Brevet FR2662479A1 — publié le 19911129

Plaques conjuguées dans un dispositif de coopération par friction La présente invention concerne des plaques conjuguées utili- sées dans des embrayages, des freins à bandes et des méca- nismes de blocage de convertisseurs de couple, etc, dans des dispositifs de coopération par friction utilisés, par exemple, dans des transmissions automatiques Les plaques conjuguées sont ces plaques utilisées en combinaison avec des plaques de friction sur lesquelles adhère un matériau de friction, par exemple dans des embrayages. Les dispositifs de coopération par friction comprennent des plaques de friction et des plaques conjuguées adaptées pour coopérer les unes avec les autres. L'efficience des dispositifs de coopération par friction dépend principalement de l'efficience des plaques de friction, notamment de celle des matériaux de friction Les plaques conjuguées conventionnelles, qui sont constituées par de simples plaques monobloc, ne sont susceptibles, en termes de fonction mécanique, que de recevoir un couple des pla- ques de friction. Les plaques conjuguées conventionnelles présentent des incon- vénients, à savoir ce qu'il est convenu d'appeler des "points chauds" résultant de la répétition des venues en prise et des dégagements des éléments de friction, ou une déformation due à la chaleur dégagée lors de l'utilisation, qui peut éventuellement rendre inutilisablespour l'usage prévu les dispositifs de coopération par friction En outre, du fait de l'utilisation, le coefficient de frottement risque de diminuer notablement, ce qui exige que ce qu'il est convenu d'appeler "facteur de sécurité" soit réglé à une valeur relativement élevée, ce qui à son tour exige que le dispo- sitif de coopération par friction soit relativement sur- dimensionné dans son ensemble. Pour tenir compte de ces problèmes, on a proposé que les plaques conjuguées présentent des rainures, ou des revête- ments ayant une conductibilité thermique élevée Toutefois, ces mesures ne visent qu'à prolonger la durée de vie utile des plaques conjuguées du fait de l'effet de refroidissement de ces mesures; en conséquence, on n'a pas obtenu d'amélio- ration de l'efficience fondamentale des dispositifs de coopé- ration par friction, à savoir des améliorations du coeffi- cient de frottement dynamique /'9 r, du coefficient de frotte- ment statique ps et ce qu'il est convenu d'appeler la carac- téristique k ij (à savoir le rapport du coefficient de frottement dynamique, c'est-à-dire idau coefficient de frottement lorsque la rotation relative est nulle, c'est- à-dire -o>). Le but de la présente invention est de procurer des plaques conjuguées susceptibles d'améliorer les caractéristiques mentionnées ci-dessus, en supprimant les variations des coefficients de frottement avec le temps et en empêchant la déformation due à la chaleur. La présente invention a résolu les problèmes mentionnés ci-dessus grâce à une plaque conjuguée comprenant une plaque d'âme en acier revêtue d'unplacage de chrome et grâce à une-plaque 7 conjuguée comprenant une plaque d'âme en acier revêtue d'un placage de cuivre Le placage de "chrome" est un placage avec un(des) alliage(s) contenant au moins 50 % de chrome, et le placage de "cuivre" est un placage avec un(des) alliage(s) contenant au moins 50 % de cuivre. Grâce à la p-aque conjuguée plaquée chrome, tout d'abord on peut supprimer la variation du coefficient de frottement en fonction du temps; en second lieu, du fait de l'améliora- tion du coefficient de frottement dynamique, on peut égale- ment supprimer les fluctuations du couple transmis immédiate- ment avant et après le moment o il n'y a pas de rotation relative; et en troisième lieu, on peut empêcher la déformation des plaques conjuguées due à la chaleur. D'autre part, grâce à la plaque conjuguée plaquée cuivre, on peut améliorer le coefficient de frottement statique et on peut augmenter la capacité de couple par surface uni- taire lorsqu'il n'y a pas de rotation relative On peut ainsi transmettre un couple plus important si la dimension reste la même. Par ailleurs, le facteur de sécurité peut être fixé plus bas, et les dispositifs de coopération par friction peuvent être rendus plus compacts Par ailleurs, on peut prolonger la durée de vie utile des plaques de friction complémentaires. