Brevet FR2225653A1 — publié le 19741108

La présente invention se rapporte à un disque annulaire de frein, et elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un tel disque à utiliser dans. un frein à disques multiples pour avions. Dans un frein à disques multiples pour avions, plusieurs stators annulaires non rotatifs sont intercalés entre plusieurs rotors annulaires rotatifs entrainés par une roue de l'avion. Pour freiner, on amène en contact de friction les rotors et les stators. Par suite, l'énergie cinétique de l'avion est transformée en chaleur ce qui élève la température des éléments de friction. La situation théoriquement idéale d'une matière de friction parfaitement isotrope et d'une fourniture de chaleur parfaitement uniforme à la région de balayage mutuel des surfaces de friction en contact ne se présente pas et il se produit, pendant le freinage, des variations dans la distribution des températures. Il s'est avéré, en pratique, que les régions des températures plus élevées des régions de balayage des surfaces de friction en contact s'étendent perpendiculairement au plan de contact. Cette expansion réduit la surface de contact entre surfaces de friction, ce qui produit une concentration de la pression de freinage et une autre augmentation de la fourniture de chaleur à ces régions de températures plus élevées. La fourniture de chaleur aux régions balayées est, par suite, instable et engendre des points chauds. A cause de la rotation relative des disques, ces points chauds tendent à êtr étirés en bandes annulaires et sont transmis d'un disque au suivant dans un frein à disques multiples. Dans un frein à disques, il peut exister quelque variation de la position de ces bandes à haute température pendant une série de freinages mais, au cours de la plus grande partie de l'utilisation d'un frein, il apparait une seule bande chaude dont le rayon moyen est légèrement inférieur au rayon moyen des zones balayées des disques. La bande apparaît dans cette position parce que la dissipation de la chaleur à partir de la périphérie interne et de la périphérie externe des disques, bien qu'elle soit de petite valeur, est suffisante pour amorcer la perte de l'équilibre thermique. L'apparition de cette bande annulaire à haute température et de la réduction résultante des surfaces de contact des disques ont pour résultats une diminution de l'efficacité du freinage, des vitesses d'usure plus élevées et la déformation ou la défaillance des disques à cause des contraintes thermiques. Lorsque l'on utilise des matières de friction à base de carbone, qui sont capables de conserver des vitesses d'usure raisonnablement bonnes, meme à des températures relativement élevées allant jusqu'à 3 0000C, le problème de l'apparition de bandes localisées à haute température est plus aigu qu'avec des matières de friction à base de métal ou d'amiante car les surfaces de friction des matières à base de carbone sont capables d'engendrer des différences de température beaucoup plus élevées. La présente invention a pour objet de réduire la tendance au développement de la bande localisée à haute température. Selon la présente invention, un disque annulaire de frein comportant une surface de freinage à contact de friction avec un élément de friction coopérant, est caractérisé en ce que la zone balayée de la surface de freinage, qui est par ailleurs sans dépouille, est en dépouille dans une partie de surface intermédiaire de ses limites radiales et espacée de celles-ci, ladite partie de surface présentant un rayon moyen légèrement inférieur au rayon moyen de la zone balayée de la surface de freinage. Cette dépouille peut prendre la forme de plusieurs rainures courbes et parallèles dans la surface de freinage, dont celles qui sont radialement à l'intérieur et à l'extérieur délimitant ladite partie de surface. La surface de freinage peut être annulaire et concentrique au disque et les rainures peuvent être annulaires et concentriques entre elles ainsi qu'au disque, ou excentrées par rapport au disque. En variante, les rainures peuvent être hélicoidales et concentriques au disque. En variante, la dépouille peut prendre la forme d'une pluralité de creux dans la surface de freinage, qui sont espacés circonférentiellement autour du disque. Dans une autre forme encore de l'invention, la surface de freinage peut être la surface de friction de chacun de plusieurs patins de friction installés de manière à être circonférentiellement espacés sur le disque, et d'une pluralité de rainures courbes parallèles entre elles peuvent être formées dans chaque surface de friction des patins. Les rainures formées dans chaque patin peuvent être excentrées par rapport au disque. Le disque, ou les patins peuvent être en carbone monolithique renforcé de fibres. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une demi-coupe axiale d'un frein à disques multiples comportant des éléments de friction selon la présente invention ; la figure 2 est une vue de face d'une partie de l'un des éléments de friction représentés sur la figure 1; la figure 3 est une vue de face d'une autre forme d'élément de friction selon la présente invention ; les figures 4 et 5, 6 et 7, 8 et 9 sont respectivement des vues de face et des coupes latérales de trois autres éléments de friction selon la présente invention. La figure 1 représente schématiquement un frein 1 à disques multiples pour avions, dans lequel plusieurs éléments de friction annulaires non rotatifs ou stators 2 sont clavetés axialement à coulissement à leurs périphéries internes à des cannelures 3 présentes sur un tube de torsion 4. Un nombre correspondant d'éléments de friction annulaires rotatifs 5 sont intercalés entre les stators et sont clavetés axialement à coulissement, à leurs périphéries externes, à une roue (non représentée) de l'avion pour tourner avec elle. Les rotors et les stators sont agencés pour pouvoir être amenés en contact de friction par plusieurs pistons hydrauliques 6 installés en des positions équidistantes circonférentiellement dans une enveloppe 7, fixée å une extrémité du tube de torsion 4. Les pistons sont