Brevet FR2262227A1 — publié le 19750919

La présente invention se rapporte è des perfectionnements apportés à des freins à disques multiples. Les freins à disques multiples trouvent une application croissante à cause de leur haute absorption de l'énergie' combinée à un faible poids. Ces qualités les rendent fortement désirables dans l'industrie aéronautique et, avec l'introduction de trains plus rapides, ils présentent ;un intérêt croissant pour les chemins de fer. Le frein à disques multiples classique comprend une pluralité de disques de rotor et de stator imbriqués, les premiers tournant avec la roue ou un autre organe rotatif à freiner, et les second s étant maintenus fixes par un tube de torsion. Les disques peuvent se déplacer axialement pour entrer en contact de friction entre eux sous l'action de moyens d'application d'une poussée, tels que des vérins hydrauliques montés à l'une des extrémités de l'empilement de disques. I1 s'est avéré possible d'utiliser pour ces disques une matière à haute absorptíon de l'énergie comme le béryllium et, plus récemment, le carbone, bien que ces matières soient relativement fragiles. On a utilisé le béryllium comme bâti annulaire portant des revêtements ou des garnitures de matière de friction, tandis que le carbone peut constituer le disque tout entier, ou bien est utilisé comme ma tière de friction portée en segments ou revêtements par un b ti annulaire. Comme on l'a mentionné précédemment, la haute absorption de l'énergie par rapport au poids d'un tel ensemble de frein à disques l'adapte au freinage d'un avion supersonique ou dlun train rapide mais, dans ces deux applications, et notamment la premiere, la dimension relativement importante de l'ensemble constitue un inconvénient. L'espace disponible pour l'ensemble de frein dans une roue d'avion est sévèrement limité et il est donc extrêmement désirable de réduire la longueur axiale d'un ensemble de frein à disques multiples sans affecter notablement son efficacité. Dans les applications aux chemins de fer, l'econo- mie en poids, en nombre de pièces composantes et en matières est également désirable, et il se pose le problème supplémen taire qu'il faut freiner deux roues montées rotatives sur le même tube d'essieu. Si les deux roues sont freinées par un seul empilement de disques profond disposé entre les roues, cela nécessitera la présence de deux dispositifs séparés d'actionnement de freins ou dispositifs séparés d'application de poussée, disposés à des extrémités opposées de l'empilement de disques, pour maintenir l'efficacité.En variante, si un seul dispositif d'actionnement de frein est disposé au centre de l'empilement de disques, il a semblé nécessaire de disposer des organes de réaction fixes séparés entre chaque extrémité de l'empilement de disques et la roue associée pour recevoir la poussée appliquée aux deux moitiés de l'empilement de disques. Chaque procédé réduit l'espace disponible entre les roues et augmente le coût et le poids de l'ensemble. L'invention a entre autres pour objet de réduire la longueur axiale hors tout d'un frein à disques multiples, son poids, son coût et sa complexité en se passant de la bride ou de l'organe de réaction fixe qu'il semblait jusqu présent nécessaire d'interposer entre la roue et l'empilement de disques pour recevoir la poussée appliquée à l'empilement de disques à son extrémité éloignée de la roue. Selon l'invention, on y parvient en utilisant la roue elle-me-me, ou un composant pouvant tourner avec elle, comme organe de réaction recevant ladite force de poussée. Selon un premier aspect de l'invention, un frein à disques multiples comprend un empilement de disques de rotor et de stator imbriqués, des moyens pour appliquer une poussée axiale à l'une des extrémités de l'empilement dedis- ques et des moyens de réaction situés à l'autre extrémité de l'empilement de disques, propres à résister à la poussee appliquée à l'empilement de disques par lesdits moyens d'application de la poussée, lesdits moyens de réaction étant agencés ou conçus pour pouvoir tourner avec l'organe rotatif à freiner. Lesdits moyens de réaction peuvent être une partie intégrante de la roue à freiner, par exemple une portion de disque de la roue, ou bien un composant formé séparément de la roue, mais pouvant être placé au voisinage de la roue pour pouvoir tourner avec elle. Selon un autre aspect de l'invention, elle a pour objet un ensemble comprenant.une roue montée rotative sur un essieu, cette roue comportant une portion de jante péripherique et