OBJECTIFS du cours: ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Indiquer les défauts d’alignement typiques. Présenter et décrire les principales familles d’accouplements. Traduire le fonctionnement des accouplements par un schéma. Représenter graphiquement les éléments d’un accouplement. Définir le type d’accouplement choisis. Faire une analyse critique d’un montage contenant un accouplement. Proposer une solution constructive. Définir la fonction d’un accouplement, d’un embrayage et d’un frein. Démontrer les formules les plus fondamentales. Donner des éléments pour les choisir et les calculer. Transmission de puissance mécanique par adhérence la transmission de puissance s’effectue à un endroit par adhérence entre des surfaces de contact Nous retrouvons ce type de transmission de puissance dans les solutions technologiques associées : ➢➢ aux embrayages, ➢➢ aux freins, ➢➢ aux limiteurs de couple, ➢➢ aux courroies de transmission. Il est important de pouvoir relier les actions mécaniques transmissibles par ces solutions technologiques aux modélisations locales des actions mécaniques avec l’utilisation des lois de Coulomb. A: Les embrayages et limiteurs de couple Un embrayage est un mécanisme se situant entre le moteur et le récepteur dans une chaine de transmission de puissance. Sa fonction est d’accoupler ou de désaccoupler, progressivement ou non, les arbres associés au moteur et au récepteur suite à la commande d’un opérateur (commande extérieure) On peut classifier les embrayages en fonction du type de commande (électromagnétique, mécanique) et de la nature du système d’entrainement mis en œuvre pour relier les deux arbres (magnétique, hydraulique contact avec adhérence, contact direct etc..). Cette fonction permet de répondre à des impératifs de sécurité, d’économie, de diminution des efforts et de souplesse dans la transmission. Matière EM2: Cours 2: Transmission de puissance par adhérence 1- Introduction L’embrayage permet d’effectuer ou de supprimer à volonté la liaison entre deux arbres en prolongement Les avantages d’un embrayage dans une transmission de puissance mécanique: ➢ Sécurité: l’entrainement du récepteur peut être arrêté instantanément sans avoir arrêter le moteur. ➢ La réduction des efforts de contact: par exemple, lors du changement de rapport dans une boîte de vitesses ➢ La souplesse d’utilisation: l’embrayage permet de réduire et d’amortir les chocs au démarrage ou lors de changement de phase ➢ L’économie: permet de transmettre la puissance seulement dans le besoin. 2-CLASSIFICATION: •Par obstacle: embrayages à griffes, encliquetage; emploi limité; •Par adhérence: embrayages à friction; très répondus; •Par action électromagnétiques ou hydrauliques : cas particuliers. 2-1: Embrayage instantané : a. Embrayage à griffe: ➢ Les plateaux 2 et 12 ayant de griffes pénétrant l’une dans l’autre, le plateaux 2 est solidaire à l’arbre moteur 1 Mais le plateau 12 glisse sur l’arbre récepteur 11, et réalise l’embrayage ou le débrayage. ➢ L’épaulement de 1 support la poussée axiale lors de l’embrayage, la bague d’arrêt 14 forme butée de 12 au débrayage. ➢ La bague 4 assure le centrage des deux arbres. Lors de débrayage 4 tourne alors que 11 est arrêté ; d’où nécessité d’un graissage. ➢ Critique : Appareil robuste ; réversible ; transmettre de couples importants dans les deux sens ; pas de poussée Axiale pendant la marche sur le crabot 12, la manœuvre ne peut pas être effectuée en marche : 2-1: Embrayage instantané b. Embrayage à dents • Quelle remarques peut-on faire sur l’embrayage à dents du type A et B? • L’embrayage à griffe et à dents peuvent-ils manœuvrés en marche ? 