Brevet FR2568645A1 — publié le 19860207

La présente invention concerne les systemes de frein à friction et, plus particulièrement, un nouvel agencement de frein à friction pour avion comportant des disques rotatifs et des disques fixes entre lesquels sont interposés des séparateurs ayant une bonne aptitude à dissiper la chaleur et un bon pouvoir d'amortissement du bruit. Dans les ensembles de frein comportant une pluralité de disques de frein alternativement clavetés sur la roue et sur l'essieu d'un avion, il importe de prévoir des moyens de dissipation de la chaleur. Il importe aussi de prévoir des disques de frein capables de supporter Ja haute température engendrée quand ces disques servent au freinage lors d'atterrissage à grande vitesse. Il était donc classique naguère de prévoir des disques tant rotatifs que fixes en acier, mais les disques en carbone ont remplacé les disques métalliques en raison de leur excellente aptitude à supporter la forte chaleur apparaissant dans de tels freins. Un inconvénient des disques en carbone est leur tendance à vibrer et à engendrer du bruit. La présente invention permet d'amortir les vibrations et le bruit tout en conservant la haute efficacité souhaitable du frein à disques en carbone composite. La présente invention a trait à un élément de freinage utilisable dans un ensemble de frein à disques multiples comportant au moins un disque rotatif et un disque fixe. L'invention peut être appliquée soit aux disques rotatifs ou fixes, soit aux uns et aux autres simultanément. L'un des disques, rotatif ou fixe, est composé de deux éléments annulaires séparés par un disque séparateur, l'ensemble étant réuni en un disque d'un seul tenant. Le disque séparateur est composé d'une faible épaisseur de matière composite carbonée tel que graphite qui agit pour réduire les vibrations et le bruit. On va maintenant décrire l'invention en détai] en se référant aux dessins annexés, sur lesque]s les mêmes pièces portent sur toutes les figures les mêmes symboles de référence: - Fig. 1 est une vue partielle en coupe droite d'un ensemble de frein selon l'invention, représenté posé sur un montage de roue d'avion indiqué en traits interrompus; - Fig. 2 est une vue en élévation de face de l'un des disques de frein en plusieurs é] éments, avec arrachement permettant de voir lJ.e séparateur carboné interposé entre deux éléments de disque annulaires; - Fig. 3 est une vue en coupe droite grossie d'une partie du disque en plusieurs éléments représenté sur la Fig. 2, prise suivant la ligne 3-3 de cette figure; Fig. 4 est une vue en perspective d'un des séparateurs à interposer entre deux éléments de disque pour former un disque fixe ou un disque rotatif; Fig. 5 est une vue en perspective d'une attache.utilisée dans les disques de frein. On se réfère aux dessins, sur lesquels on voit sur la Fig. 1 un mécanisme de frein à friction 10 monté sur une roue cylindrique 11 comportant des sections de roue appariées 12 et 13. Chacune des sections de roue 12 et 13 présente une jante 14, 15, une âme 16, 17 et un moyeu 18, 19 respectivement. Les sections de roue 12 et 13 sont fixées l'une à l'autre par des boulons appropriés (non représentés) disposés dans des alésages ménagés en regard dans les âmes 16 et 17. Les moyeux 18 et 19 tourillonnent sur des paliers 22 montés sur un essieu non rotatif 23. Sur un bossage 24 de l'essieu 23 est monté un flasque de torsion 25. Le flasque de torsion 25 supporte un support de torsion 26 qui recouvre l.e bossage 24. Un tube de torsion annulaire oblong 27 est convenablement fixé au support de torsion 26 et s'étend axialement intérieurement à ce dernier entre la section de roue 12 et le moyeu 18. Le flasque de torsion 25, le support de torsion 26 et le tube de torsion 27 sont convenablement fixés].es uns aux autres par des boulons 28 angu] airement espacés autour du flasque 25. L'une des extrémités du tube de torsion 27, opposée à.'extrémité aboutée contre le support de torsion 26, présente une plaque de réaction annulaire 29, dirigés radialement vers l'extérieur. La plaque 29 peut être réalisée d'un seul tenant avec].e tube de torsion 27 ou être réalisée indépendamment et convenablement reliée à ce tube 27. Le tube de torsion 27 présente une pluralité de canne].ures angulairement espacées 32, orientées axialement. Dans la partie supérieure de l'âme 16 de la section de roue 12 sont ménagés une pluralité d'alésages angulairement espacés 30 (dont un seul est représenté