celle-ci, en modulant l'effort d'application du galet correspondant

sur la circonférence de cette gorge.

Pour éviter que l'effort d'écrouissage du métal dans les deux gorges 6 du tourillon 2 ne provoque une flexion préjudiciable et éventuellement irréversible du vilebrequin selon son axe longitudinal X, l'opération de galetage met en oeuvre de façon connue, à l'opposé des deux galets d'action 7 et 8, au moins un galet dit de réaction 12, lequel s'appuie sous le tourillon 2 dans la partie centrale de celui-ci, entre les gorges 6 situées de part et d'autre

de cette partie centrale.

Le galet de réaction 12 prend ainsi appui sur le tourillon selon une zone circulaire dont le diamètre est égal à B. La Figure 3 représente schématiquement, en élévation, une machine de galetage d'un type connu, celle-ci étant essentiellement constituée de deux bras de support 13 et 14, sensiblement horizontaux et articulés l'un par rapport à l'autre autour d'un axe transversal 15 à la manière d'une pince, ces bras étant eux-mêmes articulés à l'une de leurs extrémités, respectivement sur la tige 16 et le corps 17 d'un vérin de commande hydraulique 18 ou mécanisme similaire, permettant d'écarter ou de rapprocher les extrémités opposées des bras 13 et 14. Ce vérin 18 est notamment équipé d'une valve de pilotage (non représentée), qui permet d'exercer sur les galets, et par suite sur le tourillon ou le maneton du vilebrequin soumis à l'opération

de galetage, un effort approprié.

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Les bras 13 et 14 supportent des platines d'appui 19 et 20, la platine 19 portant les galets d'action 7 et 8, tandis que la platine 20 est représentée supportant deux galets de réaction 12, repérés sous les références 12a et 12b. Les bras 13 et 14 sont eux-mêmes portés par l'intermédiaire d'une biellette 21 articulée, d'une part en 22 sur l'un des bras, et d'autre part en 23 sur un support fixe 24, de manière à pouvoir suivre le mouvement d'un maneton 3 ou 4 lorsque l'opération de galetage s'effectue sur l'un de ceux-ci et non plus sur un tourillon 2, ce maneton subissant un mouvement de montée et de descente alternatif, du fait de la rotation du vilebrequin autour de son axe longitudinal X. Avantageusement et comme l'illustrent de façon plus détaillée les Figures 4 et 5 du dessin annexé, la Figure 4 étant une vue en élévation de la machine de galetage mise en oeuvre tandis que la Figure 5 est une vue en coupe transversale selon la ligne V-V de celle-ci, les galets de réaction 12a et 12b sont décalés de part et d'autre de l'axe longitudinal X du vilebrequin 1 et sont ainsi appliqués en deux points symétriques du tourillon 2 par

rapport à un plan vertical qui passe par cet axe.

Une telle machine présente un certain nombre

d'inconvénients.

En premier lieu, on constate au cours de l'opération de galetage que le vilebrequin 1 se déforme, en dépit de la présence des galets de réaction, les axes X, X' et X" selon lesquels se répartissent longitudinalement les tourillons et les manetons n'étant plus rigoureusement parallèles, comme l'illustre en particulier la Figure 6, o l'on retrouve les dispositions déjà montrées sur la Figure 2, mais sur laquelle l'axe longitudinal X qui est celui selon lequel devraient se maintenir alignés les tourillons 2 du vilebrequin, vient en réalité dans la position X''', formant un angle faible mais néanmoins non négligeable avec

le précédent.

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Il en résulte que les deux galets de réaction 12a et 12b ne sont plus étroitement en contact sur la surface du tourillon dans la zone de diamètre B de celui-ci, mais portent seulement sur une partie de celleci, avec une inclinaison relative de même angle que celui qui représente le décalage entre les axes X et X''', de sorte que ces galets induisent un effort latéral et par suite un déplacement transversal du ou des bras de galetage (on notera que, suivant les cas, les machines de galetage

peuvent avoir un ou plusieurs bras de galetage).

La mauvaise concentricité entre le tourillon 2 et les galets d'action 7 et 8, au droit des gorges 6 pendant l'opération de galetage, entraîne en particulier une variation notable des efforts exercés par ces galets, comme illustré sur le schéma de la Figure 7, qui porte en ordonnées la valeur de ces efforts en daN, le nombre de tours du vilebrequin pendant l'opération de galetage étant

porté en abscisses.

Il résulte ainsi de ce défaut de concentricité des déformations sur le vilebrequin particulièrement gênantes

et qui peuvent même être rédhibitoires.