2-1: Embrayage instantané C- Embrayage à encliquetage ❑ Permet l’entraînement automatiquement de l’arbre mené (récepteur) dans un seul sens, dans l’autre sens il y a débrayage ❑ Critiques: ➢ Embrayage brusque, ➢ transmet le mouvement dans un seul sens . ➢ Ne supporte pas de poussée axiale 2.2-Embrayages progressifs (à friction): 1. Avantages : ✓ La manœuvre peut être effectuée en marche ✓ L’entraînement de la transmission est progressif ✓ De transmettre intégralement le couple moteur par adhérence vers le récepteur. 2. Constitution d'un embrayage Un embrayage progressif comprend: ✓ Un plateau 1 en liaison encastrement avec l’un des arbres à relier ✓ Un plateau 2 en liaison glissière avec l'autre arbre ✓ Un dispositif presseur, par exemple un ressort ✓ Un dispositif de commande. ❑ Remarques: ➢ Pendant toute la période d’entrainement par frottement un dégagement de chaleur apparait. Cette période est nécessaire pour assurer la progressivité de l’embrayage. ➢ Un embrayage progressif comprend: ▪ un système de commande provoquant une force presseur; ▪ des éléments présentant une surface de friction. 2-2-1: Classification d’après la forme de surface de friction: Les formes des surfaces sont: 2-2-2: Classification d’après la commande du système: Mécanique: par leviers, fourchettes, cames.... Automatique 2-2-2: Classification d’après la commande du système: Hydraulique ou pneumatique Electromagnétique 2.2.3-Garnitures et contre matériaux: la transmission de puissance se fait d’abord par frottement puis par adhérence, c’est pour cela on: ➢ rapporte sur la surface mobile de l’embrayage une pièce appelée «garniture (ferrodo)» . ➢ Le matériau constituant l’autre surface de friction sera désigné par «contre matériau». La garniture est caractérisée par: ➢ Un grand coefficient de frottement. ➢ Une bonne résistance à l’usure; ➢ Une bonne résistance mécanique au choc Principaux type de garnitures: ➢ ➢ ➢ ➢ Garniture amiantée armée de fil de cuivre: (résiste à l’action du feu) Garniture frittée ou céramétallique: (utilisée quand les conditions d’emploi sont sévères) A base de papier ou de liège pour fonctionnement dans l’huile. Garniture métalliques (acier, fonte , bronze) travaillant dans l’huile ou à sec. Fixation des garnitures: ➢ Fixation par rivetage; ➢ Fixation par collage; ➢ Fixation mixte Contre matériaux: Choisis en fonction de la garniture, on emploi généralement la fonte pour résister à l’écrasement, à l’érosion, à la déformation permanente et à la formation de point chauds. Remarque: ➢ Les garnitures doivent être protégées efficacement contre la présence accidentelle d’un lubrifiant ➢ Lorsque l’embrayage doit être manœuvré fréquemment, les garnitures baignent parfois dans l’huile. ➢ il est alors nécessaire d’augmenter le nombre des surfaces en contact pour compenser la diminution du coefficient de frottement. ➢ Amiante: « Mg3Si2O5(OH)4 « Silicate hydraté de magnésium, à texture fibreuse, résistant à l’action du feu. 2- 3: Les embrayages à disques 1. Principe Ce sont les embrayages les plus courants, le nombre de disque dépend du couple encombrement/couple à transmettre, l’augmentation du nombre de disque permet d’augmenter la surface frottante et donc le couple transmissible par rapport à un embrayage monodisque. A couple transmissible égal, les embrayages monodisques auront un encombrement axial plus faible et un encombrement radial plus important que les multidisques. 2. Calcul du couple maximal transmissible On suppose la densité de répartition de la pression constante sur l’ensemble de la surface frottante du disque. On note : ➢ Cf (Nm) le couple maximal transmissible par l’embrayage, ➢ N (N), l’effort presseur axial générateur de la pression de contact, ➢ f le coefficient de frottement2, ➢ r2 le rayon extérieur de la surface frottante, ➢ r1 le rayon intérieur de la surface frottante 2. Calcul du couple maximal transmissible le couple transmissible à la limite à l’adhérence 𝑑C = r ∙ 𝑑T Or dT= f dN (lois de coulomb) On peut donc exprimer l’effort presseur N et en déduire la valeur de p : dN = 𝑝 ∙ 𝑑S Pour passer d’une modélisation locale des actions mécaniques à une modélisation globale, il faut tout d’abord définir un petit élément de surface 𝑑S = 2𝜋r ∙ 𝑑r En ce qui concerne la densité de répartition de pression, il existe deux modèles : ➢ pression de contact p uniformément répartie : l’usure instantanée sera alors inégale sur la garniture des disques de friction (avec une usure qui augmentera avec le rayon), 𝑟1 ➢ pression de contact 𝑝r répartie suivant une loi hyperbolique : 𝑝r = 𝑝r1 𝑟 avec 𝑟1 le rayon minimal et 𝑝r1 la pression de contact pour ce rayon. 