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée de l'invention, en liaison avec le dessin joint sur lequel: la figure 1 est une coupe de la plaque conjuguée selon la présente invention; la figure 2 est une vue de devant de cette plaque; la figure 3 est une coupe d'une plaque de friction; la figure 4 est une vue de devant de cette plaque de fric- tion; la figure 5 est une vue schématique de la machine d'essai de friction SAE N O 2, dont une partie est représentée en coupe; les figures 6 a à 6 c sont des graphiques montrant la rela- tion entre la rotation relative d'une plaque conjuguée et d'une plaque de friction, et le couple transmis; et la figure 7 est un graphique montrant les résultats de l'essai d'endurance. Les figures 1 et 2 sont respectivement une vue en coupe et une vue de devant de la plaque conjuguée 10 selon la présente invention Les épaisseurs de la plaque d'âme 11 et du placage de chrome 12 sont exagérées pour faciliter la compréhension La plaque d'âme 11 est en acier, comme c'était le cas dans la technique antérieure. Le placage de chrome peut généralement être effectué par galvanoplastie en utilisant ce qu'il est convenu d'appeler le bain de "Sargent" Toutefois, on peut également utiliser un placage chimique ou un placage à sec L'épaisseur de ce placage peut être comprise entre 0,1 et 1000 pm, et elle sera déterminé en fonction des conditions d'utilisation. Le placage de cuivre peut être effectué de façon similaire en utilisant un bain de cyanure ou un bain de sulfate de cuivre. Les figures 3 et 4 montrent une plaque de friction 14 utili- sée en combinaison avec la plaque conjuguée 10 La plaque de friction 14 comporte une plaque d'âme 16 sur laquelle adhère un matériau de friction 18 Comme sur la figure 1, les épaisseurs respectives de la plaque d'âme 16 et du maté- riau de friction 18 sont représentées exagérées. Afin de déterminer les améliorations résultant de la présente invention, on a effectué des essais. La figure 5 montre ce qu'il est convenu d'appeler la machine d'essai de friction "SAE N O 2 " Les plaques conjuguées 10,10 sont couplées par des cannelures au carter 22 et la plaque de friction 14 est couplée par cannelures à l'arbre 24 Un moteur 28 est couplé à l'arbre 24 par un volant d'iner- tie 26 Les conditions d'essai sont indiquées sur le Tableau suivant 1: Tableau 1 Nombre de plaques de friction 1 Nombre de plaques conjuguées 2 Epaisseur de la plaque de friction 1,6 mm Epaisseur de chaque plaque conjuguée 1,7 mm Huile Matic D Surface du piston 151,1 cm 2 Moment d'inertie 0,0150 kgms 2 Méthode d'opération absorption de l'inertie Température de l'huile 1200 C Pression 8 kg/cm 2 Les échantillons étaient: (a) plaque conjuguée conven- tionnelle constituée par une plaque d'acier monobloc; (b) plaque conjuguée comprenant une plaque d'âme en acier revê- tue d'un placage de chrome; et (c) plaque conjuguée comprenant une plaque d'âme en acier revêtue d'un placage de cuivre. Le placage de chrome était effectué parce qu'il est convenu d'appeler "Méthode de galvanoplastie par voie humide"; le bain était un bain de Sargent; l'épaisseur du placage était environ 1 Em Le placage de cuivre fut effectué de façon similaire en utilisant un bain de sulfate de cuivre pour obtenir un placage d'environ 1 pim d'épaisseur. La relation entre la rotation relative de la plaque conjuguée et de la plaque de friction, et le couple transmis (ce qu'il est convenu d'appeler la "forme d'onde du couple") a ainsi été obtenue; la figure 6 a correspond à la plaque conjuguée conventionnelle, la figure 6 b correspond à la plaque conjuguée avec un placage de chrome et la figure 6 c correspond à la plaque conjuguée avec un placage de cuivre Par ailleurs, comme on le voit sur le Tableau 2 suivant, on obtint le coefficient de frottement dynamique pour une rotation relative de 1800 tpm (YD 1800), celui