WO2021259721A1 - Ensemble et procédé pour une fixation améliorée de pièces d'un frein à tambour - Google Patents

Ensemble et procédé pour une fixation améliorée de pièces d'un frein à tambour Download PDF

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WO2021259721A1
WO2021259721A1 PCT/EP2021/066198 EP2021066198W WO2021259721A1 WO 2021259721 A1 WO2021259721 A1 WO 2021259721A1 EP 2021066198 W EP2021066198 W EP 2021066198W WO 2021259721 A1 WO2021259721 A1 WO 2021259721A1
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WO
WIPO (PCT)
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actuator
relief
drum brake
reliefs
drum
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/066198
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English (en)
Inventor
Philippe Bourlon
Grégory TISSIER
Original Assignee
Foundation Brakes France
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D51/00—Brakes with outwardly-movable braking members co-operating with the inner surface of a drum or the like
    • F16D51/16—Brakes with outwardly-movable braking members co-operating with the inner surface of a drum or the like shaped as brake-shoes pivoted on a fixed or nearly-fixed axis
    • F16D51/18—Brakes with outwardly-movable braking members co-operating with the inner surface of a drum or the like shaped as brake-shoes pivoted on a fixed or nearly-fixed axis with two brake-shoes
    • F16D51/20—Brakes with outwardly-movable braking members co-operating with the inner surface of a drum or the like shaped as brake-shoes pivoted on a fixed or nearly-fixed axis with two brake-shoes extending in opposite directions from their pivots
    • F16D51/24—Brakes with outwardly-movable braking members co-operating with the inner surface of a drum or the like shaped as brake-shoes pivoted on a fixed or nearly-fixed axis with two brake-shoes extending in opposite directions from their pivots fluid actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/22—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for pressing members apart, e.g. for drum brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D51/00—Brakes with outwardly-movable braking members co-operating with the inner surface of a drum or the like
    • F16D2051/001—Parts or details of drum brakes
    • F16D2051/003—Brake supports

Definitions

  • the invention relates to the technical field of brakes and more particularly that of drum brakes.
  • a braking device generally comprises friction means connected to an actuator (also called an actuator) capable of moving the friction means in the direction of a braking member attached to a vehicle wheel.
  • an actuator also called an actuator
  • the braking member comprises a drum integral with the wheel.
  • a plate, integral with the axle, comprising the friction means which are generally formed by at least two jaws in the form of an arc of a circle provided with linings. The jaws move away from each other under the effect of the actuator which includes, for example, cams or pistons.
  • a jaw return spring is also attached to the plate to return the friction means to the rest position when braking is no longer desired.
  • the actuator when the brake is intended for use as a parking and / or emergency brake, the actuator is electric and when the brake is intended for use as a service brake, the actuator is hydraulic.
  • the drum integral with the wheel, is in rotation.
  • the jaws move apart and their linings rub against the axial wall (or skirt) of the drum. In doing so, the rotational speed of the drum decreases causing the wheel to brake.
  • the spacing of the jaws and the forces provided by them during braking cause significant opposing shear forces on the actuator and in particular on the force box which includes the pistons in the embodiments where they are used.
  • the wheel being in rotation and integral with the drum, the rotational movement of the drum tends to drive the jaws and therefore the actuator in its rotation.
  • this is fixed to the plate secured to the axle and therefore stationary.
  • the actuator fasteners therefore undergo opposing shear forces, which are generally located on either side of the axis of rotation.
  • the object of the invention is in particular to ensure better fixing of the actuator to the plate.
  • drum brake plate comprising at least a first relief
  • an actuator capable of actuating the friction means of a drum brake device, the actuator comprising at least one second relief,
  • the first relief having a complementarity of male / female shape with the second relief
  • the part and the sheet assembled together hold each other in the event of movement of one relative to the other.
  • the fastener is largely relieved of tangential stresses, especially in shear.
  • the invention thus guarantees better attachment of the actuator to the drum brake plate.
  • the first relief is of male form and the second relief is of female form.
  • the first relief and the second relief have a curvature, and have a circular, semi-circular or bean shape.
  • Circular or semi-circular shapes allow self-centering.
  • the shapes with a curvature ensure permanent contact between the two parts.
  • the specific bean shape allows better self-centering and reduces dispersions between the two parts assembled together by ensuring permanent contact between the two parts while there is always an unwanted radial play when circular or cylindrical shapes are used.
  • the fixing element is a screw / nut system or a rivet.
  • the attachment is achieved otherwise, for example by clipping, crimping or stapling.
  • the drum brake plate comprises two first reliefs and the actuator comprises two second reliefs.
  • the fastening elements are aligned with the first and second reliefs, and the first and second reliefs are located between the fastening elements.
  • the actuator is expected to be subjected to shear forces at the at least one fastener.
  • the assembly includes two fasteners.
  • the actuator is an electric actuator.
  • the actuator is a hydraulic actuator.
  • the invention provides a drum brake comprising an assembly according to the invention.
