Un embrayage permet d’assurer et de supprimer à volonté(ou dans des conditions déterminées)la liaison en rotation autour d’un même axe, de deux arbres ou organes tournants, l’un moteur, l’autre récepteur :
La transmission du mouvement peut avoir lieu :
-par obstacle : embrayages à griffes, encliquetages ; emploi limité ;
-par adhérence : embrayages à friction ;très répandus ;
-par actions électromécaniques ou hydrauliques ;cas particulières.
Le couple transmissible caractérise la capacité de l’embrayage.
L’établissement (ou la suppression) de la liaison, appelée embrayage(ou débrayage) est suivant le type d’appareil, commandé (intervention d’un opérateur) ou automatique (déclenchement suivant vitesse ou couple transmis).
L’utilisation des embrayages, généralisée en construction moderne, limite les pertes d’énergie (disparition de mécanisme fonctionnant à vide), permet, dans la plupart des cas, la mise en marche progressive et améliore la sécurité dans l’emploi d’une machine(possibilité d’arrêt rapide).
1-Entrainement par obstacle :
A-Embrayages du type A griffes
Deux manchons en bout d’arbres présentent des formes complémentaires qui peuvent s’emboiter :le montage coulissant de l’un d’eux permet l’embrayage.
La liaison étant instantanée, la manœuvre n’étant possible qu’à l’arrêt ; efforts d’inertie importants à la mise en marche. Débrayage possible en marche si le couple transmis est faible.
*embrayages à griffes : analogie de forme avec le manchon à dilatation. Manchon récepteur sur clavetage coulissant ; autre type ; à crabots.
*Embrayages à dents. Variante du précédent .Formes de dents suivant rotation dans un seul sens ou dans les deux. Permet la réalisation d’un dispositif limiteur de couple.
*Embrayages à verrou : Sur harnais de tour.
Commande de l’embrayage ;la translation de l’élément mobile, manchon ou coulisseau, est réalisé par el déplacement d’une fourchette (translation ou rotation),solutions diverses suivant effort à fournir
B Encliquetages
Véritables embrayages automobiles :la liaison de deux organes est assurée par un obstacle dont l’action cesse en même temps que le couple moteur.
Réalisations :
a)par cliquet et roue à rochet
b) par billes ou rouleaux coincés dans logement présentant un chanfrein Utilisations variées, les plus courantes
-commande d’un même arbre par deux dispositifs moteurs simultanément le moteur le plus puissant ne doit pas entrainer l’autre dans le cas ou celui-ci tourne moins vite (exemple moteur électrique et turbine hydraulique)
-continuation d’un mouvement de rotation quand l’effort moteur cesse (roue libre)
2. Entrainement par adhérence : embrayage à friction
La transmission d’un couple entre deux arbres ou organes tournants peut être réalisée par adhérence entre deux pièces qui leur sont solidaire.
Le couple moteur ayant une valeur donnée C le couple transmis C et le mode de transmission dépend de la force présente P
P faible P=0 aucun couple transmis
0a couple transmis par frottement Cr
P important P
Par la variation de la force P entre surfaces de contact, un embrayage à friction permet donc :
--de découpler deux arbres ou pièces tournantes
-d’assurer la progressivité de la transmission avec entrainement par frottement
-de transmettre intégralement le couple moteur par adhérence
Pendant toute la période d’entrainement par frottement un dégagement de chaleur apparait (augmentation de la température) Cette période est nécessaire pour assurer la progressivité de l’embrayage.
Capacité d’un embrayage à friction
Caractéristique essentielle d’un embrayage c’est la valeur du couple maximum transmissible
A toute valeur de P pour laquelle la liaison a lieu par adhérence ( P>Pa) correspond le couple d’adhérence C dont la valeur dépend en outre du type d’embrayage(forme ,nature, et dimensions des surfaces en contact)
C=∑f.r.p .Δs avec p pressions de contact
La capacité d’un embrayage est la valeur du couple maximum transmissible, elle est obtenue pour la valeur maximum de la force P ; En pratique, elle est toujours nettement supérieure au couple Cm à transmettre capacité=1,3 C
La capacité d’un embrayage est proportionnelle :
-au coefficient d’adhérence f des surfaces en contact
-à la force pressente P
La pression de contact unitaire ne peut pas être trop forte (usure à craindre dans la période de frottement mais doit être suffisante pour limiter la surface de contact (encombrement)
La force P est obtenue par un dispositif mécanique (levier, ressort ou force centrifuge hydraulique, pneumatique ou électromagnétique.
Surfaces de friction
Elles peuvent être planes, coniques ou cylindriques. Elles doivent présenter un coefficient de frottement élevé et une bonne résistance à l’usure et à l’échauffement
-surfaces métalliques : acier , traité/acier, traité ou acier :traité/bronze frité avec graissage
F=0,10à 0,15
Garniture fonte ou acier f=0,20 avec graissage
Garniture ferodo : amiante armée de fil de laiton, supporte en service normal la température de 200°, pression admissible : 1 à 5kgf/cm2 f=0,30
En disque ou bande de 3à10 mm d’épaisseur.
Types nombreux et variés, classes suivant le mode de réalisation de P :embrayages à commandes mécanique, hydraulique ou pneumatique, électromagnétique les plus couramment utilisés seront les seuls étudiés
Embrayage à commande mécanique
La force P est obtenue par déformation élastique ou de ressort parfois par force centrifuge (fonctionnement automatique)
L’équilibrage de cette force doit avoir lieu à l’intérieur de l’embrayage pour éviter la sollicitation axiale de l’arbre auto-verrouillage en position embrayée.
