Le vilebrequin est porté dans une position parallèle à l'axe longitudinal du carter et est généralement supporté par un palier principal entre chaque lancer. Les paliers principaux du vilebrequin doivent être supportés de manière rigide dans le carter. Ceci est généralement accompli au moyen de bandes transversales dans le carter, une pour chaque palier principal.
Les entretoises font partie intégrante de la structure et, en plus de supporter les roulements principaux, ajoutent à la résistance de l'ensemble du boîtier. Le carter est divisé en deux sections dans un plan longitudinal. Cette division peut être dans le plan du vilebrequin de sorte qu'une moitié du palier principal (et parfois des paliers d'arbre à cames) soit portée dans une section du carter et l'autre moitié dans la section opposée.
Le vilebrequin est l'épine dorsale du moteur alternatif. Il est soumis à la plupart des forces développées par le moteur. Son objectif principal est de transformer le mouvement alternatif du piston et de la bielle en mouvement rotatif pour la rotation de l'hélice. Le vilebrequin, comme son nom l'indique, est un arbre composé d'une ou plusieurs manivelles situées à des points spécifiés sur sa longueur.
Les manivelles, ou jetées, sont formées en forgeant des décalages dans un arbre avant qu'il ne soit usiné. Étant donné que les vilebrequins doivent être très solides, ils sont généralement forgés à partir d'un alliage très résistant, tel que l'acier au chrome-nickel-molybdène.
Un vilebrequin peut être de construction monobloc ou multipièce. La figure montre deux types représentatifs de vilebrequins pleins utilisés dans les moteurs d'avion. La construction à quatre jets peut être utilisée sur des moteurs à quatre cylindres opposés horizontaux ou à quatre cylindres en ligne. L'arbre à six tours est utilisé sur les moteurs en ligne à six cylindres, les moteurs de type V à 12 cylindres et les moteurs opposés à six cylindres. Les vilebrequins des moteurs radiaux peuvent être du type à un, deux ou quatre temps, selon que le moteur est du type à une rangée, à deux rangées ou à quatre rangées.
Un vilebrequin de moteur radial à une course est illustré à la figure. Quel que soit le nombre de lancers qu'il peut avoir, chaque vilebrequin comporte trois parties principales: un tourillon, un maneton et une joue de manivelle. Des contrepoids et des amortisseurs, bien qu'ils ne fassent pas partie intégrante d'un vilebrequin, y sont généralement fixés pour réduire les vibrations du moteur.
Le tourillon est supporté par un palier principal et tourne dans celui-ci. Il sert de centre de rotation du vilebrequin. Il est durci en surface pour réduire l'usure. Le maneton est la section à laquelle la bielle est fixée. Il est décentré par rapport aux revues principales et est souvent appelé le lancer. Deux joues de manivelle et un maneton font un lancer. Lorsqu'une force est appliquée au maneton dans n'importe quelle direction autre que parallèle ou perpendiculaire à et à travers l'axe central du vilebrequin, cela provoque la rotation du vilebrequin.
La surface extérieure est durcie par nitruration pour augmenter sa résistance à l'usure et fournir la surface d'appui requise. Le maneton est généralement creux. Cela réduit le poids total du vilebrequin et fournit un passage pour le transfert d'huile de lubrification. Sur les premiers moteurs, le maneton creux servait également de chambre pour collecter les boues, les dépôts de carbone et d'autres matières étrangères. La force centrifuge a projeté ces substances à l'extérieur de la chambre et les a empêchées d'atteindre la surface d'appui de la bielle.
En raison de l'utilisation d'huiles dispersantes sans cendres, les moteurs plus récents n'utilisent plus de chambres à boues. Sur certains moteurs, un passage est percé dans la joue de vilebrequin pour permettre à l'huile du vilebrequin creux d'être pulvérisée sur les parois du cylindre. La joue de manivelle relie le maneton au tourillon principal. Dans certaines conceptions, la joue s'étend au-delà du tourillon et porte un contrepoids pour équilibrer le vilebrequin. La joue de manivelle doit être de construction robuste pour obtenir la rigidité requise entre le maneton et le tourillon.
La force centrifuge a projeté ces substances à l'extérieur de la chambre et les a empêchées d'atteindre la surface d'appui de la bielle. En raison de l'utilisation d'huiles dispersantes sans cendres, les moteurs plus récents n'utilisent plus de chambres à boues. Sur certains moteurs, un passage est percé dans la joue de vilebrequin pour permettre à l'huile du vilebrequin creux d'être pulvérisée sur les parois du cylindre. La joue de manivelle relie le maneton au tourillon principal.