  • the invention provides a method of fixing an actuator on a drum brake plate comprising the following steps:
  • the first relief having a complementarity of male / female shape with the second relief
  • the first relief is formed by stamping means.
  • the second relief is formed by molding means.
  • Figures 1 to 4 illustrate a conventional drum brake.
  • FIG. 5 to 10 illustrate the invention.
  • the is a longitudinal section of the actuator attached to the drum brake plate.
  • a drum brake 100 is a braking system consisting of a bell (the drum 4, integral with the wheel 1), inside which is a mechanism 10 (integral with the 'axle 2) comprising at least two jaws 5 in the form of an arc of a circle provided with linings 6. Under the action of pistons 8 (or cams) forming part of the actuator 18, the linings 6 of the jaws 5 rub on the inside of the drum 4. Finally, a spring system 7 makes it possible to return the jaws 5 to their rest positions.
  • the cams are actuated by a mechanical or electrical control (cable, tie rod) while the pistons 8 are the receivers of a hydraulic or electrical control.
  • drum brake 100 operates with pistons 8.
  • the X axis of the is the axis of rotation of the drum brake 100.
  • the Y axis is transverse to the drum brake 100.
  • the Z axis is the normal axis of the drum brake 100.
  • the principle of a drum brake is as follows: the linings 6 rub against the inside of the drum 4. By this friction, they slow down the rotation of the drum 4. The drum being integral with the wheel 1 , its slowing down causes that of the wheel 1. The speed of the wheel 1 decreases and the braking of the wheel 1 is therefore carried out.
  • the points A and B are located on either side of the radial axis Y.
  • points A and B are subjected to opposite forces from the wheel since they are exerted on either side of the Y axis.
  • the direction of the tangential forces exerted on the points A and B vary along the cylindrical half-surface of the drum as illustrated in .
  • the drum exerts opposing forces on the jaws 5 in response to the action of the jaws 5 (via the linings 6).
  • the jaws 5 exert forces collinear with the movement of the piston 8.
  • reaction forces D of the drum 1 on the fixing points A and B hereinafter denoted F D / A and F D / B , are in the same direction but in opposite directions. They are therefore exerted on points A and B parallel to the Z axis from the inner surface of the drum 4. The also illustrates these strengths.
  • points A and B are located at precise points inside the disc formed by plate 3. As illustrated in , it follows that the oriented angle ⁇ between the segment TB and the vector F / B can change sign from a different given point T depending on the geometry of the brake.
  • Points T 1 and T 2 illustrate oriented angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of opposite sign.
  • the invention aims to overcome these drawbacks.
  • FIGS 5, 6 and 7 illustrate one embodiment of the invention.
  • The is a view of the interior of a drum brake, the drum not being shown.
  • the plate 3 is integral with the axle 2.
  • the actuator force box 18 passes through an opening made in the plate.
  • the actuator force box contains pistons (not shown) capable of setting the jaws 5 in motion so as to effect the braking.
  • the actuator is hydraulic.
  • the actuator is electric.
  • the brake according to the invention comprises a hydraulic actuator for service braking and an electric actuator for parking and emergency braking.
  • Fastening elements 30 located at points A and B fix the actuator 18 to the plate 3. These fastening elements 30 include in the present case a screw / nut type device but any other suitable fixing means could be used.
  • the plate 3 is provided with reliefs 26.
  • the reliefs 26 of the plate 3 coincide with the reliefs 28 of the actuator 18 in a male-female arrangement.
  • the reliefs 26 of the plate 3 are the male reliefs and the reliefs 28 of the actuator 18 are the female reliefs.
  • the reliefs can be of any type as long as they respect the male-female arrangement provided according to the invention.
  • the male reliefs form a cap, a dome or even a dome, at the very least has a circular shape in a sectional view along the YZ plane containing the Y and Z axes of the .
  • the male reliefs 26 have a curvature.
  • the male reliefs 26 have a bean shape, which can also be described as an oblong shape deformed by a longitudinal curvature.
  • the male reliefs 26 each have a rounded shape according to a curvature oriented towards the ends of the case as illustrated in Figures 9 and 10. In other words, their shapes envelop the case of effort between them, forming a sort of assembly between brackets "( ) ”.
  • the female reliefs 28 present on the actuator are complementary in shape to that of the male reliefs 26 carried by the plate 3.
  • the plate 3 comprises a different number of male reliefs 26 ranging, for example, between one and ten.
  • the actuator 18 then comprises a corresponding number of female reliefs 28 which each coincide respectively with one of the male reliefs of the plate 3.
  • the curvature is quantified using a ratio between the distance to the longitudinal axis L of the upper (or lower) point and the midpoint.
  • This ratio is for example 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% or even 98%.
  • it is between 51% and 61%, between 61% and 71%, between 71% and 81%, between 81% and 91% or between 91% and 99%.
  • the reliefs have the shape of a bean. Compared to a circular shape, this specific shape allows better self-centering and reduces the dispersions between the two parts assembled together by ensuring permanent contact between the two parts while there is always an unwanted radial play when using circular or cylindrical shapes.