De plus, les tourillons et manetons subissent en cours de fabrication, avant l'opération de galetage, un traitement thermique superficiel qui conduit à la présence de calamine. Celle-ci risque d'être alors arrachée par les galets de réaction si ceux-ci ne s'appliquent pas étroitement contre la partie à galeter du vilebrequin, des particules pouvant notamment être introduites au fond des gorges, en perturbant gravement l'effet des galets d'action

et l'obtention d'une surface adéquate.

Enfin, il convient d'observer que les tourillons et les manetons peuvent être usinés par fraisage et ne sont donc pas parfaitement circulaires, comme illustré sur les Figures 8 et 9, la Figure 8 représentant un tourillon 2 entre deux bras de liaison 5 et la Figure 9 une vue en coupe de ce tourillon selon la ligne IX-IX de la Figure 8, ces figures faisant apparaître sur la surface externe de ce tourillon, au droit notamment de la gorge 6, des facettes

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, formant des creux et des bosses successifs sur la périphérie de la zone à galeter, entraînant des corrections d'effort permanentes, dont certaines peuvent être interprétées comme équivalentes à celles créées par une rupture de galet, avec arrêt en réalité inutile de la machine, ces creux et bosses pouvant produire au niveau des organes de régulation de la valve de pilotage du vérin 18 (Figure 3) un effet similaire à celui constaté lorsque un des galets se brise, exigeant alors que la machine soit

immédiatement arrêtée.

La présente invention a pour objet des perfectionnements apportés aux machines de galetage du

genre ci-dessus, qui évitent ces inconvénients.

A cet effet, la machine considérée, du type comportant deux jeux de deux galets, respectivement d'action et de réaction, portés par deux bras aptes à pivoter l'un vers l'autre pour amener ces galets au contact des tourillons et des manetons successifs d'un vilebrequin entraîné en rotation autour de son axe longitudinal disposé horizontalement en vue d'exercer des efforts antagonistes sur chaque tourillon ou maneton serré entre ces galets, les galets d'action étant au nombre de deux, identiques et disposés symétriquement par rapport à un plan vertical médian du tourillon ou maneton, et roulant dans deux gorges circulaires opposées de celui-ci, l'axe de rotation de chaque galet étant incliné sur l'axe horizontal du vilebrequin, se caractérise en ce que les galets de réaction sont deux à deux symétriques et adaptés à rouler en permanence dans le fond des gorges circulaires, à

l'opposé des galets d'action.

Avantageusement, les galets de réaction sont au nombre de quatre et disposés par paires de galets symétriques de part et d'autre du plan vertical médian du tourillon ou maneton. De préférence, chaque galet de réaction coopérant avec une gorge du tourillon ou maneton, présente une inclinaison par rapport au plan vertical médian du maneton ou tourillon

de l'ordre de 30 à 35 .

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En outre et selon une autre caractéristique avantageuse, les directions radiales selon lesquelles les galets de réaction (26, 27) de chaque paire s'appliquent dans les deux gorges circulaires opposées (6) du tourillon ou du maneton, forment par rapport à la verticale 4 un

angle (B) compris entre 20 et 30 .

D'autres caractéristiques d'une machine de galetage perfectionnée mettant en oeuvre les dispositions de

l'invention apparaîtront encore à travers la description

qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - Les Figures 1 à 9 se rapportent à une machine de

galetage classique.

- La Figure 10 est une vue en coupe d'un tourillon analogue à celui de la Figure 2, mais dans laquelle les

galets de réaction sont conformes à l'invention.

- La Figure 11 est une vue partiellement analogue à la Figure 4, o les galets de réaction sont disposés comme

illustrés sur la Figure 10.

Sur la Figure 10, le tourillon 2 avec ses bras de liaison 5 de part et d'autre de celui-ci, délimitant avec le tourillon les gorges circulaires à profil arrondi 6, à l'intérieur desquelles doit être réalisée l'opération de galetage au moyen des galets d'action 7 et 8, est associé à des galets de réaction 26 et 27, symétriques l'un de l'autre et qui sont également sensiblement symétriques des galets d'action 7 et 8 respectivement, ces galets de réaction étant inclinés sur l'horizontale de la même manière que les précédents et roulant à l'opposé de ces derniers dans les deux gorges 6, de part et d'autre du plan

médian Y du tourillon considéré.

Avantageusement, l'inclinaison des galets de réaction 26 et 27 (et par conséquent des galets d'action 7 et 8 qui leur sont symétriques) est choisie par construction de la machine, pour être comprise entre 30 et 35 , l'angle a correspondant étant celui mesuré entre le plan médian du

tourillon et celui qui contient chacun des galets.