sur la Fig. 1) qui reçoivent l.es extrémités de talon 33 de clavettes 34. Les extrémités extérieures des clavettes 34 sont fixées par des boulons 35 à la jante de roue 14. Au lieu de prévoir des cannelures 32 et de fixer les clavettes 34 par des boulons 35, on peut mouler le pourtour intérieur de façon qu'il présente une série de nervures angulairement espacées qu'on peut usiner et munir ensuite d'un chapeau en acier pour réaliser une nervure ou cannelure de type intégrant. Les cannelures 32 supportent une paire de disques extrêmes fixes axialement espacés 36 et 37 et une paire de disques intérieurs 38 et 39. Tous ces disques fixes 36, 37, 38 et 39 présentent en des emplacements angulairement espacés sur leur pourtour intérieur des encoches destinées à recevoir et à emprisonner les cannelures 32 d'une manière bien connue depuis longtemps dans le métier. Ces disques 36 à 39 constituent la partie fixe du frein 10. Des disques rotatifs 42, 43 et 44 présentent une série d'ouvertures angulairement espacées sur leur pourtour extérieur pour recevoir]es c] avettes 34 correspondantes, d'une manière bien connue depuis longtemps dans le métier, afin de constituer la partie tournante du frein 10. Tous les disques fixes 36 à 39 et rotatifs 42 à 44 sont réalisés en un matériau pour freins approprié tel que matériau de friction composite de carbone afin de résister aux hautes températures et de constituer un puits thermique. Le disque rotatif 42 est interposé entre les disques fixes 36 et 38, le disque rotatif 43, entre les disques fixes 38 et 39 et le disque rotatif 44, entre les disques fixes 37 et 39. On peut faire varier le nombre de disques comme l'exige l'application prévue. Les disques 38 et 39 ont la même structure et l'on ne décrira qu'un seul disque, étant entendu qu'on pourra utiliser le disque 39 et d'autres disques supplémentaires semblables aussi bien fixes que rotatifs. Le disque fixe 38 est divisé en deux plaques ou éléments de disque 45 et 46 (Fig. 3), sensiblement de même épaisseur, en matériau composite de carbone, bien qu'il n'y ait pas d'impératif à cet égard sauf en ce qui concerne la commodité d'assemblage. Entre].es éléments de disque 45 et 46 est interposé un mince élément de disque ou séparateur 48 d'amortissement des vibrations en un matériau composite de carbone ou de graphite ou en un produit composite résistant aux hautes températures. L'élément de disque mince 48 ainsi que les éléments de disque 45 et 46 sont faits d'un subjectile fibreux en carbone ayant un revêtement de carbone pyrolytique qui peut comprendre aussi une pluralité de fibres de carbone réparties de façon désordonnées. Le subjectile fibreux en carbone peut être réalisé à partir de]laine, rayonne, polyacrylonitrile et poix. L'épaisseur du subjectile ou substrat est réglée et portée par densification à la vapeur vou]ue par dépôt intersticiel de matériau pyrolytique opéré comme décrit dans les brevets US 3.991.248 et 4.291.794. Le procédé d'obtention d'un revêtement de graphite pyrol.ytique sur un subjectile est décrit dans le brevet US 3.725.110. La présente invention a trait à la structure et à.a réalisation des éléments fixes et rotatifs en soi et non à leur procédé de fabrication qui est décrit dans les brevets précités. Les éléments de disque 45 et 46 présentent des encoches alignées 50 (Fig. 2) angul. airement espacées sur leurs pourtours intérieurs. Eventuellement, on peut disposer des attaches en U 51 d'entraînement dans les encoches 50 pour renforcer les parois de celles-ci. Le disque séparateur 48 présente de même une pluralité d'encoches 50' angulairement espacées sur son pourtour intérieur comme représenté sur la Fig. 4. Les éléments de disque 45 et 46 et le disque séparateur 48 pourraient agir conjointement d'un seul tenant sans les attaches 51, mais celles-ci contribuent à les relier et à les maintenir assemblés. Chaque attache 51 présente un tronçon à insérer ou anse 52 destiné à être inséré dans les encoches et 50' des éléments de disque et des disques séparateurs respectivement. Chaque attache 51 présente des sections latérales espacées 54 qui s'appliquent étroitement contre les parois latérales des encoches 50 de façon que.es efforts appliqués aux sections 54 des attaches 51 soient transmis aux parois des encoches d'entraînement 50. De chaque côté, l'attache d'entraînement présente deux bras 55 et 56, dont chacun fait corps avec une section latérale de l'attache. Les paires de bras 55 et 56 s'étendent