Brevet FR2096449A1 — publié le 19720218

La présente invention est relative aux disques pour freins et, plus particulièrement, aux disques utilisant un remplissage en béryllium pour l'absorption de la chaleur. L'utilisation des blocs de remplissage pour l'absorption de 5 chaleur dans les disques pour freins est bien connue de même que l'utilisation d'éléments en béryllium à cette même fin. Toutefois, dans les disques de frétas connus à remplissage en béryllium, la transmission du couple de freinage a toujours été assurée par des plaques de surface en acier, et ceci a pour conséquence que ces plaques 10 doivent être suffisamment épaisses et par suite lourdes pour supporter les forces transmises. Alors que le béryllium présente des caractéristiques de haute chaleur spécifique et de haute conductibilité thermique accompagnées d'une faible densité qui en font un matériau approprié à l'absorp-15 tion de la chaleur, il possède, par contre, de très faibles caractéristiques mécaniques, particulièrement à des températures élevées, et ne peut, en conséquence, être soumis à de grosses contraintes thermiques ou mécaniques. Dans les disques pour freins tels qu'ils ont été conçus jusqu'à ce jour, les blocs de béryllium n'ont été 20 utilisés que pour l'absorption de la chaleur, les plaques d'acier devant transmettre l'ensemble des forces du couple pendant le freinage. Mais cet agencement exige l'emploi de plaques d'acier lourdes qui augmentent le poids du disque. L'invention a principalement pour buts de réaliser : 25 un disque de frein qui,comporte un remplissage en béryllium et deux plaques d'acier et qui, dans l'ensemble, soit plus léger que les disques utilisés jusqu'à ce jour; un disque de frein qui comporte des blocs de remplissage en béryllium et dans lequel lesdits blocs puissent être réutilisés 30 lorsque les plaques d'acier sont usées. Ainsi qu'il apparaîtra dans la description ci-dessous, ces buts de l'invention sont atteints par la réalisation d'un disque composite pour frein qui comporte deux plaques d'acier dont les surfaces- d'usure, métalliques, sont frittées, et des segments de rem-35 plissage en béryllium fixés entre les plaques d'acier. Suivant l'invention, des éléments métalliques rapportés de forme triangulaire sont disposés radialement au droit des créneaux de clavetage du disque pour assurer le transmission d'une partie du couple de freinage entre les segments en béryllium et les moyens de clavetage du di»-kO que sur la roue à freiner, de telle ornière que les segments, soumis 71 21622 2. 2096449 à des forces, ne subissent pas de contraintes excessives. Pour une compréhension plus détaillée de l'invention, on se référera à la description qui suit et au dessin annexé qui illustrent un exemple de réalisation préféré de l'invention. 5 Dans ce dessin : - la Fig. 1 est une vue partielle de côté et en élévation d'un disque de frein pour avion, réalisé suivant la présente invention; - la Fig. 2 en est une vue en coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1 ; 10 - la Fig. 3 est une vue partielle de côté et en élévation d'u ne variante de disque de frein suivant l'invention; et - la Fig. 4 en est une vue en coupe partielle suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3. Suivant l'exemple d'exécution représenté aux Fig. 1 et 2, le 15 disque de frein comporte deux plaques d'acier annulaires 10 et 12 dont les faces externes métalliques 14 et 16, respectives, sont frittées. Chacune des plaques 10 et 12 forme un cercle complet. Des blocs de remplissage en béryllium 18 sont placés entre les plaques 10 et 12 et chacun de ces blocs s'étend sur un segment de 60° du 20 disque. A la périphérie extérieure de chacune des plaques d'acier 10 et 12 sont prévus des créneaux 20 uniformément espacés de 60°. Ces créneaux ou encoches 20 sont destinés à recevoir des clavettes ou nervures de clavetage prévues sur la face externe de la jante (non 25 représentées) de la roue à freiner, de telle sorte que le disque tourne avec la roue. Les clavettes ou nervures de clavetage sont enclenchées effectivement dans des éléments rapportés 40 en acier qui font plus loin l'objet d'une description plus détaillée. Les plaques 10 et 12 sont également pourvues de profondes encoches en U 22 uni-30 formément espacées le long de leur périphérie interne pour permettre l'expansion du disque sans gauchissement ni distorsion. Dans le mode de réalisation préféré, chacun des blocs de béryllium 18 s'étend dans le sens circonférentiel de l'axe radial médian de l'un des créneaux 20 à l'axe médian du créneau voisin. Les pla-35 ques 10 et 12 et les blocs 18 sont reliés par des rivets 24 qui passent, dans des douilles en acier 26 (Fig. 2) logées dans des trous 28 des blocs 18. Les extrémités des douilles 26 sont chanfreinées en 30 et les bords des trous des plaques d'acier 10 et 12 sont incurvés en 32 pour épouser les chanfreins des douilles 26. Cet agen-40 cernent des chanfreins et des douilles d'acier 26 assure un blocage 71 21622 3. 