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Frein
La présente invention concerne les freins pour organes tournants, par exemple les roues de véhicules et se rapporte plus particulièrement à la catégorie de freins dits freins à plateaux.
Il a été connu jusqutici de munir les freins de roues d'un mécanisme ou servo-dispositif grâce auquel la force de freinage est fournie par le couple de la roue elle-même.
Les réalisations connues donnent cependant naissance à di- verses objections étant sujettes, par exemple, à des tendan- ces au blooage, à des limitations d'encombrement, à l'inca- pacité d'atteindre la force de freinage désirée, et ne rem- plissent pas complètement les conditions essentielles qui sont requises lorsqu'il s'agit d'arrêter un véhicule lourd, par exemple un avion roulant à une vitesse d'atterrissage con- sidérable, en un espace relativement court au moyen d'un dis- positif actionné à la main, Un problème technique très diffi- cile se pose lorsqu'un frein actionné à la main et comportant une commande à pédale, ayant une course de freinage ne dépas- sant pas 10 cm environ sous une force de 45 Kgs.
doit ser- vir à arrêter, au bout d'un parcours raisonnable,un avion pe- sant par exemple 20 tonnes ou davantage. Un avion de 5 tonnes se posant à une vitesse de 130 km. à l'heure possède une énergie cinétique supérieure à 25.000 kilogrammètres qu'il s'agit dtabsorber,,
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La présente invention qui constitue un perfectionnement aux freins de construction antérieure s'applique de façon par- ticulière aux freins Hydrauliques; cependant, son principe nouveau qui comprend un servo-dispositif multiplicateur de la force de freinage peut aussi s'adapter aux freins à commande mécanique.
Le but général de la présente invention est de fournir un frein actionné par l'organe à freiner lui-même, non enrayable, à commande simple, à longue durée de vie, relativement peu coû- teux et grande capacité et, plus particulièrement, un frein se prêtant aux conditions d'emploi sur les grands avions.
L'invention se propose encore de fournir un dispositif grace auquel la force de freinage exercée par l'opérateur sur le plateau du frein est considérablement multipliée.
L'invention se propose encore de fournir un frein com- prenant un dispositif de freinage oscillant transmettant sa for- ce de freinage à un servo-dispositif multiplicateur d'effort re- lié hydrauliquement au dispositif donnant le fluide sous pres- sion d'un dispositif de freinage principal.
L'invention se propose encore de prévoir un frein dans lequel Inapplication du couple de la roue exercée sur le piston d'un servo dispositif hydraulique sert à amplifier la force de freinage en transmettant la pression produite dans le servo-dis- positif à un ou plusieurs cylindres de pression de section trans- versale individuelle ou totale supérieure à ceux du servo-dispo- sitif et disposé dans l'organe de freinage principal.
L'invention se propose encore de permettre l'isolement hydraulique de l'organe de freinage principal de la conduite principale d'alimentation en fluide du frein pendant que le frein est en fonctionnement et de rétablir la communication hy- draulique lorsque le frein est inactif.
L'invention se propose enfin de fournir un appareil de freinage comprenant un organe mobile de serrage contre un plateau de frein, un servo-dispositif commandé par le déplace-- ment de cet organe mobile et des organesde frein principaux commandés par ce servo-dispositif.
Les buts ci-dessus de l'invention ainsi que d'autres qui deviendront apparents dans le cours de la description ci- après sont atteints au moyen d'un dispositif de freinage hydrau- lique actionné par un maître cylindre commandé par l'opérateur.
Ce cylindre est monté sur un levier qui peut osciller autour d'un point fixe et dont le mouvement est limité. Il est relié par des moyens mécaniques au servo-dispositif auquel il transmet sa force de freinage afin d'y engendrer une pression de fluide qui est à son tour transmise aux cylindres alun dispositif de freinage principal. Par suite de la section transversale de ces cylindres trèssupérieure à celle du cylindre du servo-dispositif, la force de freinage est multipliée d'autant et devient d'autant plus efficace.
Pour une meilleure comprénension de l'invention, on se référera aux dessins annexés dans lesquels :
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La Fige l est une vue de côté fragmentaire avec coupe partielle d'une réalisation de l'invention.
La Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1.
La Fige 3 est une vue en coupe à plus grande échelle de la soupape de retenue intercalée dans le dispositif de freina- ge principal.
La Fig. 4 est une vue semblable à celle de la Fige 1 d'une variante de l'invention.
La Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne v-v de la Fige 4 et
La Fig. 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la Pige 4.
Bien que les principes de la présente invention ne soient illustrés que dans le cas d'un frein à commande hydraulique et d'une seule roue il,invention est aussi applicable à un frein à serve-dispositif à commande mécanique et appliqué deux roues.
De plus, l'invention a été illustrée dans le cas d'une roue d'avion, application à laquelle l'invention se prete plus particulièrement.
Cependant, les principes de l'invention s'appliquant d'une façon générale au freinage des organes rotatif+pratiquement de n'importe quel type.
En se référant aux Figs. 1 et 2, le repère 10 désigne une roue d'avion montée sur un axe 12 ayant un: flasque 14 et sup- portée par l'infra-structure (non représentée) d'un avion.
La roue 10 est solidarisée au moyen de clavettes 16 sur la jante de la roue avec un plateau de frein 18 tournant soli- dairement avec la roue.
Le frein comporte un dispositif 20 de freinage destiné à la commande du serve-dispositif, Ce dispositif 20 représen- té globalement,consiste en un patin de frein 22 ayant la forme d'un cylindre hydraulique d'un côté du plateau de frein et en un patin en forme de flasque 24 de l'autre côté du pla- teau. Les patins 22 et 24 sont maintenus ensemble et attachés à une extrémité d'un levier recourbé 26 au moyen de boulons 28. Le levier, maintenu à son autre extrémité écarté du flas- que 14 par une entretoise 30 pou osciller autour d'un axe ou boulon 32 fixe traversant 1 tiasque 14.
Afin d'éviter le dé- placement axial de l'extrémité oscillante et en porte à faux du levier 26, cette extrémité est munie de deux clavettes 34 coulissant dans une rainure 36 d'une pièce de guidage 38 at- tachée , au' flasque 14 par des ooulons à tête 40.
Le cylindre 22 comporte un ajutage d'admission de flui- de moteur 46 pouvant être relié à un maître cylindre (non re- présenté) commandé par l'opérateur. Le cylindre reçoit un pis- tom mobile 48 comportant un joint d'étanchéité flexible 50 dans lequel est enfoncée une partie centrale métallique 52, contre laquelle vient buter une vis de réglage 54. Cette via @
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to urnant dans le taraudage du têton 56 qui, à son tour, est vissé dans la tête du cylindre 58, maintient le piston en po- sition appropriée. Un garnissage 60 et un écrou formant cha- peau 62 vissé par dessus le têton 56 assure l'étanchéité de la vis de serrage, contre les fuites de liquide du frein.
Dans l'extrémité ouverte du cylindre 22 est Vissé un anneau de blo- cage 66; maintenant un ressort 68 contre le piston 48 et, tra- versant l'anneau, est un support mobile 70 en contact avec le piston et portant à son autre extrémité une garniture de frein 72 de forme circulaire en face du plateau de frein. De l'au- tre côté du plateau de frein et en face de la première garnitu- re, le patin 24 porte une garniture de frein semblable 72.
Au levier 26 est attaché par un axe de pivotement 74 un poussoir 76 ayant un jeu latéral suffisant pour s'engager dans l'évidement d'un piston 78 muni d'une bague de joint 80 et mobile dans le cylindre 82 du servo-dispositif qui est rendu solidaire du flasque 14 de l'axe de la roue par des vis 84. Dans le but de compenser la dilatation du liquide, le piston 78 est prévu coulissant sur la tige de piston 76 en prévoyant un trou allongé 86 dans la tige du piston dans lequel peut se déplacer le goujon 8$ du piston, et un res- sort 90 entre les rondelles 92 s'appuie contre le piston 76 d'une part et le levier 26 de l'autre.
Au moyen d'un conduit de communication 94, la pression engendrée dans le cylindre du servo-dispositif est transmise par l'intermédiaire du li- quide moteur dans le ou les cylindres 102 faisant partie de l'organe de freinage principal 104 (représenté globalement).
Cet organe de freinage principal 104 comprend deux pe- tins de frein 106 et 108 sur les deux faces du plateau de frein 18 et reliées entre eux par des vis à tête 110. Le pa- tin de frein 106 est rattaché au moyen de boulons 32, 40,84 et 112 au flasque 14 et contient une garniture de frein 116 renforcée par une plaque d'acier 118 et comportant des possa- ges cylindriques 120 traversant la plaque 118 et se logeant dans des évidements 122 du patin de frein 106. Le patin de frein 108 est pourvu de plusieurs cylindres de pression 102, trois par exemple, communiquant entre eux par des ouvertures 124 et 126 le cylindre du milieu comportant un orifice d'admission 128 à travers lequel le liquide moteur est envoyé sous pression du cylindre 82 par l'intermédiaire de la condui- te 94.
