FreinsEmbrayages

8/3/2019 FreinsEmbrayages

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Freins & Embrayages

R. Youns Fac ult de Gnie

Plan du chap itre

1. Introduction 2. Proc dure de c alc ul 3. Frein bande ou c ourroies

4. Frein sabot ou blocs 5. Freins double segments 6. Freins disques 7. Emb rayag es disques 8. Ma triaux d e garnitures 9. Dissipa tion d nergie dans les freins


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Les freins et les em brayages sont utiliss pour relierentre elles deux mac hines qui tournent desvitesses diffrentes penda nt une frac tion de tempsque d ure leur c yc le dop ration

1. Introd uc tion

Frein: Sert rgler la vitesse d es ma c hines.=> dissipa tion d nergie c alorifique (d ue a u frotteme nt)

Embrayage: Sert am ener une mme vitesse un moteurqui (au d pa rt) tourne une certaine vitesse alors que lama chine entrane est au repos

=> faible d issipation d nergie c alorifique (glissement b ref) Typ es de freins ou d embrayages:

freins et emb rayages lectriques ou magntiques

freins et emb rayag es hyd rodyna mique s ouhydrauliques

freins et em braya ges mca niques : bande ou c ourroie,bloc ou sab ot, disque .

1. Introd uc tion


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Exem ple de frein:

1. Introd uc tion

Exem ple de frein:

1. Introd uc tion


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Exem ple d embrayage:

1. Introd uc tion

Exem ple d embrayage:

1. Introd uc tion


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Plan du chap itre

1. Introduction 2. Proc dure de c alcul 3. Frein bande ou c ourroies 4. Frein sabot ou blocs 5. Freins double segments 6. Freins disques

7. Emb rayag es disques 8. Ma triaux d e garnitures 9. Dissipa tion d nergie dans les freins

Lanalyse dun frein ou d un embrayage consisteprincipalement effec tuer la rec herche du coupledvelopp entre les surfaces

Supposer ou dterminer la distribution de pression

sur les surfaces de frottement Exprimer cette distribution d e pression en fonc tion

de la p ression maximale qui dpend du matriau crire les quations dquilibre statique po ur

dterminer les forces ap pliques le couple de freinage les ractions aux support

2. Proc dure de calcul


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Exemple:

Frein linaire. On

suppose une p laquehorizontale qui sedplace une

certaine vitesse. Une

force F est a pp liqu

esur le frein e t e llegnre une forc e d efrottement.


tape 1: Distribution d e p ression

On suppose la pression rpartieuniformment (c a r le b loq ue est c ourt)

tape 2: Pression ma xima le

La p ression en tout p oint d e la surfac ede conta c t est: P = p ao p a = p ression maximale


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b)afb(ApF a

=

ApfR ax = F)Ap(R ay =


tape 3: quilibre mc anique La force norma le ap plique sur la surface A du

frein sc rit:N = pa A

Somme des moments des forces pa r rapp ort aupoint B:

N b F b (f N) a = 0 En rem pla ant N par sa va leur on a :

Si b = f a => frein auto-serreur (force ap plique = 0)

Plan du chap itre




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3. Frein bande ou courroies

On a aussi

0dNfdP0dNf2

dcosP

2

dcos)dPP(Fh ==+=

+


qua tion dq uilibre de llment sous-tend u pa r d

dPdN0dN2

dsinP

2

dsin)dPP(Fv ==++= +

en ngligeant le terme du 2e ordre et avec

2

d

2

dsin

=


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En remplaant la valeur de d N et en intgrant entre les limites de POn ob tient,

et donc P1 > P2

Equa tion du couple d e freinageOn lobtient en faisant une som me de s mo ments pa r rap po rt auce ntre du tam bour

sens c ontraire la rotation

=2

1

P

P 0

dfP

dP

f

2

1 eP

P=

rPrPT 21 = D2

)PP(T 21

=


Plan du chap itre




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4. Frein sabot ou blocs

2 type s de frein sabot:

Frein sab ot c ourt( < 60)

Frein sab ot long( > 60)

Frein sab ot c ourt ( < 60):

La pression sur le sabot e st considre comme tant uniformeet la force N rsultante se situe a u c entre du b loc .Le c om portement du frein varie en fonc tion de la va leur de e .