2096449 uniforme des plaques d'acier 10 et 12 sur les blocs de béryllium 18 et empêche toute concentration excessive des forces sur les bords des trous 28 dans lesdits blocs de béryllium. De plus, cette disposition permet aux têtes du rivet 24 de demeurer au-dessous de la 5 surface de frottement des plaques 10 et 12. Les douilles 26 présentent deux caractéristiques qui sont importantes pour l'invention : d'une part, les douilles 26 fournissent des surfaces développées qui permettent aux blocs de béryllium de recevoir le couple de freinage appliqué aux plaques 10 et 12; 10 et, d'autre part, ces douilles permettent l'utilisation d'un rivet dont la tête et les dimensions sont réduites, si bien qu'il n'y a pas de saillie sur la surface de frottement des plaques. XI est important que chaque douille 26 présente, avec le bloc de béryllium, un jeu qui ne dépasse pas 0,5 millimètre, de façon 15 que l'ajustage ne soit pas lâche, mais qui ne soit pas inférieur à 0,075 millimètre, de façon que la dilatation de la douille 26 n'entraîne pas un frettage qui pourrait provoquer des fentes dans le béryllium lui-même. La surface développée de la douille 26 est importante pour le • 20 transfert correct, sans déficience, du couple des plaques 10, 12 aux blocs. Ladite surface est déterminée par le diamètre externe de la douille multiplié par sa longueur. L'invention prévoit que la charge de la surface développée ne doit pas être supérieure à 420 kg/cm , et que, pour obtenir la meilleure capacité d'absorption 25 possible de chaleur par le matériau, elle ne devrait pas être infé-rieure à 70 kg/cm . Les extrémités des blocs de béryllium comportent des faces planes 34, parallèles à l'axe médian radial du créneau 20, et des faces supérieures 36 inclinées à 60° par rapport à l'axe médian ra-30 dial du créneau 20. Ainsi, deux blocs voisins déterminent une encoche en V 38 centrée sur le créneau 20. Les éléments rapportés 40 en acier présentent des faces inférieures 44 qui sont inclinées à 60° par rapport à l'axe médian du créneau 20 et, en conséquence, parallèles aux parties inclinées 36 35 des blocs 18. Les éléments d'acier 40 sont également pourvus de rainures ou créneaux 46 sur leur surface externe pour recevoir les clavettes ou nervures de clavetage de la roue. Les créneaux 20 des plaques 10 et 12 sont légèrement en retrait en 21 (Fig. 1 ), de telle manière que les clavettes ou nervures de la roue ne s'enclenchent 40 que dans les créneaux 46 des éléments 40. Ainsi qu'il est visible à 71 21622 2096449 la Fig. 1, les faces adjacentes 34 des blocs successifs de béryllium sont séparées l'une de l'autre par un faible écartement, comme les faces voisines J6 desdits blocs le sont par rapport aux faces 44 des éléments 40 pour permettre une certaine tolérance de fabrica-5 tion et donner également aux blocs un léger jeu dans leur contact de surface avec les plaques 10 et 12. Il est préférable que les faces inclinées 36 des blocs 18 et les faces inclinées 44 des éléments 40 fassent avec l'axe médian des créneaux un angle compris entre 50 et 70°, 60° étant la valeur opti-10 maie. La profondeur des encoches en V 38 formées par les blocs adjacents 18 doit être comprise entre 30 et 60 % de la largeur radiale L (Fig. 1) des blocs. Les faces conjuguées 36 et 44, inclinées selon l'angle indiqué, doivent correspondre au minimum à'30 $ de la longueur totale, c'est-à-dire de la longueur mesurée depuis la base 15 de l'encoche en V 38, pour l'angle choisi, jusqu'aux bords externes du bloc 18 et de l'élément 40. En conséquence, on doit comprendre que les blocs 18 peuvent avoir diverses formes géométriques pour autant que la relation de coopération avec l'élément 40 correspondant est maintenue au long de l'encoche. 