Images de Patrice Courtade

1 PRESENTATION L’arbre à cames tournant à la moitié de la vitesse du vilebrequin, entraîne le déplacement des soupapes d’admission et

d’échappement du moteur thermique par l’intermédiaire des poussoirs ou culbuteurs.

Les cames doivent présentées des qualités de dureté importante pour assurer la longévité de l’arbre et un faible

coefficient de frottement pour limiter les pertes de performance par friction qui sont loin d’être négligeables.

Dans le projet de l'arbre à cames, la phase la plus délicate constitue dans le dessin de la came. Son profil détermine en effet le mouvement d'ouverture des soupapes, la durée d'ouverture (diagramme de la distribution) et la levée des soupapes. Le profil de la came est normalement différent pour les soupapes d'admission et d'échappement parce que les lois que doivent suivre ces deux pièces sont différentes. Ce profil se compose de trois parties : - un arc de cercle, qui est appelé zone de repos, auquel correspond la fermeture de la soupape ; - un arc de cercle de rayon plus petit qui correspond à la zone d'ouverture maximale ; - deux segments rectilignes ou curvilignes, tangents aux deux cercles, et correspondant respectivement à la levée et au retour de la soupape. La liaison entre la carter et l’arbre à cames est réalisée par un montage de roulement (cas de l’étude) ou sur paliers avec lubrification par huile sous pression. Le matériau utilisé pour la fabrication de l’arbre à cames est un acier faiblement allié à 0,4% de carbone, du chrome à 1,5%, de l’aluminium à 1,2% et du molybdène (désignation 40 Cr Al Mo 6 12). Cet acier présente à l’état trempé revenu un Rm compris entre 850 et 1200 MPa, un Re entre 670 et 800 MPa, un A% de 11% à 14% et une dureté de 32 HRc (300 HV).

Compétences Visées : Justifier le choix d’un matériau – Démarche PPM : Produit Procédé Matériau

TD MODELISATION DES DEFORMATIONS LOCALES DES PIECES

ET MESURE DES DEFAUTS

TRAITEMENTS THERMIQUES : ETUDE DE LA REALISATION D’UN ARBRE A CAMES

MOTEUR BMW

Pignon de distribution

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2 ANALYSE DE LA FABRICATION DE L’ARBRE A CAMES

Objectif :

Construire la gamme de fabrication de l’arbre à cames

Question 1. Proposer un ou des type(s) de machine à commande numérique en précisant le nombre d’axes capable d’usiner l’arbre à came. Justifier votre choix.

Question 2. Analyser les contraintes d’état de surface et de dureté des différentes surfaces fonctionnelles. Proposer des modes d’obtention possible de ces caractéristiques.

Question 3. Proposer une gamme de fabrication de l’arbre à cames en ordonnançant les différentes phases.

Question 4. Proposer une mise en position MIP isostatique pour la première phase d’usinage.

Cotation partielle, tolérancement ISO 8015

Vidéo usinage arbre à cames : https://www.youtube.com/watch?v=A7eio7x6gbI

Vidéo usinage vilebrequin : https://www.youtube.com/watch?v=wGVQHA-iVBQ

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ANNEXE : LA RUGOSITE

1. INTRODUCTION L’aptitude à l’emploi d’une pièce exige une qualité adaptée au point de vue macro-géométrique (spécification

dimensionnelle et géométrique) mais elle exige également des qualités micro-géométriques pour les surfaces afin de

réduire l’usure et le rodage, de favoriser la lubrification, d‘assurer l’étanchéité, de limiter les frottements, etc.

Le terme état de surface regroupe toutes ces exigences.

Définition du profil primaire

C’est la ligne obtenue en coupant la surface par un plan perpendiculaire à la surface

(et en général perpendiculaire à la direction des stries si elles existent.)

2. CLASSEMENT DES DEFAUTS Pour faciliter la compréhension, on peut classer les défauts sous 4 numéros d’ordre. On passe des défauts d’ordre 1 à 4

par agrandissements successifs comme l’illustre le tableau ci-dessous

Les défauts d’ordre 1 et 2 influent sur le frottement de glissement et de roulement ; la résistance au matage ; étanchéité

dynamique et statique ; résultats des mesurages ; etc.

Les défauts d’ordre 1 et 2 créent usure et grippage et diminuent la durée de vie des organes.

Les défauts d’ordre 3 et 4 influent sur l’écoulement des fluides ; l’étanchéité dynamique et statique ; le revêtement ; les

dépôts électrolytiques ; la résistance aux efforts alternés.

3. LES GRANDEURS MESUREES

Eléments du profil

La ligne moyenne est la ligne par rapport à laquelle les paramètres du profil sont déterminés. Cette ligne est obtenue soit par les moindres carrés soit est la centrale arithmétique. Entre une saillie et un creux consécutifs, on note :

Zw : hauteur d’un élément du profil d’ondulation ;

Zr : hauteur d’un élément du profil de rugosité ;

Xw : largeur d’un élément du profil d’ondulation ;

Xr : largeur d’un élément du profil de rugosité.

Mac

rogé

om

étri

qu

eMac

r

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Ra : Ecart moyen arithmétique

La ligne moyenne utilisée pour le calcul de Ra est la ligne centrale arithmétique. Elle est construite de telle sorte que la somme des aires comprises entre elle et le profil soit égale de part et d’autre (différent des moindres carrés). La grandeur Ra s’exprime en micron.

∫ | |

Rc : Hauteur moyenne de rugosité

∑

Symboles de base : Indication de l’exigence de l’état de surface :

4. COMPARAISON DES RUGOSITES EN FONCTION DES PROCEDES D’OBTENTION DES SURFACES (IMAGE

FANCHON) :