une portion de disque s'étendant entre l'essieu et la jante, un empilement de disques multiples comprenant un empilement de disques de rotor et de stator imbriqués entourant l'essieu d'un côté de la roue, lesdits disques pouvant tous se déplacer axialement par rapport à l'essieu en se rapprochant et en s'éloignant dudit premier côté de la roue, et des moyens étant présents pour empêcher la rotation du ou de chaque disque de stator par rapport à l'essieu, ainsi que des moyens pour faire tourner le ou chaque disque de rotor avec la roue, et un dispositif d'application de poussée monte sur l'essieu à 11 extrémité de l'empilement de disques eloignée de la roue et propre à exercer une poussée axiale sur l'empilement de disques tendant à rapprocher tous les disques de la roue, l'agencement étant tel que le disque se trouvant à l'extrémité de l'empilement la plus proche de la roue peut astre amené, sous l'influence du dispositif d'application de la pression, au contact de la portion de disque de la roue, de sorte que cette dernière a pour r5le de résister à la force de poussée axiale appliquée à l'empilement de disques, ce qui provoque le freinage de la roue. Ledit disque pouvant étre amené au contact de la portion de disque de la roue est, de préférence, un disque de rotor, et la matière calorifuge et/ou modifiant la friction est de préférence conçue pour être interposée entre la portion de disque de la roue et ledit disque de rotor. Elle se présente, de préférence, sous la forme d'une couche de matière calorifuge et/ou modifiant la friction, telle qu'une matière renforcée au "Ferobestos" fixée mulla face de la portion de disque de la roue tourne vers l'empilement de disques, et cette couche peut comprendre un réseau de bandes radiales séparées par des intervalles circonférentiels constituées par la matière calorifuge et, fixées à la face intérieure de la portion de disque de la roue. 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 coupe axiale d'une roue d'avion comportant un frein à disques multiples selon l'invention la figure 2 est une vue analogue d'une extrémité d'un ensemble de roue de chemin de fer comportant un frein a disques multiples selon l'invention. L'ensemble représenté sur la figure 1 comprend une roue d'avion 10 montée rotative sur un essieu 11 au moyen de roulements à rouleaux 12 et comprenant une portion de disque 13 et une jante 14. Un tube de torsion 15 est fixe par rapport a l'essieu, tandis que, du côté de la portion de disque 13, le dessous de la jante 14 de la roue comporte plusieurs taquets d'entraînement séparés par des intervalles circonférentiels, dont l'un est représenté et désigné par la référence 16. Un empilement 17 de disques de frein annulaires imbriqués comprenant quatre disques de rotor 18 et quatre disques de stator 19 est placé à I'intérieur de la jante de roue 14 de façon a entourer l'essieu 11, les disques de rotor 18 comportant chacun a leur périphérie extérieure des encoches recevant les taquets d'entraînement 16 et les disques de stator 19 comportant chacun à leurs périphéries intérieures des encoches recevant le tube de torsion 15. Grâce a cet agencement, les disques 18, 19 sont libres de se déplacer axialement par rapport a la roue 10, mais les disques de stator 19 sont immobilisés en rotation par le tube de torsion 15, tandis que les disques de rotor 18 sont entraînés en rotation avec la roue 10 par les taquets 16.A l'extrémité de l'empilement 17 de disques éloignée de la portion de disque 13 de roue, un verin hydraulique 20 (faisant partie d'une série) est monté sur l'essieu 11 et agencé pour appliquer une force de poussée a l'empilement 17 de disques de façon à amener les disques de stator et de rotor en contact de friction pour freiner la roue 10. Selon la présente invention, la bride de réaction annulaire qui était jusqu'a présent présente a l'extrémité de l'empilement 17 de disques la plus proche de la portion de disque 13 de la roue 10 est supprimée et, au lieu de porter sur une telle bride sous l'influence de l'ensemble de vérins 20, l'empilement 17 de disques porte directement sur la portion de disque 13 de la roue, de sorte que l'empilement 17 est comprimé entre l'ensemble de vérins 20 et la roue 10, cette der nière étant immobilisée de façon appropriée, en ce qui concerne le déplacement de l'essieu 11, -par des moyens non représen- tés. I1 est clair que le disque de l'empilement 17 qui se trouve à l'extrémité de l'empilement la plus proche de la portion de disque 13 de la roue est un disque de rotor 