Brevet FR2004963A1 — publié le 19691205

La présente invention a essentiellement pour objet un disque de friction notamment pour frein à disques multiples, un tel disque étant constitué d'un ensemble de segments reliés entre eux pour constituer un anneau. 5 Les freins à disques multiples constitués de disques formés de segments annulaires sont conçus pour permettre une bonne dilatation thermique des divers segments sans interférence entre segments adjacents. Tous les éléments annulaires de freins à disques multiples proposés jusqu'à ce jour tendent plus ou moins à se déformer 1 0 en se voilant et à s'user rapidement lorsqu'ils sont soumis à des chocs thermiques importants. Une telle déformation et une telle usure ont évidemment une incidence directe sur inefficacité et la durée de vie du frein. En d'autres termes, une importante déformation et une importante usure ont pour effet de réduire sensible-15 ment l'efficacité du frein et sa durée de vie alors qu'une diminution de la déformation et de l'usure a pour effet d'augmenter l'efficacité du freinage et la durée de vie du frein. L'invention vise l'obtention d'un frein dans lequel les segments sont dotés d'une certaine souplesse, ce qui est un facteur 20 important lorsqu'on désire limiter l'usure des éléments annulaires du frein. L'invention propose donc un disque de friction constitué d'un ensemble de segments reliés pour former un anneau caractérisé en ce que chacun des segments comporte une rainure dans ses extré-25 mités radiales opposées, sur toute la longueur de ces dernières, de façon à définir le long desdites extrémités radiales des prolongements plans en porte-à-faux susceptibles de fléchir vers l'intérieur, l'un vers l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est égale-30 ment prévu une rainure s'étendant circonférentiellement sur le bord radial externe du segment et des" éléments de liaison disposés dans cette dernière rainure assurent la liaison entre segments annulaires adjacents. On conçoit que les rainures s'étendant radialement dans les 35 bords d'attaque et de fuite de chaque segment permettent l'obtention de prolongements plans en porte-à-faux qui sont susceptibles de plier et d'empêcher ainsi un segment de venir "labourer" la surface 69 09255 2 2004963 de contact de l'élément de disque adjacent ce qui résulte en une augmentation de la durée de vie du frein à disques» Selon encore une autre caractéristique de l'inventioh, le disque de friction comporte des moyens de liaison avec la roue 5 ou le tube de transmission de couple du moyeu, qui sont disposés entre les extrémités radiales de chaque segment et les éléments de liaison prévus dans la rainure circonférentielle sont reliés aux segments au voisinage desdits moyens de liaison avec la roue ou le tube de transmission de couple. 10 On conçoit que grâce à cette dernière caractéristique on aug mente encore la souplesse des divers segments dans le disque annulaire qu'ils constituent et qu'on réduit encore les effets dûs au retrait. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description 15 qui va suivre et se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La Figure 1 est une vue en coupe radiale de la moitié d'un ensemble de frein et roue qui comporte des disques selon l'invention La Figure 2 est une vue en élévation latérale d'une partie de rotor symétrique extrait de l'ensemble de frein de la Figure 1. 20 La Figure 3 est urte vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Figure 2. La Figure 4 est une vue en coupe agrandie selon la ligne 4-4 de la Figure 2. La Figure 5 est une vue en coupe agrandie selon la ligne 5-5 25 de la Figure 2. La Figure 6 est une vue en élévation latérale agrandie d'un segment réalisé au moyen d'un empilage de trois plaques destiné à être utilisé dans le rotor de la Figure 2. La Figure. 