Brevet FR2548312A1 — publié le 19850104

La présente invention est relative à un frein à disque et elle concerne plus particulièrement un perfectionnement pour empacher le phénomène de couinement dans le frein à disque. Lorsqu'on serre les freins cela provoque souvent le phénomène dit de couinement Ce phénomène est attribué aux vibrations dues au frottement dans les organes entrant mutuellement en contact à frottement tels qu'un disque de frein et les patins de friction qui entrent en vibration 10 dans un mode d'auto-excitation et les vibrations sont transmises aux organes associés tels qu'un étrier et un support, engendrant ainsi des sons bruyants très hauts habituellement désignés par couinement de freins Ce phénomène de grincement est provoqué par un système com15 plexede vibrations et il est très difficile de lui trouver une solution Différentes propositions ont été faites en ce qui concerne les organes constitutifs individuels du frein à disque pour supprimer de façon expérimentale le phénomène du couinement La présente invention vise à réa20 liser un frein à disque comportant un patin de friction perfectionné. On connait un frein à disque du type comportant un support qui est adapté pour etre ajusté sur une partie non rotative d'un véhicule, un étrier qui est monté sur 25 le support de façon à pouvoir se déplacer dans la direction de l'axe d'un disque rotatif et qui chevauche une partie de la circonférence externe de celui-ci, deux patins de friction disposés sur les surfaces opposées du disque, un mécanisme de poussée tel qu'un mécanisme hydraulique à 30 cylindre et piston incorporé à l'étrier pour pousser directement l'un des patins de friction (patin interne) contre une surface du disque L'étrier comporte deux doigts qui sont espacés dans la direction de la circonférence du disque et sont en contact avec une plaque d'appui de 35 l'autre patin de friction (patin externe) pour appliquer ce dernier contre l'autre surface du disque lorsque l'étrier est déplacé par la force de réaction du mécanisme de poussée. Dans le frein à disque du type ci-dessus, le patin externe étant poussé par les doigts de l'étrier est supposé subir un mode primaire de vibrations comme représenté en traits interrompus et en traits mixtes à la Fig ll avec des noeuds situés aux points de contact entre la plaque d'appui du patin et les doigts 1 et 1 de l'étrier et un ventre situé dans la position intermédiaire, circon10 férentiellement, entre les doigts. A ce sujet, les faces B et B de la plaque d'appui du patin avec lesquelles les doigts entrent en contact sont parallèles à une surface A du disque En conséquence, la force F de poussée qui est transmise par les doigts à 15 la plaque d'appui est perpendiculaire à la face A du disque et aucune force transversale n'est engendrée, de ce fait il n'est pas utile d'amortir les vibrations. L'invention a été réalisée à la suite de l'étude de la force de poussée transmise par les doigts au patin 20 du point de vue dynamique par rapport à la face de la plaque d'appui du patin, et un but de l'invention est de réaliser un frein à disque qui permet d'empêcher ou d'amortir les vibrations du patin de friction en utilisant la force de poussée transmise par les doigts, limitant ainsi ou em25 pêchant le phénomène de couinement. La construction du frein à disque suivant l'invention est caractérisée en ce que la face de la plaque d'appui du patin de friction avec laquelle'viennent en contact les doigts de l'étrier est inclinée par rapport à la surface du disque, dans la direction circonférentielle. Grâce à cette caractéristique de construction, la force F de poussée est contrariée par une force de réaction R qui est perpendiculaire à la face inclinée de la plaque d'appui et par une composante f qui agit suivant la face inclinée de la plaque d'appui La composante f agit dans l'ensemble dans la direction de la longueur d'onde des vibrations de la plaque d'appui et résiste au déplacement relatif entre les doigts et la plaque d'appui en tant que force de friction entre ces parties. En d'autres termes, la composante f qui agit dans la direction de la longueur d'onde des vibrations de la plaque d'appui et dans une direction circonférentielle agit en tant que force de frottement d'une façon répétée positive et négative Un déséquilibre dynamique est ainsi 10 