Objectifs du TP

Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
TP
Licence
GMPE
Objectifs du TP :
- Fonctionnement et architecture d’un embrayage.
- Expression du couple transmissible par un embrayage.
- Analyse mécanique des fonctions techniques réalisées par un
embrayage.
- Analyse des problématiques techniques spécifiques au fonctionnement
d’un embrayage.
Matériel :
- Embrayage monté et démonté.
- Dossier Ressource
1. Schéma de principe d’un embrayage
Question 1 : Après avoir lu les trois premières parties du dossier ressource et à
l’aide des embrayages montés et démontés mis à votre disposition, colorier les
différentes classes d’équivalence de l’embrayage sur le plan fourni ci-dessous
Compléter alors le schéma de principe de cet embrayage.
Tube guide
8
B
F
1/9
Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
TP
Licence
GMPE
2. Analyse mécanique des fonctions techniques réalisées par un
embrayage.
2.1. Fonction Technique : transmettre le couple moteur.
2.1.1. Calcul du couple transmissible par un embrayage.
Objectif : Calculer le couple transmissible par un embrayage et mettre en évidence
les paramètres d’influence sur ce couple.
Hypothèses de l’étude :
- La pression de contact de 1 sur 3 est supposée répartie uniformément.
- On suppose que le frottement entre les surfaces de contact est modélisable par les
lois de Coulomb et on se placera en tout point à la limite de glissement.
Modèle d’étude et notations :
dS  2rdr
3
1

y
2

N

x
r
Ri
Cm
Re
p1 / 3

er

n

y
O
M
1/ 3

z
Soit en un point M quelconque de la surface de frottement :
 13  fp13



df1 / 3  p13 n   13t
et
à la limite du glissement avec f le coefficient de frottement.

Question 2 : Déterminer l’expression de N 

S
p13 dS en fonction de Re, Ri et p13
2/9

t
TP
Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
Licence
GMPE
Question 3 : Déterminer l’expression du couple transmissible par l’embrayage
E
modélisé précédemment : C1 / 3 


dS
OM


t

S
13
en fonction de f, p13 , Re et Ri.
Question 4 : Un embrayage automobile ayant 2 surfaces de contact, en déduire
l’expression de son couple transmissible en fonction des paramètres précédents.
Question 5 : Montrer alors que :

3
3
3
3
C1E/ 3
E
4  R e  Ri 
4   R e  Ri 
  f 2
 soit : C1 / 3  N f  2
2 
3
3  Re  Ri2 
N
 R e  Ri 
Question 6 : Quels sont les paramètres d’influence sur l’intensité du couple
transmissible par l’embrayage et les conséquences technologiques induites.
Expliquer comment varie ce couple en fonction de ces paramètres.
Question 7 :Quelles hypothèses vous paraissent discutables ? Justifier votre
réponse.
Conclusion :
Pour assurer un couple transmissible élevé ( 100 à 350 Nm ) il faut imposer :
- un effort de commande élevé ( 1000 à 2000N ).
- Un coefficient de frottement stable et élevé ( 0,3 à 0,4 ).
- Une surface de contact de grande dimension ( e=160 à 245mm et
i=110 à 150mm ).
Les problèmes techniques rencontrés sont d’assurer :
- Une pression de contact répartie uniformément.
- Un coefficient de frottement constant au cours du fonctionnement de
l’embrayage.
- Un effort presseur important tout en ayant un faible effort de commande
à fournir par le conducteur pour assurer le débrayage.
2.1.2. Réalisation des contraintes technologiques
Obtention d’un effort presseur constant et uniformément réparti
Lire la partie du §4 du dossier ressource relatif à l’obtention d’un effort presseur
constant et uniformément réparti.
Question 8 : Observer le montage des garnitures sur le disque qui vous est fourni et
expliquer en quelques mots en quoi cette solution technologique résout les
problèmes de répartition de la pression de contact.
Question 9 : Observer la courbe de charge d’un diaphragme donnée ci-après. La loi
de comportement vous semble-t-elle conforme à l’intuition ? Expliquer.
3/9
TP
Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
Question 10 : Pour chacun des cas de figure
envisagés ci-dessous, expliquer comment
évoluera l’effort presseur avec l’usure et
déterminer le réglage qui vous semble le plus
judicieux.
- le diaphragme est réglé de façon à ce que le
point d’embrayage à neuf soit en b.
- le diaphragme est réglé de façon à ce que le
point d’embrayage à neuf soit en c.
- le diaphragme est réglé de façon à ce que le
point d’embrayage à neuf soit en d.
Licence
GMPE
Course induite par l’usure
Obtention d’un effort presseur élevé pour un effort de commande faible

