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Vilebrequin

Vilebrequin

Le vilebrequin est un composant des machines thermiques et des moteurs alternatifs en général. Le vilebrequin est l'arbre de transmission de puissance qui agit comme une manivelle de l'ensemble manivelle-manivelle. Sa fonction est de transformer des mouvements alternatifs en mouvements de rotation (moteurs à explosion, par exemple), ou inversement (presses mécaniques excentriques).

Dans les moteurs thermiques, le vilebrequin rassemble les forces provenant de l'explosion et convertit, au moyen de la bielle, le mouvement linéaire alternatif du piston en mouvement rotatif. Il transmet le mouvement et la force motrice aux éléments de transmission qui lui sont couplés. Il est soumis à des contraintes de torsion et de flexion, et possède une structure solide et très résistante.

Les vilebrequins sont constitués de supports, généralement cinq pour un moteur à quatre cylindres en ligne, qui sont fixés au banc de bloc. Ils portent également des coudes appelés souches sur lesquels les bielles sont fixées. Dans le prolongement de chaque coude se trouvent les contrepoids, qui servent à équilibrer le vilebrequin. Le pignon de distribution est monté à une extrémité du vilebrequin et, de l'autre, au volant.

Les moteurs thermiques sont des exemples de moteurs qui utilisent un vilebrequin pour transformer des mouvements alternatifs en mouvements de rotation. Les presses mécaniques excentriques, en revanche, sont des exemples de mécanismes que les vilebrequins utilisent pour transformer les mouvements de rotation en mouvements alternatifs.

Fonctionnement du vilebrequin

Le vilebrequin a un coude pour chaque bielle de la machine ou du moteur. Le coude reçoit la bielle dans le moignon, qui tourne en décalage autour de l'axe de rotation du vilebrequin. Le moignon qui constitue l'axe de rotation du vilebrequin est le col ou le support de lit. Le bras est la partie du vilebrequin qui relie le moignon et le cou. Il y a généralement un bras de chaque côté du moignon et un cou pour chaque bras. Il y a toujours des vilebrequins de compresseur qui n'ont qu'un col, un bras et le moignon, et deux, quatre ou six cylindres de moteur léger qui ont les moignons groupés deux par deux, avec un seul bras intermédiaire et aucun cou entre deux moignons consécutifs.

Pour compenser les effets de déséquilibre produits par la rotation excentrée du moignon et de la bielle, des contrepoids opposés au moignon sont installés sur la branche des bras. Ces poids peuvent être de la même pièce que le vilebrequin ou peuvent être serrés fermement sur les bras. Dans les vilebrequins de plus d'un coude, les coudes sont disposés de manière à ce que les masses excentrées d'un coude soient compensées avec les masses excentrées d'un autre, afin d'obtenir un éventuel équilibre.

Cette disposition des coudes détermine la position des cylindres, la succession des explosions et l'ensemble de distribution. Les vilebrequins sont obtenus par forgeage et usinage ultérieur d'une seule pièce à partir de cols, bras et souches séparés et montés sous pression pour un couplage à chaud. De cette façon, le montage de roulements à billes ou à rouleaux sur le moignon est autorisé. La même technique est appliquée dans les très grands vilebrequins, des moteurs marins par exemple, pour éviter la difficulté d'obtenir des pièces forgées ou des pièces moulées trop lourdes.

Le vilebrequin est la partie moteur qui doit supporter les plus grands efforts de fatigue et d'usure. Dans les moteurs d'aviation, ou dans les moteurs où les conditions de poids, de sécurité, de chargement sont très sévères, les traitements thermiques et le durcissement de surface de la nitruration, le durcissement à la flamme ou le durcissement par induction sont très répandus.

Matériau et technologie de fabrication des pièces de vilebrequin

Les matériaux et la technologie de fabrication sont souvent étroitement liés. Dans le cas de la fabrication de vilebrequins, les arbres en acier (pour obtenir la résistance et la ténacité les plus élevées) sont obtenus par forgeage et coulée.

Vilebrequins en acier

Les vilebrequins sont en carbone, chrome-manganèse, chrome-nickel-molybdène et autres aciers, ainsi qu'en fonte spéciale à haute résistance. L'avantage des arbres en acier est la plus grande résistance, la possibilité d'obtenir une dureté élevée des cols par nitruration, les arbres en fonte sont moins chers.