provoqué entre les doigts et la plaque d'appui dans la direction de la longueur d'onde des vibrations de cette dernière, qui améliore les caractéristiques d'amortissement des vibrations et empêche ou réduit le phénomène de couinement. D'autres caractéristiques et avantages del'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels: la Fig l est une vue en bout d'un frein à dis20 que suivant l'invention; les Fig 2 à 8 sont des vues partielles en coupe montrant des disques, des doigts d'étrier et des patins de friction comportant des plaques d'appui inclinées suivant les modes de réalisation préférés de l'invention; les Fig 9 et 10 sont des vues partielles en coupe montrant d'autres variantes de l'invention; la Fig ll est une vue en coupe analogue à celle des Fig 2 à 8 mais montrant les vibrations d'un patin de friction d'un frein à disque suivant la technique antérieu30 re. La Fig l montre schématiquement un frein à disque du type précité, qui comprend un support 11 adapté pour être fixé sur une partie non rotative d'un véhicule (non représentée) en utilisant deux vis (non représentées) 35 qui s'étendent respectivement dans des trous filetés représentés à la Fig l, et un étrier 12 qui est monté sur le support 11 de façon à se déplacer par coulissement dans la direction parallèle à l'axe d'un disque rotatif 10 dans une direction perpendiculaire à la feuille du dessin. L'étrier 12 chevauche une partie de la circonférence ex5 terne du disque 10 et comporte deux doigts 13 a et 13 b qui sont espacés dans la direction circonférentielle du disque 10 Habituellement l'étrier 12 est monté coulissant sur deux broches (non représentées) qui sont fixées sur le support 11 Deux patins de friction sont disposés sur les 10 surfaces opposées du disque 10 bien qu'un seul patin 14 soit représenté à la Fig l L'étrier 12 comporte, incorporé, un mécanisme de poussée tel qu'un dispositif hydraulique à cylindre et piston pour pousser l'un des patins vers le disque 10 La force de réaction déplace l'étrier 12 15 dans la direction opposée de sorte que le patin 14 est poussé contre la surface adjacente du disque 10 par l'intermédiaire des doigts 13 a et 13 b. La Fig 2 montre un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel le patin 14 comporte une plaque 20 d'appui rigide 15 qui est incurvée dans une partie médiane c, dans le sens circonférentiel en considérant la direction d'un rayon du disque 10 Des parties de surface 15 a et 15 b qui sont dans leur ensemble inclinées symétriquement sont ainsi formées, pour venir en contact avec les doigts 13 a et 13 b de l'étrier 12 respectivement Les portions de surface 15 a et 15 b de la plaque d'appui 15 qui viennent en contact avec les doigts 13 a et 13 b sont ainsi inclinées par rapport à la surface A du disque 10 dans la direction circonférentielle de ce dernier Suivant cet 30 exemple de réalisation, les faces des doigts 13 a et 13 b venant en contact avec les parties de surface 15 a et 15 b sont inclinées de façon correspondante comme cela est clairement représenté à la Fig 2. La force de poussée qui est appliquée par 1 ' étrier 12 sur le patin 14 est perpendiculaire à la face A du disque 10 comme représenté sous la forme de forces F qui induisent des forces de réaction R qui sont perpendiculaires aux surfaces mutuellement en contact entre les doigts 13 a et 13 b et les parties 15 a et 15 b, et de composantes f agissant le long des surfaces mutuellement en contact Les composantes f agissent dans l'ensemble dans des directions circonférentiellement opposées La force de frottement agissant entre le disque et le patin 14 lors du serrage du frein tend à induire des vibrations dans un mode d'auto-excitation dans la plaque d'appui 15, dont la 10 direction de la longueur d'onde suit la circonférence du disque 10 et la direction de l'amplitude suit des directions verticales à la F Ig 2 Ces vibrations s'excitant d'elles-mêmes engendrent des forces relatives de déplacement entre la plaque d'appui 15 et les doigts 13 a et 135 b 15 dans les directions transversales en considérant la Fig 2. Les composantes f agissent efficacement sur ces forces relatives de déplacement d'une façon répétée positive et négative, engendrant ainsi un deséquilibre dynamique de la direction de la longueur d'onde des vibrations de la plaque 20 d'appui 15 entre celle-ci et les