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ARTheque - STEF - ENS Cachan | Étude mécanique d'un embrayage monodisque

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Academic year: 2021

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Texte intégral

(1)

Etude mécanique

d'un embrayage monodisque

par Henri Amequin et Sonja Lamine

Tous les collègues ont pu constater la difficulté croissante qu'ils érpouvent à faire acquérir la connaissance de base

de la technologie. .

Le cours au tableau, à base de schémas et de quelques dessins, a déjà été remplacé par des études de plans d'ensem-bles, mais cela s'avère encore insuffisant. La mise à la disposition des élèves d'un matériel qu'ils peuvent manipuler (démonter, analyser, remonter) apporte une aide considérable à l'enseignant et à l'élève en créant une plus granqe motivation et en amenant une meilleure compréhension de l'objet technique étudié.

Cette étude s'insère dans une progression prévue pour des élèves techniciens supérieurs, assistants d'ingénieur, dont l'origine est généralement le bac C ou D. Elle se situe après un frein à tambour et un limiteur de couple.

Avant chaque manipulation sur un mécanisme nouveau, des précisions sont apportées, oralement, pour en définir le rôle, la constitution, le principe de fonctionnement. Durant la semaine qui précédera cette manipulation, les élèves (par groupes de 3) feront une préparation qui comprendra:

-- l'analyse du plan d'ensemble,

- l'étude mécanique théorique (couple transmis, effort de débrayage ...).

Pendant la séance, d'Une durée de 4 heures, le professeur apporte les compléments, répond individuellement aux questions posées par chaque groupe. Ce travail donne lieu à un compte rendu qui est remis la semaine suivante.

Cette pratique permet de lier étroitement les trois disciplines technologiques (Mécanique, Construction, Fabrication) et parfois d'utiliser des notions d'électricité ou de physique. Il est à noter que l'on ne remarque pas de baisse d'inté-rêt de la part des élèves. L'ensemble des manipulations d'un même thème (ici mécanismes à friction) étant effectuées, une généralisation est faite. Elle a pour but de préparer les élèves à l'étude des notices techniques.

L'accent est mis sur: - les schémas,

- les sous-ensembles fonctionnels (partie motrice, partie réceptrice, surfaces de friction, système presseur, système de commande),

- les matériaux employés.

Ce qui permet de dégager une méthode d'étude de ce type de mécanisme. La rédaction de la notice se présente sous la forme suivante:

1) But: on s'y limite à l'énumération des fonctions principales.

2) Description: elle consiste à décrire l'appareil en sous-ensembles fonctionnels.

3) Fonctionnement: on en définit les différentes phases illustrées par des schémas et éventuellement des calculs de méca-niques(exemple: démontrer la stabilité d'une pièce au cours d'une phase de fonctionnement).

La notice technique est une épreuve d'examen de ce B.T.S.; elle se présente ainsi:

Un plan d'un mécanisme quelconque est remis aux élèves, ainsi que quelques explications concernant l'appareil repré-senté. Ils doivent en expliquer le fonctionnement.

On doit regretter la difficulté éprouvée à faire effectuer des manipulations aux élèves de seconde, première ou termi-nale, qui n'ont pas d'horaire prévu à cet effet; cependantilreste possible d'appuyer le cours de Technologie sur la mani-pulation de matériel réel, en prélevant un peu de temps sur les cinq heures de Dessin.

1 - OBJECTIF POURSUIVIS

. Etudier la conception et le fonctionnement d'un embrayage à friction (aucun cours n'étant fait sur ce mécanisme) ;

. Déterminer les coefficients d'adhérence rnaxl, de frotte-ment de glissefrotte-ment du couple de matériaux Ferodo 1 acier.

Cette manipulation comporte:

une application des connaissance en «statique», la relation Mt= f(P) ayant été démontrée et vérifiée au

11

cours d'une manipulation précédente sur un limiteur de couple (Mt = Moment transmissible par l'embrayage; P= Effort presseur);

- une mesure de couple statique sur l'embrayage mono-disque d'une «Dauphine» .

L'ensemble fait l'objet d'un rapport consignant: · l'étude théorique,

· la notice technique de l'appareil proposé, · les mesures, tableaux, graphes et conclusions.

Ce travail est destiné à des élèves de TSI assistant d'ingénieur (fin de 1ère année d'études techniques).

(2)

Il • APPAREIL

L'embrayage est monté sur un banc, l'arbre situé du côté de la boite de vitesseétant bloqué (Fig. 11.

Un ressort de commande permet de faire varier et de mesurer la valeur de l'effort presseur P et donc d'obtenir différentes valeurs du couple transmissible Mt. Le moment M qui provoque la rotation de la couronne de démarrage est mesuré par une clé dynamométrique.

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III - I:TUDE THI:ORIQUE

1) Hypothèses :

. Le poids des éléments, les frottements dans les guida-ges et le moment créé par le poids de la clé dynamomé-trique (celle-ci pourra être placée proche de la verticale) sont négligés.

