CONSTRUCTION
DES EMBRAYAGES
par M. DUCHAMP Professeur ENSAM Paris INTRODUCTIONDans la présente partie de l'exposé, nous allons examiner comment est réalisée pratiquement la fonction «embrayage progressif» : transmis-sion d'un couple dans une liaison en rotation non rigide.
Nous envisagerons successivement la réalisation des paramètres cp, Cri, Rmoy, dans les cas d'embrayages plans (mono et multidisques) et coniques.
Nous. nous 1imiterons à l'étude des para mètres
précédemment cités, sans faire intervenir les modes de commande.
1. EMBRAYAGE A DISQUE
1. 1. Un disque
SCHÉMA DE MONTAGE (fig. 1)
NATURE DES GARNITURES
Elles sont de deux types: à base d'amiante ou de métaux frittés.
al GARNITURES AMIANTE
L'amiante est une variété fibreuse et flexible de minéraux silicieux obtenus naturellement, tels que la serpentine {silicate hydraté de ma-gnésium Mg. [{OH)s!Si401o] et l'amphibole {sili-cate de magnésium fer, calcium et même aluminium Caz{MgFe)s [OH1Si4011b ou synthéti-quement {par synthèse de la chrysotrile ou de la fluorotrémolite CazMgsF. (Si4011)z). Il existe deux conceptions de fabrication à partir de l'amiante:
- à partir d'une armature tissée: il s'agit d'un tissu d'amiante armé d'un fil de plomb, zinc, laiton. Ces tissus ont une épaisseur variable
(3 mm à 3 cm). Ils sont ensuite imprégnés avec des résines: phénol-formol plus vernis gras, pour leur donner de la souplesse. Après imprégnation, on procède à une compression à chaud.
le.vie.r de.
c.ommande.
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r't.c'on~re
Mot-èriau
par agglomêration de charges : amiante, laine de verre, laine d'acier broyé plus liant à base de résine phénolique (phénol-formoldéhyde-phénol furfural) ou mélamine.
b} GARNITURES MËTALLIQUES
Ce sont : soit des garnitures frittées (matrice métallique plus diverses charges), soit des gar· . nitures céremétalliques (matrice métallique plus matières dites céramiques) i leur usage en est très particulier.
CARACTÉRISTIQUES DE fONCTIONNEMENT
a} GARNITURES EN FILS D'AMIANTE ARMËS
(doc, Férodo) Automobile Cmax
=
9 à 15 mkg. F butée=
100 à 120 kgf. Dimensions=
160 X 110 X 3 à 200X
120X
3,2. Vitesse maxi=
9000 à 7000 tr/mn. Poid {mécanisme=
2,3 à 4,4 kg, 01 S (friction=
0,7 à 1 kg. Machines industrielles Cmax=
40 à 90 mkg. F butée=
100 à 190 kgf. Dimensions=
250 X 155 X 4 à 352 X 195 X 5. Vitesse=
3500 à 2200 tr/mn.Exemples de détermination des garnitures en fonctio·n des conditions de fonctionnement cf. tableau A (doc. Férodo).
TABLEAU A
Matière métallique Fils d'amiante Matière métallique frittée
armés de fils bronze
Matière moulée de cuivre frittée (bronze) légèrement poreux Aspects
Foce de frottement Gronde rigidité
Corton imprégné et dureté (variante
rainuréé pour fonctionnement
dans l'huile)
0,35 à OAO 0,10 à 0,20 O,()4 et 0,07
Coefficient augmente 0,25 à 0,30 diminue avec pression suivant de frottement avec la température et vitesse les conditions
Température limite 140 230 300 Fonctionne
d'emploi (oC) dàns l'huile
Pression recommandée 2 à 6 2 à 8 2 à 10 2 à 10 Usure volumique spécifique 0,325 0,08 0,069 négligeable (800 tr/mn, 2 b, 150
-c
Cm3/kWh Densité 1,5 2 6,5 6,5Surface Frott. à sec Frott. à sec Frott. à sec bain d'huile
Disques 0 max
=
540 Disques 0 max=
580 Pastilles, rondelles Disques 0 max=
4051 Secteurs 1 Forme Secteurs a
=
3 a 4,5 mm a=
0,3 à 6 mm a= 2 à 8 mm 1 Collés ou rivés 1Il convient de majorer le couple théorique calculé en fonction des conditions de fonction-nement de l'embrayage. Pour cela, on fait in-tervenir un coefficient de sécurité dont les valeurs les plus couramment employées sonf données dans le tableau ci-dessous (tableau B).