  • the invention also relates to the fixing of an actuator on the plate of a drum brake.
  • the method of fixing the actuator 18 on the drum brake plate 3 comprises the following steps:
  • the first relief 26 having a male / female shape complementarity with the second relief 28,
  • This method makes it possible to fix these two elements together so as to reduce the shearing forces exerted on the fixing point or points.
  • the general principle of the binding according to the invention is to create and then mechanically combine during the binding two reliefs having male-female complementarity.
  • the drum brake plate 3 is stamped in order to create one or more reliefs 26 of the type of male form. These are the first reliefs 26 of the fixing process.
  • the male relief (s) 26 are generally created by means of stamping means.
  • one or more female reliefs 28 are formed on the actuator 18. Generally, they are formed during the molding of the actuator 18.
  • any other shaping means for plate 3 are implemented, such as: machining, 3D printing, cutting, welding, drilling, forming, rolling, wire drawing , spinning, foundry or sintering.
  • hot forming forging, stamping, stamping, stamping
  • cold forming bending, stamping, cold forging, extrusion, cold heading, wire drawing, drawing (for example of stainless steel fibers)
  • bending-rolling for example in boiler making
  • hammering bending-rolling
  • any other shaping means are implemented for the actuator such as: extrusion, calendering, equivalent to rolling for plastics, injection molding, thermoforming, extrusion blow molding or injection blow molding, rotational molding, extrusion inflation, compression molding, and drilling.
  • the number of male reliefs 26 is equal to the number of female reliefs 28.
  • the plate 3 and the actuator 18 each comprise one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, or ten reliefs, and even more.
  • the fixing itself is carried out: after assembling the actuator 18 on the plate 3 by making the reliefs 26, 28 coincide with each other.
  • the male relief (s) 26 then fit into the female relief (s) 28.
  • the actuator 18 is then fixed on the plate 3 using a fastening element 30.
  • a screw / nut system a rivet, clipping, crimping or stapling or even welding is used.
  • the fixing elements 30 are screw-nut systems.
  • the first relief 26 having a complementarity of male / female shape with the second relief 28, and
  • first relief 26 and the second relief 28 coincide with one another.
  • the fastening elements 30 are aligned with the first and second reliefs 26, 28, and the first and second reliefs 26, 28 are located between the fastening elements 30.
  • Points A and B are subjected to the forces stated above. As illustrated in , the resulting forces are directed from B to A and from A to B. In other words, towards the inside of the actuator housing 18.
  • the relief 26 forms a proximal or internal stop for the actuator 18 and in particular the zone T subjected to the resulting forces transmitted by the fixing element 30 to the actuator 18.
  • the relief 26 forms a stop which at point S against the resulting forces exerted on the fixing point and the fixing elements 30.
  • the first and second reliefs 26, 28 are located inside the actuator 18 with respect to the fastening element 30.
  • the reliefs are located between the Y axis and fastener.
  • the arrow INPUT LOAD represents the result of the forces exerted on the fixing elements 30. They are directed towards the inside of the case and the stop formed by the male relief 26 engaged in the relief 28 of the plate 3 against its efforts so that the fixing element 30 remains as stable as possible.
  • the curvature of the reliefs 26 and 28 allows better self-centering and reduces the dispersions between the two parts assembled together by ensuring permanent contact between the two parts.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Un ensemble comprenant: - au plateau de frein à tambour (3) comprenant au moins un premier relief (26), - un actionneur (18) apte à actionner des moyens de friction d'un dispositif de frein à tambour, l'actionneur comprenant au moins un second relief (28), le premier relief (26) ayant une complémentarité de forme mâle/femelle avec le second relief (28), et - au moins un élément de fixation (30) fixant l'actionneur (18) au plateau de frein à tambour (3), le premier relief (26) et le second relief (28) coïncidant entre eux.

Description

Ensemble et procédé pour une fixation améliorée de pièces d’un frein à tambour
L’invention se rapporte au domaine technique des freins et plus particulièrement celui des freins à tambour.
Un dispositif de freinage comprend en général des moyens de friction reliés à un organe d’actionnement (aussi appelé actionneur) apte à déplacer les moyens de friction en direction d’un organe de freinage fixé à une roue de véhicule. Cela a pour but de mettre les moyens de friction en contact avec l’organe de freinage pour freiner le véhicule par friction ou de les écarter de l’organe de freinage dans le but de cesser le freinage. Dans le cas d’un frein à tambour, l’organe de freinage comprend un tambour solidaire de la roue. À l'intérieur de ce tambour se trouvent un plateau, solidaire de l'essieu, comportant les moyens de friction qui sont généralement formés par au moins deux mâchoires en forme d’arc de cercle munies de garnitures. Les mâchoires s’écartent l’une de l’autre sous l’effet de l’actionneur qui comprend par exemple des cames ou des pistons. Un ressort de rappel des mâchoires est également fixé au plateau pour rappeler les moyens de friction en position de repos lorsque le freinage n’est plus souhaité. De manière générale, lorsque le frein est destiné à être utilisé en tant que frein de parking et/ou de secours l’actionneur est électrique et lorsque le frein est destiné à être utilisé en tant que frein de service l’actionneur est hydraulique.