correspondant à une rotation relative nulle (fro), le coefficient de frottement statique (Us) et leur rapport. Tableau 2 Plaque conjuguée Plaque Placage Placage d'acier (a) chrome (b) cuivre (c) YD 1800 0,131 0,151 0,116 Po 0,129 0,125 0,150 Ps 0,114 0,115 0,136 F 0/ PD 1800 0,98 0,83 1,29 En outre, avec le même équipement d'essai, on effectua un essai d'endurance de l'échantillon (a) et de l'échantillon (b) La figure 7 montre la variation des coefficients de frottement dynamique résultant des essais. On obtint les résultats suivants dans le but de montrer les améliorations des caractéristiques de friction: En ce qui concerne la plaque conjuguée avec le placage chrome: ( 1) Comme le montrent la figure 6 b et le Tableau 2, le coeffi- cient de frottement dynamique (YD 1800) était amélioré d'envi- ron 10 à 20 % par comparaison avec la plaque conjuguée conven- tionnelle (a). Ainsi, lorsqu'il existe une rotation relative, le couple pouvant être transmis avec la même force de pression peut être augmenté; de ce fait, le temps nécessaire pour obtenir une coopération complète peut être raccourci En conséquence, la pression hydraulique destinée à effectuer la coopération peut être fixée plus bas, ce qui donne une plus grande liberté pour la conception du mécanisme hydraulique et rend possible de fabriquer des dispositifs de coopération par friction plus compacts. Comme le coefficient de frottement dynamique est amélioré, la caractéristique V -o J est plus petite de 0,1 à 0,2 (voir Tableau 2) et de ce fait on peut supprimer la varia- tion des coefficients de frottement immédiatement avant et après la fin de la coopération Ceci peut contribuer à réduire les chocs lorsqu'un changement de vitesse est effectué dans la transmission automatique. ( 2) Comme le montre la figure 7, il a été confirmé que la variation du coefficient de frottement dynamique avec le temps était très faible. Ceci signifie que ce qu'il est convenu d'appeler "facteur de sécurité" peut être fixé à une valeur relativement faible au moment de la conception très précise des dispositifs de coopération par friction Du fait que le facteur de sécu- rité est déterminé sur l'hypothèse que le produit a la durée de vie utile exigée et sur la quantité présumée de l'usure et de la variation possible des coefficients de frottement avec le temps, le fait que les variations de ces paramètres avec le temps sont faibles, permet de fixer le facteur de sécurité à une valeur beaucoup plus basse Ainsi, les dis- positifs de coopération par friction peuvent être dans leur ensemble rendus plus compacts et plus légers. ( 3) On n'observa aucune déformation due à la chaleur. Ainsi, on peut supposer qu'on a empêché l'apparition de points chauds dans les plaques de friction Ceci contribue à empêcher une usure partielle due à une coopération partielle, ce qui augmente la durée de vie utile des dispositifs de coopération par friction dans leur totalité. En ce qui concerne les plaques conjuguées avec un placage cuivre: Comme le montrent la figure 6 c et le Tableau 2, le coefficient de frottement statique Ps a été amélioré de 20 à 30 % par comparaison avec la plaque conjuguée conventionnelle (a). En conséquence, on peut transmettre un couple plus important si la force de coopération est la même; et on peut empêcher le glissement au moment o la coopération est terminée. Par ailleurs, du fait que le couple transmissible par surface unitaire augmente, ceci permet de réduire la surface de coopération ou le temps de coopération, ou de réduire le nombre de plaques de friction ou de plaques conjuguées exi- gées, ce qui contribue à rendre plus compacts les disposi- tifs de coopération par friction, considérés dans leur ensemble. Revendications 1. Plaque conjuguée ( 10) dans un dispositif de coopération par friction, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque d'âme en acier ( 11) avec un placage de chrome ( 12). 2. Plaque conjuguée ( 10) dans un dispositif de coopération par friction, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque d'âme en acier ( 11) avec un placage de cuivre ( 12).