Dimension des embraY(lges
Elle est donnée en fonction du diamètre exté-rieur de la garniture associée : 0 de 140 à
500, avec écarts de 20 à 50 mm au diamètre.
TABLEAU 'B
GENRE DE MACHINE MOTRICE
GENRE DE MACHINE RECEPTRICE Moteur électrique Moteur Moteur Moteur Arbre à combustioninterne à combustioninterne monocylindre de transmission 4 ou 6 cylindres 2 à 3 cylindres Machines à vapeur
Moment d'inertie très réduit
Ex. : tronsmlssion, pompes centrifuge, 1,5 1,7 1/9 2/2
petits ventiloteurs, petites génératrices
Moment d/inertie faible
Ex. : élévateurs, gros ventilateurs,
pe-tites machines-outils, pepe-tites machines 1/7 2 2,2 2 /7
textiles, transporteurs à bande
-Moment d'inertie
Ex. : machines textiles lourdes, pompes
2,5 2 /9
haute pression, monte-chorqe, ciscilles, 2 2,2 mélangeurs
Moments d'lnerfle lmportents, assez fortes pointes de chorges
Ex. : laminoirs à métaux légersl trac- 2/2 2,5 2/7 3
teurs, locomotives, concasseurs, très gros ventilateurs
Moments d/inertie élevés,
fortes pointes de charges
Ex. : laminoirs à acier, presses à for- 2,7 3 3,2 3 /5
ger1 grues, gros concasseurs
Réalisation de Q axiale
par diaphragme (élasticité d'une plaque de tôle) pour grandes vitesses de rotation évite l'effet de centrifugation provoqué par des masses non rigides} i
par ressorts hélicoïdaux entre un couvercle et le plateau du contre-matériau i
par ressorts à lames (embrayages industriels).
Modes de flxetlcn de la garniture
Elle peut être rivée (cas de supports non plans ne comportant pas de dispositifs de progressi-vité), collée (garnitures de faible épaisseur) ou encore collée et rivée (cas des garnitures frittées,
collées sur un support métallique mince, lui-même rivé sur le disque).
1.2. Embrayages multldisques
GÉNÉRALITÉS
Le couple d'un embrayage est produit par l'ap-plication d'une force sur un rayon moyen de friction. Si on multiplie le nombre de frictions, le couple variera proportionnellement.
A couple donné, on pourra donc, en multipliant les forces de friction, réduire la force oppliquée,
le rayon moyen, ou les deux.
La réduction du diamètre amène une diminution sensible du poids, de "inertie, autorise une vi-tesse de rotation plus grande.
SCHÊMA DE MONTAGE (fig. 2)
Fig. 2
DESCRIPTION
i!~~e$o
mobAles
eh tt'Ql1si.:AHon SUt"l'arbre
LIMITES DE MONTAGE DE MULTIDISQUES
Les disques entraînés extérieurement et ceux entraînés intérieurement sont alternés lors du montage et travaillent ainsi sur leurs deux faces. On intercale très souvent des ressorts entre les disques pour permettre "écartement des faces en position «débrayé».
Ces appareils fonctionnent
à
sec ou avec lubri-fiant, ce qui conditionne le choix des matériaux (acier traité, amiante armée, bronze forteag-I 1 l '
g omeree, etc.).
Trois formules de montage
disques extérieurs et intérieurs en acier traitéi
disques extérieurs garnis d'agglomérés d'amiante et intérieurs en acier traité (cf.
§ précédent sur les, disques amiantés) i
disques extérieurs en acier traité et intérieurs en bronze fritté.
Pour un montage de plusieurs disques de fric-tion, on doit prévoir un coulissement de ceux-ci sur des doigts de guidage, des clavettes, des cannelures. Les frottements qui en résultent amènent une perte de charge très sensible et les derniers disques de l'empilage ne sont plus soumis aux mêmes efforts que les premiers. Le couple de friction n'est donc plus proportionnel au nombre de disques.