En fonctionnement, le tambour, solidaire de la roue, est en rotation. Sous l’action des cames ou des pistons de l’actionneur, les mâchoires s’écartent et leurs garnitures viennent frotter sur la paroi axiale (ou jupe) du tambour. Ce faisant, la vitesse de rotation du tambour diminue entrainant un freinage de la roue.
L’écartement des mâchoires et les efforts fournis par elles pendant le freinage entrainent des efforts de cisaillement opposés important sur l’actionneur et notamment sur le boitier d’effort qui comprend les pistons dans les modes de réalisations où ceux-ci sont utilisés. En effet, la roue étant en rotation et solidaire du tambour, le mouvement de rotation du tambour tend à entrainer les mâchoires et donc l’actionneur dans sa rotation. Or celui-ci est fixé au plateau solidaire de l’essieu et donc immobile. Les éléments de fixation de l’actionneur subissent donc des efforts de cisaillement opposés étant généralement situés de part et d’autre de l’axe de rotation.
Ces efforts de cisaillement opposés répétés au cours du fonctionnement du frein sont responsables de l’apparition d’un jeu entre le plateau du frein à tambour et les vis fixant l’actionneur. La fixation de l’actionneur sur le plateau est donc de moins en moins ferme. Ainsi, la position des pistons et in fine des mâchoires par rapport au tambour est modifiée par rapport à sa conformation initiale, ce qui diminue les performances de freinage et peut même endommager le frein.
L'invention a notamment pour but d’assurer une meilleure fixation de l’actionneur au plateau.
A cette fin, on prévoit un ensemble comprenant :
- un plateau de frein à tambour comprenant au moins un premier relief,
- un actionneur apte à actionner des moyens de friction d’un dispositif de frein à tambour, l’actionneur comprenant au moins un second relief,
le premier relief ayant une complémentarité de forme mâle/femelle avec le second relief, et
- au moins un élément de fixation fixant l’actionneur au plateau de frein à tambour,
le premier relief et le second relief coïncidant entre eux.
Grâce à la complémentarité mâle-femelle des reliefs, la pièce et la feuille assemblées entre elles se retiennent mutuellement en cas de mouvement de l’une par rapport à l’autre. En conséquence, l’élément de fixation est largement soulagé des contraintes tangentielles, notamment, en cisaillement. L'invention garantit ainsi une meilleure fixation de l’actionneur sur le plateau de frein à tambour.
De manière préférentielle, le premier relief est de forme mâle et le second relief est de forme femelle.
Selon un mode de réalisation avantageux, le premier relief et le second relief présentent une courbure, et ont une forme circulaire, semi-circulaire ou de haricot.
Les formes circulaires ou semi-circulaires permettent un auto-centrage. Les formes dotées d’une courbure assurent un contact permanent entre les deux pièces.
Enfin les formes arrondis précédentes permettent une meilleure dispersion des efforts de cisaillement reçus.
Par rapport à une forme circulaire, la forme en haricot spécifique permet un meilleur auto-centrage et réduit les dispersions entre les deux pièces assemblées entre elles en assurant un contact permanent entre les deux pièces alors qu’il existe toujours un jeu radial non désiré quand on utilise des formes circulaires ou cylindriques.
Selon un mode de réalisation, l’élément de fixation est un système vis/écrou ou un rivet.
Dans d’autres modes de réalisation, la fixation est réalisée autrement, par exemple par clipage, sertissage ou agrafage.
Dans un premier mode de réalisation particulier, le plateau de frein à tambour comprend deux premiers reliefs et l’actionneur comprend deux seconds reliefs.
Dans ce premier mode de réalisation, les éléments de fixations sont alignés avec les premiers et seconds reliefs, et les premiers et seconds reliefs sont situés entre les éléments de fixations.
Cela permet aux reliefs de former une butée et de contrer efficacement les efforts tangentiels (par exemple de cisaillement) reçus.
On prévoit que l’actionneur est soumis à des efforts de cisaillements au niveau du au moins un élément de fixation.
De préférence, l’ensemble comprend deux éléments de fixation.
On obtient ainsi une meilleure fixation de l’actionneur sur le plateau de frein à tambour.
Dans un mode de réalisation l’actionneur est un actionneur électrique.
Dans un autre mode de réalisation l’actionneur est un actionneur hydraulique.
L’invention prévoit un frein à tambour comprenant un ensemble selon l’invention.
Enfin, l’invention prévoit un procédé de fixation d’un actionneur sur un plateau de frein à tambour comprenant les étapes suivantes :
- former au moins un premier relief sur l’actionneur,
- former au moins un second relief sur l’actionneur,
le premier relief ayant une complémentarité de forme mâle/femelle avec le second relief,
- assembler l’actionneur et le plateau de frein à tambour en faisant coïncider le premier et le second relief entre eux, et
- fixer l’actionneur au plateau de frein à tambour au moyen d’au moins un élément de fixation.