doigts 13 a et 13 b Les vibrations de la plaque d'appui 15 peuvent ainsi être efficacement limitées et le phénomène de cobuinemnentest notablement réduit. La Fig 3 montre un second mode de réalisation dans lequel une plaque d'appui 16 du patin de friction 14 est incurvée dans le sens opposé par rapport à la plaque d'appui 15 de la Fig 2 Les composantes f à la Fig 3 agissent dans leur ensemble dans des directions opposées l'une à l'autre La fonction et le fonctionnement du second mode 30 de réalisation sont analogues à ceux du premier. La Fig 4 montre un quatrième mode de réalisation dans lequel une plaque d'appui 17 du patin de friction 14 est conformée de façon à présenter une configuration similaire à la plaque d'appui 16 du second mode de réalisation, 35 cependant les surfaces en contact B des doigts 13 a et 13 b ne sont pas inclinées de façon correspondante et se trou- vent dans l'ensemble parallèles à la surface A du disque Ces doigts 13 a et 13 b sont ainsi en contact par leurs extrémités internes dans le sens circonférentiel avec la plaque d'appui 17 Les directions des forces de réaction 5 R et des composantes F sont dans leur ensemble analogues à celles représentées à la Fig 3. Par comparaison avec la Fig 3,lespointsd'application des forces de pression F et des forces de réaction R sont déplacés circonférentiellement dans des directions rapprochées afin de délimiter une distance 4 comme représenté à la F Ig 4, et l'amplitude des vibrations peut 8 tre réduite ce qui est efficace pour diminuer le bruit du couinement De plus, en rapprochant les forces de poussée l'une de l'autre dans la direction circonférentielle, il 15 est possible de réaliser une répartition relativement uniforme de la pression superficielle sur le patin de friction et de ce fait améliorer le rendement de freinage tel que par exemple larésistance&àla perte d'efficacité, la résistance à l'usure partielle et autres. La Fig 5 montre un quatrième mode de réalisation dans lequel une plaque d'appui 18 du patin 14 est constituée par deux plaques en forme de coins qui sont liées l'une à l'autre L'épaisseur des plaques varie dans la direction circonférentielle du disque 10 La relation entre 25 la plaque d'appui 18 et les doigts 13 a et 13 b est dans son ensemble analogue à celle du premier mode de réalisation. La Fig 6 montre un cinquième mode de réalisation qui dans son ensemble est analogue à celui de la Fig 3 mais qui comporte une plaque d'appui 19 constituée de deux pla30 ques en forme de coins qui sont liées l'une à l'autre avec interposition entre-elles d'une matière 20 thermiquement isolante ou d'une matière 21 absorbant les vibrations. Les plaques d'appui 18 et 19 des exemples 5 et 6 agissent d'une façon analogue à celle des plaques d'appui 35 15 et 16 des Fig 2 et 3 par rapport aux surfaces inclinées circonférentiellement De plus, il est possible de modifier la rigidité ou la masse des parties de la plaque d'appui en contact avec les parties respectives des doigts 13 a et 13 b l'une par rapport à l'autre, ce qui est efficace pour diminuer ou amortir les vibrations On comprend que de tels ef5 fets peuvent être renforcés par une modification de la dimension ou de la matière de ces deux plaques l'une par rapport à l'autre. De plus, du fait que les deux plaques sont liées ensemble suivant une surface qui est inclinée par rapport à 10 la perpendiculaire à la direction de transmission des vibrations, il est encore possible de diminuer la transmission des vibrations et d'obtenir des effets supplémentaires d'amortissement. La Fig 7 montre un sixième mode de réalisation 15 dans lequel une plaque d'appui 22 du patin de friction 14 est décroissante dans la direction de la circonférence du disque 10 et présente une épaisseur t 1 à une extrémité circonférentielle qui diffère de l'épaisseur t 2 de l'autre extrémité dans le sens circonférentiel comme représenté à la Fig 7 La différence d'épaisseur de la plaque d'appui dans le sens circonférentiel ou dans la direction de l'amplitude des vibrations de la plaque d'appui est efficace pour engendrer une fonction d'amortissement Dans cet exemple il est préférable de modifier l'épaisseur d'une pla25 que d'appui 23 d'un autre patin de friction 14 ' dans la direction circonférentielle comme représenté à la Fig 7 A ce sujet la matière de friction du patin externe 