Embrayage 312881 30705395 2008-06-16T18:02:27Z FrankyLeRoutier 399325 /* Voir aussi */ ajout de portails L''''embrayage''' est un dispositif d'[[Accouplement (mécanique)|accouplement]] temporaire entre un arbre dit '''moteur''' et un autre dit '''récepteur'''. Du fait de sa transmission par [[liaisons mécaniques avec frottement|adhérence]], il offre une mise en charge progressive de l'accouplement qui évite les à-coups qui pourraient provoquer la rupture d'éléments de transmission ou le calage dans le cas d'une transmission depuis un moteur thermique. Sur les véhicules [[automobile]]s, l'embrayage est nécessaire parce que les [[moteur thermique|moteurs thermiques]] doivent continuer à tourner même si le véhicule est à l'arrêt. Le désaccouplement facilite aussi le changement de rapport de vitesses. L'embrayage trouve donc sa place sur la chaîne de transmission, entre le moteur et la [[boîte de vitesses]], où, de plus, le [[moment (mécanique)#Couple de forces|couple]] à transmettre est le moins élevé. ''« Embrayage »'' désigne également la phase de fonctionnement où l'accouplement est établi&nbsp;; il s'agit de l'opération inverse du ''« débrayage »'' pendant laquelle les arbres sont désolidarisés. En fait ''« Embrayage »'' est une contraction de ''« Dispositif d'embrayage »''. On opposera les embrayages aux ''systèmes à crabotage'' qui assurent un accouplement par obstacle et qui n'autorisent donc pas une mise en charge progressive. [[Image:Embrayage_automobile.jpg|300 px|right|thumb|Demi-coupe d'un embrayage monodisque à diaphragme d'automobile]] == Les phases de fonctionnement d´un embrayage== On distingue trois phases de fonctionnement pour un dispositif d'embrayage. * '''En position embrayée''' : l'embrayage transmet intégralement la puissance fournie (la voiture roule, le [[moteur]] est lié à la [[boîte de vitesses]]). C'est le plus souvent la position stable du dispositif (absence d'action de commande). * '''En position débrayée''' : La transmission est interrompue. Roue libre, ou voiture arrêtée, le moteur peut continuer à tourner sans entraîner les roues. La situation est équivalente au point mort. * '''phase transitoire de glissement''' : en particulier pendant l'''embrayage'', la transmission de puissance est progressivement rétablie. Pendant cette phase, l'arbre d'entrée et de sortie ne tournent pas à la même vitesse&nbsp;; il y a alors glissement entre les disques, donc dissipation d'énergie, sous forme de chaleur. Cette phase est à limiter dans le temps, même si elle est inévitable et permet de solidariser graduellement le moteur et la boîte de vitesses. L'usure des disques a lieu pendant cette phase. Phase souvent utilisée lors des démarrages en côte. C'est la situation de glissement qui donne les conditions de dimensionnement de l'embrayage. Elle détermine le [[Couple (physique)|couple]] maximum transmissible. Au-delà, le glissement est systématique. La même configuration technologique est d'ailleurs adoptée sur les systèmes limiteurs de couple, qui vont donc patiner lorsque le couple sollicité devient trop important. S'il est recommandé de débrayer le plus vivement possible, il faut en revanche embrayer progressivement afin d'éviter des chocs qui endommage tous les éléments de transmission: les pièces du dispositif d'embrayage lui même, mais aussi les [[engrenage]]s de la boîte et du [[différentiel]], les [[palier]]s de ces derniers, les [[Cardan (mécanique)|joints de cardan]], et enfin les [[Pneumatique (véhicule)|pneumatique]]s. == Classification == Les solutions technologiques retenues pour ce dispositif se distinguent suivant plusieurs critères : * la géométrie de la surface de friction : ** disques, le contact étant effectif suivant une couronne ; ** tambour (dans le cas de certains embrayages centrifuges) ; ** conique (abandonné aujourd'hui sauf quelques applications à faible puissance). Son intérêt réside dans le fait qu'il est autobloquant : l'assemblage conique reste coincé en l'absence d'effort presseur. Il faut agir pour débrayer. * Selon le nombre de disques (quand il s'agit de disques) ** monodisque ; ** bidisque à sec à commande unique ou à commande séparée (double) ; ** multidisque humide ou à sec. On appelle disque l'élément généralement associé à l'arbre de sortie et pincé par deux éléments liés à l'arbre moteur. Il porte les garnitures de friction, et constitue de ce fait une pièce d'usure. Le nombre de surfaces de contact est toujours pair ; ainsi les efforts presseurs n'induisent pas de contraintes dans la liaison entre le bâti et le système d'embrayage, et