De manière avantageuse, le premier relief est formé par des moyens d’emboutissage.
De manière préférentielle, le second relief est formé par des moyens de moulage.
Nous allons maintenant décrire en détail un mode de réalisation particulier de l’invention à l’appui des figures suivantes.
Brève description des figures
Les figures 1 à 4 illustrent un frein à tambour classique.
la est une vue schématique des différents composants d’un frein à tambour.
la représente une vue en coupe transversale issue de la du frein à tambour.
la illustre schématiquement les forces s’exerçant sur un boitier d’un actionneur du frein à tambour.
la illustre schématiquement les résultantes de ses forces.
Les figures 5 à 10 illustrent l’invention.
la est une vue de face d’un frein à tambour ouvert sur laquelle le tambour n’est pas représenté.
la est une coupe longitudinale de l’actionneur fixé sur le plateau de frein à tambour.
la est un schéma des effets des reliefs sur le bilan des forces.
la est un schéma illustrant les forces exercées sur le tambour.
la illustre les butées formées par les reliefs.
la montre la forme de la courbure des reliefs.
 Description détaillée
Comme illustré aux figures 1 et 2, un frein à tambour 100 est un système de freinage constitué d’une cloche (le tambour 4, solidaire de la roue 1), à l'intérieur de laquelle se trouve un mécanisme 10 (solidaire de l'essieu 2) comportant au moins deux mâchoires 5 en forme d’arc de cercle munies de garnitures 6. Sous l’action de pistons 8 (ou de cames) faisant parties de l’actionneur 18, les garnitures 6 des mâchoires 5 viennent frotter sur l’intérieur du tambour 4. Enfin, un système de ressort 7 permet de ramener les mâchoires 5 à leurs positions de repos.
Les cames sont actionnées par une commande mécanique ou électrique (câble, tirant) alors que les pistons 8 sont les récepteurs d'une commande hydraulique ou électrique.
Dans le mode de réalisation présenté, le frein à tambour 100 fonctionne avec des pistons 8.
Pour une meilleure compréhension, on considère que l’axe X de la est l’axe de rotation du frein à tambour 100. L’axe Y est transversal du frein à tambour 100. Enfin, l’axe Z est l’axe normal du frein à tambour 100.
Fonctionnement d’un frein à tambour classique et inconvénients
Comme expliqué plus haut, le principe d’un frein à tambour est le suivant : les garnitures 6 viennent frotter contre l’intérieur du tambour 4. Par ce frottement, elles ralentissent la rotation du tambour 4. Le tambour étant solidaire de la roue 1, son ralentissement entraine celui de la roue 1. La vitesse de la roue 1 diminue et on réalise donc le freinage de la roue 1.
La illustre schématiquement les points de fixations A et B du boitier d’effort de l’actionneur 18 emprisonnant le piston 8. Les points A et B sont situés de part et d’autre de l’axe radial Y.
Nous allons maintenant décrire les forces ou efforts exercés sur les points A et B.
Efforts tangentiels issus de la roue sur les points A et B
Sur la , les points A et B sont soumis à des efforts opposés issus de la roue puisqu’ils sont exercés de part et d’autre de l’axe Y.
Comme illustré à la , les forces W de la roue sur les points B et A, ci-après notées FW/B et FW/A, sont opposées. L’une va vers le haut, l’autre vers le bas suivant le sens de rotation de la roue dans le référentiel des points A et B.
Le sens des efforts tangentiels exercés sur les points A et B varient le long de la demi-surface cylindrique du tambour comme illustré à la .
Efforts de réaction aux mâchoires sur les points A et B
Le tambour exerce des efforts opposés sur les mâchoires 5 en réaction à l’action des mâchoires 5 (via les garnitures 6). Les mâchoires 5 exercent des forces colinéaires au déplacement du piston 8.
Ainsi, comme illustrés à la , les efforts D des mâchoires 5 sur le tambour 1, à partir des points A et B, ci-après notés FA/D et FB/D, sont dirigés parallèlement à l’axe Z et orientés depuis les points A et B vers la surface intérieure du tambour 1.
Par définition, les efforts D de réactions du tambour 1 sur les points de fixation A et B, ci-après notés FD/A et FD/B, sont de même direction mais de sens opposés. Ils sont donc exercés sur les points A et B parallèlement à l’axe Z depuis la surface intérieure du tambour 4. La illustre également ces forces.
Bilan des forces sur les points A et B
Les forces résultantes, ci-après notées F/A et F/B, exercées sur les points A et B sont égales à la somme des efforts tangentiels FW/A et FW/B et de réaction FD/A et FD/B.
Sur la , en raisonnant à partir du point B, il est possible de distinguer pour chaque point de contact T situé le long de la surface du tambour un segment TB. La résultante F/T des forces s’exerçant au point T exerce un bras de levier le long de ce segment TB sur le boitier d’effort de l’actionneur au point B.
