Le guide ultime du vilebrequin

Savez-vous comment un véhicule transforme un mouvement alternatif en mouvement de rotation ? Eh bien, c’est le rôle d’un vilebrequin.

Dans ce guide, vous allez tout apprendre sur cet accessoire essentiel de transmission de puissance dans les moteurs automobiles. Que vous souhaitiez en apprendre davantage sur le principe de fonctionnement, les pièces, les caractéristiques ou les fonctions, vous trouverez toutes les informations ici.

Types de vilebrequins

Permettez-moi de préciser. Il existe différents types de moteurs. Les vilebrequins trouvent leurs applications dans différents domaines. Pour cette raison, il n’existe pas une seule version.

Parlons maintenant en détail de ces types :

Composants de vilebrequin

Pièce unique

Elle est fabriquée à partir d’un seul bloc massif de matériau. Elles conviennent à une utilisation dans des moteurs de vitesse élevée ou modérée. De plus, elles sont résistantes et peuvent supporter un désalignement des paliers ou des vibrations axiales.

Forgé

Le forgeage implique l’application de forces sur les métaux pour façonner l’unité finale. Cela signifie que la soudure n’est pas nécessaire. Elles conviennent aux moteurs de vitesse moyenne comme les générateurs. De plus, vous pouvez durcir les vilebrequins forgés par induction.

Semi-assemblé

Ici, vous n’assemblerez pas toutes les pièces en une seule fois. Certains composants sont fabriqués ensemble en une unité. Par exemple, vous pouvez entièrement forger, façonner et construire les paliers principaux et le bras de manivelle.

Elles sont populaires pour la fabrication de moteurs diesel pour les navires.

Soudé

Comme son nom l’indique, vous relierez différents composants du vilebrequin par soudage. Ces unités sont solides mais coûteuses, ce qui les rend moins préférées.

Moulé

Ces systèmes sont moins chers à fabriquer que d’autres versions de vilebrequins. Cela les rend populaires dans les moteurs utilisant du diesel ou de l’essence.

Pour les fabriquer, vous coulerez du fer malléable. De plus, vous pouvez améliorer sa longévité en le soumettant à un traitement thermique. Cela réduit l’usure et renforce la résistance à la traction.

Assemblé

Ce système est composé de plusieurs pièces fabriquées séparément. Par exemple, vous pouvez réaliser l’usinage séparément sur les tourillons et les manetons. Ensuite, vous les chaufferez, puis les ajusterez artificiellement.

En refroidissant, ils forment un ajustement serré les uns aux autres.

Billet

Pour fabriquer ce vilebrequin, vous utiliserez un alliage d’acier de type 4340. Cela comprend du molybdène, du nickel, de l’aluminium et du chrome.

Ils nécessitent un temps minimal d’usinage et peuvent transmettre la puissance maximale disponible aux charges. De plus, ils fonctionnent bien avec un équilibrage minimal.

Matériaux adaptés à la fabrication de vilebrequins

Ces unités doivent être solides en raison des forces qu’elles endurent. Certains matériaux de base adaptés à leur construction comprennent les suivants :

• Acier au carbone
• Alliage d’acier
• Nickel chrome

Dans l’acier au carbone, vous pouvez ajouter d’autres composants tels que :

• Manganèse
• Silicium
• Chrome
• Cobalt
• Molybdène
• Vanadium

Processus de fabrication d’un vilebrequin

Comme vous le savez déjà, il existe plusieurs types de vilebrequins. Cela signifie que le processus de fabrication variera d’une version à l’autre. Nous expliquerons les étapes communes ci-dessous :

Étape 1

La première étape consiste à couler ou forger le vilebrequin. Lorsque vous optez pour le forgeage, vous chaufferez le métal puis lui donnerez sa forme.

Le coulage implique l’utilisation d’un moule qui donnera forme au métal en fusion. Une fois refroidi, il prend la forme du moule.

Note importante : Les moteurs de performance peuvent préférer utiliser le forgeage comme méthode de fabrication. Les moteurs qui nécessitent des performances élevées optent pour des vilebrequins en billettes. Ceux-ci sont coûteux à fabriquer.