Le choix de l'acier est déterminé par la dureté superficielle des cols à obtenir. La dureté d'environ 60 HRC (nécessaire pour l'utilisation de roulements à rouleaux) ne peut être obtenue, en règle générale, que par traitement chimico-thermique (cémentation, nitruration, cyanuration). À ces fins, en règle générale, les aciers à faible teneur en carbone de chrome-nickel ou de chrome-nickel-molybdène conviennent, et pour les arbres de taille moyenne et grande, plus d'alliage avec du molybdène coûteux est nécessaire. Tout en maintenant la viscosité de l'âme, une dureté moindre peut être obtenue pour un fonctionnement fiable des paliers lisses en éteignant le téléviseur HD tel que le carbone moyen Leu et la fonte grise.

Les clavettes de vilebrequin en acier de taille moyenne en grande et grande série sont fabriquées en forgeant des moules fermés dans des marteaux ou des presses, tandis que le processus de billette passe par plusieurs opérations. Après le forgeage préliminaire et final du vilebrequin dans les matrices, le solin est taillé dans la presse de bord et redressé à chaud dans le joint sous le marteau.

En raison des exigences élevées de résistance mécanique de l'arbre, l'emplacement des fibres du matériau lors de la réception de la pièce est d'une grande importance pour éviter de les couper lors de l'usinage ultérieur. Pour cela, des joints avec des courants de flexion spéciaux sont utilisés. Après emboutissage avant usinage, les ébauches d'arbre sont soumises à un traitement thermique (normalisation) puis décalcifiées par décapage ou grenaillage.

Les grands vilebrequins, tels que les vilebrequins de navire, ainsi que les vilebrequins de moteur avec des carters de tunnel, sont pliables et vissés. Les vilebrequins peuvent être installés non seulement dans des paliers lisses, mais également dans des rouleaux (bielle et principal), à billes (principal dans les moteurs à faible puissance). Dans ces cas, des exigences plus élevées sont imposées à la fois à la précision de fabrication et à la dureté. Ces arbres sont toujours en acier.

Vilebrequins en fonte

Les vilebrequins moulés sont généralement en fonte ductile modifiée au magnésium. Par rapport aux arbres "emboutis" obtenus par coulée de précision (dans des moules de logement), les arbres présentent plusieurs avantages, notamment un taux d'utilisation élevé du métal et un bon amortissement des vibrations de torsion, ce qui permet souvent d'abandonner le Amortisseur externe à l'extrémité de l'essieu avant. Lors de la coulée de billettes, plusieurs cavités internes peuvent également être obtenues lors de la coulée.

La tolérance pour l'usinage des cols d'arbre en fonte ne dépasse pas 2,5 mm par côté avec des écarts selon les classes de précision 5-7. Moins de fluctuation des stocks et moins de déséquilibre initial affectent favorablement le fonctionnement de l'outil et de "l'équipement", en particulier dans la production automatisée.

Type de vilebrequins

Le vilebrequin peut être de deux types:

  • Composés / séparables, ces arbres sont séparables, en ce sens que la broche qui abrite la tête de la bielle peut coulisser, afin d'accueillir la bielle avec la tête en une seule pièce et son support, pour Cependant, pour améliorer la fiabilité des moyens et réduire les dispersions par frottement, ce type de construction est très difficile à réaliser compte tenu des innombrables facteurs à respecter pour ne pas tomber en vibrations; Son utilisation dans les véhicules civils est donc généralement liée au moteur à deux cylindres au maximum.
  • Monolithiques, ces arbres sont parmi les plus utilisés, car ils permettront une moindre attention de l'ensemble et peuvent avoir un poids inférieur aux modèles séparables donné par le fait qu'ils sont composés d'un seul élément.

De plus, selon les caractéristiques du moteur, cela peut être simple quand un seul arbre moteur est utilisé pour le moteur, multiple, quand il y a besoin de plus d'arbres, plus d'arbres peuvent également être nécessaires par cylindre de moteur, comme dans le cas des moteurs des vilebrequins opposés ou piston DUA, où ils ont deux arbres tournent en sens inverse par le piston pour minimiser les forces latérales du piston.

Auteur :

Date de publication : 18 novembre 2016
Dernier examen : 27 février 2020

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