Cependant, suivant la géométrie précise du frein à tambour, les points A et B sont situés à des points précis à l’intérieur du disque que forme le plateau 3. Comme illustré à la , il s’en suit que l’angle orienté α entre le segment TB et le vecteur F/B peut changer de signe à partir d’un point T donné différent suivant la géométrie du frein.
Les points T1 et T2 illustrent des angles orientés α1 et α2 de signe opposé.
Les efforts en ces points d’angles orientés de signe opposé sont le lieu d’efforts de bras de levier de directions opposées. Ainsi, à l’encontre d’une même mâchoire 5, des efforts de directions opposées sont transmis au point de fixation. Cela crée des efforts de cisaillement conduisant à une résultante F/A et F/B de signe et direction donné une fois certains efforts compensés entre eux. Néanmoins les points A et B sont donc le lieu de fortes tensions.
La illustre schématiquement les forces résultantes F/A et F/B. Celles-ci sont orientées vers l’intérieur du boitier. Autrement dit, la force résultante F/A est orientée vers B et la force F/B est orientée vers A.
Nous raisonnons à présent d’après le point de vue du boitier d’effort de l’actionneur 18. Le boitier d’effort est donc soumis à des efforts F/A et F/B qui ne se compensent pas.
Ces forces résultantes créent des efforts de cisaillements au sein du boitier d’effort. Ces efforts de cisaillements sont dirigés vers l’intérieur du boitier.
Au cours du fonctionnement du frein à tambour et de l’alternance des cycles de freinage/relâche, ces efforts de cisaillement opposés et répétés sont responsables de l’apparition d’un jeu entre le plateau et les vis fixant l’actionneur 18. La fixation de l’actionneur 18 sur le plateau est donc de moins en moins ferme. Ainsi, les positions relatives des pistons et in fine des mâchoires par rapport au tambour est modifiée par rapport à sa conformation initiale, ce qui diminue les performances de freinage et peut même endommager le frein.
L’invention vise à surmonter ces inconvénients.
Description de l’invention
Les figures 5, 6 et 7 illustrent un mode de réalisation de l’invention.
La est une vue de l’intérieur d’un frein à tambour, le tambour n’étant pas représenté. Le plateau 3 est solidaire de l’essieu 2. Le boitier d’effort de l’actionneur 18 traverse une ouverture ménagée dans le plateau. Le boitier d’effort de l’actionneur contient dans le cas présent des pistons (non représentés) apte à mettre en mouvement les mâchoires 5 de manière réaliser le freinage. Dans le cas présent l’actionneur est hydraulique. Dans un autre mode de réalisation l’actionneur est électrique. Le fait que l’actionneur soit électrique ou hydraulique n’influe pas sur les autres composants du frein. Avantageusement, le frein selon l’invention comporte un actionneur hydraulique pour le freinage de service et un actionneur électrique pour les freinages de parking et de secours. Des éléments de fixation 30 situés aux points A et B fixent l’actionneur 18 au plateau 3. Ces éléments de fixation 30 comprennent dans le cas présent un dispositif de type vis/écrou mais tout autre moyen de fixation approprié pourrait être utilisé.
Description des reliefs
Comme illustré à la , le plateau 3 est pourvu de reliefs 26. Lorsque l’actionneur 18 est monté sur le plateau 3, les reliefs 26 du plateau 3 coïncident avec les reliefs 28 de l’actionneur18 selon un agencement mâle-femelle.
Les reliefs 26 du plateau 3 sont les reliefs mâles et les reliefs 28 de l’actionneur18 sont les reliefs femelles.
Les reliefs peuvent être de tout type tant qu’ils respectent l’agencement mâle-femelle prévu selon l’invention.
Néanmoins, il est préféré que les reliefs mâles forment une calotte, un dôme ou encore une coupole, présente à tout le moins une forme circulaire selon une vue en coupe selon le plan Y-Z contenant les axes Y et Z de la .
De manière encore plus préférentielle, les reliefs mâles 26 ont une courbure. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 9 et 10, les reliefs mâles 26 ont une forme de haricot, qui peut également être décrite comme une forme oblongue déformée par une courbure longitudinale.
Les reliefs mâles 26 ont chacun une forme arrondie selon une courbure orientée vers les extrémités du boitier comme illustré aux figures 9 et 10. Autrement dit, leurs formes enveloppent le boitier d’effort entre eux en formant une sorte d’ensemble entre parenthèse « ( ) ».
Les reliefs femelles 28 présents sur l’actionneur (voir ) sont de forme complémentaire à celle des reliefs mâles 26 portés par le plateau 3.
Dans le cas présent, deux reliefs 26 et deux reliefs femelles 28 sont présents. Dans d’autres mode réalisation, le plateau 3 comprend un nombre différent de reliefs mâles 26 compris, par exemple, entre un et dix. Dans ces modes de réalisation, l’actionneur 18 comprend alors un nombre correspondant de reliefs femelles 28 qui coïncident chacun respectivement avec un des reliefs mâles du plateau 3.
