Brevet FR2686954A1 — publié le 19930806

i -k Eléments de friction de type humide avec des rainures formées pour améliorer l'enlèvement du film d'huile Cette invention concerne des éléments de friction et notam- ment des améliorations dans les éléments de friction de type humide du type utilisé dans les transmissions automatiques d'automobiles. Les éléments de friction utilisés dans une transmission automatique comportent les disques de friction d'un embrayage à disques multiples, une bande de frein et un mécanisme de verrouillage Dans l'embrayage à disques multiples, les surfaces de coopération par friction des disques comportent de façon caractéristique des rainures radiales et la bande de frein comporte des rainures circonférentielles Une fonction importante de ces rainures est d'enlever le film d'huile présent entre l'élément de friction et l'élément associé La présence du film d'huile au moment de l'engagement par friction diminue le coefficient de frottement, diminue de ce fait le couple de transmission jusqu'à enlèvement du film d'huile et prolonge le temps exigé pour une coopération totale des éléments de friction et de leurs éléments asso- ciés. C'est donc un but de l'invention de procurer un élément de friction de type humide dans lequel le film d'huile est enlevé plus rapidement et plus efficacement de la surface de friction Selon l'invention, on a découvert que des rainures de formes spéciales, prévues dans les surfaces de coopération des disques de friction et des bandes de friction, sont extrêmement efficaces pour enlever le film d'huile et pour empêcher la diminution du coefficient de frottement, la diminution du couple et la prolongation du temps nécessaire pour une coopération complète L'efficacité de l'invention est confirmée par des essais réalisés sur diverses formes de rainures. Selon une réalisation de l'invention, applicable à un élément de coopération par friction de type disque, les rainures formées dans la surface de coopération par friction compor- tent un premier jeu de rainures, chaque rainure du premier jeu s'étendant en faisant iiiiangle par rapport à la direction radiale et en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation depuis un bord intérieur en direction du bord extérieur, et un deuxième jeu de rainures, chaque rainure du deuxième jeu s'étendant en oblique vers l'arrière en direc- tion de ce bord extérieur, depuis un emplacement intermé- diaire de la première rainure entre les bords intérieur et extérieur, en faisant un angle par rapport à la direction radiale plus grand que l'angle des rainures du premier jeu. Dans une deuxième réalisation de l'invention, pouvant également s'appliquer à un élément de coopération par friction de type disque, les rainures formées dans la surface de coopération par friction s'étendent depuis un emplacement situé vers l'intérieur par rapport au bord extérieur en direction de ce bord extérieur, et leur largeur augmente en direction du bord extérieur De préférence, les rainures sont espacées d'un bord intérieur et s'étendent jusqu'à ce bord extérieur. Dans la forme préférée de la deuxième réalisation de l'inven- tion, l'élément de type disque est adapté pour tourner dans un sens de rotation particulier lorsqu'il est installé, les largeurs desdites rainures augmentent progressivement et les rainures s'étendent à la fois vers l'extérieur et en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation. Dans une réalisation de l'invention applicable à des éléments de friction de type humide analogues à une bande, des rainures sont formées dans la surface de coopération par friction et s'étendent depuis des positions intermédiaires situées entre les bords latéraux de la surface de coopération par friction en direction d'un bord latéral ou des deux bords latéraux et leur largeur augmente en direction des bords latéraux De préférence, la largeur des rainures augmente progressivement et, lorsqu'elles s'étendent vers le bord latéral, elles s'étendent en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation de l'élément associé. Les rainures décrites ci-dessus servent à enlever le film d'huile entre l'élément desfxiction et l'élément associé, ce qui permet d'obtenir un coefficient de frottement élevé pratiquement immédiatement lors de la coopération des deux éléments En conséquence, la présence des rainures réduit le temps nécessaire pour une coopération complète des deux éléments. On a également déterminé par essais que l'élément de friction selon l'invention présente la caractéristique que le coeffi- cient de frottement est élevé lorsque la vitesse de rotation relative de l'élément de friction et de l'élément associé est élevée et que la pression surfacique est faible dans la période initiale de coopération, et le coefficient de frottement diminue avec la diminution progressive de la vitesse de rotation relative En conséquence, il n'y a pas de brutale augmentation du coefficient de frottement à l'instant o la coopération est achevée, et de ce fait on réduit le "choc de déplacement". D'autres buts, détails et avantages de l'invention apparal- tront à la lecture de la description détaillée suivante, en liaison avec le dessin joint sur lequel: la figure 1 est une vue en plan