Les freins à disque s'intègrent facilement dans la chaîne cinématique de nombreuses machines industrielles. Largement utilisés dans le domaine automobile, ils maîtrisent des actions de maintien, d'arrêt et de régulation, le tout dans un encombrement réduit. Dans l'industrie, les freins sont souvent utilisés dans les machines de production de bouteilles en plastique, de papier, pour de la transformation de l'acier, pour la fabrication de câbles, dans les machines textiles ou d'imprimerie, les ascenseurs et escalators ainsi que dans les systèmes de convoyage...
Les freins à disque sont utilisés pour trois fonctions de base :
- En frein de maintien, il relie deux composants statiques de façon à éviter tout mouvement relatif entre eux.
- En frein d'arrêt, fonction la plus courante dans l'automobile, il arrête une masse en rotation en un temps approprié tenant compte de l'élévation thermique générée durant le freinage. Le système de freinage doit être en mesure de dissiper cette chaleur.
- Cela s'applique aussi à la troisième fonction des freins utilisés en freins de régulation. Dans ce cas, ils permettent de maîtriser une force ou une vitesse. Ce contrôle s'opérant sur de longues périodes, une attention particulière doit donc être portée à l'équilibre thermique.
Une des caractéristiques essentielles d'un frein à disque est son mode de fermeture et d'ouverture. Dans l'industrie, il est généralement réalisé par énergie pneumatique, hydraulique, électromagnétique, par ressort ou encore manuellement. Les garnitures jouent un rôle fondamental lors du freinage. Une grande attention doit être apportée pour choisir le matériau de friction approprié, sur la base de l'expérience et si nécessaire, après réalisation de tests spécifiques pour découvrir la meilleure option. Dans certaines applications comme les élévateurs par exemple, un indicateur d'usure des garnitures est une exigence essentielle car, dans la majorité des cas, l'efficacité du frein utilisé pour stopper ou ralentir la charge dépend de l'usure de ses garnitures de friction. Une construction perfectionnée, incorporant par exemple une compensation automatique de l'usure des garnitures, peut être très utile. Le ressort de rappel en position des garnitures, qui évite tout frottement inutile sur le disque, est un autre détail contribuant à l'efficacité durable du frein.
Etude du dimensionnement
L'utilisation d'un frein à disque en toute sécurité nécessite une conception étudiée et une sélection technique en parfaite corrélation avec l'application. Bien que le couple de freinage soit calculé sur la base de la force de serrage et du diamètre du disque, le couple de freinage résultant peut être adapté à l'application dans certaines limites, en faisant varier le diamètre du disque. Si le frein est utilisé en frein de maintien, le couple de retenue est calculé sur la base de la force de serrage disponible, du rayon moyen du disque et du coefficient de friction. Ce coefficient de friction dépend lui-même du matériau du disque, de l'état du disque (rodage ou non) et en grande partie des garnitures de friction. Des garnitures spéciales peuvent être requises pour l'usage statique des freins de maintien car de nombreuses garnitures standards sont conçues pour un usage dynamique à des vitesses données.
Dissipation de la chaleur
Dans les applications de freinage dynamique, le critère de sélection le plus important est la dissipation de la chaleur car, pendant le freinage, toute l'énergie cinétique est transformée en chaleur. C'est pourquoi, pour des applications critiques, la sélection du frein doit être faite en collaboration avec le fabricant. Pour un freinage dynamique où une masse en rotation, avec une inertie et une vitesse données, doit être mise à l'arrêt, on doit s'assurer, en plus d'avoir la capacité en couple de freinage, que la chaleur résultante puisse être dissipée par le disque. Pour chaque application, Siam Ringspann peut fournir les informations relatives à la dissipation de chaleur et apporter son conseil. Pour les freinages de régulation de tension ou pour des freinages répétitifs, si le disque ne peut pas absorber la chaleur, il est nécessaire de la dissiper en continu. Cette dissipation de chaleur dépend de plusieurs paramètres comme le diamètre de disque, la fixation du disque sur l'arbre ou la surface des garnitures de friction. La dissipation thermique d'un frein ne peut pas être modélisée en équations simples. Différentes évolutions de température apparaissent durant le freinage en fonction des variations de vitesse notamment. Pour ces cas de freinages particuliers, il est préférable d'avoir un contact direct avec le fabricant de freins et de faire valider par ses experts, la bonne adéquation du frein avec l'application.
Siam Ringspann offre une large gamme de freins à disque dont l'usage, dans ces différentes applications, est validé par ses experts.
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