Force appliquée sur une patte de flasque de frein

[saym31]

Salut, voici un schéma expliquant mon problème.
Je cherche à fabriquer et modéliser par élément finis la "patte de fixation" en rouge, et donc connaitre la force (valeur, orientation) qui s'exerce en A lors d'un freinage. Je devrai ensuite définir le bon matériau, son épaisseur, et la form

Il s'agit d'une "roue" de moto, tournant autour de A. Le "flasque" du frein à tambour, est fixe grâce à la "patte de fixation" que je refabrique. Cette "patte" est reprise par 3 vis : au point A du flasque, et aux points B et C de la fourche.

La force au point A lors d'un freinage ? Les machoires de frein s'écartent pour freiner la roue qui tourne autour de A, donc le flasque va vouloir aussi tourner autour de A, mais la patte l'en empêche. Quelle est donc la valeur de cette force et son orientation ?

Pour la valeur, quelques données :

Masse moto + pilote : 250kg = 2500N
Vitesse 150km/h = 41m/s
Distance de freinage à 150km/h = 225m (temps de réaction - distance d'arrêt) ; je ne sais pas si cette donnée sera utile.
Je souhaite négliger un maximum de forces extérieures, telles que le frein moteur, le frottement de l'air et des pneus, les suspensions...

Pour l'orientation :

J'aurai tendance à dire que la force F au point A est normale à (OA)

Voila la discussion est ouverte
Je reste à votre dispo


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[XK150]

Salut ,

Je n'arrive pas à reconnaître ce double cames ... Un Gold Star Eddie Dow ? Yapa les trous ...

[Tifoc]

Bonjour,
Il manque le rayon de la roue et de savoir si le freinage ne se fait que sur celle-ci ou les deux.
A la louche :
Oui, la force est normale à OA et est telle que le couple de freinage vaut Cf=OA.F
Ce couple de freinage vaut aussi Cf=Rr.Ff avec Rr rayon de la roue et Ff force (tangentielle) freinante.
Cette dernière s'évalue à partir de l'accélération (Ff=m.a) et l'accélération à partir de la donnée dont vous n'êtes pas sûr qu'elle soit utile (allez, ça fait environ 4 m/s²)

[saym31]

C'est un moyeu de roue de suzuki GT 750 à 4 cames, 2 cames et 2 machoires de chaque côtés. Et les trous ont été ajoutés pour le refroidissement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[saym31]

Bonjour Tifoc,
Rayon de roue avec le pneu = 550mm. Mais pourquoi cette valeur ? L'accélération ? Je ne saisi pas.

Dans ce calcul je souhaite considérer que le freinage de la roue avant et juste sur le tambour de droite (car il y a un tambour à gauche aussi, comme je l'explique précédement). A la fin, je diviserai par 2 la valeur de l'effort que je recherche.
2 tambours, donc 2 patte de fixation à fabriquer.

Ok pour le moment en A, ou comme vous dites Couple de freinage Cf (N/m) =OA (m) . F (N)

Cependant, je ne comprend pas de recherche l'accélération...à quoi cela va me servir? Pour rapplel, je souhaite modéliser par éléments finis la "patte de fixation" avec ces 3 trous A B C, et y appliquer un effort en A. C'est cet effort que je recherche.

[Tifoc]

Cependant, je ne comprend pas de recherche l'accélération...à quoi cela va me servir?

Intuitivement, n'avez vous pas l'impression que plus le freinage sera sévère, plus cette force que vous cherchez sera importante ?
Je vous ai donné toutes les formules, yapuka

[Tifoc]

A la relecture, je n'ai pas bien mis les choses dans l'ordre... alors je reprend.
Pour freiner votre engin, il faut que la chaussée exerce sur la roue une force retardatrice que j'appelle Ff (comme freinage). On considère qu'il n'y a qu'une roue qui freine (sécurité).
Isolez la roue : Ff d'un coté, le couple de freinage Cf de l'autre (mâchoires). Donc Cf=Rr.Ff
Maintenant isolez votre flasque : Cf d'un coté, la force F que vous cherchez de l'autre. Donc Cf=OA.F ou encore F=Cf/OA.

[saym31]

Pour le calcul de l'accélération (ou la décélération plutôt)... a=delta V / delta T ... je ne connais pas le "temps de freinage". Quelle valeur avez vous pris ? Ou, comment le calculer ce temps ?

[albanxiii]

Bonjour,

Les images doivent êtres postées comme pièces jointes (https://forums.futura-sciences.com/p...de-poster.html). Je vous laisse les reposter avant de modifier le premier message.

albanxiii, pour la modération.