d'un élément de friction selon une première réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en plan d'un élément de friction selon une deuxième réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue en plan d'un élément de friction selon une troisième réalisation de l'invention; la figure 4 est un graphique comparant les coefficients de frottement dynamiques et les caractéristiques de friction pour les éléments de coopération par friction des figures 1 à 3 et pour un élément de friction conventionnel; la figure 5 est un développement d'une portion d'un élément de friction de type bande S 9 alqn une quatrième réalisation de l'invention; la figure 6 est un développement d'une portion d'un élément de friction de type bande selon une cinquième réalisation de l'invention; la figure 7 est un développement d'une portion d'un élément de friction de type bande selon une sixième réalisation de l'invention; la figure 8 est un graphique comparant les caractéristiques de friction de l'élément de friction de type bande de la figure 5 avec celle d'un élément de friction conventionnel de type bande; la figure 9 est une vue en coupe axiale partielle d'une transmission automatique d'automobile; la figure 10 est une vue en coupe radiale partielle montrant un frein à bande dans la transmission de la figu- re 9; la figure 11 est une coupe axiale partielle montrant un mécanisme de verrouillage dans une transmission automatique d'automobile; la figure 12 est une vue en plan d'un disque d'embrayage conventionnel; et la figure 13 est un développement d'une portion d'une bande de frein conventionnelle. En se reportant aux figures 9 et 11, les éléments de coopéra- tion par friction habituellement présents dans une transmis- sion automatique 70 sont un embrayage à disques multiples 71, une bande de frein 72 et un mécanisme de verrouillage 73. La figure 12 montre un élément de friction conventionnel 74 utilisé dans l'embrayage àdisques multiples 71 Un certain nombre de rainures radiales 75 sont formées dans la surface de coopération par friction de l'élément de friction 74. La figure 13 montre un élément de friction 76 de la bande de frein 72 Des rainures 77 sont ménagées dans la surface de coopération par friction de l'élément 76 Ces rainures s'étendent dans la direction circonférentielle, c'est-à-dire dans la direction longitudinale sur la figure 13, qui est une vue développée. Les rainures dans les éléments de friction conventionnels sont prévues pour enlever le film d'huile présent entre les éléments de friction et leurs éléments associés Toutefois, l'aptitude de ces rainures conventionnelles à enlever le film d'huile est très limitée En conséquence, dans la transmis- sion conventionnelle utilisant des éléments de friction conventionnels, la présence du film d'huile au début de la coopération entraîne une réduction du coefficient de frotte- ment et réduit le couple de transmission de telle sorte que le temps nécessaire pour la coopération complète des éléments de friction est prolongé. Dans la réalisation de la figure 1, un élément de friction 10 est l'un des plusieurs éléments de friction de type disque utilisés dans un embrayage à disques multiples L'élément de friction 10 est solidarisé d'un disque central 11 Des jeux de rainures, chaque jeu étant repéré dans son ensemble en 13, sont formés dans la surface de coopération par friction de l'élément 10. Sur le dessin, la flèche indique le sens de rotation du disque central 11 sur lequel est monté l'élément de friction. Chaque jeu de rainures 13 est constitué par une première rainure 14 et une deuxième rainure 15, ces deux rainures étant disposées dans un plan radial La première rainure 14 est formée de façon à s'étendre en travers de la surface de coopération par friction depuis un bord intérieur circulaire l $ 16 en direction d'un bord extérieur circulaire 17 La rainure 14 est inclinée en oblique ygris l'arrière par rapport au sens de rotation Autrement dit, la position circonférentielle de l'extrémité extérieure de la rainure se trouve en arrière de la position circonférentielle de l'extrémité intérieure de la rainure par rapport au sens de rotation de l'élément de friction La deuxième rainure 15 part de la première rainure 14 en une position intermédiaire entre les bords intérieur et extérieur de la surface de friction et s'étend de même en direction du bord extérieur 17 Cette deuxième rainure 15 est également inclinée en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation comme dans le cas de la première rainure 14. Toutefois, l'angle de la rainure 15 par rapport à la direc- tion radiale est supérieur à l'angle de la rainure 14, de sorte que les deux rainures divergent l'une de l'autre lorsqu'elles s'approchent du bord extérieur 17 La largeur de la première rainure 14 et celle de la deuxième rainure 15 sont constantes sur toute leur longueur Toutefois, les rainures 14 et 15 peuvent être formées de façon que leur largeur augmente progressivement, au fur et à mesure qu'on se rapproche du bord extérieur 17 de la surface de friction. Dans la deuxième réalisation, comme on le voit sur la figure 2, un élément de friction 20 est du même type général que celui représenté sur la figure 1 et est fixé sur un