Page 1 sur 6 Freins à disques et à tambours I. Fonction principale du mécanisme Un véhicule en mouvement possède une énergie cinétique, fonction de la masse et de la vitesse, soit E = 1/2 m v 2. Le rôle des freins est d arrêter (ou de ralentir) le véhicule avec un maximum d efficacité en transformant cette énergie cinétique en énergie calorifique, qui doit être évacuée rapidement pour assurer le bon fonctionnement du système de freinage. II. Analyse cinématique du mécanisme * Frein à disque Principe général : II.1 Schéma de principe des freins à disques et à tambours. Le frein à disque se caractérise par l application des forces de serrage dans le sens axial, c est-à-dire parallèle à l axe de rotation. Il se compose de deux éléments principaux: un disque tournant solidaire de l arbre d une part, un étrier en forme de «U» d autre part, porteur des plaquettes.
Page 2 sur 6 Le disque est lié à la roue tandis que l étrier est lié à la structure de l automobile. Il existe deux types d étriers les étriers fixes et les étriers mobiles. Le système de freinage d une automobile est hydraulique. Dans le cas d un étrier fixe l huile sous pression fait translater les deux plaquettes qui frottent sur le disque. Pour un étrier mobile l arrivée de l huile sous pression à deux effets simultanés. La plaquette 2 est plaquée sur le disque cela à pour effet de faire translater l étrier entier sur lequel est montée fixe la plaquette 1. * Frein à tambour C est également un frein à commande hydraulique; il se compose de deux mâchoires actionnées par un petit vérin double appelé «cylindre de roue». On appelle «mâchoire comprimée» celle qui s arc-boute, c est-à-dire celle dont le point d appui est en aval de la mâchoire par rapport au sens de rotation du tambour; l autre dont le point d appui est en amont est appelée mâchoire tendue. Elle porte une garniture de friction dont le frottement sur le tambour engendre le couple de freinage.
Page 3 sur 6 II.2 Fonctionnement du frein à main Les freins à tambours sont équipés d un levier relié à la commande de frein à main par un câble pour assurer la fonction de frein de parking et parfois de frein de secours. En tirant sur le câble de frein à main on fait pivoter le levier autour d un axe. Cela à pour effet de faire pivoter les deux mâchoires qui viennent frotter le tambour. III. Analyse technologique du mécanisme III.1 Etrier monté flottant. L étrier du frein à disque est monté flottant afin que la deuxième plaquette (celle qui n est pas équipée d un piston) puisse frotter le disque. Tout cela dans le seul but de ne pas déformer le disque. L autre solution technologique serait d équiper les deux plaquettes de piston.
Page 4 sur 6 Cette solution est cependant plus coûteuse et contraint d appliquer la même pression de part et d autre du disque. III.2 Rattrapage du jeu du frein à disque. L usure de la plaquette entraîne automatiquement un jeu entre les plaquettes et le disque. Cela diminue l efficacité du freinage et augmente le temps de freinage. Le rattrapage du jeu est effectué grâce à un petit joint en caoutchouc qui, lorsque le jeu est important se déforme lors du freinage. Quand on relâche la pédale de frein le joint reprend sa place initiale de manière à ce qu il y ait toujours la même distance entre les plaquettes et le disque.
Page 5 sur 6 Si le piston doit avancer plus que normalement le joint reprendra la nouvelle place. III.3 Disposition constructives de la liaison encastrement entre le moyeu de la roue et du disque Le moyeu de la roue est relié au disque grâce à un axe qui comporte des cannelures. Cela joue le rôle d une glissière. L axe n étant pas cannelé tout le long cela génère une butée qui élimine une translation. III.4 Surfaces de contact utiles pour chaque type de freins
Page 6 sur 6 Pour évaluer les surfaces de contact on considérera les plaquettes comme rectangulaires de coté 4 X 13. Ce qui fait une surface de contact d environ 50 cm 2. Soit 100 cm 2 par roue pour les freins à disque. La longueur des garnitures de friction est d environ 22 cm pour un hauteur d environ 4 cm. Cela nous donne une surface de frottement d environs 200 cm 2 par roue. Cependant un frein à tambour ne freine pas sur toute la longueur de sa garniture. On remarque que 1/3 de la surface n est pas usée lors du freinage. Cela nous donne, au final, une surface d environ 133 cm 2. Cela reste toujours supérieur aux freins à disques. III.5 Refroidissement des freins Les freins sont refroidis par air. Les freins à disques bénéficient de beaucoup plus d air que les freins à tambours. La plupart des disques sont ventilés c est à dire qu en passage d air est ménagé entre les deux surfaces de friction du disque. L énergie cinétique acquise par un véhicule est donnée sous la forme : E = 1/2.m.v2. Cela fait donc une énergie de 1250 kj à dissiper sous forme de chaleur. Cela nous donne une énergie de 375 kj à dissiper sous forme de chaleur pour une roue avant. Prenons un disque standard de 3,5 kg. Son élévation de température est donné par la formule : Soit, une élévation de température de 233 C III.6 Purge Il faut purger le circuit de freinage pour d enlever l air qui pourrait s y trouver. L air dans le circuit à des conséquences désastreuses lors du freinage. Il faut donc, une fois le circuit purgé, remettre le liquide de frein à niveau.