[Tifoc]

Équations horaires en faisant l'hypothèse (tout à fait raisonnable ici) que l'accélération est constante :
déplacement : d=1/2.a.t²+Vo.t soit ici d=1/2.a.t²+42.t
vitesse : V=a.t+Vo soit V=a.t+42
Quand V=0, a.t=-42
donc d=1/2.(a.t).t+42.t=1/2x(-42).t+42.t donc d=21.t
Pour d=225 m, t=10,7 s et donc a=-4 m/s² (un chouya moins)
Bien sûr vous virerez le signe '-' pour la suite...

[saym31]

IMG_20200501_113429.jpgIMG_20200501_121039resize.pdf

[saym31]

Ok je pige le calcul de décélération (j'ai trouvé un petit bouquin d'époque de "formules pour les calculs dans la technique automobile" AT VERLAG 1983).
a=v^2 / 2s ; avec s la distance de freinage que je modifie à 180m.
a=41^2/2.180= 4,7m/s^2

Ensuite Fa la Force de décélération:
Fa=m.a=250kg.4,7 = 1175 N

Je suppose que cette force, correspond à la force de freinage que vous avez appelé Ff ?

Ensuite, Couple de freinage Cf=Ff.Rr=1175.0,55=646Nm

puis F au point A : F=Cf/OA=646/0,09=7,2N
(OA mesure 90mm finalement, j'avais noté 200mm sur le dessin)

7,2N, y'a un truc qui cloche ? Pourquoi est ce plus faible que Cf à l'extérieur de la roue. Ca devrai augmenter car le bras de levier diminue.

La force de décélération est la force qu'il faut appliquer au véhicule qui a une masse m et une décélération a, pour le faire passer d'une vitesse Vi à une vitesse Vf=0 lors de son mouvement de translation.

[Tifoc]

7,2N, y'a un truc qui cloche ? Pourquoi est ce plus faible que Cf à l'extérieur de la roue. Ca devrai augmenter car le bras de levier diminue.

pour la réflexion (si mes étudiants pouvaient en faire autant...)

F=Cf/OA=646/0,09=7,2N

Petite faute d'inattention ? Ne serait-ce pas plutôt 7200 N ?

[saym31]

OUI 7200N plutôt. Ma calculatrice qui met des virgules au lieu d'espaces... je n'aime pas ça perturbant!

DONC, j'ai une force F=7200N au point A...

Rappel des conditions de test :
- masse moto et de son pilote m=250kg
- vitesse initiale vi=41m/s
- vitesse finale vf=0
- distance de freinage s=180m
- décélération subie a=4,7m/s^2
- force de freinage Ff=1175N ==> si on devait modéliser cette force sur un dessin ? Elle s'appliquerai en quel point ? Son sens serai dans le sens inverse de déplacement je suppose.
- couple de freinage à l'extrémité du pneu avant Cf=646Nm
- force au point A Fa=7200N.

Maintenant, j'ai 2 flasque sur la roue avant, donc en divisant par deux cet effort, chaque flasque encaisse 3600N en son point A. ==> Est ce bon ?
Cette valeur environ 360kg, vous parait-elle réaliste étant donné les conditions de test.

Il y aurai-t-il des paramètres que j'ai négligé que je pourrai prendre en compte afin d'affiner un peu ce résultat ?
Je ne pense pas que la surface des machoires de frein soient liées...

Par contre, est ce que l'amortissement de la fourche avant, soulage l'effort au point A ?

Merci à vous, pour votre suivi.

[Tifoc]

force de freinage Ff=1175N ==> si on devait modéliser cette force sur un dessin ? Elle s'appliquerai en quel point ? Son sens serai dans le sens inverse de déplacement je suppose.

Au point de contact du pneu sur le sol, direction tangentielle, et sens opposé au déplacement effectivement.

couple de freinage à l'extrémité du pneu avant Cf=646Nm

Couple de freinage sur la roue (à l'extrémité du pneu ça ne veut rien dire)

chaque flasque encaisse 3600N en son point A. ==> Est ce bon ?

A priori oui (je n'ai pas refait les calculs, mais à la louche c'est ça)

Il y aurai-t-il des paramètres que j'ai négligé que je pourrai prendre en compte afin d'affiner un peu ce résultat ?

Affiner ? Sachant que vous allez (j'espère) mettre un coefficient de sécurité de 5 (au moins) derrière...

Je ne pense pas que la surface des machoires de frein soient liées...

