Crémaillères - MCE-5

MCE-5 VCRi : repousser les limites de la réduction de consommation de carburant
Crémaillères
Avec la roue de transmission, les crémaillères sont les pièces les
plus complexes et les plus délicates du MCE-5 VCRi. Ces
pièces cumulent de nombreuses problématiques, aujourd’hui
intégralement résolues. La plus complexe des deux crémaillères
est la crémaillère de piston. Cette pièce est légère, précise
(classe de denture 5 selon norme ISO 1328), et comporte de
nombreuses surfaces fonctionnelles : dentures de transmission
de puissance, piste de roulement centrale avant, face de
roulement arrière, crémaillère de synchronisation arrière, face
d’appui et de serrage du piston, centrage supérieur, filetage de
fixation au piston.
La morphologie de la crémaillère de piston est assez différente
de celle de la crémaillère de commande : la première est mobile,
la seconde est fixe, à la variation de taux de compression près.
L’essentiel des travaux a donc été concentré sur la crémaillère
de piston dont a naturellement bénéficié la crémaillère de
commande. Plus récemment, cette dernière a fait l’objet
d’optimisation en poids, passant de 1400 à 900 grammes à
même flèche sous charge et à même contrainte maxi.
Une autre difficulté liée aux crémaillères du MCE-5 VCRi est
qu’elles n’offrent aucun dégagement d’outil : il n’y a pas de
place pour passer une roue de taillage ou une meule de
rectification. Étant fortement chargées, de l’ordre de 57 000 N
en effort tangentiel pour une pression cylindre de 130 bar, elles
sont réalisées dans un acier à hautes caractéristiques
mécaniques, cémenté puis trempé. La gamme de fabrication de
ces pièces reste toutefois simple, et leur coût est modéré.
Relever le défi de la fabrication des crémaillères MCE-5 VCRi a
pris environ 5 années. Le succès est total. Au final, les
crémaillères du MCE-5 VCRi sont réalisées par forgeage « NearNetshape » (ébauche, forgeage, calibration à froid) ce qui accroît
La crémaillère de combustion du MCE-5 VCRi est fixée au piston
au moyen d’un goujon et d’une colonnette
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Plusieurs années d’études par éléments finis ont été nécessaires pour
mettre au point les crémaillères, en relation permanente avec les essais
Comme pour la crémaillère de combustion, des outils d’optimisation
topologique ont été utilisés pour concevoir la crémaillère de commande
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MCE-5 VCRi : repousser les limites de la réduction de consommation de carburant
leur résistance à la fatigue, par fibrage du matériau. Après les
divers usinages classiques qui suivent le forgeage, elles
subissent une cémentation, puis sont trempées. La finition des
dentures et de la piste de roulement centrale est réalisée par
usinage électrochimique de précision. Ce procédé permet
d’approcher la géométrie idéale à ± 2 microns en environ
1 minute. L’usinage électrochimique de précision possède la
particularité de ne présenter aucune usure d’outil et une parfaite
répétabilité.
à un grenaillage de précontrainte (shot peening) et à une
tribofinition. Ces deux procédés améliorent encore la tenue en
fatigue des dentures de crémaillères et en favorisent la
lubrification (succession de cuvettes de rétention d’huile et de
plateaux de portance hydrodynamique). Ces procédés de
fabrication sont stratégiques : ils permettent de réaliser les
crémaillères du MCE-5 VCRi selon des cadences, à des coûts et
avec des facteurs de sécurité fonctionnels répondant aux
attentes les plus exigeantes de la production automobile de
grande série.
En fin de fabrication, les dents de la crémaillère de transmission
de puissance côté combustion et côté actuation sont soumises
Crémaillère de combustion
Dimensions
Nombre de dents
6
Module
3,33
Pas de denture (mm)
10,472
Largeur hors tout (mm)
63
Hauteur (mm)
81
Masse (g)
401
Sollicitations
Contrainte maxi dans la pièce (MPa)
840
Effort longitudinal maxi (N)
53 000
Effort radial maximal (N)
33 000
Accélération maximale (g)
2 400
Données techniques
Matériau
acier de cémentation 15MCD5 (15MnCrMo5)
Traitement de surface
cémentation (profondeur 0,8mm)
Procédé de fabrication industriel
forgeage, taillage, usinage électrochimique de précision, rectification
Crémaillère de commande VCR
Dimensions
Nombre de dents
6
Module
3,33
Pas denture (mm)
10,472
Largeur hors tout (mm)
63
Hauteur (mm)
177,1
Masse (g)
906
Sollicitations
Contrainte maxi dans la pièce (MPa)
830
Effort longitudinal maxi (N)
53 000
Effort radial maximal (N)
20 000
Données techniques
Matériau
acier de cémentation 15MCD5 (15MnCrMo5)
Traitement de surface
cémentation (profondeur 0,8mm)
Procédé de fabrication industriel
forgeage, taillage, usinage électrochimique de précision, rectification
Caractéristiques principales des crémaillères MCE-5 VCRi
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