Frein de vélo : couple de freinage ?

[invitebcdf61a9]

Bonjour à tous et merci par avance si vous prennez quelques instants pour me lire, voire me répondre !

Je conçoit un système de frein sur jante de vélo de course. Pour déterminer l'effort que subit l'étrier à cause de la roue (par le biais des plaquettes), je doit connaître le couple de freinage. Or, les constructueurs/assembleurs sont très avares de données...

Je connaît juste des propriétés générales : dimensions globales des roues, dimensions de la jante (en aluminium), dimension des patins de freinage, poids du vélo+cycliste.
PS : j'ai sous les yeux une norme (EN 14781) sur les vélos de course, et il n'y a ni couple de freinage (min ou max), ni vitesse max... bref, pas grand chose !

Quelqu'un sait il où je peut trouver le couple de freinage max des freins de vélo de course, ou alors comment le calculer ?
Merci.
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[invitee6ea268a]

Salut,
je suis loin d'être un spécialiste de la mécanique mais il me semble que le tg phi (coeff de frottement entre l'alu et les plaquettes) est determinant/ plus ca frotte, plus ca freine. Ensuite c'est un simple equilibre des forces.

Le plus dur à trouver dans la litterature est ce coeff. Je sais que des essais sont souvent necessaires pour le determiner mais a priori, en premiere approximation, il doit peu dependre de la vitesse de rotation de la roue (frottement sec) mais surtout du couple de materiau (ici alu cahoutchouc par exemple...)

Bon courage.

[invitebcdf61a9]

Merci pour ta réponse (plus que) rapide !
Il est vrai que je ne connais pas pas tg phi, mais je vais faire une recherche et voir ce que je trouve.
Et si j'arrive à trouver tg phi, quel sera le calcul ?

[invitee6ea268a]

Heu faut que j'y reflechisse un peu, je sais pas si j'aurais le temps aujourd'hui (je suis au boulot...)

Je te tiens au courant.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebcdf61a9]

Merci.
C'est pas super urgent.
En plus, je n'arrive pas à trouver phi aluminium/caoutchouc sur le net ! (seulement des contacts métaux/métaux, ou alors acier/caoutchouc)

[invitee6ea268a]

Dans un premier temps il faut prendre une valeur pas trop débile...
Je sais pas trop, comme je t'ai dit je fais pas de mécaniaue. Je dirais que 0,4 est pas mal. Sinon prend acier cahoutchouc (ils donnent combien?)

Ensuite, je pense qu'il faut utiliser le th. de l'energie cinétique, c'est à dire Ek=0,5.I.w² où w est la vitesse de rotation de la roue et I=M.R² M masse de la roue et R rayon de la roue.
Il te reste à exprimer le travail des forces de frottement qui doit ressembler à f.R.delta(teta) où f est la force de frottement et teta l'angle duuqel tu tournes.

Mais attention, j'ai fais ça de tête, il doit y avoir des erreurs. Prend aussi (et surtout) des avis de personnes plus avisées que moi.
J'espere que je t'ai aidé un peu...

++

[invite3e67d1f2]

Bonjour à tous et merci par avance si vous prennez quelques instants pour me lire, voire me répondre !

Je conçoit un système de frein sur jante de vélo de course. Pour déterminer l'effort que subit l'étrier à cause de la roue (par le biais des plaquettes), je doit connaître le couple de freinage. Or, les constructueurs/assembleurs sont très avares de données...

Je connaît juste des propriétés générales : dimensions globales des roues, dimensions de la jante (en aluminium), dimension des patins de freinage, poids du vélo+cycliste.
PS : j'ai sous les yeux une norme (EN 14781) sur les vélos de course, et il n'y a ni couple de freinage (min ou max), ni vitesse max... bref, pas grand chose !

Quelqu'un sait il où je peut trouver le couple de freinage max des freins de vélo de course, ou alors comment le calculer ?
Merci.

bonjour, quelques éléments:
vitesse maximale d'un velo: j'ai suivi des velos a 80 km /h en descendant le Galibier; on doit pouvoir aller a 100 en competition....
le couple max de freinage sera determiné par l'adherance du pneu sur le revetement de la route, cela est facile a determiner expérimentalement en faisant un test de décrochage d'un vrai pneu chargé sur une route Il reste a rapporté la force mesurée au rayon de la roue....

[invitebcdf61a9]

Merci Simbis pour ta réponse,
- Pour la vitesse max, j'avais aussi ces ordres de grandeur en tête, mais merci quand même de les confirmer ;
- Pour le test de décrochage, je n'ai pas les moyens de le faire, alors je cherchais une méthode analytique...

[invite322a8570]

Salut Rajiv,

Tu bosserais pas chez un fabricant de banc d'essais par hasard ?

Cordialement.