disque central (non représenté) et est utilisé dans un embrayage à disques multiples Dans sa surface de coopération par friction, l'élément 20 comporte des rainures 23, qui sont disposées dans un plan radial et qui sont également espacées l'une de l'autre dans la direction circonférentielle Chaque rainure s'élargit progressivement, en partant du bord intérieur 26 vers le bord extérieur 27 de la surface de friction En outre, les rainures 23 sont formées de façon à s'étendre en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation de l'élément de friction 20 Autrement dit, la ligne centrale de chaque rainure s'étend en oblique vers l'arrière. Dans la réalisation représentée sur la figure 3, un élément de friction 30 est de type utilisé, soit dans un embrayage à disques multiples, soit dans le mécanisme de verrouillage d'une transmission automatique L'élément de friction 30 est solidarisé d'un disque central (non représenté) et sa surface de coopération par friction présente une série de rainures 33 circonférentiellement espacées uniformément les unes des autres et s'étendant depuis un emplacement intermédiaire entre les bords intérieur et extérieur de la surface de friction jusqu'au bord extérieur 37 Les largeurs des rainures augmentent en direction du bord extérieur 37 En outre, la forme des rainures est telle qu'elles s'étendent en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation de l'élément de frottement 30. Lorsque l'élément de frottement 30 de la figure 3 est utilisé dans le mécanisme de verrouillage représenté sur la figure 11, le courant d'huile dans la direction radiale est inter- rompu lorsque l'élément de friction coopère avec le tambour D Du fait que les rainures 33 ne se raccordent pas au bord intérieur de la surface de friction, le passage de l'huile entre la surface de friction et le tambour est obturé Ceci empêche la pression de l'huile dans la transmission de chuter, lorsque la surface de frottement vient en prise avec le tambour. On a effectué des essais comparatifs sur un élément de friction conventionnel et sur les éléments de friction des réalisations de l'invention décritesci-dessus, pour obtenir le coefficient de frottement dynamique pi pour diverses pressions surfaciques et pour obtenir des formes d'onde du couple au moment de la coopération par friction Les résultats sont indiqués sur la figure 4 On peut tirer les conclusions suivantes de ces essais. En premier lieu, les éléments de friction 10, 20 et 30 de l'invention ont un coefficient de frottement dynamique pi relativement élevé par comparaison avec le coefficient de frottement dynamique de l'élément de friction conventionnel de la figure 12, notamment pour de faibles pressions surfaci- ques En second lieu, en sergportant au bas de la figure 4, les formes d'onde du couple pour une pression surfacique relativement faible montrent que, avec les modèles de rainures des figures 1, 2 et 3, le couple de transmission est élevé pendant la période initiale de la coopération par friction et diminue lorsque la vitesse relative diminue progressivement Au contraire, dans le cas de l'élément de coopération par friction conventionnel de la figure 12, le couple de transmission ne diminue pas Les caractéristiques favorables des éléments de friction de l'invention, comme on le voit sur la figure 4, proviennent d'un enlèvement précoce du film d'huile, permis par la forme des rainures décrites ci-dessus. Dans la réalisation de l'invention représentée sur la figure , l'élément de friction 40 est un élément analogue à un bande solidarisée d'une garniture 41 Les rainures 43 sont formées dans la surface de coopération par friction. Sur la figure 5, la flèche indique le sens de rotation de l'élément associé qui est habituellement un tambour qui coopère avec la bande du frein Les rainures 43 sont formées de façon à augmenter en largeur en direction des bords latéraux 46 et 47 à partir du centre de la surface de coopération par friction Les rainures s'étendent également en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation de l'élément associé Autrement dit, les lignes centrales des rainures s'étendent en oblique vers l'arrière De préférence, les rainures communiquant avec un bord latéral 46 et les rainures communiquant avec l'autre bord latéral 47 sont décalées les unes par rapport aux autres, c'est-à-dire que la série de rainures sur un côté de la surface de friction est décalée circonférentiellement par rapport à la série de rainures sur le côté opposé Ceci garantit qu'il y a des rainures adjacentes à toutes les zones de la surface de friction pour l'enlèvement du film d'huile de toutes les parties de la-surface. Dans la cinquième réalisation représentée sur la figure 6, un élément de friction 50 est _smblable à celui de la quatrième réalisation représentée sur la figure 5, sauf que les bords arrière des rainures 53 sont définis par une limite convexe, de préférence circulaire. Dans la sixième réalisation représentée sur la figure 7, chaque jeu 63 de rainures sur la surface de friction de l'élément 60 est constitué par une première rainure 64 s'étendant perpendiculairement aux bords de la surface de friction et par une deuxième rainure 65 s'étendant