Avantageusement, la courbure est quantifiée grâce à un ratio entre la distance à l’axe longitudinal L du point supérieur (ou inférieur) et du point médian. Ce ratio est par exemple de 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% voire 98%. Avantageusement, il est compris entre 51% et 61%, entre 61% et 71%, entre 71% et 81%, entre 81% et 91% ou entre 91% et 99%.
Dans le mode de réalisation présenté, les reliefs ont une forme de haricot. Par rapport à une forme circulaire, cette forme spécifique permet un meilleur auto-centrage et réduit les dispersions entre les deux pièces assemblées entre elles en assurant un contact permanent entre les deux pièces alors qu’il existe toujours un jeu radial non désiré quand on utilise des formes circulaires ou cylindriques.
Installation de l’actionneur sur le plateau
L’invention a aussi pour objet la fixation d’un actionneur sur le plateau d’un frein à tambour.
Le procédé de fixation de l’actionneur 18 sur le plateau de frein à tambour 3 comprend les étapes suivantes :
  • former au moins un premier relief 26 sur le plateau de frein à tambour 3,
  • former au moins un second relief 26 sur l’actionneur 18,
le premier relief 26 ayant une complémentarité de forme mâle/femelle avec le second relief 28,
  • assembler l’actionneur 18 et le plateau de frein à tambour 3 en faisant coïncider le premier et le second relief entre eux, et
  • fixer l’actionneur 18 au plateau de frein à tambour 3 au moyen d’au moins un élément de fixation 30.
Ce procédé permet de fixer ces deux éléments ensemble de manière à réduire les efforts de cisaillement exercés sur le ou les points de fixation.
En effet, le principe général de la fixation selon l’invention est de créer puis d’associer mécaniquement au cours de la fixation deux reliefs ayant une complémentarité mâle-femelle.
Ainsi, le plateau de frein à tambour 3 est emboutie afin d’y créer un ou plusieurs reliefs 26 de type de forme mâle. Ce sont les premiers reliefs 26 du procédé de fixation. Autrement dit, le ou les reliefs mâles 26 sont généralement créés grâce à des moyens d’emboutissage.
En parallèle, un ou plusieurs reliefs femelles 28 sont formés sur L’actionneur 18. Généralement, ils sont formés lors du moulage de l’actionneur 18.
On parle aussi de bossage pour caractériser la formation des reliefs.
Les exemples de moyens de formation des reliefs ne sont pas limitatifs.
Dans des variantes de l'invention, on met en œuvre tout autre moyen de mise en forme pour plateau 3 comme : l’usinage, l’impression 3D, le découpage, le soudage, le perçage, le formage, le laminage, le tréfilage, le filage, la fonderie ou encore le frittage.
Selon une variante, on utilise du formage à chaud (forgeage, estampage, matriçage, emboutissage) ou à froid (pliage, emboutissage, forgeage à froid, extrusion, frappe à froid, tréfilage, étirage (par exemple de fibres d'inox), cintrage-roulage (par exemple en chaudronnerie), ou martelage).
De même, dans d'autres variantes, on met en œuvre tout autre moyen de mise en forme pour l’actionneur comme : l'extrusion, le calandrage, équivalent du laminage pour les matières plastiques, le moulage par injection, le thermoformage, l'extrusion-soufflage ou l'injection-soufflage, le roto-moulage, l'extrusion-gonflage, le moulage par compression, et le perçage.
Le nombre de reliefs mâles 26 est égal au nombre de reliefs femelles 28. Dans certains modes de réalisation, le plateau 3 et l’actionneur 18 comprennent chacun un, deux, trois, quatre, cinq, six, sept, huit, neuf, ou dix reliefs, voire plus encore.
Dans le mode de réalisation présenté, il existe deux lieux d’assemblage où un relief mâle 26 est assemblé dans un relief femelle 28.
Une fois, les reliefs formés, on procède à la fixation en elle-même : après avoir assemblé l’actionneur 18 sur le plateau 3 en faisant coïncider les reliefs 26, 28 entre eux. Le ou les reliefs mâles 26 s’insèrent alors dans le ou les reliefs femelles 28.
On fixe alors l’actionneur 18 sur le plateau 3 à l’aide d’un élément de fixation 30.
Généralement, on utilise un système vis/écrou, un rivet, un clippage, un sertissage ou un agrafage voire un soudage.
Comme indiqué précédemment, dans le mode de réalisation présenté, les éléments de fixation 30 sont des systèmes vis-écrou.
On obtient ainsi un ensemble comprenant :
  • un plateau de frein à tambour 3 comprenant au moins un premier relief 26,
  • un actionneur 18 comprenant au moins un second relief 28,
le premier relief 26 ayant une complémentarité de forme mâle/femelle avec le second relief 28, et
  • au moins un élément de fixation 30 fixant l’actionneur 18 au plateau 3,
le premier relief 26 étant inséré dans le second relief 28.