Fcable pédale

Ffourchettebutée
d1
d3
d4
d2

Fconducteur pédale

Fcable fourchette
Question 11 : En étudiant successivement l’équilibre de la pédale d’embrayage et
de la fourchette de commande, déterminer l’effort à la butée en fonction de l’effort à
la pédale et des caractéristiques géométriques du mécanisme de commande.
Donner alors l’expression du facteur d’amplification de l’effort de commande.
4/9
Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
TP
Licence
GMPE
2.2. Fonctions techniques : permettre le démarrage et le passage des
vitesses.
La problématique pour réaliser le démarrage du véhicule est que le moteur thermique
ne peut pas délivrer son couple à l’arrêt et ne peut pas le délivrer instantanément
non plus ( si on lâche l’embrayage brusquement le moteur va caler ). L’embrayage
doit donc adapter la puissance du moteur durant la phase de patinage de façon à
vaincre le couple résistant sans caler le moteur.

y
objectif : expliquer comment l’embrayage permet d’assurer le démarrage du
véhicule et dégager les contraintes technologiques induites.
Im : inertie du moteur.
IR : inertie du récepteur.
Modélisation de la chaîne de transmission :

 R : vitesse de rotation en
CE
sortie d’embrayage.




m
Cm
Im
O


R  0
CR
IR
m

x
:vitesse de rotation du
moteur.

Cm : couple moteur

C R :couple résistant.
On notera CE l’intensité du
couple transmis par
l’embrayage.
Description de l’opération d’embrayage :
L’opération d’embrayage se déroule en 3 étapes durant lesquelles le véhicule est à
l’arrêt :
- phase de debrayage :
CE=0.
- appui sur l’accélerateur : CE=0 , Cm et
 m0
- phase d’embrayage :
 m croissent.
est la vitesse atteinte en fin d’accélération.
C E  0 . L’embrayage patine jusqu’à la réalisation
de la condition de démarrage. Soit C E  C 0  C R .
Le moteur atteint son point de patinage et
 m   mpatinage
Hypothèses :
En première approximation, on
supposera
le
couple
moteur
constant sur toute la période
d’embrayage Te. On supposera
également
que
le
couple
d’embrayage
CE
prend
instantanément sa valeur C0 au
moment de l’enclenchement. (voir
figure ci-contre)
m
 m0
 mpatinage
t
CE
C0
Te
t
5/9
TP
Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
Licence
GMPE
Question 12 : Ecrire le Théorème de l’énergie-puissance appliqué à l’arbre moteur
isolé en fonction de Cm , C E , Im et  m .
Question 13 : Exprimer C E en fonction des autres termes et déterminer le signe de
ces termes.
Question 14 : Déterminer, sous les hypothèses du problème, le terme  m sur
l’intervalle correspondant à la période d’embrayage.
 m0  mpatinage 
Question 15 : Montrer que : CE  Cm  I m 

TE


Question 16 : En discutant sur les termes de l’expression précédente et sur
l’évolution de CE , expliquer ce qui se passe en terme énergétique au cours de la
période d’embrayage. On discutera notamment l’influence du terme inertiel.
Question 17 : Discuter l’influence de la période d’embrayage :
- si la période d’embrayage est trop courte ( Te  0 ).
- si le régime moteur atteint en phase d’accéleration est trop faible.
Conclusion :
L’embrayage permet en phase de démarrage d’assurer la mise en charge
progressive du moteur et d’utiliser les inerties du moteur pour créer un couple
permettant d’amorcer le mouvement. Cette phase de glissement de
l’embrayage est source de dégagement d’énergie calorifique et d’usure pour la
garniture. Avec le couple transmissible, cette capacité de l’embrayage à
dissiper une énergie calorifique importante et à supporter des températures
élevées (200 à 250°C) est le critère prépondérant pour dimensionner un
embrayage.
D’autre part, la recherche du point de patinage nécessite une grande
progressivité de l’embrayage. Cela signifie qu’il faut pouvoir régler le couple
d’embrayage de façon précise et maîtriser ses variations en fonction de la
course de la pédale. Cela permet de réaliser une opération d’embrayage sans
à-coups pour le moteur et sans usure excessive pour l’embrayage. Cette
progressivité est obtenue par le montage élastique des garnitures sur le voile (
voir § précédent).
L’ étude de la Fonction Technique :permettre le passage des vitesse aboutit à
mettre en évidence les mêmes exigences techniques pour l’embrayage à savoir
sa capacité à dissiper l’énergie calorifique notamment en phase de
rétrogradage et progressivité de l’opération d’embrayage.
6/9
Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
TP
Licence
GMPE
2.3. Fonction Technique : filtrer les vibrations de torsion.
La problématique à l’origine de la réalisation de cette Fonction Technique est que le
moteur étant source de vibrations importantes, il faut éviter de transmettre celles-ci à
la transmission.
2.3.2. Principe de fonctionnement du moyeu amortisseur.
Question 18 : Repérer sur le disque représenté
ci-contre et sur le disque démonté qui vous est
fourni les éléments constitutifs du moyeu
amortisseur
Question 19 : Expliquer succinctement le
principe de fonctionnement de celui-ci.
Expliquer notamment comment et à quel niveau
sont filtrées les vibrations de torsion induites par
les acyclismes.
2.3.3. Influence du moyeu amortisseur sur le comportement vibratoire de la
transmission.
Objectif : mettre en évidence l’influence du moyeu amortisseur sur la réponse
vibratoire de la transmission.
Modèle :
moyeu amortisseur