Dans chacun des cylindres 102 se déplace un piston 130 rendu étanche pour éviter les fuites de fluide moteur au moyen d'une coupelle flexible 132 dans laquelle est enfoncé un dis- que métallique 134 libre dans sa partie centrale pour rece- voir l'extrémité d'une vis de réglage 136 introduite dans le couvercle du cylindre 138, fermé au moyen d'un garnissage 140 et rendu étanche par un manchon presse-étoupe 142 tarau- dé intérieurement. Une plaque de retenue 144 repose contre un jonc élastique 146 disposé dans une gorge de la paroi du cylindre et sert de support aux ressorts 148 qui maintien- nent le piston sous pression du liquide contre la vis de réglage 136 écartée légèrement du couvercle du cylindre.
Une cavité annulaire 150 ayant pour largeur le diamètre du cylin- dre et ayant une profondeur appropriée entre les cylindres voisins contient la garniture de frein 152 pourvue de bossa-
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ges cylindriques 154 s'insérant dans les cavités 156 de la plaque de renforcement 158 en contact avec lextrémité exté- rieure du piston 130.
La variante de l'invention représentée aux Fige. 4 à 6 est agencée pour fournir une action de freinage produite par la roue elle-même pour les deux sens de rotation de la roue, tandis que la forme de réalisation de l'invention représentée aux Figs. 1 à 3 ne fonctionne que pour un sens de rotation des roues. Plus particulièrement, aux Fige. 4 à 6, le dispo- sitif de freinage 20a, commandé par 1-'opérateur, est de construction identique a celle du frein unilatéral décrit. il coopère avec le plateau de frein 170 qui est rendu solidaire de la roue 172 au moyen de clavettes 174 qui lui sont fixées.
La roue est clavetée sur l'arbre 176 qui tourillonne (en un point non représenté) dans une infrastructure d'avion 178 munie d'un.' flasque terminal. 180. Le dispositif de freinage
20a est porté par une plaque guide 182 qui est écartée de la plaque guide 184 au côté opposé de - flasque 180 au moyen dtune entretoise 186, et la plaque guide 184 est maintenue écartée au moyen d'une entretoise 188, d'un levier à came
190. Les plaques guides 182 et 184 sont attachées par des bou- lons 192 au levier 190 qui peut osciller autour de l'axe de la roue.
Le levier 190 est muni , son extrémité extérieure de cames symétriques 194 et est tourillonné à son extré- mité intérieure dans une bague 196 appliquée sur un pro- longement 198 formant moyem d'un jeu de patins de frein/
200. Les patins de frein 200 sont constitués d'une pièce en matière légère, généralement du magnésium, attachée par des boulons 202 traversant des manchons en acier 204 à épaulement passant à travers le patin de frein, jusque la plaque 180, Une bague de retenue 206 vissée dans le patin maintient le levier à cames en place. Les patins 200 constituent une partie de l'organe de freinage principal désigné globalement par le repère 212 et sont solidaires de deux cylindres du servo-dispositif 214, un pour chaque sens de rotation de la roue.
Chaque cylindre 214 reçoit de façon coulissante un piston 216, une bague d'étanchéité
218 et une tige de piston 220. La tige de piston 220 com- porte une extrémité en forme de chape 222 qui maintient au moyen d'un boulon 224 un galet 226.
Chaque piston 216 est actionné en opposition à la pression du fluide moteur des cylindres 214 par une came
194 du levier à cames 190, la came 194 attaquant le rou- leau 226 lorsque le dispositif de freinage 20a est appli-- qué sur le plateau de frein 170. Les cames en position écartées le piston étant repoussé le plus loin possible vers l'arrière, sont représentées en traits interrompus
Le contour de la came coopérant avec le galet 226 est dé- terminé de telle manière que la pression du piston agira sur-la came de manière à produire une composante latérale compensant le frottement du galet afin d'éviter dans la mesure du possible les efforts de flexion dans la tige de piston.