7 est une vue en coupe selon la ligne 7-7 de la 30 Figure 6. La Figure 8 est une vue en coupe selon la ligne 8-8 de la Figure 6. La Figure 9 est une vue en coupe similaire à celle de la Figure 8 montrant un autre mode de réalisation de l'invention 35 dans lequel le segment est réalisé au moyen de deux plaques empilées La Figure 10 est une vue en élévation latérale d'une partie d'un rotor symétrique extrait de l'ensemble de frein de la Figure 1 selon un autre mode de réalisation de l'invention. La Figure 11 est une vue en coupe agrandie selon la ligne 11-40 11 de la Figure 10 et 69 09255 3 2004963 La Figure 12 est une vue en coupe agrandie selon la ligne 12-12 de la Figure 10. On a montré sur la Figure 1 un ensemble de roue et de frein qui comporte une roue 10 montée en rotation sur un axe fixe 12 5 et un élément support fixe 14 qui est relié à l'axe par tout moyen convenable tel qu'une liaison directe par boulon (non représentée). La construction permettant le montage en rotation de la roue 10 sur l'arbre 12 et la fixation de l'élément support fixe 14 sur l'arbre 12 est bien connue et sa description détaillée ne s'avère pas né-10 cessaire. L'élément support comporte un ensemble de moteurs de frein 16 qui comportent chacun un fourreau de protection 18 monté par vissage sur l'élément support fixe et un piston 20 disposé en coulissement dans ledit fourreau. Un bloc de matériau isolant 22 est fixé à l'extrémité du piston par une broche filetée 24 en vue 15 d'assurer la protection du liquide de frein contre la chaleur engendrée lors du freinage. La roue 10 qui est constituée de deux éléments reliés par des boulons 25 comporte une partie formant moyeu 24 et une partie formant jante 28 reliées par un ensemble d'éléments radiaux 30. Un tube de transmission de couple 32 qui comp 20 porte une douille 34 et une plaque annulaire de butée 36 est fixé directement à l'élément support fixe Î4 par un ensemble de boulons 38 décalés circonférentiellement. Le frein qui est représenté est du type à disques multiples et comporte un ensemble de rotors 40 montés au moyen de cannelures 25 sur une roue d'avion 10 en vue d'être entraînés en rotation sur cette dernière. Le frein comporte également des stators 42 qui sont reliés par des cannelures à la douille 34 du tube de transmission de couple 32. La nouveauté de la construction des rotors sera décrite plus loin. Les rotors comme les stators sont montés axiale-30 ment mobiles dans le frein et on les désigne souvent sous le nom de "empilage d'éléments du frein". C'est la coopération à friction entre les divers rotors et stators qui produit le freinage de la roue d'avion. Une plaque de poussée 44 qui est fixée convenablement sur les moteurs de frein 16 sollicite les rotors 44 et les stators 35 42 les uns contre les autres lorsque les moteurs de frein viennent pousser sur une extrémité de l'empilage pour solliciter la totalité de ce dernier contre la plaque de butée 36. La plaque de poussée 44, chacun des stators 42 et la plaque de butée 36 comportent un revêtement de matériau de friction 46 sur leurs surfaces respectives» 40 Si l'on considère maintenant les Figures 2 à 5 qui montrent 69 09255 4 2004963 en détail la construction de chacun des rotors 40, on peut voir que chaque rotor comporte un ensemble de segments 50 disposés en anneau. Chacun des segments 50 comporte des faces opposées 5-2, un bord radial interne 54, un"bord radial externe 56 et deux ex-5 trémités décalées angulairemènt 58 pour relier les bords 54 et 56. Une encoche de transmission de couple 60 est ménagée dans le bord radial externe 56 entre les extrémités 58 de chacun des segments. Chacune des encoches 60 coopèrent axialement en coulissement avec les moyens formant clavettes prévus sur la périphérie interne de la 10 roue d'avion 10. Il est évident que, si on le désire, la coopération par clavette pourrait être inversée de telle sorte que l'encoche soit ménagée dans la roue et la clavette formée sur le bord radial externe de chacun des segments 50. Des rainures circonférentielles 62 sont ménagées dans le bord 15 radial externe 56 de chacun des segments, elle s'étend entre les deux extrémités 58 de chaque segment et l'encoche 60 de ce dernier# . Des éléments de liaison 64 sont disposés dans les rainures circon-férentielles 62. Ils servent à relier les segments entre eux pour constituer un disque annulaire. Plus précisément, chacun des élé-20 ments de liaison à ses extrémités 66 reliées aux segments annulai-rement adjacents sensiblement à l'emplacement où se trouve ménagée l'encoche 60. En reliant les extrémités de l'élément de liaison au voisinage des encoches, on élimine sensiblement les effets du retrait. 