y
 m   m
m
 m  b
Cmoyeu
m
m:
b:
roue :
Cmoyeu :
m :
 m :
 b :

x
Iéq
O
Céq
b
roue
arbre moteur.
arbres de la transmission ramené à un arbre unique équivalent coaxial
à l’arbre moteur, d’inertie équivalente Iéq.. et d’élasticité équivalente en
torsion Céq
arbre de sortie vers les roues ramené à un arbre équivalent coaxial à
l’arbre moteur.
élasticité en torsion du moyeu amortisseur.
paramètre de rotation du moteur.
variation d’amplitude de rotation du moteur dû aux acyclismes.
variation d’amplitude de rotation du mouvement de la transmission.
7/9
Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
Licence
GMPE
- On se place à un régime moteur constant en moyenne tel que :
 m0  cste
TP
Hypothèses :
soit également :  m   m t
- On suppose que les variations d’amplitude du moteur et de la transmission
sont de type sinusoïdales soit :
0
 m  A sin t avec  
2
, T la période du mouvement et A l’amplitude
T
du mouvement sinusoïdal.
 b  X sin t X est l’amplitude de la réponse vibratoire au niveau de la
transmission.
Pour comprendre cette dernière hypothèse, représentons graphiquement l’évolution
de la vitesse du moteur et de la vitesse de la transmission :


m (t )   m   m  m0  A sin t
vitesse de
rotation du
moteur
 m0
A
temps
T
On envisage donc les irrégularités du moteur comme des variations sinusoïdales
autour d’une valeur moyenne correspondant à la vitesse moyenne de rotation du
moteur. Ceci n’est pas éloigné de la réalité car les acyclismes du moteur peuvent
être décrits par une superposition de fonctions sinusoïdales.
La réponse de la transmission est évidemment de la même forme et l’objectif est d’en
minimiser l’amplitude.

L’équation de moment dynamique en projection sur l’axe (O ; x ) pour l’arbre de

transmission isolé peut s’écrire sous la forme :   b 
Par la suite, on posera 0 
Cmoyeu  Céq
I éq
Cmoyeu  Céq
I éq
 b 
Cmoyeu
I éq
 m
. Cette quantité est appelé pulsation propre
et constitue une caractéristique propre de la transmission.

L’équation précédente devient alors :
  b   02  b 
C moyeu
I éq
 m .
8/9
Fonctions et caractéristiques d’un embrayage
Dossier travail
TP
Licence
GMPE
Remarque : si vous ne connaissez pas la notion de pulsation propre ou de résonance
vibratoire, demander des compléments d’information au professeur.
Question 20: Compte tenu de la forme de  m et  b , montrer que l’équation
précédente permet d’exprimer l’amplitude X de la réponse vibratoire de la
ACmoyeu
transmission sous la forme : X ( ) 
Question
21 :
Déterminer
I éq
 X  
lim
 


1
  2
2
0
puis
donner
l’allure
du
graphe
0
f    X   . Interpréter ce résultat physiquement.
Question 22 : Au regard des résultats établis précédemment, discuter l’influence des
différents termes et la possibilité physique de les modifier. Justifier alors l’intérêt du
moyeu amortisseur en terme de réponse vibratoire de la transmission.
Connaissez vous une autre solution technologique susceptible de réaliser la même
fonction ?
Conclusion :
Le rôle du moyeu amortisseur est donc de limiter l’amplitude des oscillations
transmises à la boite de vitesse et de déplacer la fréquence propre principale
de la transmission hors des plages de fonctionnement les plus utilisées.
Sur
un
embrayage
classique,
ceci
est
obtenu
en
disposant
circonférentiellement des ressorts entre le disque de friction et le moyeu
cannelé.
Toutefois, on ne peut pas introduire un élément trop élastique, car la course
des ressorts est limitée. En effet, dans certaines configurations de
fonctionnement et en particulier au ralenti, on risque d’exciter le moyeu
amortisseur et donc de créer des chocs dans le moyeu et la transmission
A titre d’exemple, on peut voir sur les deux courbes ci-dessous l’allure du
couple délivré par un moteur au ralenti et l’allure du couple transmis après
filtrage par le moyeu amortisseur.
9/9