Autrement dit, le point de contact entre le galet et la came est un peu décalé de l'axe de la tige de pis- ton vers l'extérieur de la came. Un ressort 228, supporté par une bague 230, maintenu par une bague de verrouillage
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232 élastique dans la paroi du cylindre et appuyant con- tre le piston 216 peut être disposé pour compenser la di- latation du fluide.
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Chaque cylindre 214 du aervo-diagoaitif est en com- munication Hydraulique par des trous 240 avec l'une des deux chambres de pression ou cylindres 242 prévus d'un côté du jeu de patins 200. Les cylindres 242 communiquent entre eux par des trous 244. Chaque cylindre 242 est pour- vu sur un de ses côtés d'un chapeau amovible 246 contenant
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une baaue dtétancnéité 248 vers la paroi du cylindre et .main- tenu en place par un jonc 250 introduit dans une gorge de la paroi du cylindre. Un piston 256 de section axiale en U portant un joint d'étanchéité 258 dans une gorge 260 et ménageant un espace annulaire de faible hauteur entre lui- même et le chapeau de cylindre 246 est mobile dans le cy- lindre 242 et s'adapte librement par-dessus la portion cy- lindrique décalée du chapeau de cylindre.
Le piston 256
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comporte généralement un joint d'étanonëité supplémentaire 262 inséré dans une gorge 264 de la paroi du cylindre.
Dans un évidement 266 du chapeau de cylindre, vient s'in- sérer un bossage cylindrique 268 d'une plaque de renforce- ment 270 à laquelle vient s'attacher la garniture de frein 272 faisant face à l'un des côtés du plateau de frein 170.
Une vis de réglage 280 est prévue sur le chapeau de cylindre pour régler le jeu entre la garniture et le lateau. Cette
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vis est rendue étanche contre les fuites de rluide sous pres- sion par une garniture 2 2 associée à une bagÀ re886-étOU9e taraudée 2!:$4-.
La garniture de frein 286 sur la face opposée lilateau astaa'tâcnésr ûnafplâquéâeszénf rcewéntpt5tscompor- plateau est attachée une plaque de renforcement conpor- tant des bossages cylindriques 290 s'insérant dans des évide- ments correspondants 292 du patin 200. Entre les cylindres 242 sont disposés des ressorts 294 dans des trous 296, main- tenus sous compression contre des rondelles 298 par des vis à tête 300 vissées dans la plaque 270 de la garniture 272 dans le but d'écarter la garniture du plateau. Bien que celle- ci ne soit pas représentée au dessin, une conduite d'amenée de liquide moteur, comprenant une valve de retenue dans l'or- gane de freinage principal, sera prévue de manière similaire à celle qui a été représentée dans la réalisation du frein unilatéral et décrite ci-après.
Bien que le fonctionnement du frein ressorte assez clairement du texte ci-dessus, on procédera néanmoins à un bref résumé de celui-ci dans un but de simplification. On se reportera plus particulièrement aux figures 1 à 3 bien qu'il doit être entendu que lappareil des Fige* 4 à 6 fonctionne de manière semblable.
Les principaux éléments de structure du frein comme illustré, sont tous indépendants et consistent en un disposi- tif de freinage 20 actionné partir d'un maître-cylindre (non repésenté) commandé par l'opérateur. Ce dispositif est
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attaché lsextréoité libre d'un levier 26 qui peut osciller autour d'un axe rixe. Lorsque le dispositif de freinage 20 est mis en action, son frottement contre le plateau de frein
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l'oblige â pousser le piston du cylindre 82 du servo-dispositif contre le fluide de frein contenu à l'intérieur et produit la pression.- t3s m ce et le d laca.ùant consécutif de l'organe de treinaje xincipol 104.
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En établissant convenablement la course et le diamètre du servo-dispositif, on peut obtenir ntimporte quel volume de dé- placement ou pression désirée dans des limites d'utilisations re- lativement larges. On peut remarquer cependant que la rôle habituel du servo-dispositif ne consiste pas à augmenter la pression du fluide de freinage bien que ceci'puisse se faire si on le dési- re,mais bien d'augmenter le volume du fluide déplacé sans sa- crifier une partie de la pression de freinage.
Autrement dit, on a constaté que, dans'les freins actionnés à la main, il n'est guère possible à lopérateur de déplacer plus del cm3 sous une pression de 2,6 Kgs par cm2 ou de fournir un travail équivalent% par exemple 2 cm3 sous une pression de 1,3 Kgs. par cm2. Or, lorsquon'utilise un grand nombre de cylindres de frein pour ab- sorber un nombre élevé de liologrammètres, un déplacement de flui- de considérable est nécessaire sous une pression relativement haute.