[invitebcdf61a9]

Nota : j'ai fais un calcul sur les exigeances minimales de la norme en utilisant cette formule :
Cf = 0.75*m*r*v²/x0 où

- Cf est le couple de freinage (Nm)
- m est la masse "de la roue" (kg) : j'ai pris la moitié de la masse de l'ensemble cycliste + vélo, soit 50kg
- r est le rayon de la roue (m) : pour une roue "standard" de vélo de course, j'ai pris 0.311m
- v est la vitesse du vélo (m/s) : j'ai pris 7m/s (cf norme), je sais c'est lent, mais c'est à modérer avec la faible distance d'arrêt
- x0 est la distance d'arrêt (m) : j'ai pris 6m (cf norme)

D'où Cf (min ?) = 48 Nm
Ce calcul vous paraît-il correct et réaliste ?

[invitebcdf61a9]

Pas vraiment, sinon se serait trop facile :-p

[mbochud]

Bonjour,

Attention il y a quelqu’un sur ce vélo.

« qu'il faut utiliser le th. de l'énergie cinétique, c'est à dire Ek=0,5.I.w² où w est la vitesse de rotation de la roue et I=M.R² M » (w en rad / s )
Ça, c’est l’énergie de la roue seule qui est négligeable devant celle du cycliste! ½ mv2 !

Il faut :
1) se déterminer une distance max. d’arrêt pour une vitesse donnée, et calculer la désaccélération.
2) calculer la force nécessaire pour obtenir ce résultat ( F=ma avec m masse totale, vélo +cycliste),
3) multiplier cette force par le rapport des distances d’arrêt du cycliste / distance du point de frottement . (Si j’ai bien compris le freinage est proche de la périphérie de la roue et ce rapport est alors presque de un. Ce n’est pas un frein à disque.)
4) La force appliquée sur les freins Ff est la force ma divisée par ce coefficient de freinage.

Coefficient de frottement cinétique :
Je n’ai qu’une valeur douteuse de l’ordre de 0,6.
Je pense que des mesures expérimentales avec la bonne géométrie est souhaitable.
À voir :
http://www.gap.unige.ch/biophotonics/PGB/pgb_04.pdf

[invitee6ea268a]

Effectivement, mea culpa, il me semblait bien que j'oubliais des choses en route...

Voilà le problème résolu, y'a plus qu'à trouver le tg(phi)...

Amuse toi bien et bon courage.

[mbochud]

Oups: Je n’avais pas vu la réponse de rajiv , il se peut que ca revienne au même; à vérifier.

[mbochud]

Oui l’équation de Rajiv est bonne (à part la constante 0,75 où moi j’obtient 0,5 ?

[invitee6ea268a]

Y'a peut etre un coefficient de sécurité...

[mbochud]

C’est peut être simplement le fait que le freinage est fait au rayon de la jante et non pas comme mon calcul qui ne tient pas compte de l’écart entre rayon de la jante et rayon de la roue.

[invitebcdf61a9]

Il faut :
1) se déterminer une distance max. d’arrêt pour une vitesse donnée, et calculer la désaccélération.

Distance d'arrêt 6m pour un vélo à 25km/h (environ 7m/s), soit (selon un autre topic du forum) :
décélération gamma = (v²-v0²)/(2*d) = (0²-7²)/(2*6) = 4.1m/s² environ.

2) calculer la force nécessaire pour obtenir ce résultat ( F=ma avec m masse totale, vélo +cycliste),

F = m*a = 100*4.1 = 410N

3) multiplier cette force par le rapport des distances d’arrêt du cycliste / distance du point de frottement . (Si j’ai bien compris le freinage est proche de la périphérie de la roue et ce rapport est alors presque de un. Ce n’est pas un frein à disque.)

F' = F * D / Dj (diamètre moyen de la jante)
F' = 410 * 0.622 / 0.590 = 430 N

4) La force appliquée sur les freins Ff est la force ma divisée par ce coefficient de freinage.

Là, je ne comprends pas où tu veux en venir : tu dis que Ff est le rapport de deux forces ? (m * a / F' ???)

Et quand j'aurais Ff, comment calculer le couple de freinage Cf ?

[invitebcdf61a9]

ERRATUM à mon post #10 : au lieu de lire

D'où Cf (min ?) = 48 Nm

il aurait fallu que j'écrive : Cf = 96 Nm (résultat du calcul expliqué avant)

[SK69202]

Bonjour,

Sujet déjà abordé, et comme j'suis (encore) au boulot je raccroche vite.

J'avai mis quelques coeff.

http://forums.futura-sciences.com/thread140682.html


@+

[invitebcdf61a9]

Oui l’équation de Rajiv est bonne (à part la constante 0,75 où moi j’obtient 0,5 ?

Cette équation, je l'ai récupérée sur le net d'après :
Ec0 =½Jw²+ ½mv² = ½ (½ma²)*(v/a)² + ½mv² = 0,75 m v²

D'où : -Cf * x0 / a = 0 - 0.75 m v0²

[mbochud]

Non, la force appliquée sur les freins Ff est la force ma (430Nt) divisée par ce coefficient de freinage 0,6) .soit 716Nt

Le couple de freinage Cf est ce 716Nt * rayon de freinage (rayon de jante).

