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Par Chadrack Besongo

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Chapitre 12: Les freins hydrauliques


Problème

Un corps en mouvement ne peut de lui-même ralentir sa marche ni l’arrêter,il faut une force contraire au sens du mouvement de ce corps. D’où proviennent les forces de frottement du mobile sur les corps solides,frottement de l’air,etc. Dans le cas d’un véhicule,les frottements sont-ils suffisants pour le ralentissement et l’arrêt du véhicule ? Non,il faut des forces de frottement supplémentaires.

Principe de freinage

Le freinage s’obtient en créant des forces de frottement sur les roues même du véhicule. Pour cela,les tambours de frein qui sont portés par les jantes sont creux. A l’intérieur sont placés deux segments de freins. Une fois les segments s’écartent,ils frottent l’intérieur du tambour et celui-ci ne peut plus tourner; d’où,il y a "freinage".

Pour augmenter le frottement,les segments portent une matière spéciale qu’on appelle "garniture de frein".

Comment transmettre la force de la pédale du conducteur jusqu’aux roues.

Recherche de solution

Théorème de Blaise Pascal

"Toute variation de pression exercée en un point d’un fluide en équilibre se transmet intégralement dans tous les sens".

Principe théorique
  • Les liquides ne se compriment pas,ils sont donc incompréssibles (on ne peut réduire leur volume en augmentant la pression).

  • Si dans un récipient fermé,plein de liquide, on exerce une pression p en un certain endroit de 1 cm de la paroi du récipient,celui -ci recevra la cette même pression p.

    1ecas : Les cas quatre pistons ont même section de 1cm. Si on exerce une force de 10 kgf sur le piston 1 alors chaque autre piston sera repoussé avec une force de 10 kgf.

    2e: L’un des pistons à une double section : 2cm. Le piston 2 est repoussé avec une force de 10 kgf * 2 = 20 kgf car la section est 2 fois plus grande que les trois autres.

Définition de la pression

La pression(pr ou p) est la force(F) exercée par unité de surface ou de section.

$$ pr = \frac{F}{S} $$

La pascal est la pression exercée par une force de 1N répartie uniformément sur une surface de 1m.

$$ Pa = \frac{N}{m\up{2}} $$
Les propriétés des liquides
  1. Les liquides sont incompréssibles.

  2. Les liquides transmettent la pression dans tous les sens et intégralement.

    N.B.: Pour connaitre la force que repousse sur un piston nous devons multiplier la pression par la surface(section).

    $$ F = pr \times S $$

Application aux freins automobile

Pour freiner,il faut créer un moyen d’écarter les deux segments situés à l’intérieur du tambour des roues. Pour cela le conducteur pousse le pied sur une pédale. La force du pied doit être transmise éventuellement en la multipliant jusqu’aux segments. On réalise cette transmission par un système hydraulique comprenant :

  • Le cylindre de commande avec un piston;

  • Une tuyauterie remplie d’huile;

  • A chaque roue un cylindre récepteur avec deux pistons( un par segment de freins)

Fonctionnement

En appuyant sur la pédale,le piston du cylindre principal d’enfonce et refoule l’huile vers les cylindres de roues. Parl’intermémédiaire d’une tige,chaque piston repousse le segment des freins correspondant et l’applique à l’intérieur du tambour des freins en créant ainsi un frottement important qui freine le véhicule. Lorsque le conducteur lâche la pédale,des ressorts ramènent les segments de freins et repoussent ainsi les pistons de cylindres de roues. L’huile est refoulée dans le cylindre principal.

Définition
Frein

dispositif destiné à ralentir ou même à arrêter complètement le mouvement d’un corps en absorbant une partie de son énergie.

Frein hydraulique

qui fonctionne à l’aide d’un liquide quelconque.

Tableau synthétique des formules des freins hydrauliques

Grandeurs Symboles Formules Unités
Pression \(pr(p)\) \(pr = \frac{F}{S}\) \(N/m^{2}\ ou\ kgf/cm^{2}\)
Surface(section) du piston \(S\) \(S = \pi * r^{2}\) \(m^{2}\)
Force qui repousse le piston \(F\) \(F = pr \times S\) \(N\ ou\ kgf\)