25 En vue de réduire l'usure de l'élément de disque et d'augmenter la durée de vie de ce dernier, chacun des segments 50 comporte des rainures radiales 70 ménagées dans les bords d'attaque et de fuite 58 du segment. Ces rainures 70 définissent des saillies planes opposées en porte-à-faux 72 qui sont susceptibles de fléchir l'une 30 vers l'autre. Cette souplesse résultante obtenue au bord d'attaque et de fuite de chacun des segments empêche le segment de venir "labourer" la surface de l'élément de disque qui lui est adjacente et la durée de vie des éléments du disque se trouve ainsi accrue en raison de la diminution de l'usure du matériau de friction, et des 35 segments eux-mêmes. Chacune des saillies planes en porte-à-faux comporte une fente 74 destinée à constituer une cavité en forme de croix avec la rainure 70 radiale qui lui est associée et qui lui est directement opposée à une cavité en forme de croix correspondante prévue dans 40 le segment adjacent. Un élément 76 s'étendant circonférentiellement et pourvu d'une section en forme de croix est interposé entre 69 09255 5 2004963 chaque paire de segments annulairement adjacents pour s'étendre dans les cavités en forme de croix opposées et constituer ainsi un élément susceptible d'encaisser les efforts de cisaillement qui prennent naissance au cours du freinage. 5 Bien que l'invention ait été décrite en se rapportant à des segments monoblocs 50, on peut voir sur les Figures 6 à 9 que des segments réalisés au moyen de plaques empilées peuvent remplacer les segments monoblocs. De telles constructions empilées permettent une dilatation thermique relative entre les éléments de l'empilage 10 et se sont avérées excellentes au point de vue de l'auto-compensation lorsqu'elles sont soumises à des chocs thermiques qui tendent à créer le voilage et l'usure des segments. Cette auto-compensation dont résulte une diminution du voilage et de l'usure permet l'obtention d'une efficacité de freinage accrue et d'une augmentation 15 sensible de la durée de vie du frein. De plus, une structure empilée de ce type présente des caractéristiques d'auto-amortissement qui réduit les vibrations indésirables dans les trains d'atterrissage d'avion. De plus, en utilisant une construction par empilage de plaques, il est possible d'éliminer les dépenses exagérées de frai-20 sage des gorges nécessaires dans le cas d'un segment monobloc. Si l'on considère plus spécialement les Figures 6 à 8 dans lesquelles les éléments ou pièces identiques sont désignés par des mêmes chiffes de référence augmentés d'une centaine, on peut voir que chaque segment 150 comporte deux plaques externes opposées 151 et une pla-25 que interne de plus petites dimensions 153 prise en sandwich entre les plaques 151, lesdites plaques étant disposées pour constituer les gorges circonférentielles 162 et les gorges radiales 170. Les plaques externes 151 comportent une encoche 160 et les parties 172 qui se prolongent au-delà de la plaque interne 152 constituent 30 le* saillies planes en porte-à-faux susceptible de fléchir l'une vers l'autre. On notera que dans la Figure 7, la plaque interne qui constitue un élément d'espacement entre les plaques externes comporte deux trous 177 destinés à recevoir des saillies 179 des plaques externes 151. Deux rivets 1 81 disposés au voisinage de chaque extrémité 35 du segment et deux rivets prévus au voisinage de l'encoche 160 traversent uniquement les plaques externes 151 pour maintenir ces dernières l'une contre l'autre. Avec une telle disposition, les saillies 179 tendent à éliminer ou tout au moins à réduire sensiblement les efforts de cisaillement auxquels les rivets seraient sou-40 mis si elles n'existaient pas. 69 09255 6 2004963 Bien que les Figures 6 à 8 représentent une structure d'empilage de trois plaques, selon l'invention, on peut voir, en considérant la Figure 9, qu'une structure comportant deux plaques peut être également utilisée. Dans ce dernier