en sens opposés et à peu près tangentiellement au pourtour extérieur du disque 38 le long des pourtours des éléments de disque respectifs 45 et 46. Les bras 55 et 56 présentent des trous 58 situés dans l'axe d'alésage correspondants menagés dans les éléments de disque 45 et 46 ainsi que dans]e disque séparateur 48 pour recevoir des rivets 60 ou autres éléments d'attache appropriés assurant la fixation des bras 55 et 56 aux éléments de disque 45 et 46 ainsi que celle des éléments de disque 45 et 46 au disque séparateur 48 pour constituer des disques de frein fixes et rotatifs d'un seul. tenant. On peut util.iser des éléments d'appui ou attaches et des rivets analogues dans les encoches des disques rotatifs 42, 43 et 44 ainsi que dans celles du disque non rotatif 39 et des disques d'extrémité 36 et 37 pour l'engagement à coulissement sur les clavettes 34 et sur les cannelures 32. Le disque séparateur amortisseur de vibrations 48 est, comme représenté sur les Fig. 3 et 4, d'épaisseur relativement faible par rapport à celle des éléments de disque 45 et 46. A titre d'exemple concret d'épaisseurs de ces éléments, le disque séparateur 48 peut avoir 1,27 mm d'épaisseur et chacun des éléments de disque 45 et 46, 12,7 mm d'épaisseur. Dans ce- cas, le disque séparateur 48 constitue environ 4,76% de l'épaisseur totale du disque de frein (rotatif ou fixe). Dans le cas d'un disque rotatif type, l'épaisseur du disque séparateur peut varier de 0,635 à 2,54 mm et celle de chaque élément de disque 45-et 46 peut varier de 4,76 mm à 25,4 mm. L'épaisseur totale du disque séparateur peut dans ce cas s'écarter de cette gamme, de sorte que l'épaisseur du disque séparateur soit comprise entre 0,127 mm et un maximum de 3,81 mm quand l'épaisseur des éléments de disque individuels 45 et 46 varie de 9,53 mm à 12,7 mm,].'intervalle préféré pour le séparateur allant de 0,127 à 1,905 mm. Dans ce dernier intervalle, le rapport de l'épaisseur du disque séparateur à l'épaisseur totale du disque de frein (qui est celle des deux éléments de disque 45, 46 et du disque séparateur 48) est de 0,127) 0,66% à (11905) 7%. 19,18 27,305 Le tableau ci-dessous indique les épaisseurs du disque séparateur et celles des éléments de disque respectifs 45 et 46 ainsi que les rapports de ces épaisseurs pour donner des exemples concrets de la minceur relative des éléments. A B C D Epaisseur du Epaisseur Epaisseur tota- disque d'un élément Je (séparateur Rapport A/C séparateur de disque + 2 él.éments de disque) 0,013 cm 0,952 cm 1,918 cm 0,0066 0,013 cm 1,270 cm 2,552 cm 0,0100 0,064 cm 0,952 cm 1,968 cm 0,0322 0,064 cm 1,279 cm 2,604 cm 0,0243 0,127 cm 0,952 cm 2,032 cm 0,0625 0,127 cm 1,270 cm 2,667 cm 0,0476 - 0,190 cm 0,952 cm 2,095 cm 0,0909 0,190 cm 1,270 cm 2,730 cm 0,0697 0,254 cm 0,952 cm 2,159 cm 0,1176 0,254 cm 1,270 cm 2,794 cm 0,0909 0,381 cm 0, 952 cm 2,286 cm 0,1666 0,381 cm 1,270 cm 2,921 cm 0,1304 On peut réaliser en plusieurs pièces non seulement les disques de frein 38 et 39, mais aussi les disques de frein 36, 37, 42, 43 et 44, c'est-à-dire tant les disques fixes que l.es disques rotatifs et insérer entre eux les disques séparateurs amortisseurs de vibrations 48. Au cours du freinage, les forces de frottement qui s'exercent sur les disques fixes en plusieurs pièces 38 et 39 provoquent des vibrations des éléments de disque 45 et 46; toutefois, du fait que l'excitation n'est pas]a même, instantanément et localement, sur les deux disques, la réponse est différente et i] existe un mouvement relatif à micro-échelle entre les éléments de disque au niveau de leurs faces intérieures. A ce mouvement relatif résiste le frottement de contact entre les disques rotatifs 42, 43 et 44 et non rotatifs 36, 37, 38 et 39 et un disque comportant comme décrit deux éléments de disque 45 et 46 et un séparateur interposé entre eux assure un amortissement qui s'oppose aux vibrations des deux éléments de disque 45 et 46. On peut encore accuser l'amortissement des vibrations et la réduction du bruit en divisant les disques fixes 37 et 38 en plus de deux éléments de disque, mais on réduit par là l'efficacité des disques 37 et 38 en tant que puits thermiques. En prévoyant l'interface entre les éléments de disque 45 et 46 à mi-largeur des disques 37 et 38, on rend faible ou nulle la perte d'efficacité thermique. En faisant alterner des disques séparateurs 48 relativement minces avec les disques 45 et 46 relativement épais, on assure une réduction du bruit