Étape 2

Après avoir forgé ou coulé le vilebrequin, vous lisserez les zones des paliers et des tourillons. Ensuite, vous percerez des passages d’huile.

De plus, lors de la fabrication de moteurs de production, vous pouvez décider de laisser la finition rugueuse du coulage sur les tourillons. Cependant, vous usinerez des parties des moteurs de performance. Cela aide à minimiser la traînée d’huile.

Étape 3

Ici, vous veillerez à ce que les tourillons soient plus durs que les paliers. Cela garantit que l’usure se produise sur les paliers et non sur les vilebrequins.

L’utilisation d’un processus de traitement thermique est une manière de durcir ces zones.

Composants de vilebrequins

Un vilebrequin n’est pas un composant isolé. De nombreuses pièces se réunissent pour en faire un système entièrement fonctionnel. Voici les pièces que vous trouverez dans cette unité :

Pièces de vilebrequin – Photo gracieuseté de The Engineers Post

Passage d’huile

Ce sont des trous qui lubrifient le système, ce qui réduit le taux d’usure. Ils se situent sur le tourillon du vilebrequin et libèrent de l’huile lorsque le système est opérationnel.

Rondelles de butée

Ces composants se situent entre le sabot de vilebrequin et le tourillon. Ils maintiennent l’espace entre deux parties adjacentes du vilebrequin.

Joints d’huile

Ils servent à contenir l’huile dans les bons endroits, évitant ainsi toute fuite. Deux types de joints d’huile sont utilisés :

Joint d’huile côté frontal

Ce joint se trouve derrière les pignons de synchronisation et les poulies. Lorsqu’il échoue, vous pouvez facilement le localiser et le réparer.

Joint d’huile côté arrière

Celui-ci se situe entre les volants et les tourillons principaux. Un ressort garter maintient ce joint en place entre les vilebrequins. Lorsqu’il échoue, il est généralement difficile à atteindre et à réparer.

Équilibrage/poids de vilebrequin

Ils se trouvent sur le tourillon du vilebrequin et contribuent à améliorer la stabilité de l’unité. Cela signifie que le système peut fonctionner en douceur même à des régimes élevés.

Bras/tourillon de vilebrequin

Ce bras sert de liaison entre les vilebrequins et les paliers de tourillon.

Tourillons

Ils sont également appelés manetons. Leur but est de relier les vilebrequins aux bielles de connexion. Ils jouent le rôle principal de transmettre efficacement la force de rotation au côté plus grand des bielles de connexion.

Montage à bride

Les brides relient les vilebrequins et les volants.

Tourillons principaux

Ces pièces sont disposées de manière linéaire par rapport au vilebrequin. Vous utiliserez ce composant pour attacher cet arbre rotatif au bloc moteur.

Mécanisme de fonctionnement d’un vilebrequin

Ces systèmes comportent plusieurs composants qui travaillent ensemble pour transférer la puissance. Voici un aperçu de son fonctionnement :

• Le vilebrequin a une série de broches décalées ou “tourillons” espacées autour de sa circonférence. Ces tourillons sont décalés par rapport au centre du vilebrequin.
• À mesure que le moteur tourne, les pistons montent et descendent dans leurs cylindres. Par conséquent, ils poussent et tirent sur les bielles de connexion.
• Les bielles de connexion sont fixées aux tourillons du vilebrequin. Lorsque les pistons montent et descendent, les bielles de connexion poussent et tirent sur les tourillons dans un mouvement de rotation.
• Étant donné que les tourillons sont décalés par rapport au centre du vilebrequin, la poussée et la traction des bielles de connexion font tourner le vilebrequin en mouvement circulaire.
• Les vilebrequins rotatifs transfèrent l’élan des pistons aux unités de transmission. Cela entraîne à son tour les roues du véhicule ou alimente d’autres équipements.

Lubrification des vilebrequins

Le vilebrequin comporte plusieurs composants mobiles. Cela signifie qu’il doit fonctionner efficacement pour que la puissance puisse être transférée sans perte. De plus, un fonctionnement fluide réduit les dommages dans le moteur.

