Embrayages, freins et limiteurs de couple

1. Trois organes, trois fonctions

Entre un moteur et la machine qu'il entraîne, on trouve souvent des organes qui ne transforment pas le mouvement mais le contrôlent. L'embrayage relie ou sépare deux arbres pendant que le moteur tourne. Le frein ralentit puis immobilise. Le limiteur de couple coupe la liaison quand l'effort devient anormal, pour protéger la machine. Tous trois utilisent souvent le même principe : le frottement.

2. L'embrayage à friction

Dans un embrayage à friction, deux plateaux sont pressés l'un contre l'autre par des ressorts. Les surfaces en contact portent des garnitures : un matériau qui frotte bien et résiste à la chaleur. Tant que l'effort presseur est suffisant, les plateaux adhèrent et tournent ensemble. Pour débrayer, une commande écarte les plateaux : manuelle, pneumatique ou électrique.

Le couple que l'embrayage peut transmettre dépend de quatre choses : le nombre de surfaces qui frottent, le coefficient de frottement f entre garniture et plateau, l'effort presseur F et le rayon moyen des garnitures.

Quand le couple demandé dépasse ce que l'embrayage peut transmettre, il patine : les plateaux glissent, s'échauffent et s'usent. Une odeur de garniture chaude, une machine qui « peine » alors que le moteur tourne normalement sont des signes à signaler. À côté des embrayages à friction existent les embrayages à crabots : des dents qui s'emboîtent, sans glissement possible, qu'on n'enclenche qu'à l'arrêt ou à très faible vitesse.

3. Embrayages et freins électromagnétiques

Sur les machines, la commande est souvent électromagnétique. Une bobine alimentée devient un aimant et attire une pièce en acier mobile, l'armature. Selon le montage, cette attraction serre des surfaces de friction (embrayage qui colle sous tension) ou au contraire les desserre (frein qui se libère sous tension). Sur les presses et cisailles à cycles, on trouve des embrayages-freins combinés : à chaque cycle, l'appareil accouple l'outil au volant, puis le freine et le tient en position haute.

4. Le moteur-frein : serré quand le courant manque

Un moteur-frein est un moteur asynchrone qui porte, à l'arrière, un frein à disque électromagnétique. Son principe est à retenir : des ressorts serrent le disque de frein en permanence. Quand le moteur est mis sous tension, la bobine du frein est alimentée en même temps, attire l'armature et libère le disque. On parle de frein à manque de courant.

Pourquoi c'est une sécurité ? Si le courant est coupé, volontairement ou par une panne, un câble arraché, un arrêt d'urgence, le frein serre tout seul. Une charge suspendue reste en place, un axe vertical ne descend pas, un convoyeur en pente ne recule pas. Le frein ne dépend d'aucune énergie pour tenir : ce sont les ressorts qui travaillent.

Certains moteurs-freins ont un levier de déblocage manuel pour tourner l'arbre à la main. Ce levier supprime la sécurité : il ne s'utilise que selon la procédure de la machine, charge posée ou calée.

5. Freins à disque et à tambour

Tous les freins à friction transforment l'énergie du mouvement en chaleur. Dans un frein à disque, un disque tourne avec l'arbre et des plaquettes, portées par un étrier fixe, viennent le pincer. Dans un frein à tambour, deux mâchoires garnies s'écartent et frottent contre l'intérieur d'un tambour qui tourne. Le disque refroidit mieux ; le tambour est bien protégé de la poussière. On les commande par ressort, câble, fluide ou électroaimant. Après des freinages répétés, disque, tambour et carter peuvent être brûlants : laissez-les refroidir avant d'y toucher, même avec des gants. Une couleur bleuie sur un disque montre qu'il a déjà beaucoup chauffé : signalez-le.

6. Le limiteur de couple

Un convoyeur se bloque parce qu'une pièce se coince. Le moteur force, le couple monte, et quelque chose va casser : une clavette, une dent, un arbre. Le limiteur de couple est le « fusible mécanique » de la transmission : il est réglé un peu au-dessus du couple normal et se débraye quand ce seuil est dépassé.

Le réglage se fait par un écrou qui comprime plus ou moins les ressorts. La valeur est fixée par le constructeur de la machine. Après un démontage, on remonte au même réglage : on repère la position de l'écrou avant d'y toucher, et on suit la notice. Un limiteur qui déclenche souvent n'est pas « trop faible » : il signale un problème, bourrage, palier grippé, courroie trop tendue, qu'il faut trouver.

7. Usure, contrôle et sécurité

Les garnitures s'usent à chaque freinage et à chaque patinage. Sur un moteur-frein, l'usure fait grandir l'entrefer, l'espace entre l'armature et l'électroaimant. Trop grand, l'entrefer empêche la bobine d'attirer l'armature : le frein ne se libère plus bien, frotte et chauffe. Les ressorts, plus détendus, serrent aussi moins fort. La valeur de l'entrefer et l'usure maximale admise sont données par la notice du fabricant.

1. 1Consigner le moteur, et poser ou caler mécaniquement toute charge qu'il retient.
2. 2Déposer le capot du ventilateur et accéder au frein.
3. 3Mesurer l'entrefer avec un jeu de cales d'épaisseur, en plusieurs points du pourtour.
4. 4Comparer à la notice : régler l'entrefer ou remplacer le disque si l'usure maximale est atteinte.
5. 5Remonter, déconsigner, puis faire un essai de freinage à vide, puis en charge, avant de rendre la machine.

D'autres signes d'usure se remarquent en conduite : une machine qui met plus longtemps à s'arrêter, un bruit de frottement moteur en marche, une odeur de brûlé, un frein qui claque fort à chaque arrêt. Notez-les et transmettez-les.

8. Pour aller plus loin