parce que les fréquences naturelles des pièces contiguës sont décalées et que ceci réduit la résonance du frein. La couche mince formée par le disque séparateur 48 empêche l'emboîtement de deux éléments de disques voisins tels que et 46. Le mécanisme de manoeuvre du frein comporte une série de cylindres 70 angulairement espacés convenablement reliés à un organe de torsion 26. Dans chacun des cylindres 70 est logé un piston hydraulique relié à la tige de piston 71 qui déplace la plaque de rétraction 72 pour établir et interrompre son contact avec le disque fixe 36. On peut aussi utiliser des mécanismes de rétraction connus de longue date dans le métier conjointement avec des plaques de rétraction aux fins de réglage ou de rattrapage d'usure automatique. Pendant].e fonctionnement du mécanisme de frein, du fluide hydraulique sous pression arrivant d'une source convenable pénètre dans les cylindres 70 pour en dép]lacer les pistons, tiges de piston et plaques de rétraction 72 respectifs vers le disque fixe 36. Le disque 36 glisse le long des cannelures 32 et vient buter contre le disque rotatif 42. Le disque rotatif 42 glisse le long des cannelures 34 et vient porter contre le disque non rotatif 38, qui se trouve aussi repoussé axialement contre le disque rotatif 43 jusqu 'à ce que tous les disques soient appliqués sous pression les uns contre les autres et contre la plaque de réaction 29 du tube de torsion 27. Pendant cette période de contact entre les disques de frein, les forces de frottement engendrées entre tous les disques tournants et fixes font apparaître au sein des disques des vibrations qui sont amorties par le disque séparateur 48. Cet effet réduit en conséquence le bruit sans porter atteinte à l'efficacité thermique du frein 10. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant des variantes sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Ensemble de frein ou d'embrayage à disques multiples comportant une pluralité de disques, caractérisé en ce qu'un au moins de ces disques (36, 37, 38, 39; 42, 43, 44) comporte deux éléments de disque annulaires espacés (45, 46) entre lesquels est interposé un disque séparateur (48), ce disque séparateur ayant une section mince par rapport à celle de]'un ou l'autre des éléments de disques contigus et assurant entre ceux-ci un amortissement des vibrations et une réduction du bruit. 2. Ensemble de frein ou d'embrayage à disques multip].es selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit disque séparateur (48) et les éléments de disque contigus (45, 46) sont réunis pour constituer un disque d'un seul tenant. 3. Ensemble de frein ou d'embrayage à disques multiples selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le disque séparateur (48) est un élément annulaire mince d-'épaisseur inférieure au dixième de l'épaisseur de l'un ou l'autre élément de disque voisin (45, 46). 4. Ensemble de frein ou d'embrayage à disques multiples selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits disques, éléments de disque et disques séparateurs sont en un matériau carbone. 5. Ensemble de frein ou d'embrayage à disques multiples selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit disque séparateur (48) a une épaisseur inférieure à 15% de l'épaisseur totale dudit disque de frein (36-39; 42-44). 6. Ensemble de frein à disques comportant une pluralité de disques de frein alignés axialement, caractérisé en ce que l'un desdits disques (3639; 42-44) comporte deux éléments de disque espacés (45, 46), chacun de ces éléments de disque espacés présentant deux surfaces i espacées planes, un disque séparateur (48) interposé entre lesdits él.éments de disque agissant pour amortir.es vibrations apparaissant dans lesdits éléments de disque et pour réduire le bruit, et ledit disque séparateur ayant une épaisseur sensiblement inférieure à J'épaisseur totale desdits éléments de disque. 7. Ensemble de frein à disques selon la revendication 6, caractérisé en ce- que lesdits disques séparateurs et éléments de disque sont rel.iés entre eux pour constituer un ensemble d'un seul tenant. 8. Ensemble de frein à disques selon l.a revendication 7, caractérisé en ce que ledit disque séparateur (48) a une épaisseur égale à moins de 15% de l'épaisseur totale dudit disque de frein. 9. Ensemble de frein à disques selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit disque séparateur a une épaisseur égale à moins de 10% de l'épaisseur totale dudit disque de frein.