II.6 CALCUL DE FLUX DE CHALEUR ENTRANT DANS LE
DISQUE
II.6.1 Introduction
Les performances en freinage des véhicules sont de
toute évidence une des caractéristiques cruciales pour la
sécurité. Dans la perspective d'accroître la
sécurité, des efforts importants ont été consentis
ces dernières années pour améliorer le freinage. Des
normes réglementent le freinage dans la plupart des pays.
Chapitre II Transfert de Chaleur
30
II.6.2 Les efforts agissant aux roues lors du
freinage
FRA
B
FFH
FQH
h
A
FG
FFV
X
Y
FG cosá
FD
FRP
FRRH
FRRV
FQV
LH
LV
L
Fig. II.6 : Définition des
forces agissant sur une automobile lors du freinage
En observant la situation décrite à la Figure
II.6, on peut écrire l'équilibre longitudinal et transversal du
véhicule selon les axes x, y locaux de la voiture.
.
Avec
Chapitre II Transfert de Chaleur
Pour un véhicule routier, la force au roulement est
due au plat
formé par un pneumatique sur la route, est le
coefficient de résistance au roulement. Pour
un pneu haut pression
La force aérodynamique est donnée par :
Avec coefficient de forme, égal à : 0,3 à
0,4 sur voiture
surface frontale ; en première approche, pour un
véhicule routier de tourisme, on
peut prendre : S
masse volumique de l'air
II.6.3 Puissance de freinage totale
31
Dans le cas d'un freinage sur plat, on néglige les
résistances dues au roulement et à la
pente ( et ,la pénétration dans l'air est
généralement négligeable, pour
cette raison on prend ( .
Chapitre II Transfert de Chaleur
FQV
FQH
X
Y
FD
h
FG
A
B
FFV FFH
LV
LH
L
Fig. II.7 : Efforts agissant sur
une voiture freinée, freinage d'arrêt sur plat.
Soit le coefficient qui représente la proportion de
l'effort de freinage rapportée aux
roues arrière alors si a est constante, on a
:
32
La puissance de freinage apportée au disque de frein
est égale à la moitié de la puissance totale :
A l'instant t=0, on a donc
Chapitre II Transfert de Chaleur
On définit alors l'efficacité du freinage par le
rapport entre la décélération (a) et
l'accélération (g) :
33
II.6.4 Expression du flux thermique initial
Les disques de frein ont pour but de dissiper
l'énergie mécanique en chaleur. Pour les trains ou les voitures,
c'est l'énergie cinétique du véhicule qui est
dissipée par le frottement des patins sur les disques. L'ensemble patin
- disque s'échauffe sous cette action et refroidit à l'air
ambiant. Ces freinages étant répétés, les disques
de frein sont soumis à de la fatigue thermomécanique. Dans
l'automobile, de nombreuses études ont montré que les freinages
pouvaient engendrer des températures pouvant dépasser 700°C
en quelques secondes.
Si on considère que le disque de frein peut absorber
totalement la quantité de chaleur produite.
L'expression de la puissance de frottement transformée
par unité de surface est donc :
La grandeur caractérise le flux de chaleur injecté
dans le disque, Il doit donc être
uniquement localisé sur la surface réelle de
contact. Où la surface de disque balayé par une
plaquette de frein.
Si on introduit le facteur d'exploitation de la surface
frottante
On obtient ainsi, l'équation du flux thermique initial
de friction entrant dans le disque, qui est se calcule comme suit :
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