2. Calcul du couple maximal transmissible On intègre sur l’ensemble de la surface de friction et on obtient On peut donc exprimer l’effort presseur N et en déduire la valeur de p : On remplace alors p par sa valeur en fonction de l’effort presseur N et on trouve : 2. Calcul du couple maximal transmissible Dans le cas d’embrayage avec plusieurs disques et n surfaces de frottantes, la relation précédente peut s’écrire : Remarque : n=2 pour un embrayage avec un disque à deux faces actives (contact bilatéral) et n=2.d pour un embrayage avec d disques à contact bilatéral. n correspond au nombre de surfaces frottantes. n=2 3: Technologie: Embrayage de véhicule: Exercice. Etude de l’embrayage On donne: La puissance du moteur : Pm =1,44 KW, La vitesse de rotation du moteur Nm = 1909,86 tr/min, le cœfficient de frottement statique pour la phase d'embrayage: f = 0,4, le rayon maximal de la surface de frottement : R = 0,056 m, Rayon minimal de la surface de frottement : r = 0,03 m , 1) Quel est l’avantage de ce type d’embrayage (à friction) ? 2) Par quoi est commandé cet embrayage. On suppose que le couple d’adhérence pour la phase d’embrayage est au moins égal au couple transmis: calculer la force normale permettant l’adhérence pour la phase d’embrayage 2/ Les embrayages coniques 1-Principe: ➢ contrairement au cas précédent, les paliers sont soumis à l’effort presseur axial, ➢ dans le cas où le ½ angle au sommet du cône a est inférieur à l’angle d’adhérence (de frottement…) f, alors il y a coincement conique et : o il faut exercer un effort de direction −𝑥 pour accoupler les deux cônes, o une fois l’accouplement réalisé, l’effort presseur devient inutile, o il faut exercer un effort de direction 𝑥 pour désaccoupler les deux cônes. Ces embrayages sont moins progressifs que les embrayages à disques. 2. Calcul du couple transmissible On peut alors exprimer les actions mécaniques élémentaires de contact à partir des lois de Coulomb appliquées aux frottements solides : On peut en déduire le couple élémentaire transmissible à l’équilibre strict : En intégrant sur l’ensemble de la surface frottante, on en déduit le couple maximal transmissible par ce type d’embrayage : Il reste à relier la pression à l’effort presseur N : On peut donc écrire le couple maximal transmissible en fonction de l’effort presseur Cas de l’embrayage à cône Une seule surface frottante active Commande mécanique 2 surfaces frottantes actives Commande pneumatique 3. Cas de l’embrayage cylindrique La surface de contact cylindrique apporte un problème particulier. Le contact ne peut se créer ou se supprimer que par modification du diamètre de la pièce sur laquelle on agit : celle-ci doit donc être déformable. La surface déformable peut être des patins qui se déplacent suivant le sens radial ou par expansion Embrayage à patins Pression et force radiale: La relation qui relie la pression p appliquée en tout point du patin à la force radiale N exercée: La pression de contact vaut donc: Couple transmissible par un seul patin: Couple transmissible pour n patins 𝐶𝑎𝑑𝑚 = 𝐶𝑎𝑑𝑚 2𝑅𝑁𝑓 𝜃 sin 𝜃 2 2𝑛𝑅𝑁𝑓 𝜃 = sin 𝜃 2 Cas de l’embrayage cylindrique •une couronne cylindrique est rendue expansible par une fente. •En écartant les extrémités de la couronne on augmente son diamètre et on la mettra