· La valeur théorique de Mt est:

Mt == 2Pf

l

R~ + r2 + Rr

3 R

+

r

· Le couple de frottement de la butée, qui est graphitée et nonàbilles est: M4/5=J,J,3 F 4/5 Rb

(}.1== coefficient de frottement)

2) Valeurs caractéristiques du mécanisme:

· rayon équivalent du disque 2 : R== 80 r == 55

Re ==

1

R2

+

r2 + Rr == 68,3 mm

3 R+r

· rayon équivalent de la butée graphitée:

D==47 d==27 Rb==20mm

· raideur d'un ressort du système presseur (il y en a 6) K6 == 18,7 N/mm

1== flèche au montage exprimée en mm

· raideur des deux ressorts de commande utilisés: K7 == 22 N/mm K8 == 70,7 N/mm

x == flèche exprimée en mm

3) Recherche de M ==f(x) :C'est-à-dire d'une relation

entre-le moment qu'il faut exercer pour provoquer le

glissement du disque récepteur entre les deux plateaux moteurs d'une part, et la flèche du ressort de commande d'autre part.

Le ressort de commande 7 est comprimé, il y a con-tact entre la couronne, le disque et le plateau récepteur.

12

al On isole l'ensemble moteur 1

+

6 + 3

+

4

M- M2/1 + 3 - M5/4 ",; 0 M2/1 + 3 == 2 F2/3 f Re b] On isole le plateau 3 (Fig.2)

F2/3 + 3 F4/3 - 6 F6/3 ==0 F 6/3== F 6/1 j -+ Fi'l5

==-...-..

-+

-c-....

6 f6/3 r<l 0 F~/3

-~

00 ~ -+ ~ Fs/'I ... 3 F/(/3 't F-f14 III -+ Fl.G~i

Is

l() Cl") \Q 4 - -

...

...

f3/~ 3 flt/5

}-.!sure

~ -fj9~

J[9

ure

4

c) On isole un levier 4 (Fig.3). Il y a trois leviers 4. 34 F5/4-9 F3/4 == 0 d) On isole le levier 5 (Fig. 41

80 F7/5 - 3.65 F4/5== 0 F7/5 ==k7

x

el

Résolution des équations Oh obtient:

F2/3 == 1121- 4,65 K7x

M2/1 + 3 == Mt == f(15,3 1-0,64 K7 x)

Mt est toujours positif (ou nul au débrayage) donc

x<UI

Ressort 7 : M4/5 == 0,55 /J. x mN

. M==x (0,55/J.-14 f) +15,3 f 1 mN Ressort 8 : M4/5 == 1,79 /J. x mN

M== x (1,79 /J. - 45 f) + 15,3 f1mN

M est une fonction linéaire décroissante; dès qu'il y a débrayage, seul subsiste le couple de frottement sur la

butée. .

IV - MANIPULATION

1) Mesure de M :

On relève pour différentes valeurs dexet en partant de 0:

- la valeur de M due aux phénomènes d'adhérence entre le disque récepteur et les plateaux (coefficient a); - la valeur de M lorsqu'il y a glissement du disque entre les plateaux, due au frottement de glissement (coeffi-cient fI.

Deux expériences ont été faites avec des ressorts différents (Fig. 5). Pour la première le ressort 7 n'a pas une raideur suffisante pour permettre d'aller au-delà du débrayage. Pour la seconde le ressort 8 autorise le débrayage, mais les courbes obtenues M == f(x) ne sont pas linéaires.

2) Détermination du coefficient de frottement de la butée (expérience 2) :

Il y a débrayage lorsque les moments d'adhérence et de frottement atteignent la même valeur de 2 mN pour une flèche x == 4,2 mm du ressort 8. Ne subsistent alors que les frottements sur la butée et dans les guidages ,

(3)

3) Recherche desMt(expérience 1) :

Ce sont les moments transmissibles par l'embrayage en tenant compte de l'adhérence, puis du frottement.

On les obtient en soustrayant de la valeur M, la valeur correspondante du couple de frottement M4/5 de la butée, pour une abcisse x choisie.

a. La flèche au montage des ressorts du système presseur

est 1=14,5

mm.

Elle est obtenue pour le point

Mt=Q x= 15.9 mm.

b. Le coefficient de frottement de glissement f est

calculéàpartir de la pente de la courbe d'équation

théorique: Mt = - 14 fx

+

fi 15,3

Il vaut: f = 0,22

c. Le coefficient d'adhérence a est obtenu de la même manière, à partir de la courbe Mt = - 14a x

+

f115,3

Il vaut a = 0,31

IV - CONCLUSIONS

. Le coefficient de frottement de labutée graphitée sur

la rondelle de débrayage (graphite/acier) semble

important. Une autre manipulation pourrait être envisa-gée en remplaçant cette butée par une butée à billes. Ces

résultats ne sont obtenus qu'à titre indicatif et

demandent confirmation par des mesures sur un matériel moins usagé.

. En continuant les mesures au-delà du débrayage pour l'expérience 2, les moments mesurés correspondent sensiblement à ceux du couple de frottement sur la butée.

Renseignements : Lycée Technique Jacquard • 2, rue

Bouret 75019 Paris. Tél: 607 1602. M. Fournier, Chef de travaux.

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13

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