Le déplacement de 1 cm3 sous 2,6 Kgs de pression qui peut être engendré par un opérateur ne suffit pas 1-cet usage, mais suffit par contre à faire fonctionner de façon satisfaisante le dispo- sitif de freinage 20 qui, lorsqu'il est serré contre le plateau de frein 18 de la roue, sert à faire fonctionner le servo-dispo- sitif, comme décrit ci-dessus, pour obtenir le déplacement et la pression désirés dans l'organe de freinage 104.
Les caractéristiques du servo-dispositif 82 et du bras 26 qui lui est associé sont généralement choisies de telle manière que la pression qui y est engendrée soit maintenue légèrement inférieure à celle transmise par le maître cylindre au disposi- tif de freinage de commande. Cette relation ontre les pressions facilite le renouvellement du liquide de frein dans le système, comme il sera décrit plus loin. On peut remarquer en outre que, étant donné que l'intervalle encre les garnitures etle plateau de frein peut être maintenu très faible, la longueur du cylindre du servo-dispositif peut être prévue relativement courte.
Le renouvellement du liquide de frein par suite des fui- tes qui pourraient éventuellement se produire pendant une certaine période de fonctionnement peut être facilement effectué en pré- voyant une communication hydraulique de tous les organes, comme par exemple au moyen du raccord 164 avec la conduite d'alimenta- tion provenant du maître cylindre, lorsque le frein n'est pas actien- né. Pendant le fonctionnement du freina un clapet de retenue inter- calé dans l'organe principal de freinage isole celui-ci de la con- duite d'alimentation principale en fluide par suite de la pression plus élevée régnant dans la conduite d'alimentation.
Plus particulièrement, la conduite d'alimentation 160 en liquide de frein provenant du maître cylindre actionné par l'opé- rateur est munie d'un raccord en T prolongé par un raccord flexible 164 rattaché au dispositif de freinage de commande, tandis que la branche centrale du T est attachée à l'organe de freinage principal fixe.
Dans cette conduite dadmission de fluide à lorgane de frei- nage principal est intercalé un clapet de retenue 16 qui est fermé lorsque la conduite d'alimentation principale en fluide est mainte- nue sous pression et qui s'ouvre vers l'extérieur lorsque la pres- sion transmue au dispositif de freinage de commande du servo- dispositif est relâchée. Dans ces conditions, toute quantité de @
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liquide de frein qui peut avoir fui de l'un des cylindres pendant le fonctionnement du frein se trouvera Immédiate- ment remplacé par du fluide provenant de la conduite principale.
Grace à l'emploi du clapet de retenue 166, les ressorts représentés avec les pistons 78 et 216 respectivement du cylin- dre du servo-dispositif pour la compensation de la dilatation du fluide peuvent être supprimés étant donné que le fluide con- tenu dans les cylindres de pression peut se dilater librement à travers le clapet de retenue lorsque le frein n'est pas en fonc tionnement, c'est-à-dire lorsqu'aucune pression ne règne dans la conduite d'alimentation en fluide.
Il sera entendu, comme on l'a signalé plus haut que, pendant le fonctionnement du frein, la pression appliquée au cylindre de frein de commande sera toujours supérieure à celle développée dans le cylindre du servo-dispositif et, par suite, dans les cylindres de l'organe de freinage principal afin d'em- pêcher la communication hydraulique entre les deux organes de freinage. Cette condition réalisée par un dimensionnement con- venable des diamètres du maître cylindre, du cylindre du frein de commande et du cylindre du servo-dispositif comme décrit ci- dessus.
Il est à noter que le dispositif de frein de commande permet un mouvement longitudinal du plateau de frein, en sorte que, si l'usure des garnitures de ce frein et du dispositif de freinage principal ne se fait pas à la même vitesse, le plateau de frein continuera néanmoins à tourner librement sans gripper dans la position de défreinage. Ceci permet également au pla- teau de prendre une certaine convexité sans provoquer un ralen- tissement dans le freinage.
La présente invention est applicable à toute roue de véhi- cule, de même qu'à tout organe mobile ou rotatif. Son applica- tion est particulièrement avantageuse dans les cas où il s'agit d'absorber une grande énergie cinétique, comme dans les avions dans un temps et un espace limités.