Soit le tam bour tournant d ans le sens trigonomtrique:

donc

Dans ce sens de rotation, le frein nest pa s auto-serrant

0eNfaNcPMA == ceNfaN

P+

=



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Soit le tam bour tournant da ns le sens des aiguilles d unemontre:

donc

Dans ce sens de rotation, le frein peut devenir auto-serreursi le numrateur devient nul.

Indpend am ment d u sens de rotation, le c ouple d e freinageest do nn par:

o f est le co effic ient de frotteme ntN est la normale e ntre le sab ot et le tam bourr est le rayon du tam bo ur

0eNfaNcPMA =+=c

eNfaNP

=

rNfT =


Frein sab ot long ( > 60): Usure et distribution de pression:

Dans ce cas, la p ression varie en fonc tion de langle



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On a

Ainsi, la p ression maximale se situe langle a = 90

Si le sabot < 90 => la pression m axima le sexerce langle 2

0sincossinp

ddp

a

2a

a

a

==


Contribution d es forc es ag issant sur le sab ot:La som me des mome nts de s forces norma les (pa r rap po rt au

po int A du levier) donne:

La som me des mome nts de s forces de frotteme nt (pa r rap po rtau pivot A du levier) donne:

Convention d e signe : le sens trigo nomtrique est positif

[ ]1212a

an 2sin2sin)(2

sin4

arbpM

+

=

)([ ]122212a

af sinsina)(r2

sin2

rbpfM

=



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Equilibre du lev ier:

Sens trigonomtrique:c

MMF0MMcFM fnnfA

+===


Sens des aig uilles dune montre:

Le frein tendance lauto-serrage

Couple de freinage:

Rac tions au pivo t A:

c

MMF fn

=

a

212

a

sin

)cos(cosrbpfT

=


x

a

ax F2sin

4

1

2fsin

2

1

sin

rbpR

2

1

2

1

+

=

y

a

ay Fsin

2

1f2sin

4

1

2sin

rbpR

2

1

2

1

=


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Plan du chap itre

1. Introduction 2. Proc dure de c alc ul 3. Frein bande ou c ourroies 4. Frein sabot ou blocs 5. Freins double segments 6. Embraya ges disques

7. Embraya ges c nes 8. Ma triaux d e garnitures 9. Dissipa tion d nergie dans les freins

5. Freins doub le segments

Frein d roit: Frein gauc he:c

MMF dd

fn =

c

MMF

gg fn

=


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Le frein d roit a te nda nce lauto-serrag e c ontrairem ent a u freingauche

(la force a pp lique e st la m m e sur les deux seg ments)

5. Freins doub le seg ments

La p ression ma xima le a pp lique sur le sabot d roit (rota tion d ans lesens des aiguilles d une m ontre) est p lusleve que c elle dusab ot ga uc he c ar le seg ment d e d roite tendance lauto-serrage.

En substituant ces valeurs dans lesquations:

d

gd

g

a

ann

p

pMM

=

d

gd

g

a

aff

p

pMM

=

c

MMF dd

fn =

c

MMF

gg fn

=



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On obt ient

Il sagit d e la p ression m axima le relative aufrein gauc he

=> Co nna issant la p ression, Mnd et M fd , on pe ut c alculer lesva riab les rela tives au frein ga uc he d ans lesque lles p a = p ag

NB: Si le sens de rota tion e st invers

=> le c a lcul est simila irema is on o b tient d es va leurs pour le frein droit

dd

d

g

fn

a

aMM

cFpp

+

=


Plan du chap itre


4. Frein sabot ou blocs 5. Freins double segments 6. Emb rayag es disques 7. Embraya ges c nes 8. Ma triaux d e garnitures 9. Dissipa tion d nergie dans les freins


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Il existe 2 types d em brayag e disques:

Embrayage 1 seul d isque Embrayage p lusieurs d isques

6. Embrayages disques

Distribution des pressions:La d istribut ion des pressions sur le d isque nest pa s fixe d ans le

temp s => elle dpend de lhypothse qui est mise

Etude d u ca s pression uniforme (non rod):

Le c oup le q ue le disque

peut transmettre:

)dD(4

pF

22 =

)dD(12

fpT

33

=



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Sil y a n pa ires de surfac e e n c onta ct et si p p rend sa valeurma xima le p a

Etude d u ca s usure uniforme (rod):

Ap rs un c ertain tem ps d opra tion, la d istribution de p ressiondevient stab le => dp lac em ent a xia l de tous les po ints dudisque identique.