agencés pour comprimer des rotors et stators intercalés à l'encontre d'un organe annulaire 8 de réaction. Les surfaces de freinage des rotors et des stators présentent chacune une dépouille dans une partie de surface annulaire (délimitée par les lignes A et B sur la figure 1) dont le rayon moyen y est légèrement inférieur au rayon moyen x de la zone balayée des rotors et des stators. Ceci est la partie de surface annulaire dans laquelle une température élevée se développerait, comme décrit, ci-dessus, si la surface de freinage ne présentait pas de dépouille. La dépouille représentée sur les figures 1 et 2 prend la forme de trois gorges annulaires 9 concentriques entre elles et à l'axe du paquet de disques. Chaque rainure 9 a une profondeur supérieure à l'usure fonctionnelle prévue des rotors et des stators. Par dépouille de la bande annulaire A-B, la surface de contact entre éléments 2,5 de cette région à température élevée est réduite et, par suite, la fourniture de chaleur à cette région est réduite proportionnellement sans grand changement de la capacité calorifique des éléments 2, 5. Dans l'agencement représenté sur les figures 1 et 2, bien que toutes les surfaces en contact des rotors et des stators présentent une dépouille, ceci n'est pas essentiel. is figures 4 et 5 représentent une paire rotor 10stator 11 dans laquelle seul le stator 11 présente une dépouille. Même dans ce cas, la zone de contact dans la bande à haute température est toujours réduite au même degré qu' avec une pairerotor-stator dans laquelle à la fois le rotor et e stator présentent une dépouille. Le seul inconvénient de mettre en dépouille une seule des surfaces en contact est qu'il peut se produire une usure irrégulière et que, si l'élément de friction à dépouille comporte des rainures concentriques, comme sur les figures 1 et 2, l'élément à dépouille tend à produire des surélévations non usées dans l'élément sans dépouille. Ceci peut être éliminé ; comme représenté sur les figures 4 et 5, en,pratiquant la dépouille dans l'élément au moyen d'une rainure continue en spirale 12. En variante, comme représenté sur la figure 3, on peut pratiquer des rainures annulaires continues 13 qui sont excentrées par rapport au centre de I'élément, ou bien l'on peut prévoir plusieurs creux ou évidements 14 à distances circonférentielles égales comme représenté sur les figures 6 et 7. Les formes de dépouille représentées sur les figures 3 à 7 sont également appropriées à l'utilisation dans des freins à disques dans lesquels toutes les surfaces en contact présentent une dépouille. Les éléments de friction représentés sur les figures 1 à 7 sont du type dans lequel existe une surface de freinage annulaire qui est continue circonférentiellement. La présente invention peut également s'appliquer, comme représenté sur les figures 8 et 9, au type d'élément de friction pour frein à disques dans lequel des patins séparés 15 en matière de friction sont fixés à un organe de support rigide 16. Dans l'agencement d'éléments de friction représenté sur les figures 8 et 9, les patins en matière de friction présentent des rainures partiellement annulaires 17 qui sont excentrées par rapport au centre de l'élément. Bien que les agencements d'élément de friction décrits ci-dessus soient destinés à être utilisés dans des freins'à disques multiples pour avions, la présente invention peut aussi s'appliquer à des freins à disques du type utilisé dans les automobiles et analogues, dans lequel des éléments de friction sous forme de patins sont agencés pour venir en contact des deux côtés d'un autre élément de friction sous forme d'un disque métallique. ta présente invention peut aussi s'appliquer à des éléments de friction en matière de friction à base autre que le carbone. REVENDICATIONS 1. Disque annulaire de frein comportant une surface de freinage à contact de friction avec un élément de friction coopérant, caractérisé en ce que la zone balayée de la surface de freinage qui est par ailleurs sans dépouille, est en dépouille dans une partie de surface intermédiaire de ses limites radiales et espacée de celles-ci, ladite partie de surface présentant un rayon moyen légèrement inférieur au rayon moyen de la zone balayée de la surface de freinage. 2. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dépouille prend la forme de plusieurs rainures courbes et parallèles dans la surface de freinage, dont celles qui sont radialement à l'intérieur et à l'extérieur délimitant ladite partie de surface. 3. Disque selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface de freinage est annulaire et concentrique au disque. 4. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que les rainures sont annulaires et concentriques entre elles ainsi qu'au disque. 5. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que les rainures sont circulaires et concentriques entre elles et excentrées par rapport au disque. 6. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que les rainures sont hélicoidales et concentriques au disque. 7. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que la dépouille prend la forme d'une pluralité de creux dans la surface de freinage, qui sont espacés circonférentiellement autour du disque. 8. Disque selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface de freinage est la surface de friction de chacune de plusieurs patins de friction installés de manière à être circonférentiellement espacés sur le disque, et en ce qu'une pluralité de rainures courbes parallèles en- tre elles sont formées dans chaque surface de friction des patins. 9. Disque selon la revendication 8, caractérisé en ce que les rainures formées dans chaque patin sont excentrées par rapport au disque. 10. Disque selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le disque est en carbone monolithique renforcé de fibres. 11. Disque selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les patins sont en carbone. 12. Frein à disques comportant des disques de rotor et de stator coopérants, caractérisé en ce que chaque disque est défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 11.