18, et cela évite un frottement fâcheux entre l'empilement 17 et -la roue 10. En outre, des anneaux 21 en matière calorifuge renforcée au "Ferobestos" sont fixés à la portion de disque 13 de la roue de façon que le disque de rotoradjacent 18 entre en contact avec eux. Dans le mode d'exécution représenté sur la figure 1, les disques de rotor 18 sont du type découpeuse d'acier et les disques de stator 19 comprennent des plaques métalliques centrales revêtues sur leurs deux faces de garnitures céramiques. Cependant, les disques pourraient se présenter sous n'importe laquelle des autres formes connues de l'art antérieur, par exemple d'anneaux massifs de carbone monolithique, et chacun pourrait présenter une structure homogène ou hétérogène. La figure 2 représente un ensemble 60 de frein à disques selon l'invention, appliqué à un ensemble-22 de roues de matériel roulant de chemins de fer. L'ensemble comprend deux roues, dont l'une est représentée et désignée par la référence 51, montées sur des moyeux respectifs, tels que le moyeu 23, et reliées par des boulons 38 à un tube d'essieu 37 qui s'étend entre les roues et peut tourner avec elles. Les roues sont supportées en rotation dans des boites d'essieu (non représentées) à des extrémités opposées de l'ensemble. Un tube de torsion 25 s'étend coaxialement à travers l'ensemble et il est empêché de tourner avec les roues par des cannelures (non représentées) dudit tube de torsion s'engageant dans l'une des boites d'essieu. Des paliers intérieurs, tels que le palier 24, ont pour rôle de maintenir l'alignement coaxial entre le tube de torsion et les ensembles de roues, entre les extrémités du tube de torsion. Chaque ensemble 22 de roues comprend un disque de poussée 42 fixé à l'ensemble moyeu-roue associé, un palier intérieur 24 étant interposé entre le disque de poussée et le tube de torsion 25. Un agencement de dispositifs d'application de la poussée, dont l'un est représenté et désigné par la référence 26, est monté dans une position éloignée, dans le sens longitudinal du tube de torsion, de l'ensemble 22 de roues et il comprend plusieurs dispositifs répartis à intervalles circonférentiels autour du tube de torsion 25. Le dispositif 26 comprend un boîtier 27 qui contient des cylindres pour des pistons 28 et 29 qui peuvent être actionnés par un fluide (gaz ou liquide) sous pression simultanément pour sortir par des côtés opposés du boîtier 27 dans des directions parallèles à l'axe du tube de torsion 25. L'agencement de dispositifs 26 est situé à mi-chemin entre le disque de poussée 42 associé à l'ensemble 22 de roues et un second disque de poussée (non représenté) fixé au tube d'essieu 37, un palier (non représenté) étant interposé entre le second disque de poussée et le tube de torsion 25. Entre l'agencement de dispositifs 26 et le disque de poussée 42 se trouve une moitié 59 d'un empilement de disques de frein annulaires imbriqués 30, l'autre moitié (non représentée) de l'empilement se trouvant entre les dispositifs 26 et le second disque de poussée (non représenté). La moitié 59 d'empilement comprend trois disques de stator 31 et trois disques de rotor 32, les disques de stator 31 comportant chacun à leurs périphéries radialement intérieures des prolongements 33 par lesquels ils s'engagent dans des cannelures, telles que la cannelure 34, dirigées dans le sens longitudinal du tube de torsion 25 et réparties à intervalles circonférentiels à sa périphérie, et les disques de rotor comportant chacun à leurs périphéries radialement extérieures des prolongements 35 par lesquels ils s'engagent dans des cannelures, telles que la cannelure 36, se trouvant à intervalles circonférentiels sur la périphérie intérieure du tube d'essieu 37 qui s'étend entre l'ensemble de la roue 51 et du moyeu de roue 23 et l'autre ensemble roue-moyeu (non représenté) et y est boulonné par des boulons 38. Grâce à cet agencement, les disques de stator 31 sont maintenus fixes par rapport au tube de torsion 25, tandis que les disques de rotor 32 peuvent tourner avec les roues, mais tous les disques 31 et 32 peuvent se déplacer axialement le long du tube de torsion 25, les prolongements 33 glissant sur les cannelures 34 et les prolongements 35 glissant sur les cannelures 36. Un disque de rotor 32, qui a une épaisseur moitié de celle des deux autres disques de rotor, est placé àI'ex- trêmité de la moitié d'empilement 59 la plus proche du moyeu de roue 23 et le disque de poussée 42 a une surface, tournée vers la moitié d'empilement 59, parallèle à