En pratique, on monte 10
à
12 disques, excep-tionnellement 20 disques. De plus, le déplace-ment nécessaire au débrayage sera proportion-nel au nombre de disquesi aussi adopte-t-on des montages de commande plus complexes que sur monodlsque,1.3. Résumé
Conditions
à
respecter pour les paramètres de la relation1 Cg
=
Q.Rmo~'"
f .n 1Voir tableau C. ~
PARAMÈTRE
n
Q
TABLEAU C
CONDITIONS A RESPECTER
On utilisera de préférence une seule friction (n
==
2) pour limiter les risques de coincements. Cependant, lorsque les conditions d'encombrement l'exigent, on pourra utiliser deux ou trois disques.Cette charge doit respecter les conditions de «pressions spécifiques» applicables à la garniture. La raideur doit être la plus faible possible de façon que la charge varie peu en fonction de l'usure.
Coefficient lié à la garniture et au contre-matériau (fonte). Pour les garnitures amiantées, f peut être classé de la façon suivante :
Nature des matériaux Etat des surfaces
Sec Mouillé Gras
f
Bronze - Acier 0,1 - 0,05
Bronze - Fonte 0,21 0,31 0,15
Acier trempé - Acier trempé
-
- 0,10Composé Amiante - Acier 0,25
-
-Composé Amiante - Fonte 0,30 - 0,10
Acier - Métal fritté 0,30 0,15 0,15
On est en général limité par l'encombrement disponible ainsi que par les efforts centrifuges (à la limite éclatement possible).
Rm oy• Il faut également tenir compte :
.-- des charges spécifiques,
- des phénomènes thermiques (masses importantes).
Il. EMBRAYAGES A CONES GÉNÉRALITÉS
Qf nRmoy.
~a relation Cg
= - - - -
montre que la force sin IJ.du ressort est d'autant plus faible que Il est
plus petit et inversement. Le couple propre de l'embrayage, pour un effort de commande donné, est d'autant plus grand que IJ. est plus
petit.
SCHÉMA DE MONTAGE (fig. 3)
QC'~'re
l
~r~f'e
W\~
ec..lr
[
rc.tt
~
te
ur
Pour éviter le coincement, on adopte généra-lement : IJ.
=
14°30 pour frottements à sec et11°30 dans l'huile.
Cette valeur de Q est juste capable d'équili-brer le couple moteur sans tenir compte du rendement de l'appareil. On l'augmente géné-ralement de 30 à 40
%
pour tenir compte:de la baisse de f due à des patinages pro-longés,
de l'usure de la garniture de friction, du rendement des divers organes de la transmission.
Fig. 3
-GARNITURES UTILlSÊES
Pour les faibles et moyennes vitesses, la garni-ture peut être fixée sur le cône mâle ou le cône femelle.
Pour les vitesses élevées, la garniture est fixée _ sur le cône femelle pour éviter un décollement
dû
à
la force centrifuge.La garniture est généraLement montée en sec-teurs (meilleure portée et élimination des pous-sières).
/1 faut prévoir une course d'usure suffisante, fonction de l'épaisseur de la garniture et de
l'angle au sommet du cône.
Les matériaux de frottement sont en général : fonte sur fonte, acier sur fonte, garnitures d'amiante .tressée ou moulée sur fonte ou acier. La garniture peut être rivée (faibles et moyennes vitesses) ou collée (grande vitesse).
M. DUCHAMP.
InforDlations
• Journée d'étude sur
LA FINALITÉ DE L'ENSEIGNEMENT
DE LA TECHNOLOGIE
générale
l'Association
• Assemblée
de
Ces deux journées se dérouleront au siege de l'Association : 61, avenue du
Président-Wilson, 94 - CACHAN,
dans les locaux de l'Ecole Normale supérieurede l'Enseignement Technique.
Samedi 6 mai,
à
9 heures : Journée d'étude
Dimanche 7 mai,
à
8
h,
30 : Assemblée générale
IMPORTANCE DE LA JOURNÉE D'ÉTUDE SUR LA FINALITÉ
DE L'ENSEIGNEMENT DE LA TECHNOLOGIE
Dans les deux derniers numéros de notre bulle-tin, nous avons indiqué l'organisation de cette journée. Au cours de sa dernière réunion, le Comité de l'Association a décidé de l'organiser la veille de l'Assemblée générale, espérant ainsi
faciliter la venue de nombreux associés. /1 est important que notre Association prenne rapide-ment position sur ce point. En effet, il semble bien que de nombreuses décisions risquent d'être prises sans une véritable consultation des