sont en fait repris par la cloche d'embrayage. Le nombre de disques annoncé dans un embrayage est donc le nombre de disques pincés munis de garnitures. * La lubrification des surfaces de contact peut : ** Fonctionner à sec ; ** Fonctionner sous bain d'huile. * Selon le principe de commande ** Commande mécanique ; ** Commande [[hydraulique]] ; ** Commande électrique [[Asservissement (automatique)|asservie]] électroniquement ; ** [[force centrifuge|Centrifuge]] (dans ce cas la commande n'est pas volontaire mais induite par l'action sur l'accélérateur). * Le sens de la commande ** Commande d'embrayage pour les dispositifs normalement débrayés (cas de petits engins tels [[Tondeuse à gazon|tondeuse]]s et [[motoculteur]]), ou des engins à embrayage centrifuge ([[cyclomoteur]], [[modèle réduit|modèles réduits]] [[radiocommande|radiocommandés]]) ; ** Commande de débrayage pour les dispositifs normalement en prise. == Architecture == === Embrayage monodisque === [[Image:Embrague2.png|300px|right|Coupe d'un embrayage monodisque à diaphragme]] Un embrayage comporte plusieurs pièces : * Le volant moteur '''2''', solidaire de l'[[vilebrequin (moteur)|arbre moteur]] '''1'''. * Le disque d'embrayage '''3''' qui est solidarisé en rotation à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses '''6''' par des [[cannelure]]s. * Le plateau de pression du mécanisme '''4''', assure l'adhérence du disque d'embrayage sur le volant moteur en position embrayée. * Les ressorts du mécanisme (à diaphragme notre cas), '''5''' sont en appui sur la [[butée d'embrayage]] '''7'''. Lorsque la commande (hydraulique ou à câble) d'embrayage est actionnée, la butée exerce une force sur le diaphragme, les plateaux s'écartent alors en libérant le disque de friction. Le mouvement est de moins en moins transmis, rendant indépendante la boîte de vitesses du moteur. Cela permet, par exemple, de rester immobile sans caler le moteur, ou de changer de vitesse. La manœuvre inverse consiste à relâcher progressivement la commande d'embrayage, pour rétablir la liaison moteur/boîte de vitesses. Cette manœuvre s'appelle «&nbsp;faire patiner l'embrayage&nbsp;». [[Image:embrayage_monodisque.jpg|500 px]] === Embrayage multidisque === [[Image:Motorcycle clutch.jpg|200px|right|Un embrayage multidisque à sec sur une moto sportive. On voit nettement les ressorts.]] [[Image:Clutch discs.jpg|200px|right|Les pièces d'un embrayage multidisque : à gauche, la cloche et la noix, à droite les disques]] Les embrayages multidisques fonctionnent selon le même principe, sauf qu'on utilise un empilement de disques. Un disque sur deux est cranté (rainuré) sur son pourtour, lui permettant d'être liés en rotation à la ''cloche'' d'embrayage, les autres à l'intérieur, sont liès à la ''noix'' d'embrayage. Cet empilement est maintenu en pression par des ressorts. La poussée est donc, en théorie et aux frottements près la même pour chaque disque Cette configuration est, pour un même couple transmissible, bien plus compacte radialement que celle à un seul disque. Elle est celle retenue sur les motocyclettes. [[Image:embrayage_bidisque.JPG|500 px]] === Embrayage électrorhéologique === Les progrès récents dans l'électrorhéologie permettent de penser à une nouvelle génération d'embrayage. Se basant sur la capacité de changement entre l'état solide et l'état liquide d'un [[fluide électrorhéologique]]. Ce type d'embrayage permet de connecter ou isoler le couple d'entrée et celui de sortie très facilement et rapidement. Le principe de l'embrayage électrorhéologique est très simple. Quand un champ électrique est appliqué, le fluide électrorhéologique (ER) se solidifie et relie le disque d'entrée et le disque de sortie. Quand ce champ est enlevé, le fluide ER revient à l'état normal (fluide). Le disque de sortie est donc isolé presque instantanément du disque d'entrée. Ce type d'embrayage a été fabriqué et testé en laboratoire. Pourtant, les limites actuelles des [[fluide électrorhéologique|fluides électrorhéologiques]] (contrainte seuil encore faible et stabilité non assurée) empêchent toujours sa commercialisation. <!