mode de réalisation, les 5 plaques externes 251 sont usinées à leurs extrémités pour constituer une gorge radiale 270 et des saillies planes en porte-à-faux 272 qui sont susceptibles de flexion l'une vers l'autre. Le segment comportant deux plaques empilées présente un avantage au point de vue thermo dynamique en ce que son interface est 10 disposée au milieu de l'épaisseur du segment. Cela permet une meilleure conductivité vers le coeur de l'élément formant emmagasinage de chaleur ce qui a pour effet de réduire les températures de surface rencontrées sur les surfaces de frottement. Cela a également pour effet de réduire ou d'éliminer les effets d'encliquetage 15 thermique qui.peuvent se produire dans les segments en triple épaisseur. Un autre avantage de la construction en deux épaisseurs est la fabrication plus économique étant donné qu'elle ne nécessite pàus que la manipulation de deux pièces et que les gorges des segments peuvent être obtenues par matriçage dans les faces des plaques 20 qui sont en contact. On a montré aux Figures 10 à 12 un autre mode de réalisation des rotors 40 selon l'invention. Dans ces Figures on a utilisé pour désigner les mêmes éléments que dans les Figures 2 à 5 les mêmes chiffres de référence augmentés de 300o 25 Comme le montre le dessin, chacune des saillies planes en porte-à-faux 372 comporte deux cavités 374 disposées en vis-à-vis de cavités analogues prévues sur le prolongement en porte-à-faux adjacent. Entre chaque paire de segments adjacents sont disposés des éléments en forme de pinces 376 présentant une section en forme 30 de H et comportant ainsi des extrémités fourchues 378 qui sont disposées dans les cavités opposées respectives 374. Ces éléments en forme de pinces 376 ne sont pas uniquement utilisés pour encaisser les efforts de cisaillement qui prennent naissance lors du freinage mais sont utilisés notamment pour empêcher l'ouverture ou le b§ille-35 ment dès prolongements 372 qui peut se produire en raison des déformations thermiques. Si l'on s« reporte aux dessins, on peut voir que chaque segment 350 est constitué de deux plaques externes 380 et d'un noyau interne de dimensions plus petites 382 disposé entre lesdites 40 plaques 380 de façon à définir avec ces dernières des gorges 69 09255 7 2004963 s'étendant circonférentiellement 362 et radialement 370. On peut voir également que les plaques externes comportent l'encoche 360 et que les parties de plaques qui surplombent le bord du noyau interne constituent les prolongements en porte-à-faux susceptibles de fléchir 5 l'un vers l'autre. Pour que le frein à disque soit susceptible de recevoir les matériaux à grande capacité calorifique qui sont fragiles et cassants tels que l'oxyde de béryllium, le graphite, le nitrate de bore, le carbure de bore etc., le noyau interne 382 est emprisonné par un ruban de retenue 384 disposé à la périphérie du noyau. Le 10 ruban de retenue est réalisé au moyen d'un matériau tel que l'acier, il est d'une épaisseur sensiblement inférieure à celle du noyau de façon à ce que soit maintenu un contact intime entre les faces des plaques externes et le noyau. Pour maintenir le noyau entre les plaques externes en alignement convenable avec ces dernières, il 15 est prévu un élément d'alignement 386 convenablement fixé sur le ruban 384 qui se prolonge pour pénétrer dans une ouverture 387 ménagée dans le noyau de chaque segment. Un rivet 388 s'étendà travers les plaques externes et l'élément d'alignement. Chaque segment est ainsi positionné en trois points par le rivet 388 passant à travers les 2D éléments d'alignement et les rivets 390 prévus aux extrémités des éléments de liaison 364, Des éléments d'espacement 392 sont disposés entre les barres de liaison et les plaques externes 380. On conçoit à la lecture de ce qui précède que le premier objet du ruban de retenue 384 est double à savoir de maintenir le noyau à forte capacité 25 thermique en position convenable et de retenir le matériau relativement fragile à l'intérieur du ruban en cas de rupture. De la sorte, le disque de rotor peut continuer à fonctionner quand bien même le matériau du noyau se trouve brisé. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux mode de réalisa-30 tion décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que, bien 69 09255 8 2004963 REVENDICATIONS 1.Disque de friction notamment pour frein à disques multiples du type constitué par un ensemble de segments reliés entre eux pour constituer un anneau caractérisé en ce que chacun des segments comporte des moyens formant.rainures dans ses extrémités s'éten- 5 dant, sur toute la longueur de ces dernières, pour constituer des prolongements plats en pprte-à-faux susceptibles de fléchir l'un vers l'autre, lesdits prolongements ayant leurs faces externes dans le même plan que les faces externes opposées desdits segmentso 2. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les "10 segments disposés en anneau sont reliés les uns aux autres par des éléments de liaison dont chacun à ses extrémités reliées à des segments adjacents. 3. Disque selon la revendication 2, caractérisé en ce que les segments comportent une rainure circonférentielle disposée dans leur 15 bord radial externe ou interne, dans laquelle se trouvent engagés les éléments de liaison précités. 4. Disque selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de coopération du type à clavette sont prévus entre l'un des bords externe ou interne desdits segments, entre les 20 extrémités radiales opposées de ces derniers pour coopérer en coulissement avec des moyens complémentaires prévus dans l'ensemble roue et frein comportant le disque, les éléments de liaison précités étant reliés à chaque segment sensiblement à l'emplacement desdits moyens de liaison du type à clavette. 25 5. Disque selon l'une des revendications précédentes dans lequel les segments sont réalisés par empilage de plusieurs plaques dont Ies plaques d'extrémité constituent par leurs bords radiaux des prolongements en porte-à-faux précités. 6. Disques selon la revendication 5 dans lesquels une plaque 3D interne est prévue pour définir par ses bords radiaux le fond des moyens formant rainures précitées. 7. Disque selon la revendication 5, caractérisé en ce que les plaques sont au nombre de deux et leurs faces en contact ont leurs extrémités radiales usinées de façon à définir la rainure précitée 35 et les prolongements en porte-à-faux précités. 8. Disque selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les deux prolongements prévus sur les extrémités radiales de chaque segment comportent des cavités dans lesquelles sont logés 69 09255 9 2004963 des éléments encaissant le cisaillement qui pénétre dans lesdites cavités disposées en vis-à-vis dans les segments adjacents0 9» Disque selon la revendication 8 dans lequel les prolongements plats en porte-à-faux de chaque segment en vis-à-vis sont découpés 5 de façon à définir une cavité en forme de croix en combinaison avec la rainure radiale, les éléments de cisaillement étant disposés dans ladite cavité en forme de croix. 10. Disque selon l'une des revendications précédentes dans lequel des moyens coopèrent avec les prolongements précités pour empêcher 10 l'ouverture de la rainure radiale. 11. Disque selon la revendication 10 dans lequel les cavités sont prévues dans les surfaces opposées du segment, en vis-à-vis et les moyens destinés à empêcher l'ouverture de la rainure consistent en des éléments présentant des extrémités en forme de fourche, les 15 dits éléments, au nombre de deux , étant logés dans lesdites cavités. 12. Disque selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que les segments comportent un noyau interne disposé entre deux plaques externes pour définir avec celles-ci les rainures précitées. 20 13. Disque selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un ruban de retenue est prévu autour du noyau précité. 14. Disque selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'un élément de positionnement est associé au ruban précité pour coopérer avec une ouverture correspondante prévue dans le noyau. 25 15. Disque selon la revendication 14 caractérisé en ce que sont prévus des moyens traversant les plaques extrêmes et l'élément de positionnement pour maintenir en place le noyau entre lesdites plaques.