[invitebcdf61a9]

OK, donc :

Cf = F * R / mu
Cf = 410 * 0.311 / 0.6
Cf = 210 Nm ??!!!

Ca me semble un peu beaucoup non ?

[mbochud]

J’ai fait une faute et je reprends.

La force appliquée sur les freins Ff (perpendiculaire à la surface de freinage) est la force ma (430Nt) divisée par ce coefficient de freinage 0,6) .soit 716Nt

Le couple de freinage Cf = ma*R où ma= 430Nt et R= 0,311m = 134Nm


et reviens un peu plus tard.

[invitebcdf61a9]

Très bien, mais dans ce dernier calcul, tu n'utilises pas le résultat du calcul précédent (les 716 N), et donc tu n'utilises pas le coefficient de frottement 0.6 !
Ou alors tu l'as oublié et on retombe sur mon résultat précédent (210 ou 220 Nm)...

PS : je part en WE, n'attendez pas de réponse de ma part avant Lundi matin

[Tifoc]

Bonjour,

Bon, on est devant un problème de détermination d'un effort MAXI que doit encaisser, si j'ai bien compris, la fixation de l'étrier sur le cadre ou quelque chose comme ça. Alors on va se mettre dans des cas critiques sans empapaouter les mouches plus que nécessaire !
Le maxi de freinage, il est sur la roue avant (transfert de charge). Au pire, on va dire que seule la roue avant freine (la roue arrière est à la limite du décollement). L'ensemble vélo + cycliste fait dans les 150 daN (max) : ce sera la valeur de l'effort normal au contact sol/pneu. Car c'est là que se situe le problème, comme Simbis l'a fait remarquer.
Le facteur d'adhérence d'un pneu auto est de 1. Si on suppose qu'il est de même pour un pneu de vélo (ce qui m'étonnerait, mais ça va dans le sens de la sécurité pour notre calcul), on peut alors admettre que l'effort tangentiel au niveau du contact pneu/sol vaut également 150 daN.
On néglige (comme cela a été proposé par mbochud, et même si, là, ça ne va pas dans le bon sens) la distance plaquettes/périphérie du pneu, et on obtient un effort maxi sur les plaquettes (les deux à la fois bien sûr !) de... 150 daN !
Après on met un facteur de sécurité si on a envie...

Maintenant si vous voulez vraiment savoir le couple de freinage, il est d'environ 45 daN.m.

Cordialement,

[mbochud]

Ce 1500N est-il calculé pour les mêmes conditions que Rajiv soit, distance d'arrêt 6m pour un vélo à 25km/h (environ 7m/s).
Notre calcul montrait 410N sur le vélo sans facteurs de sécurité.
La roue constitue un bras de levier d'un facteur 2 , ce qui demande une force de 205N sur le frein (haut de la roue.
Le transfert de charge oblige à ne compter que sur le freinage avant.
Le coefficient de friction dynamique du caoutchouc est bien de l'ordre de 0,6 à 1 mais peut fluctuer selon les conditions.

[sitalgo]

Bonsoir,

M'a l'air bien optimiste tout ça. L'effort maxi sur l'étrier avant c'est quand la roue est bloquée et que le cycliste passe par dessus. La roue avant reste sur place, sa force sur le sol est augmentée, il y a non seulement le transfert de charge mais aussi la réaction due à l'accélération verticale de l'ensemble vélo + bonhomme.

Le couple de bloquage correspond au couple qui envoie le cycliste en l'air.

[Tifoc]

Bonjour,

Ce 1500N est-il calculé pour les mêmes conditions que Rajiv soit, distance d'arrêt 6m pour un vélo à 25km/h (environ 7m/s).

Je me fiche de la distance d'arrêt... La roue, bloquée ou non, sera soumise à un couple de freinage MAXI qui ne dépend que des conditions d'adhérence au sol. Deux force "tangentielles" s'exercent sur elle : la composante de l'action du sol dans le plan de contact, et la composante de freinage (c'est celle qu'on cherche). Si on admet qu'elles sont à la même distance de l'axe, elles sont égales. Et donc égales à la charge maxi sur la roue avant (pour µ=1) qui est égale au poids de l'ensemble en supposant qu'il n'y a plus de charge sur l'arrière (cas limite).
Maintenant tu peux calculer la distance d'arrêt....

Cordialement

[cedbont]

Voilà, maintenant Rajiv, il te faut déterminer l'effort tangentiel au niveau de la jante (égal à l'effort de serrage fois le coef de frottement de la plaquette sur la jante) pour déterminer (à peu près complètement : tu peux négliger le moment induit par la jante sur la plaquette par rapport à la résultante) du torseur glisseur de la jante sur la plaquette.
Il te reste à nous le concevoir ce système de freinage !