Force axiale:

)dD(4

pF

22a

=

)dD(12

fpnT

33a

=

)dD(2

dpF a =


Coup le que le disque p eut transme ttre:

Sil y a n pa ires de surfac e e n c onta c t et si p p rend sa valeur

ma xima le p a:

)dD(8

dpfT

22a

=

n)dD(8

dpfT 22a

=

)dD(2

dpF a =



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Plan du chap itre

1. Introduction 2. Proc dure de c alc ul 3. Frein bande ou c ourroies 4. Frein sabot ou blocs 5. Freins double segments 6. Embraya ges disques

7. Embraya ges c nes 8. Ma triaux d e garnitures 9. Dissipa tion d nergie dans les freins

Il sag it dun autre type dem brayag e a xial Transme t un couple p lus lev que lembrayage disque

Cas de lusure uniforme:

Distribution de pression:

Force qui transmet le coup le:

r2

dpp a

=

)dD(2

dpF a =

7. Embraya ges cnes


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Couple que lemb raya ge peut transmettre:

Cas de lusure uniforme :Force applique:

Couple:

)dD(sin8

dpfT 22a

=

)dD(4

pF

22a

=

)dD(sin12

pfT 33a

=

7. Embraya ges cnes

Plan du chap itre


4. Frein sabot ou blocs 5. Freins double segments 6. Embraya ges disques 7. Embraya ges c nes 8. Ma triaux de garnitures 9. Dissipa tion d nergie dans les freins


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Le fonc tionnem ent d u frein et de le mb rayag e repo se sur lesforces de frottem ent q ui sont e nge ndre s entre une surfac emo b ile (tamb our ou disque) et une surfac e d e ga rniture(porte p ar un sab ot ou une ba nde).

La ga rniture do it sat isfaire de s c ond itions de frottem ent(dpe nd d u matriau en c ontac t, de son tat) detem prature (dpend du ma triau utilis) d e p ressionma xima le d o p ration (d pe nd du ma triau utilis)

Les ma triaux utiliss le p lus frquem me nt sont d es c om posites(mlange de c arbo ne, de soufre, de fibres d am iante +pa rtic ules de m tal)

8. Matriaux de garnitures


Proprits ida les d une g arniture:

un coeffic ient d e frottementlev (invariable la temprature)

une b onne rsista nc e la t et unbo n coeffic ient de c onduc tion

une b onne rsilienc e

une exc ellente rsista nc e lusure, la stria tion et a ux piqres


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1,02500,2 0,5Fonte ouacier

Amiantemoul

0,11400,22Fonte ouacier

Feutre

0,251000,3 0,5Fonte ou

acier

Cuir


Bois

0,75250-AcierAcier


Fonte

Pma x(MPa)

Tma x(C)

Coefficient d efrotte ment (

sec)Surfac esMatire

Plan du chap itre


4. Frein sabot ou blocs 5. Freins double segments 6. Embraya ges disques 7. Embraya ges c nes 8. Ma triaux d e garnitures 9. Dissipa tion d nergie dans les freins


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Chaleur gnre:

Temp s de freinage relatif un coup le et un chang ement d e

vitesse donns:

Elva tion de la t da ns la p ic e:

E = nergie d issip e

c =c ap ac it thermique ma ssique = 50 J/ (NC)po ur lac ier et la fonte

w = masse des tambours

TN

E60t k

=

wc

E.temp

=

9. Dissipation d nergie dans les freins

Chaleur dgage:

Lnergie c intique transforme e n c haleur do it tre dgagepar le frein. Les mo des de d issipa tion sont:

La co nduction

La convection

La rad ia tionSoit la formule e mp irique p our calculer la tem praturemoyenne:

q = rapp ort du tem ps de freinag e sur le temp stotal du cyc le

P = puissanc e dissiper en hp

C = c oefficient d e d issipation

Ad = surfac e effec tive en pi2

t2 t1 = diffrence d e t en F entre le dbut et la

fin du freinag e

d

12AC

Pq2544tt

=



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Diag ram me hypothtique relatif laugm entation de la t aprsp lusieurs c yc les de freinag e:


Coefficient d e d issipa tion C:

7,8400

7,2300

6,52005,2100

CDiffrenc e d e te mp rature

t2 t1


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