en contact avec la surface intérieure d’un tambour. • La force appliquée F augmente la pression de contact ce qui crée de l’adhérence entre la couronne et le tambour. Couple transmissible : ❑Embrayage par expansion C: Commande d’un embrayage 1. Commande mécanique par câble La commande de débrayage peut s’effectuer de manière purement mécanique par l’utilisation de bras de levier et d’un câble C’est la méthode la plus simple et la moins couteuse. Le câble tire sur l’extrémité de la fourchette de commande, ce qui entraine l’écrasement des ressorts ou du diaphragme Position embrayée et débrayée 2. Commande hydraulique Il peut être avantageux pour des raisons de fiabilité d’utiliser une commande hydraulique. Le fonctionnement général est sensiblement similaire au précédent, la différence provenant essentiellement de la technologie utilisée pour envoyer l’ordre de la pédale à l’embrayage : câble dans un cas et fluide sous pression dans l’autre. Composants d’une commande hydraulique d’embrayage (doc Peugeot) 3: Commande pneumatique 4. Commande électromagnétique Il est possible d’utiliser le champ électromagnétique créé par un électro aimant pour commander un embrayage 5. Les embrayages pilotés Afin d’améliorer le confort de conduite tout en minimisant la consommation de carburant par rapport à une transmission automatique, de nombreux constructeurs se sont intéressés à la mise au point d’embrayage pilotés. Un calculateur, informé de la position du levier de vitesses, du rapport engagé, du régime à l’entrée de la boite de vitesse et de la position de l’accélérateur commande, - soit ce calculateur donne l’ordre à l’arrivée d’une source de pression hydraulique au récepteur d’embrayage , - soit l’alimentation de l’actionneur électro-mécanique de la fourchette d’embrayage. Système électro-mécanique Valéo 4.2 Coupleurs hydrauliques Pourquoi? • La manoeuvre d’embrayage constitue toujours une difficulté pour le conducteur qui consiste à bien doser l’effort du pied sur la pédale une fois que les plateaux sont entrés en contact. • En vue de supprimer cette manoeuvre, on utilise des embrayages hydrauliques ou coupleurs, dans lesquels l’entraînement est assuré progressivement, sans Intervention du conducteur. Comment? La pompe, entraînée par le moteur, fait tourner la turbine reliée à la boite de vitesse par l'intermédiaire de projection de l'huile sur cette dernière Coupleurs hydrauliques Avantages • robuste, réversible • souplesse de marche (permet d’absorber les à-coups) • progressivité de démarrage, réglable par modification de remplissage. • entretien et usure pratiquement nuls • oscillation propre inexistante. • excellent amortisseur qui soustrait le récepteur tout entier aux vibrations de torsion inhérentes à l’emploi du moteur à explosion 4.2 Coupleurs hydrauliques Inconvénients • Le débrayage en marche n’est plus concevable, et même au ralenti, l‘huile circule toujours suffisamment pour laisser craindre un démarrage intempestif • L’embrayage hydraulique impose l’emploi d’une boîte de vitesses appropriée permettant la mise au point mort instantanée en marche et la mise en prise progressive des différents rapports (boîte à trains épicycloïdaux). • le rendement de ce dispositif est médiocre, en raison des pertes par frottements dans l’huile Fonction ❑ Un frein est un système permettant de ralentir, voir d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement. ❑ Les freins fonctionnent de la même manière que les embrayages mis à part que l’un des arbres, fixe, sert de base pour arrêter progressivement le second par absorption de l’énergie cinétique des masses mobiles. ❑ D’une manière générale, tout dispositif de freinage doit être installé à proximité de l’organe récepteur dont il est souhaité le ralentissement ou l’arrêt, afin d’éviter les chocs dans les éléments de transmission lors du freinage.