20 Les plaques d'acier annulaires 10 et 12 sont également pour vues, le long de leur périphérie externe, d'échancrures 48 destinées à éviter le gauchissement du disque ou des inégalités dans le transfert du couple des plaques 10 et 12 aux blocs de béryllium 18. Les saillies 50 des plaques 1.0 et 12, entre les échancrures 48, reçoi-25 vent des rivets 52 qui servent à renforcer encore la réunion des plaques 10 et 12 et des blocs de béryllium 18 en un ensemble stratifié. Les Fig. 3 et 4 représentent un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, six blocs de béryllium 60, 30 ayant chacun la forme d'un segment de 60° d'un anneau circulaire. Chaque bloc comporte une face interne d'extrémité 62 parallèle à un rayon de l'anneau, et une face externe 64 inclinée à 60° par rapport à la face 62. Ces blocs sont maintenus entre des plaques d'acier 66 et 68, ayant chacune la forme d'un segment de 120° d'un anneau cir-35 culaire. Chacune des plaques 66 et 68 est pourvue sur sa périphérie externe, de deux créneaux 70 situés à 30° de l'extrémité correspondante de la plaque et à 60° l'un de l'autre. L'un des blocs de béryllium 60 est placé entre les deux créneaux 70.Les blocs de bérylliumôO voisins chevauchent les extrémités des plaques 66 et 68 adjacentes. kri Chacune des plaques 66 et 68 est pourvue d une profonde encoche en U m 72 qui part, parallèlement à un rayon de la Dlanue, de 71 21622 5. 2096449 la périphérie interne de ladite plaque et se termine à mi-distance de la périphérie externe. Les portions radialement internes des extrémités des plaques sont également encochées pour former des encoches en U 74, entre les plaques $6 ou 68 voisines. 5 Les plaques d'acier 66 et 68 et les blocs de béryllium 60 sont fixés les uns aux autres par des rivets 76 traversant des trous 78 des blocs de béryllium. Comme dans le mode de réalisation précédemment décrit, les extrémités des manchons 78 sont chanfreinées et les bords des trous des plaques 66 et 68 sont repoussés en 80, pour 10 épouser la forme évasée des extrémités des douilles. Les périphéries externes des plaques 66 et 68, entre les deux créneaux 70 de la même plaque, comportent des échancrures 82. Ces échancrures ont le même rayon et laissent subsister entr'elles une partie 84 de chaque plaque; les parties 84 reçoivent des rivets 86 15 qui servent à renforcer la liaison en un ensemble composite des plaques 66 et 68 et des blocs de béryllium 60. Une autre échancrure 88 est également pratiquée à la périphérie externe de chacune des plaques 66 et 68, entre le créneau 70 et l'extrémité correspondante de la plaque. Les échancrures 88 sont de même rayon, mais elles sont 20 plus petites que les échancrures 82 et ménagent à chaque extrémité des plaques 66 et 68 des portions 90 qui reçoivent des rivets 92. Comme dans le mode de réalisation décrit précédemment, des éléments rapportés, en acier, 94, sont fixés par des rivets 96, de chaque côté des créneaux 70, aux plaques 66 .et 68. Ces éléments ont 25 des faces internes inclinées 98 qui sont parallèles aux faces inclinées 64 des blocs 60. Les éléments 94 comportent également des créneaux 100 alignés sur les créneaux 70 des plaques 66 et 68. Le rapport entre les largeurs circonférentielles des créneaux 70 et 100 est, de préférence, le même que celui qui a été défini plus haut à 30 propos des créneaux 20 et 46. Dans chacun des deux modes de réalisation décrits, le couple transmis entre les blocs de béryllium et les éléments rapportés en acier l'est par une large surface de contact entre les faces inclinées des blocs et les faces inclinées correspondantes des éléments 35 rapportés. XI en résulte que le couple est transmis par coincement et appliqué uniformément sur une surface considérable de chaque bloc de béryllium pour éviter un effort excessif sur une petite surface. Les rivets 24 et 76, en raison de la présence des bords repliés des trous des plaques sur les chanfreins des douilles 26 ou des trous 40 78 des blocs participent auss? à la transmission cju couple entre les plaques d'acier et les blocs de béryllium. 71 21622 6. 2096449 Alors que l'angle entre les éléments rapportés en acier et les blocs de béryllium est représenté comme étant d'environ 60 à 120°, il convient de noter que cet angle peut être compris entre 50-70° 5 et 100-140° et permette d'atteindre encore les buts de l'invention Par ailleurs, alors que la profondeur de l'élément rapporté en a-cier par rapport au bloc de béryllium est, dans l'exemple, de l'ordre de 1/3 de la profondeur radiale, pour donner au transfert de couple le meilleur rapport absorption/poids, la profondeur radiale 10 peut varier entre environ 20 % et environ 50 $ de cette profondeur. Par ailleurs, il convient de noter que, tandis que les modes de réalisation représentés montrent des créneaux tournés vers l'extérieur sur les éléments rapportés en acier, ces éléments peuvent être disposés radialement vers l'intérieur du disque, les encoches 15 en V formées par les blocs étant tournées radialement vers l'intérieur, et que, au lieu de créneaux, on peut prévoir des nervures ou autres saillies tournées vers l'extérieur ou vers l'intérieur. De plus, la forme des blocs de béryllium peut revêtir des dessins géométriques différents pour autant qu'est maintenue la relation angu-20 laire nécessaire sur une surface minimale entre les éléments rappor tés et les blocs. 