la surface adjacente du disque le plus proche 32. A cette surface du disque de poussée sont fixées des bandes radiales 39 en matière calorifuge renforcée au "Ferobestos" qui sont réparties à intervalles circonférentiels autour du disque de poussée. Le disque de stator le plus proche des dispositifs 2C a une épaisseur moitié de celle des autres disques de stator 31 et, sur sa face tournée vers les dispositifs 26, est monté un anneau de poussée 40 de façon que la force de poussé soit appliquée des pistons, tels que le piston 28, à la moitié 59 de l'empilement de disques, le disque de poussée 42 de l'ensemble de roue constituant un moyen de réaction, de telle sorte que les disques de rotor 32 et de stator 31 sont amenés en contact de friction pour appliquer le frein. I1 est clair que l'autre moitié (non représentée) de l'empilement de disques comprise entre le second disque de poussée (non representé) et l'agencement de dispositifs 26 est semblable à la moitié 59 représentée. Les pistons 28 et 29 peuvent sortir du boîtier 27 de chaque dispositif 26, les pistons 28 agissant sur la moitié d'empilement 59 et les pistons 29 agissant sur l'autre moitié d'empilement (non représentée). Les deux moitiés de l'empilement de disques sont ainsi soumises à des forces axiales auxquelles s'opposent les disques de poussée et ainsi les roues, reliées par le tube 37, sont freinées simultanément. Comme le montre la figure 2 chaque disque de stator 31 et chaque disque de rotor 32 comprennent un bâti (ou armature) 41 à la périphérie duquel sont fixés les prolongements 33 ou 35. Des revetements ou garnitures en matière à haute absorption de l'énergie, par exemple en carbone, sont fixés aux deux faces du bâti 41, sauf d,ans le cas des stators les plus proches des dispositifs 26 et des rotors les plus proches des disques de poussée, qui comportent des garnitures ou revêtements d'un cbté seulement du bâti 41. Cependant, il est clair que chacun des disques 31 ou 32 peut être de toute autre structure connue appropriée. Le tube de torsion 25 et le tube d'essieu 37 peuvent tous deux entre perforés pour permettre l'admission d'air de refroidissement REVENDICATIONS 1. Ensemble comprenant une roue montée rotative sur un essieu, cette roue comportant une portion de jante périphérique et une portion de disque s 'étendant entre l'essieu et la jante, un frein à disques multiples comprenant un empilement de disques de stator et de rotor imbriqués entourant l'essieu d'un côté de la roue, lesdits disques pouvant tous se déplacer axialement par rapport à l'essieu en se rapprochant et en s'éloignant dudit côté-de la roue, et des moyens étant présents pour empêcher chaque disque de stator de tourner par rapport à l'essieu, ainsi que des moyens pour faire tourner le ou chaque disque de rotor avec la roue, un dispositif d'application de la poussée monté sur l'essieu à l'extrémité de l'empilement de disques éloignée de la roue et propre à exercer sur l'empilement de disques une poussée axiale tendant à rapprocher tous les disques de la roue, ainsi que des moyens de réaction à l'extrémité de l'empilement de disques la plus proche de la roue, caractérisé en ce que les moyens de réaction sont agencés ou conçus pour pouvoir tourner avec la roue. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réaction consistent en un disque de rotor pouvant être amené au contact de la portion de disque de la roue, ou de moyens tournant avec la roue, par le dispositif d'application de la poussée. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une matière calorifuge et/ou modifiant la friction est destinée à être interposée entre la portion de disque de la roue ou lesdits moyens rotatifs, et ledit disque de rotor. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite matière se présente sous la forme d'une couche de matière calorifuge et/ou modifiant le frottement, telle qu'une matière renforcée au "Ferobestos", fixée à la face des moyens tournant avec la portion de disques de la roue qui est tournée vers l'empilement de disques. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche se présente sous la forme d'un agencement de bandes radiales séparées par des intervalles circonférentiels constituées par la matière calorifuge et fixées à la face intérieure de la portion de disque de la roue. 6. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réaction du frein à disques sont constitués par un composant formé séparément de la roue, mais pouvant astre placé près de la roue pour être entraîné en rotation avec elle.