en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation de l'élément associé. On a effectué des essais comparatifs sur l'élément de friction 40 de la figure 5 et l'élément de friction de la technique antérieure représenté sur la figure 13, tous deux étant utilisés dans le frein à bande d'une transmission automatique Dans les essais, on a obtenu une forme d'onde du couple pour la coopération par friction des freins à bande avec un tambour Les résultats sont indiqués sur la figure 8 sur laquelle on voit que l'élément de friction 40 procure un plus grand couple de transmission au moment de la coopération par friction, et que ce couple est remarquablement plus grand que celui obtenu par l'élément de friction conventionnel, particulièrement au début de la coopération Du fait de ce couple plus grand, il est possible de réduire le temps nécessaire pour que la coopération soit complète En même temps, le coefficient de frottement a tendance à diminuer progressivement lorsque la vitesse de rotation du tambour diminue En conséquence, le "choc de déplacement", survenant au moment o la coopération est totale, est réduit. L'invention décrite ci-dessus facilite l'enlèvement du film d'huile d'une surface de coopération par friction et procure un coefficient de frottement élevé lors du début de la coopération par friction, même lorsque la pression surfacique est faible, ce qui raccourcit le temps nécessaire pour que la coopération par friction soit totale Comme le montrent les h résultats des essais, le couple de transmission tend à diminuer progressivement l Mrs que la vitesse relative diminue, ce qui réduit le choc de déplacement au moment o la coopéra- tion est totale. Ai il Revendications 1. Elément de friction de type humide ( 10), destiné à être utilisé dans un élément de coopération par friction, cet élément étant adapté pour tourner dans un sens de rotation particulier lorsqu'il est monté, et ayant une surface de coopération par friction analogue à un disque avec un bord intérieur ( 16) et un bord extérieur ( 17), et des rainures ( 13) formées dans ladite surface de coopération par friction, caractérisé en ce que les rainures comportent un premier jeu de rainures, chaque rainure ( 14) du premier jeu s'étendant en faisant un angle par rapport à la direction radiale et en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation depuis le bord intérieur ( 16) jusqu'au bord extérieur ( 17), et un deuxième jeu de rainures, chaque rainure ( 15) du deuxième jeu s'étendant en oblique vers l'arrière en direction du bord extérieur ( 17) depuis un emplacement intermédiaire sur une première rainure ( 14) entre les bords intérieur ( 16) et extérieur ( 17) en faisant par rapport à la direction radiale un angle plus grand que l'angle des rainures du premier jeu. 2. Elément de friction de type humide ( 20) destiné à être utilisé dans un élément de coopération par friction, cet élément ayant une surface de coopération par friction analogue à un disque avec un bord extérieur ( 27), caractérisé en ce que des rainures ( 23), formées dans la surface de coopération par friction, s'étendent depuis un emplacement espacé vers l'intérieur du bord extérieur en direction de ce bord extérieur, la largeur de ces rainures augmentant en direction du bord extérieur. 3. Elément de friction de type humide ( 30) selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que la surface de coopération par friction analogue à un disque a un bord intérieur et en ce que les rainures ( 33) sont espacées de ce bord intérieur et s'étendent jusqu'au bord extérieur ( 37). 4. Elément de friction de type humide selon la revendication 2, ce élément étant adapté pour tourner dans un sens de rotation particulier lorsqu'il est monté, caractérisé en ce que les largeurs des rainures, augmentent progressivement et en ce que les rainures s'étendent à la fois vers l'extérieur et en oblique vers l'arrière par rapport à ce sens de rotation. 5. Elément de friction de type humide selon la revendication 3, cet élément étant adapté à tourner dans un sens de rotation particulier lorsqu'il est monté, caractérisé en ce que les largeurs des rainures augmentent progressivement et en ce que ces rainures s'étendent à la fois vers l'extérieur et en oblique vers l'arrière par rapport à ce sens de rotation. 6 Elément de friction de type humide analogue à une bande ( 40,50,60) destiné à être utilisé dans un élément de coopéra- tion par friction, cet élément ayant une surface de coopéra- tion par friction avec des bords latéraux ( 46,47) et des rainures formées dans cette surface de coopération par friction, caractérisé en ce que ces rainures ( 43) s'étendent depuis des emplacements intermédiaires entre les bords latéraux ( 46,47) en direction de l'un de ces bords latéraux et en ce que leur largeur augmente en direction d'un bord latéral. 7. Elément de friction de type humide selon la revendication 6, dans lequel la surface de coopération par friction est adaptée pour venir en prise avec un élément associé tournant dans un sens particulier, caractérisé en ce que les rainures augmentent de largeur progressivement et, lorsqu'elles s'étendent vers un bord latéral, s'étendent en oblique vers l'arrière par rapport au sens de rotation de cet élément associé.