En position débrayée, un faible couple d’entrainement peut subsister entre la surface frottable : couple résiduel Sa réduction est obtenue :
-par fonctionnement en présence d’huile
-par dispositif élastique séparant les surfaces de contact ou débrayage
L’usure des surfaces frottantes doit pouvoir être compensée .La réduction de l’effort de manœuvre est obtenue par utilisation de leviers
Surfaces planes
-à disque unique entre disque et arbre récepteur, liaison en rotation par moyeu cannelé, centrage des arbres par roulement à billes
Force P par ressort à boudin
Fonctionnement à sec .Equilibré en position embrayée débrayage par déplacement de la butée : usure à craindre (prévoir une garde)
Utilisation : construction automobile
-à disques multiples surface de contact importante (grande douceur à l’embrayage) réalisée par un embrayage de disques solidaires alternativement de l’arbre moteur et de l’arbre récepteur (denture extérieure et denture intérieure Le frottement entre disques persistant après débrayage est réduit par la présence d’huile. L’absence de centrage exige un alignement soigné ou la combinaison avec un accouplement élastique
Force P
a)Par déformation élastique de leviers .Equilibré en position embrayée et débrayée .Réglage de la pression de contact par écrou freiné ;
b) Par ressort ou rondelles Belleville. Comprimés à l’embrayage par la manœuvre du coulisseau (course limitée suivant couple à transmettre maintenu par verrouillage (billes)
Capacité des embrayages à disques multiples : élevée sous faible encombrement. Utilisation machines outils
A surfaces coniques
Deux montages : directs (sommet vers arbre moteur ou inverse.
Force pressante par ressort : P=F/sin α avec α= 15 à 20°
Coincement à craindre pour trop faibles valeurs
Equilibrage délicat : les assiettes du ressort ne tournent pas à la même vitesse ou débrayage (butées à billes nécessaire)
Autre type automatique .Des masses de forme conique solidaires en rotation de l’arbre moteur sont en contact sous l’effet de la force centrifuge à partir d’une certaine vitesse , avec une surface conique solidaire du dispositif récepteur (poulie) Utilisation /sur moteur à faible couple de démarrage.
A surfaces cylindriques
- à segments : le déplacement radiale de ceux-ci est réalisé par le rapprochement d’anneaux coniques à l’aide d’un dispositif à levier identique
-centrifuge Adhérence obtenue à partir d’une vitesse déterminée fonction des ùmasses mobiles en liaison avec l’arbre moteur.
B.A commande hydraulique ou pneumatique
Principe :la force P apparait par action d’un fluide sous pression sur un piston (principe de pascal).Cette force est fonction de la pression p kgf/cm2 et la surface S cm2 du piston P=p.s
La progressivité de p(mise sous pression)assure celle de P
Réalisations
Embrayage à disques à command
Hydraulique: huile avec pompe à engrenages et limiteur de pression p jusqu’à 20 kgf/cm2 (soit environ 20 bar)
-pneumatique : air épuré et graissé (brouillard) .Avec compresseur et réservoir :p=4à5kgf/cm2
Caractéristiques : le couple transmis est réglable avec la pression Très bonne progressivité ; Encombrement réduit .Rattrapage d’usure automatique
Etanchéité difficile à réaliser .Nécessite un joint tournant
Variante /à surfaces de contact cylindriques. Lair comprimé agit en déformant la chambre qui le contient
C.A commande électromagnétique
Principe : La force P apparait par action d’un champ magnétique sur un plateau d’acier (principe de l’éléctro-aimant)
Elle est fonction de l’intensité du courant continue (ou redressé) qui alimente la bobine et des caractéristiques du bobinage. Un dispositif de réglage de l’entrefer est nécessaire (usure des disques)
Réalisations grande analogie avec les embrayages à friction à commande mécanique. L’action magnétique remplace celle :
-des ressorts a disque unique type ferlec, a cône
-des leviers a disques multiples
Au débrayage, le décollage de la surface est obtenu par des ressorts (magnétisme rémanent)
Caractéristiques : commande à distance et en plusieurs points
Consommation de courant pendant la durée du fonctionnement.
Entrainement par actions électromagnétiques et hydrauliques
Ces types d’embrayages reçoivent le nom de coupleurs, les organes entre lesquelles le couple est transmis ne sont pas en contact ; l’entrainement a lieu par accrochage magnétique ou obstacle hydraulique.
Coupleur électrique
Principe/porté par l’arbre récepteur, un circuit primaire alimenté en courant continu ou redressé réalise un champ inducteur qui se ferme dans un induit en cage d’écureuil (genre rotor de moteur asynchrone)porté par l’arbre moteur .Une force est créée qui s’oppose à la variation du champ et assure l’entrainement de l’arbre mené Le couple transmis est proportionnel au flux donc à l’intensité du courant d’excitation, le glissement important au départ diminue rapidement .progressivité par augmentation de l’intensité
Caractéristiques :pas d’usure mécanique. Peut fonctionner en limiteur de couple. Amortisseur de vibrations de tordion. Pas de couple résiduel
Consommation électrique notable, dégagement de chaleur
Utilisation : liaison de machines à couples variables (laminoirs , locomotives et bateaux)
Variante : entre inducteur et induit, une poudre métallique dont le fluidité varie avec le champ établit la liaison(embrayage à poudre)
Coupleur hydraulique
Principe : entre deux volants toriques cloisonnés radialement, un liquide (huile) parcourt un circuit circulaire fermé et agit comme un obstacle
Couple transmis fonction du remplissage et de la vitesse de rotation du volant moteur. Les frottements absorbent une certaine énergie ; la puissance n’est pas transmise intégralement. Très bonne progressivité
Utilisation : véhicules, automobiles.