71 21622 7. 2096449 - REVENDICATION S. - 1 - Disque composite de frein pour roue de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend : un noyau en béryllium de forme annulaire formé d'un certain nombre de blocs, les faces des extrémités de 5 chaque bloc ayant une première partie parallèle à la partie correspondante de la face d'extrémité du bloc adjacent et une deuxième partie, inclinée par rapport à la première, et par laquelle les blocs adjacents forment une encoche en V? des plaques d'acier de chaque côté dudit noyau de béryllium, lesdites plaques ayant la 10 forme d'une couronne; des rivets réunissant les plaques d'acier et le noyau de béryllium; et des éléments métalliques rapportés fixés sur lesdites plaques d'acier sur les encoches en V formées par les blocs de béryllium, lesdits éléments ayant des faces internes qui épousent les faces inclinées desdits blocs pour assurer le trans- 15 fert du couple par lesdites faces et comportant, sur le bord extérieur, un créneau pour recevoir une clavette de la roue à freiner. 2 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau en béryllium est formé de six blocs de mêmes dimensions, et les plaques d'acier sont dégagées autour de l'encoche du 20 bord extérieur de chaque élément rapporté. 3 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desdites plaques d'acier consiste en une seule couronne ayant essentiellement les mêmes diamètres interne et externe que le noyau en béryllium. 25 4 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque couronne d'acier est formée de trois plaques en forme d'arc de 120° et un bloc de béryllium chevauche l'intervalle entre deux plaques adjacentes, les couronnes d'acier ayant essentiellement les mêmes diamètres interne et externe que le noyau en béryl- 30 lium. 5 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle que font entr'elles les première et seconde parties de chaque face d'extrémité des blocs de béryllium est de 120°, et cet angle a son sommet approximativement au tiers de la profondeur 35 radiale desdits blocs. 6 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la périphérie externe des plaques est pourvue d'encoches incurvées entre les éléments rapportés voisins pour découvrir une partie de la périphérie des blocs de béryllium. 40 7 - Disque de frein suivant la revendication 6, caractérisé en 71 21622 8. 2096449 ce que l'angle entre les faces conjuguées des éléments rapportés en acier et des blocs de béryllium est comprise entre 50 et 70°, et la partie coopérante des faces adjacentes est au moins égale à 30 $ de leur longueur totale. 5 8 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques d'acier et les blocs de béryllium sont fixés les uns aux autres par des rivets qui passent dans des douilles en acier dont les extrémités sont évasées et les trous de passage des rivets ménagés dans les plaques d'acier ont leurs bords repliés de 10 façon à épouser la forme évasée des douilles, celles-ci présentant une surface développée telle que la charge due au couple de freinage dans les blocs de béryllium reste comprise entre 70 et 420 kg/ 2 cm „ 9 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en 15 ce que les blocs de béryllium sont de dimensions égales et chaque élément métallique rapporté a une partie formée de telle sorte qu'elle coopère avec la roue à freiner pour la transmission du couple, de telle sorte qu'une partie du transfert du couple de freinage entre les éléments rapportés et les plaques s'opère par les blocs du 20 noyau. 10 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie de chaque face d'extrémité d'un bloc du noyau est parallèle à une première partie de la face d'extrémité du bloc voisin et très légèrement espacée de celle-ci, l'autre partie de ladite 25 face d'extrémité formant avec la première un angle compris entre 50 et 70° et étant très légèrement espacée de la face interne de l'élément rapporté et coopérant avec lui pour assurer le transfert du couple. 11 - Disque de frein suivant la revendication 1, caractérisé en 30 ce que trois plaques d'acier forment la couronne de chaque côté du noyau, les extrémités de chaque plaque d'acier se trouvant radiale-ment au droit du milieu d'un des blocs du noyau et étant alignées avec les extrémités des plaques d'acier situées du côté opposé du noyau.