Pour cette raison, la lubrification du vilebrequin est vitale. Alors que les pièces métalliques montent et descendent, l’huile de lubrification facilite le processus de la manière la plus fluide possible.

Raisons de la défaillance des vilebrequins

La conception d’un vilebrequin vise à le rendre efficace pendant longtemps. Cependant, il arrive que dans certains cas extrêmes, il puisse fonctionner en dessous des normes ou tomber en panne.

Voici quelques problèmes qui peuvent entraîner la défaillance de cette unité :

Défaillance induite par les vibrations

Les tourillons et les manetons peuvent se fracturer lorsque le moteur subit beaucoup de vibrations de torsion.

Usure des tourillons

Cela se produit lorsque la pression d’huile est insuffisante. Les tourillons et la surface du palier frottent l’un contre l’autre. L’effet de cela est que l’espace se dilate et que la pression d’huile diminue.

Fatigue

Ce sont des forces qui s’accumulent constamment sur le vilebrequin et peuvent causer l’apparition de fractures. Cela se produit principalement sur la jonction entre le web et les tourillons. La magnétoscopie est une manière d’inspecter de telles défaillances.

Trop de pression dans les cylindres

Le blocage hydraulique se produit à l’intérieur du chemisier en raison de la pression excessive du vilebrequin.

Minimal Lubrification

Cela augmentera la friction et endommagera les paliers.

Décalage des vilebrequins

Les pièces au sein de ce groupe peuvent ne pas s’aligner les unes avec les autres, ce qui peut causer des inefficacités. Certaines raisons à cela incluent :

• Explosion ou incendie dans le carter de vilebrequin
• Un palier primaire endommagé
• Boulons cassés ou mal serrés
• Selles ou logements de paliers fissurés
• Corrosion dans l’unité

Alignement dans le vilebrequin

Comparaison entre vilebrequin et arbre à cames

Dans un moteur, vous trouverez ces deux systèmes qui coordonnent pour réaliser un objectif commun. Nous avons un tableau de comparaison qui montre comment ils se comparent :

Applications des vilebrequins

Les vilebrequins sont des composants polyvalents d’une machine. Cela signifie qu’ils trouvent leur application dans plusieurs domaines. Certains d’entre eux incluent :

Machines diesel

Les composantes ici sont grandes et sont fabriquées en acier allié forgé. Cela signifie qu’elles peuvent supporter de longues utilisations et fournir de la puissance efficacement.

Générateurs

Ces composants sont disponibles dans les générateurs électriques. Il change le mouvement des pistons en mouvement rotatif. Normalement, le volant tournera en raison de cette force rotative.

Par conséquent, cela générera de l’énergie. Aux côtés de l’alternateur, le générateur produira une puissance électrique.

Unités de combustion

Ce système peut se trouver à l’intérieur d’un bloc moteur qui brûle pour produire de l’énergie. Cela aidera à transférer le mouvement linéaire en mouvement rotatif à travers l’utilisation de bielles. Cela vous permet de fournir de l’énergie qui alimente différentes charges.

Entraînements d’arbres à cames

Les vilebrequins et les arbres à cames travaillent ensemble. Les unités d’entraînement comme les chaînes aident à transmettre la puissance des vilebrequins aux arbres à cames.

Motos

Le système aide les motos à bouger et à réduire les vibrations dans les moteurs.

Transmission de puissance

Un vilebrequin facilite la transmission de puissance vers d’autres parties d’un moteur. Certaines de ces parties comprennent des compresseurs, des synchronisations de soupapes et des pompes à air et à eau.

Vilebrequin

Conclusion

Il est maintenant clair à quel point un vilebrequin est important pour un moteur et la manière dont il supporte plusieurs opérations du moteur. Nous espérons également que ce guide vous a donné une connaissance approfondie du fonctionnement d’un vilebrequin.

Autres ressources:

Pièces et fonctions du vilebrequin – Source : The Engineers Post

Vilebrequin – Source : Wikipedia

Matériaux pour moteurs automobiles – Source : Science Direct

Structure et fonction du vilebrequin – Source : Motor Service

Qu’est-ce qu’un vilebrequin et quel est son rôle? – Source : MTAQ