Dans certaines conceptions, la joue s'étend au-delà du tourillon et porte un contrepoids pour équilibrer le vilebrequin. La joue de manivelle doit être de construction robuste pour obtenir la rigidité requise entre le maneton et le tourillon. La force centrifuge a projeté ces substances à l'extérieur de la chambre et les a empêchées d'atteindre la surface d'appui de la bielle. En raison de l'utilisation d'huiles dispersantes sans cendres, les moteurs plus récents n'utilisent plus de chambres à boues.
Sur certains moteurs, un passage est percé dans la joue de vilebrequin pour permettre à l'huile du vilebrequin creux d'être pulvérisée sur les parois du cylindre. La joue de manivelle relie le maneton au tourillon principal. Dans certaines conceptions, la joue s'étend au-delà du tourillon et porte un contrepoids pour équilibrer le vilebrequin. La joue de manivelle doit être de construction robuste pour obtenir la rigidité requise entre le maneton et le tourillon. un passage est percé dans la joue de vilebrequin pour permettre à l'huile du vilebrequin creux d'être pulvérisée sur les parois du cylindre.
La joue de manivelle relie le maneton au tourillon principal. Dans certaines conceptions, la joue s'étend au-delà du tourillon et porte un contrepoids pour équilibrer le vilebrequin. La joue de manivelle doit être de construction robuste pour obtenir la rigidité requise entre le maneton et le tourillon. un passage est percé dans la joue de vilebrequin pour permettre à l'huile du vilebrequin creux d'être pulvérisée sur les parois du cylindre. La joue de manivelle relie le maneton au tourillon principal. Dans certaines conceptions, la joue s'étend au-delà du tourillon et porte un contrepoids pour équilibrer le vilebrequin. La joue de manivelle doit être de construction robuste pour obtenir la rigidité requise entre le maneton et le tourillon.
Dans tous les cas, le type de vilebrequin et le nombre de manetons doivent correspondre à la disposition des cylindres du moteur. La position des manivelles sur le vilebrequin par rapport aux autres manivelles du même arbre est exprimée en degrés.
Le vilebrequin le plus simple est le type à une course ou à 360°. Ce type est utilisé dans un moteur radial à une rangée. Il peut être construit en une ou deux pièces. Deux paliers principaux (un à chaque extrémité) sont fournis lorsque ce type de vilebrequin est utilisé. Le vilebrequin à double course ou à 180° est utilisé sur les moteurs radiaux à double rangée. Dans le moteur de type radial, un jet est prévu pour chaque rangée de cylindres.
Équilibrage du vilebrequin
Des vibrations excessives dans un moteur entraînent non seulement une rupture par fatigue des structures métalliques, mais entraînent également une usure rapide des pièces mobiles. Dans certains cas, des vibrations excessives sont causées par un vilebrequin qui n'est pas équilibré. Les vilebrequins sont équilibrés pour l'équilibre statique et l'équilibre dynamique. Un vilebrequin est équilibré statiquement lorsque le poids de l'ensemble des manetons, des joues de manivelle et des contrepoids est équilibré autour de l'axe de rotation. Lorsqu'il est vérifié pour l'équilibre statique, il est placé sur deux bords de couteau. Si l'arbre a tendance à tourner vers une position quelconque pendant le test, il est hors d'équilibre statique.
Amortisseurs dynamiques
Un vilebrequin est équilibré dynamiquement lorsque toutes les forces créées par la rotation du vilebrequin et les impulsions de puissance sont équilibrées entre elles, de sorte que peu ou pas de vibrations sont produites lorsque le moteur fonctionne. Pour réduire au minimum les vibrations pendant le fonctionnement du moteur, des amortisseurs dynamiques sont intégrés au vilebrequin. Un amortisseur dynamique est simplement un pendule qui est fixé au vilebrequin de sorte qu'il est libre de se déplacer dans un petit arc. Il est intégré à l'ensemble de contrepoids. Certains vilebrequins incorporent deux ou plusieurs de ces ensembles, chacun étant fixé à une joue de manivelle différente. La distance parcourue par le pendule et donc sa fréquence de vibration correspond à la fréquence des impulsions de puissance du moteur. Lorsque la fréquence de vibration du vilebrequin se produit, le pendule oscille hors du temps avec la vibration du vilebrequin,
La construction de l'amortisseur dynamique utilisé dans un moteur consiste en un contrepoids mobile en acier fendu fixé à la joue de manivelle. Deux goupilles en acier en forme de bobine s'étendent dans la fente et passent à travers des trous surdimensionnés dans le contrepoids et la joue de manivelle. La différence de diamètre entre les broches et les trous produit un effet de pendule. Une analogie du fonctionnement d'un amortisseur dynamique est illustrée à la figure.
