Calculs embrayages

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

Habituellement, un embrayage est constitué d’un ou plusieurs disques avec contact bilatéral. Cependant, afin de simplifier

la mise en place des résultats, nous allons faire l’étude d’un système d’embrayage à contact unilatéral.

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.

Pour passer d’une modélisation locale des actions mécaniques transmissibles par le contact entre les deux disques de friction à une modélisation globale, il faut tout d’abord définir un petit élément de surface :

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),
•  pression de contact Pr répartie suivant une loi hyperbolique :

Pr = Pr1.(r1/r) avec r1 le rayon minimal et pr1 la pression de contact pour ce rayon.

Pour ce deuxième modèle, l’usure des garnitures de disque sera constante sur l’ensemble du disque.

Ces deux modèles donnent des résultats sensiblement identiques pour peu que les rayons r1 et r2 soit relativement proches,

ce qui est souvent le cas, nous n’étudierons donc que le cas simple de la répartition de pression constante.

On peut donc exprimer l’effort presseur N et en déduire la valeur de p :

On peut ensuite exprimer le couple transmissible à la limite à l’adhérence :

On intègre sur l’ensemble de la surface de friction et on obtient :

On remplace alors p par sa valeur en fonction de l’effort presseur N et on trouve :

Dans le cas d’embrayage avec plusieurs disques et n surfaces frottantes, la relation ci-dessus peut s’écrire :

Les embrayages coniques
1. Principe
Le principe général de ce système d’embrayage reste proche de celui d’un embrayage à disques à contact axial.
Cependant, il est intéressant de noter quelques différences :

•  contrairement au cas précédent, les paliers sont soumis à l’effort presseur axial,
•  dans le cas où le ½ angle au sommet du cône αest inférieur à l’angle d’adhérence (de frottement…) ϕ, alors il y a coincement conique et :

1.  il faut exercer un effort de direction −𝑥 pour accoupler les deux cônes,
2.  une fois l’accouplement réalisé, l’effort presseur devient inutile,
3.  il faut exercer un effort de direction 𝑥 pour désaccoupler les deux cônes.
4. Ces embrayages sont moins progressifs que les embrayages à disques.

Les embrayages coniques sont utilisés en montage à double cône en prise séparée comme inverseur sur les moteurs horsbords
de bateau.

2. Calcul du couple transmissible

On suppose la densité de répartition de pression
uniforme p sur l’ensemble de la surface de contact.
Il faut tout d’abord caractériser le petit élément de surface considérée avant d’exprimer les actions mécaniques élémentaires de contact :






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 :