Si l'idée que je me fait du système est bonne (mais je n'ai jamais vu ce genre de montage) ça n'a aucune importance

Par contre, est ce que l'amortissement de la fourche avant, soulage l'effort au point A ?

Non

[saym31]

Merci pour ces réponses

Coefficient de sécurité, parlons en... 5 ? Je n'ai pas trop idée. Mais 5 me paraissant élevé voudrai dire que je ne suis pas sur de ce calcul de Force ?

La force doit être multiplié par le coefficient de sécurité, c'est comme cela qu'on l'utilise ?

[Tifoc]

Il faudrait demander à un spécialiste de la RdM la valeur de ce coeff de sécurité pour ce genre d'application. Dans ma mémoire, c'est 5 (au moins) dès qu'il y a un risque d'accident sur des personnes.
Il est là, non pas pour palier les éventuelles défaillances du concepteur

[Tifoc]

Pardon, il y a eu un bug...
Il faudrait demander à un spécialiste de la RdM la valeur de ce coeff de sécurité pour ce genre d'application. Dans ma mémoire, c'est 5 (au moins) dès qu'il y a un risque d'accident sur des personnes.
Il est là, non pas pour palier les éventuelles défaillances du concepteur , mais parce qu'il y a tout un tas de chose que celui-ci ne maîtrise pas, comme les éventuels défauts de structure dans la plaque par exemple.
Vous devriez ouvrir un autre fil dans le forum technologie avec un titre genre "coeff de sécurité, traction RdM". Mettez un lien vers cette discussion.
Mais ne vous inquiétez pas trop vite : 5 x 3500 N en traction ça devrait le faire vu les dimensions de votre plaque (ce n'est pas du plastique ? )

[Dynamix]

Salut

Mais ne vous inquiétez pas trop vite : 5 x 3500 N en traction ça devrait le faire vu les dimensions de votre plaque

Tenue par une vis qui travaille en cisaillement

[XK150]

Re ,

Au bout de tout cela , pour finir par rouler ( après le 11 Mai , n'est ce pas ...) , on prendra de la " plaque alu " genre dural , épaisseur 3 mm ....
Les monter bien parallèles au tambour , sans pli , pour qu'elles ne travaillent pas de biais .

[Tifoc]

Bonjour Dynamix,

Tenue par une vis qui travaille en cisaillement

Oui, vu comme ça... Mais comme on ne sait pas comment est assurée la fixation...
Le fait est que la vis (si c'en est une cachée sous les traits) n'a pas l'air bien grosse et pourrait donc bien "travailler" au cisaillement.

J'ai quand même une meilleure nouvelle pour le PP :

Ensuite, Couple de freinage Cf=Ff.Rr=1175.0,55=646Nm

C'est balaise un diamètre de 1,10 m sur une roue de moto
Donc... on n'est plus qu'à 1800 N à transmettre par l'assemblage
C'est dans les ordres de grandeur de ce qui se passe au niveau d'une vis sur une roue de voiture (et bien sûr ce n'est pas du cisaillement, mais ce sont des vis de 12 mm...)

[Tifoc]

A la réflexion, c'est 2 à 3 fois moins que ce qui se passe sur une roue de voiture

[XK150]

Pris sur le vif , ce matin , au garage :
Même masse , même performances , frein probablement moins puissant , mais loin d'être ridicule .
Une seule patte acier d'origine ( pour moi , largement sur dimensionnée ) acier 5 par 30 mm .

[saym31]

Oui il y a une vis dans le flasque (M10). Un goujon pour être plus précis. J'étudie aussi la possibilité de la changer. Car actuellement je serai obliger de plier ma patte légèrement pour aller la fixer aux 2 points du fourreau. Si je modifie ce goujon, en y intégrant un épaulement, j'aurai une patte de fixation plane, et c'est mieux mécaniquement.

...Et mince j'ai pas une roue de 1,10m de diamètre effectivement !

Je rectifie :
Couple de freinage Cf=Ff.Rr=1175.0,225=264Nm
F au point A : F=Cf/OA=264/0,09=2933N (on considérant qu'un flasque)
F au point A, en considérant 2 flasques : F=2933/2=1466N

[Tifoc]

Bonjour YK150,

Même masse , même performances , frein probablement moins puissant

Bonne remarque. On est parti des caractéristiques dynamiques attendues pour la moto, mais les freins vont-ils suivre ?
Finalement, p'têt qu'une grosse ficelle...

[XK150]

Finalement, p'têt qu'une grosse ficelle...

Les pieds par terre avec des vrais sabots en bois peuvent aussi constituer une assistance non négligeable !!!!