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Explications techniques des freins et embrayages

Freins et embrayages

 

DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT

– Les freins permettent d’immobiliser un axe tournant.

– Les embrayages permettent d’accoupler ou de désaccoupler un axe primaire à un axe secondaire.

 

Nos freins et embrayages fonctionnent uniquement à sec dans un milieu ambiant, protégé car la plupart de ces appareils sont IP00.

La donnée principale pour sélectionner un frein est le couple qu’il délivre en Nm. Ce couple peut se définir comme étant statique ou dynamique :

– couple statique : il est obtenu lorsque l’arbre à freiner est déjà à l’arrêt

– couple dynamique : il est présent lorsque l’arbre à freiner est en rotation (il se définit à une certaine vitesse).

 

1 / Freins à aimants permanents 86 6 .. – Série H

Freinage de sécurité par manque de courant

Le frein est monté sur une partie fixe et l’armature mobile est montée sur l’arbre.

 

Principe de fonctionnement

F M : force magnétique – F F : force des ressorts – Freinage : bobine hors tension F M > F F –

Défreinage : bobine sous tension F M < F F

 

Principe de circulation du flux

 « Freiné »       « Défreiné »

 

Freinage

Les aimants permanents en « terre rares » créent un champ magnétique dont les lignes se referment par l’armature et par les pôles intérieur et extérieur.

L’armature parcourt l’entrefer qui la sépare du frein. Elle est alors attirée contre les pôles fixes du frein et produit ainsi un couple de freinage par friction.

– Frein de parking : surface de friction acier sur acier.

– Freinage dynamique : surface de friction mixte (acier sur l’armature mobile – acier et garniture de friction située entre les pôles sur le corps du frein).

 

Défreinage

L’alimentation de la bobine produit un champ magnétique opposé à celui des aimants permanents ce qui provoque le décollement de l’armature mobile grâce aux lames ressorts – l’axe immobilisé est alors libéré.

Différentes fixations sont possibles : voir les pages produits.

 

Exemple de montage : frein 86 6 .. Série H

 

 

 

2 / Freins à aimants permanents 86 6 .. – Série P Nouvelle génération High Torque 

Freinage de sécurité par manque de courant

 

Le frein est monté sur une partie fixe et l’armature mobile est montée sur l’arbre. Le principe de fonctionnement de ce frein – série P – est le même que sur la série H mais la circulation du flux est modifiée. Les aimants permanents ne sont plus situés à l’arrière, comme sur la série H, mais entre les pôles. Les freins High Torque sont utilisés dans des équipements de haute technologie et

nécessitant un couple de maintien statique très élevé ou requérant un encombrement encore plus réduit que la version H.

Les freins de la série P :

– fonctionnent parfaitement de -40°C à +120°C avec un couple constant.

– ne présentent pas de difficulté de défreinage lorsque la tension d’alimentation augmente.

– développent des couples qui peuvent atteindre des valeurs très largement supérieures à la série H.

 

Comparé à la série H, le rayon moyen de friction est augmenté (par rapprochement des pôles) et l’efficacité du flux est plus performante. Ils sont utilisés en frein de parking statique.

 

Principe de circulation du flux

 « Freiné »       « Défreiné »

 

Exemple de montage : frein 86 6 .. Série P

 

 

3 / Freins à émission de courant 86 1 ..

Freinage par émission de courant

Le frein est monté sur une partie fixe et l’armature mobile est montée sur l’arbre en rotation. L’émission de courant dans la bobine crée un champ magnétique qui attire l’armature mobile contre les pôles fixes produisant ainsi un couple de freinage par friction.

Lorsque il y a coupure de courant, le champ est annulé et l’armature mobile se décolle de la face de friction, libérant l’axe.

Exemple de montage : frein 86 1 ..

 

4 / Embrayages 86 0 ..