14 s'use habituellement plus du côté aval ou du côté de sortie en considérant le sens de rotation du disque par comparaison 30 avec le côté amont ou d'entrée, et la matière de friction du patin intérieur 14 ' s'use plus du côté amont ou d'entrée du sens de rotation, en conséquence les patins 14 et 14 ' à la Fig 7 sont de préférence agencés comme représenté au dessin o l'on voit que le sens de rotation du disque 10 35 est supposé être orienté vers la droite. La Fig 8 montre un patin de friction 14 comportant une plaque d'appui qui est essentiellement analogue à la plaque d'appui 15 de l'exemple de la Fig 3 Cependant la plaque d'appui de ce patin de friction externe 14 présente une épaisseur t 3 qui est différente de l'épaisseur t 4 d'une plaque d'appui 24 du patin interne 14 ' Par suite, en plus de l'effet de la surface de la plaque d'appui du patin externe 14 qui est inclinée dans le sens circonférentiel, la différence d'épaisseur t 3 et t 4 des plaques d'appui des patins 14 et 14 ' provoque des vibrations deséquilibrées sur 10 les patins 14 et 14 ', assurant ainsi une nouvelle force d'amortissement. Les Fig 9 et 10 montrent des formes modifiées des doigts qui peuvent être appliquées respectivement aux modes de réalisation des Fig 2, 5 et 7 et à ceux des Fig 3, 6 et 15 8 de façon à obtenir des effets analogues à ceux obtenus dans l'exemple de la F Ig 4. Comme décrit ci-dessus de façon détaillée, l'invention peut induire des composantes f qui agissent pour empêcher ou réduire les vibrations du patin de friction et 20 pour améliorer les caractéristiques d'amortissement, grâce à quoi le phénomène de couinement est limité ou empêché. REVENDICATIONS 1 Frein à disque comprenant un étrier chevauchant une partie de la circonférence externe d'un disque rotatif et adapté pour pouvoir se déplacer dans une direction parallèle à l'axe du disque, cet étrier comportant deux doigts qui sont espacés l'un de l'autre dans la direction de la circonférence du disque et adaptés pour venir en contact avec une plaque d'appui d'un patin de friction pour pousser ce patin contre une surface du disque, frein caractérisé en ce que la face ( 15 a, 15 b, 17 a, 17 b) de ladite plaque d'ap10 pui ( 15, 16, 22) avec laquelle vient en contact le doigt ( 13 a, 13 b) de l'étrier( 112 "est inclinée par rapport à ladite surface du disque ( 10), dans le sens circonférentiel de ce dernier. 2 Frein à disque suivant la revendication 1, ca15 ractérisé en ce qu'une partie ( 15 a, 17 a) de la face de ladite plaque d'appui ( 15, 17) avec laquelle vient en contact l'un des doigts ( 13 a) est inclinée par rapport à une autre partie ( 15 b, 17 b) de la face de ladite plaque d'appui ( 15, 17) avec laquelle vient en contact l'autre doigt ( 13 b). 3 Frein à disque suivant La revendication 2, caractérisé en ce que lesdites parties de la face de la plaque d'appui ( 15, 16, 17) sont inclinées symétriquement l'une par rapport à l'autre. 4 Frein à disque suivant la revendication 1, ca25 ractérisé en ce que la plaque d'appui ( 15, 18, 22) présente dans son ensemble en section transversale une forme en V, dont la partie médiane dans le sens circonférentiel est rapprochée du disque ( 10). Frein à disque suivant la revendication 1, ca30 ractérisé en ce que la plaque d'appui ( 16, 17, 20) présente dans son ensemble en section transversale une forme en V inversé dont les extrémités opposées dans le sens circonférentiel sont rapprochées du disque ( 10). 6 Frein à disque suivant la revendication 1, ca35 ractérisé en ce que la surface (B) des doigts ( 13 a, 13 b) venant en contact avec la plaque d'appui ( 15, 16, 18, 20, 22) est inclinée d'une façon correspondante à la plaque d'appui. 7 Frein à disque suivant la revendication 5, ca5 ractérisé en ce que la surface (B) des doigts ( 13 a, 13 b) en contact avec la plaque d'appui ( 17) est parallèle à la surface du disque ( 10). 8 Frein à disque suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque d'appui est constituée de deux 10 plaques ( 18, 20) ou plus se recouvrant mutuellement, l'épaisseur de ces plaques variant dans la direction circonférentielle du disque. 9 Frein à disque suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaque d'appui ( 18, 15 20) varie dans la direction de la circonférence du disque ( 10). 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