--[[Image:Embrayage électrorhéologique1.JPG|thumb|center|450px|Principe d'un embrayage électrorhéologique]]Image absente--> ==Dimensionnement== Le couple transmissible par un embrayage dépend du matériau constituant les [[Garniture mécanique|garniture]]s, du nombre et des dimensions des surfaces de [[frottement]] entre [[disque]]s ainsi que de la force exercée par les [[ressort]]s. {{Démonstration|contenu= Établi suivant le principe de l'équilibre strict, on peut calculer le couple maximal transmissible. En effet, le [[Couple (physique)|couple]] <math>\ C</math> s'obtient à partir le la longueur du bras de levier <math>\ l</math> et de l'effort tangentiel au disque <math>\ T</math> par la relation simple: <math>C\ = l\ T\ </math> Mais le bras de levier correspond ici à la distance entre la surface de contact considérée et le centre du disque. Cette distance est un rayon <math>\ r</math> qui varie du rayon intérieur du disque <math>\ R_{i}</math> (dû au perçage central) à son rayon extérieur <math>\ R_{e}</math>. On doit donc considérer le couple généré par le frottement au niveau d'un petit élément de surface du disque : <math>\mathrm{d}C = r\ \mathrm{d}T </math> D'autre part, cet effort tangentiel <math>\ T</math> transmis au disque pour son entrainement dépend du [[Loi de Coulomb (mécanique)|coefficient de frottement]] <math>f\ </math> et de l'effort normal de serrage <math>N\ </math> par la formule: <math>T\ = f\ N\ </math> qu'on écrira, sur cet élement du surface d'un disque : <math>\mathrm{d}T = f\ \mathrm{d}N </math> D'où <math>\mathrm{d}C = r\ f\ \mathrm{d}N </math> Pareillement, si l'effort de serrage <math>\ N </math> est uniformément réparti sur la surface de contact <math>\ S </math>, on peut écrire que : <math>\mathrm{d}N = \frac{N}{S}\ \mathrm{d}S</math> <br/> Soit, dans notre cas: <math>\mathrm{d}N = \frac{N}{\pi(R_e^2-R_i^2)}\ \mathrm{d}S</math> Ce qui nous permet enfin d'écrire : <math>\mathrm{d}C = r\ f\ \frac{N}{\pi(R_e^2-R_i^2)}\ \mathrm{d}S </math> qu'on intègre pour obtenir finalement le couple transmissible, en se plaçant en [[coordonnées cylindriques]] où <math> \mathrm{d}S = \mathrm{d}r\ .\ r\ \mathrm{d}\theta </math> : <math> C = \int_{r=R_i}^{r=R_e} \int_{\theta=0}^{\theta=2\pi} r\ f\ \frac{N}{\pi(R_e^2-R_i^2)}\ \mathrm{d}r\ .\ r\ \mathrm{d}\theta \,\, = 2 \pi\ f\ \frac{N}{\pi(R_e^2-R_i^2)} \int_{r=R_i}^{r=R_e} r^2\ \mathrm{d}r \,</math> d'où <math> C = f\ N\ \frac{2}{3}. \frac{(R_e^3-R_i^3)}{(R_e^2-R_i^2)}</math> }} En règle générale, on écrit <math>C = n\ f\ N\ R_{eq} </math> avec <math> R_{eq}=\frac{2}{3}. \frac{(R_e^3-R_i^3)}{(R_e^2-R_i^2)} </math> avec <math> n\ </math> le nombre (pair ou impair) de surfaces de friction <br/> : <math> f\ </math> le [[Loi de Coulomb (mécanique)|coefficient de frottement]] entre ces surfaces <br/> : <math> N\ </math> l'effort de serrage, supposé uniformément réparti,<br/> : <math> R_e\ </math> et <math> R_i\ </math> les rayons extérieurs et intérieurs des surfaces de la couronne. Les performances, notamment le coefficient de frottement, restent liées à la température. Celle-ci s'élève rapidement lorsque les disques patinent. L'ensemble doit donc pouvoir être refroidi. Les matériaux constituant les garnitures sont des produits synthétiques étant autrefois à base d'[[amiante]], laquelle est aujourd'hui interdite. == Cas particulier de la boîte automatique == Il n'y a pas d'embrayage à disques avec une [[boîte de vitesses|boîte de vitesses automatique]] classique : il est remplacé par un [[convertisseur de couple|convertisseur de couple hydraulique]]. En effet, la manœuvre automatisée d'un embrayage classique est assez délicate. Ce dispositif s'apparente à un embrayage centrifuge, l'état de l'accouplement ne dépendant en fait que de la vitesse de rotation du moteur. Les passages de vitesse avec une boîte automatique étant eux-mêmes obtenus par actions sur des embrayages internes à la boîte. Le convertisseur de couple induit un glissement variable, mais aussi une augmentation substantielle du couple moteur disponible. Dorénavant les boîtes de vitesses manuelles sont de plus en plus souvent [[robot]]isées, ce qui implique que l'embrayage est lui aussi piloté par l'électronique du [[Système embarqué|calculateur]] de la voiture. == Transmissions hydrostatiques == Les engins munis d'une transmission hydrostatique, n'ont pas besoin d'embrayage. En effet c'est grace à la variation de cylindrée, de la pompe centrale ou des moteurs récepteurs qu'on contrôle la puissance délivrée, par exemple aux roues d'un engin de chantier ou d'un char. ==Voir aussi== {{Wiktionnaire}} {{portail|automobile|énergie|génie mécanique}} [[Catégorie:Technologie automobile]] [[Catégorie:Dispositif mécanique]] [[Catégorie:construction mécanique]] [[af:Koppelaar]] [[cs:Spojka (stroj)]] [[de:Kupplung]] [[en:Clutch]] [[eo:Kluĉilo]] [[es:Embrague]] [[fa:کلاچ]] [[he:מצמד]] [[it:Frizione (meccanica)]] [[ja:クラッチ]] [[ko:클러치]] [[nl:Koppeling]] [[no:Kobling]] [[pl:Sprzęgło]] [[pt:Embraiagem]] [[ru:Сцепление]] [[zh:離合器]]