Les embrayages se composent de trois parties fonctionnelles principales :

– la bobine (immobilisée en rotation)

– l’armature polaire (coiffant la bobine et solidaire de l’arbre primaire)

– l’armature mobile (équipée de lames ressorts et solidaire de l’arbre secondaire)

Une émission de courant dans la bobine crée un champ magnétique qui attire l’armature mobile contre les pôles de l’armature polaire de l’embrayage. L’arbre primaire est ainsi accouplé à l’arbre secondaire par friction.

Lorsque il y a coupure de courant, le champ est annulé et l’armature mobile se désolidarise de la face de friction provoquant ainsi une séparation entre l’arbre primaire et l’arbre secondaire.

 

Exemple de montage : embrayage 86 0 ..

 

DÉFINITIONS

Entrefer (mm)

Un entrefer optimum de fonctionnement entre les faces de friction devra être mis en place au montage pour garantir un bon fonctionnement. Sur ces appareils l’entrefer est situé entre le frein (ou l’embrayage) et l’armature mobile. Les valeurs des entrefers sont indiquées dans les pages produits.

 

Couple (Nm)

– Le couple de maintien M4 est le couple statique délivré lorsque l’appareil est à l’arrêt. Le couple M4 des freins à aimants permanents est indiqué pour une température ambiante maximum de 120°C.

– Le couple M2 est le couple dynamique délivré par l’appareil à vitesse donnée ; dans ce cas l’appareil sera équipé d’une garniture.

Pour un même appareil le couple statique sera toujours supérieur au couple dynamique.

 

Rodage

L’armature mobile et la partie électromagnétique sont appairées car elles sont pré-rodées en usine. Un rodage devra être effectué sur le montage définitif pour obtenir les couples maximums.

Par exemple : dans certain cas et sur un frein série P – High Torque, le couple nominal ,peut presque doubler après rodage.

Les valeurs de rodages communiquées sont à respecter.

 

Travail ou énergie de friction (J – Joule)

Le travail est uniquement présent lorsqu’il existe une friction mécanique.

Pour les freins, il correspond à l’énergie cinétique acquise par la machine, transformée en chaleur dans le frein au cours d’un freinage dynamique.

Pour les embrayages, avec vitesse relative entre l’arbre primaire en mouvement et l’arbre secondaire, c’est l’énergie nécessaire pour la mise en vitesse de l’arbre secondaire. Si la machine doit dès le démarrage vaincre un couple résistant de travail, ce couple devra être pris en considération.

 

Travail par manoeuvre W :

J = inertie de l’ensemble en mouvement en kg.m 2

ω= vitesse en radians par seconde

 

Température (°C)

Les embrayages et les freins décrits dans ce catalogue sont en classe F ; c’est-à-dire que la température maximum de l’isolant de la bobine est de 155°C.

L’échauffement global correspond à l’échauffement de la bobine, dû à sa résistance électrique ainsi qu’à l’échauffement provoqué par l’éventuelle friction mécanique.

Les plages de températures ambiantes habituelles d’utilisation sont :

– freins série H : -5°C à +120°C

– freins série P : -40°C à +120°C

 

Temps de réponse

Les durées de manœuvres se composent principalement de deux éléments :

– le temps de réaction électromagnétique (valeurs dans les pages produits).

– la durée d’établissement du couple dans la mécanique (en partie lié aux inerties et au couple résistant de travail).

Une surexcitation (ou surtension) dans la bobine ou un câblage spécifique permet de freiner ou de défreiner plus rapidement (nous consulter).

 

Tension d’alimentation standard

La tension standard est de 24 V DC +5% / -10% à une température ambiante de 20°C.

A noter que pour les freins à aimants permanents il est nécessaire de préciser si la tension est lissée ou redressée.

 

Puissance nominale (W – Watt)

La puissance électrique nominale absorbée par la bobine est donnée dans la documentation pour une tension nominale et pour une température de 20°C.

 

Câblage

Nous préconisons le câblage avec diode et résistance de « roue libre »

Ce câblage évite l’arc électrique lors de la coupure (détérioration de l’interrupteur) et permet d’obtenir un temps de rappel presque aussi court que lorsque la commande électrique n’est pas protégée par la diode et la résistance électrique.

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