Autrement dit, le premier relief 26 et le second relief 28 coïncident entre eux.
Dans le mode de réalisation présenté, les éléments de fixations 30 sont alignés avec les premiers et seconds reliefs 26, 28, et les premiers et seconds reliefs 26, 28 sont situés entre les éléments de fixations 30.
Suppression des efforts
Les points A et B sont soumis aux efforts énoncés plus haut. Comme illustrés à la , les efforts résultants sont orientés de B vers A et de A vers B. Autrement dit, vers l’intérieur du boitier de l’actionneur 18.
Selon l’invention ces efforts exercés depuis les points de fixations vers l’intérieur du boitier sont contrés par les reliefs qui forment des éléments de butées. Cet effet est encore plus important en plaçant des éléments de butées entre les points de fixation.
Ces éléments de butées sont visibles à la . Le relief 26 forme une butée proximale ou intérieure pour l’actionneur 18 et en particulier la zone T soumise aux efforts résultants transmis par l’élément de fixation 30 à l’actionneur 18.
Grâce au relief 28 de l’actionneur 18, le relief 26 forme une butée qui contre au point S les efforts résultants exercés sur le point de fixation et l’éléments de fixation 30.
Pour contrer les efforts résultants exercés sur le point de fixation, les premiers et seconds reliefs 26, 28 sont situés à l’intérieur de l’actionneur 18par rapport à l’élément de fixation 30. Autrement dit, les reliefs sont situés entre l’axe Y et l’élément de fixation.
La illustre les efforts exercés au point S. La flèche INPUT LOAD représente la résultante des efforts exercés sur l’éléments de fixation 30. Ils sont dirigés vers l’intérieur du boitier et la butée formée par le relief-mâle 26 engagée dans le relief 28 du plateau 3 contre ses efforts afin que l’élément de fixation 30 reste le plus stable possible.
Grâce à la courbure des reliefs 26 et 28, les efforts résultants F/A et F/B ne concourent pas tous vers un même point mais divergent ce qui améliore la stabilité de l’élément de fixation 30.
De plus, la courbure des reliefs 26 et 28 permet un meilleur auto-centrage et réduit les dispersions entre les deux pièces assemblées entre elles en assurant un contact permanent entre les deux pièces.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
Liste de références
1 : roue
2 : essieu
3 : plateau
4 : tambour
5 : mâchoire
6 : garnitures
7 : ressort
8 : piston
10 : mécanisme à l’intérieur du tambour
18 : actionneur
26 : reliefs du plateau
28 : reliefs de l’actionneur
30 : élément de fixation
100 : frein à tambour

Claims (14)

  1. Ensemble comprenant :
    - un plateau de frein à tambour (3) comprenant au moins un premier relief (26),
    - un actionneur (18) apte à actionner des moyens de friction d’un dispositif de frein à tambour, l’actionneur comprenant au moins un second relief (28),
    - au moins un élément de fixation (30) fixant l’actionneur (18) au plateau de frein à tambour (3),
    caractérisé en ce que le premier relief (26) a une complémentarité de forme mâle/femelle avec le second relief (28), et
    en ce que le premier relief (26) et le second relief (28) coïncident entre eux.
  2. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le premier relief (26) est de forme mâle et le second relief (28) est de forme femelle.
  3. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier relief (26) et le second relief (28) présentent une courbure et ont une forme circulaire, semi-circulaire ou de haricot.
  4. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément de fixation (30) est un système vis/écrou ou un rivet.
  5. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plateau de frein à tambour (3) comprend deux premiers reliefs (26) et l’actionneur (18) comprend deux seconds reliefs (28).
  6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur (18) est soumis à des efforts de cisaillements au niveau du au moins un élément de fixation (30).
  7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux éléments de fixation (30).
  8. Ensemble selon la revendication 7, dans lequel les éléments de fixations (30) sont alignés avec les premier (26) et second (28) reliefs, et les premier (26) et second (28) reliefs sont situés entre les éléments de fixations.
  9. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur est un actionneur électrique.
  10. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’actionneur est un actionneur hydraulique.
  11. Frein à tambour (100) comprenant un ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
  12. Procédé de fixation d’un actionneur (18) sur un plateau de frein à tambour (3) comprenant les étapes suivantes :
    - former au moins un premier relief (26) sur le plateau de frein à tambour,
    - former au moins un second relief (28) sur l’actionneur,
    caractérisé en ce que, le premier relief ayant une complémentarité de forme mâle/femelle avec le second relief, le procédé comprend en outre les étapes suivantes :
    - assembler l’actionneur (18) et le plateau de frein à tambour (3) en faisant coïncider le premier et le second relief entre eux, et
    - fixer l’actionneur au plateau au moyen d’au moins un élément de fixation (30).
  13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le premier relief (26) est formé par des moyens d’emboutissage.
  14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 ou 13, dans lequel le second relief (28) est formé par des moyens de moulage.
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