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La Figure 11 montre que la machine, dont les éléments essentiels ont déjà été décrits en relation avec les Figures 3 à 5, comporte de préférence deux jeux de deux galets de réaction (sur la figure apparaissent seulement deux galets 26a et 26b, les deux autres qui correspondent au galet 27 étant symétriques des précédents et situés de

l'autre côté du plan de la figure).

Ces galets de réaction sont disposés par paires comme décrit ci-dessus en relation avec la Figure 10, mais orientés selon des directions qui font respectivement avec le plan vertical Z passant par l'axe longitudinal X du tourillon 2, un angle B, choisi de préférence entre 20 et . Grâce à ces dispositions et en particulier à l'orientation symétrique des galets de réaction qui s'appliquent cette fois dans les gorges o s'engagent les galets d'action, avec la même orientation que ces derniers, les inconvénients liés, dans une machine classique, au fait que les galets de réaction portent seulement sur la partie centrale du tourillon ou du maneton disparaissent complètement, les efforts exercés par ces galets de réaction étant symétriques et évitant tout déplacement transversal du ou des bras de galetage en cours d'opération et en s'affranchissant de tout défaut éventuel de

concentricité.

Les creux et les bosses qui découlent inéluctablement de l'opération de fraisage du vilebrequin au fond des gorges à galeter, disparaissent du fait de l'appui permanent dans celles-ci, aussi bien des galets d'action que des galets de réaction, permettant d'obtenir un lissage parfait du fond des gorges. En particulier, le fait que les galets de réaction ne soient pas en contact avec la surface extérieure de la partie centrale de diamètre B du maneton ou tourillon évite que s'introduise dans ces gorges tout dépôt de calamine, avec les désavantages déjà mentionnés

dans le cas contraire.

Avec la solution de l'invention, la valve de pilotage du vérin de commande du serrage des galets est largement

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moins sollicitée, ce qui élimine les arrêts intempestifs de la machine, sans confondre une éventuelle variation

d'efforts sur un galet avec une rupture de celui-ci.

L'utilisation de deux, de préférence de quatre galets de réaction, améliore le renforcement et le redressage du vilebrequin, en facilitant les conditions dans lesquelles le galetage peut être effectué, notamment lorsqu'il doit être sectoriel et ne pas être réalisé de façon identique en

tous points de la gorge travaillée.

Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit ci-dessus en référence aux dessins annexés; elle en

embrasse au contraire toutes les variantes.

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Claims (4)

REVENDICATIONS

1 - Perfectionnements aux machines de galetage, notamment pour la finition d'un vilebrequin pour moteur de véhicule automobile, du type comportant deux jeux de deux galets (7, 8; 12) respectivement d'action et de réaction, portés par deux bras (13, 14) aptes à pivoter l'un vers l'autre pour amener ces galets au contact des tourillons (2) et des manetons (3, 4) successifs d'un vilebrequin (1) entraîné en rotation autour de son axe longitudinal (X) disposé horizontalement en vue d'exercer des efforts antagonistes sur chaque tourillon ou maneton serré entre ces galets, les galets d'action (7, 8) étant au nombre de deux, identiques et disposés symétriquement par rapport à un plan vertical médian du tourillon ou du maneton, et

roulant dans deux gorges circulaires opposées (6) de celui-

ci, l'axe de rotation de chaque galet étant incliné sur l'axe horizontal du vilebrequin, caractérisés en ce que les galets de réaction (26, 27) sont deux à deux symétriques et adaptés à rouler en permanence dans le fond des gorges

circulaires, à l'opposé des galets d'action.

2 - Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisés en ce que les galets de réaction (26, 27) sont au nombre de quatre et disposés par paires de galets (26a, 26b) symétriques de part et d'autre du plan vertical médian

(Y) du tourillon ou du maneton.

3 - Perfectionnements selon la revendication 2, caractérisés en ce que chaque galet de réaction (26, 27) coopérant avec une gorge (6) du tourillon ou du maneton, présente une inclinaison (a) par rapport au plan vertical médian (Y) du tourillon ou du maneton de l'ordre de 30 à .

4 - Perfectionnements selon l'une des revendications 2

ou 3, caractérisés en ce que les directions radiales selon lesquelles les galets de réaction (26, 27) de chaque paire s'appliquent dans les deux gorges circulaires opposées (6) du tourillon ou du maneton, forment par rapport à la

verticale un angle (B) compris entre 20 et 30 .