Amortisseurs, freins, etc ...

Les Freins :

Les premières motos n?avaient pas de frein : Il est généralement assez difficile de représenter l?absence de quelque chose !

Les choses évoluèrent ensuite? très doucement : Les premiers freins apparus sur une moto équipèrent en uniquement la roue arrière, par crainte de bloquer la roue avant.

On vit apparaître en priorité des freins à bande : La bande en question, généralement en cuir, entoure un tambour fixé sur la jante. Elle est reliée par un câble à la pédale de frein. Lorsqu?on actionne cette dernière, la bande vient se tendre sur le tambour.

Notons que les Américains, peu sûrs de ce système, l?ont rapidement doublé d?un frein à tambour, toujours sur la seule roue arrière.

Le précédent système ne s?est jamais rencontré que sur des roues arrières.

L?un des premiers freins que l?on ait vu sur des roues avant s?inspire directement de la technique hippologique, c?est à dire des freins que l?on rencontrait sur les différents attelages tractés par des chevaux. A la différence prés que, dans ce dernier cas, le frein était utilisé pour conserver le véhicule immobile après que les chevaux se soient arrêtés eux-mêmes.

Le système en question, appelé frein à gorge, consiste en un levier, actionné par un câble et doté d?un patin, généralement en bois. Lorsque le câble est actionné, le patin vient s?appuyer dans la gorge d?un cerceau fixé sur les rayons de la roue.

La surface de freinage étant au maximum de 6 cm2, il doit falloir une distance minimale de 2 kilomètres, pour arrêter une machine telle qu?une F.N. 4 cylindres de 130 kg, lancée à 80 km/h. Heureusement, les routes de l?époque étaient bien moins encombrées que de nos jours.

Douglass, doc. G.Largis

Bien que la solution se rencontre moins fréquemment, on vit également apparaître des freins à patins, similaires à ceux que l'on voit encore de nos jours sur nos vélos.

Enfin, pas tout à fait, puisque si vous observez bien cette Douglas anglaise, vous verrez que l'étrier de frein est rigide et non articulé, aussi, la tige qui le tire l'étrier ne rapproche pas les mâchoires vers la jante, mais les tire vers le haut.

Cette disposition particulière implique forcément une construction particulière de la jante pour que les mâchoires de frein viennent entrer efficacement en contact avec elle.

Notons à titre anecdotique que Honda reprit l'utilisation du frein à patins, très amélioré sur son 50cm3 bicylindre de Grand Prix qui pointait à plus de 200 km/h.

On vit ensuite apparaître le frein à tambour, toujours sur la roue arrière dans un premier temps, qui resta, tant dans le domaine automobile que motocycliste, le seul système de freinage couramment utilisé pendant plus d?un demi siècle.

Si l?on met en transparence la flasque de frein, servant de support à la butée du câble, à la fixation de frein et aux axes des cames, on voit que le frein à tambour est constituée de :
  • A : Une surface de freinage généralement en fonte, insérée dans le moyeu de la roue. Sur ce dernier sont fixés les rayons, donc, indirectement, la jante.
  • B : Un axe fixe.
  • C : Une came de forme oblongue.
  • D : Un levier, actionné par le câble de frein et actionnant lui-même la came C.
  • E et E" : Les mâchoires de frein, en aluminium, garnies sur leur face extérieure de garnitures dans une matière appelée "Ferodo", du nom du fabricant qui l'a conçue.

Lorsque le câble de frein est tendu, il actionne le levier D vers le haut. Ce dernier fait pivoter la came C, ce qui a pour effet de déplacer les mâchoires E et E" vers l'extérieur. Les garnitures dont elles sont garnies viennent ainsi en contact avec le tambour A.

Il est important de savoir qu'en raison du sens de rotation du tambour, un frein "simple came" comme celui décrit ci-contre possède une mâchoire "hyper freinante" et une mâchoire "hypo freinante". La première, lorsque l'on actionne le frein, se rapproche automatiquement du tambour, tandis que l'autre s'en éloigne et ne sert ... strictement à rien !

Raison pour laquelle on a inventé les freins double came, qui possède deux mâchoires "hyper freinantes".

Si vous ne croyez pas à cette théorie, procurez vous une moto équipée d'un double came. Positionnez-vous en haut d'une assez forte descente et, sans toucher au frein arrière (généralement simple came), essayez de bloquer le frein avant. Le résultat est imparable : Vous reculerez, car le double came est doté de deux mâchoires "hyper freinantes" en marche avant et deux "hypo freinantes" en marche arrière.

Avant l'apparition du frein à disque, certains constructeurs testèrent, dans les années 70, des solutions qui ne connurent pas de suite, notamment :
  • Je ne connais pas exactement la date d'invention de ce frein de marque "Idéal", mais sachant qu'il était monté sur une "Lucifer-Mag" (ancêtre des "Génial-Lucifer") à réservoir entre-tubes, on peut le dater des environs de 1930.

    Bien avant, donc, les Grimeca et autres bizarreries, ce frein se propose d'améliorer le freinage en augmentant le nombre de mâchoires.

    Mais pas seulement; puisque, sur la première des deux figures, la flèche bleue pointe sur la patte qui relie la flasque du frein au cadre et la rouge désigne le levier qui actionne les mâchoires. Le dispositif de commande étant ici concentrique au tambour.

    Si l'on observe la partie interne, on voit que les cames ne vont pas agir sur l'extrémité de la mâchoire, comme sur un frein à tambour traditionnel, ce qui a pour effet que seule la partie extrême des garnitures entrera en contact avec le tambour, mais que les dites cames agissent sur le centre, des mâchoires, poussant ainsi la totalité de la garniture vers la surface de freinage, ce qui en améliore considérablement la surface de contact.

(Documents transmis par JH Taillard)

  • Certains, pour augmenter la surface des mâchoires en contact avec le tambour, se lancèrent hardiment dans l'augmentation du nombre de cames.
    Sur le "Cerham MacKay" ci-joint (qui équipe un splendide "Café Racer" Norton), il n'y en a pas moins de huit : 4 à droite, du côté visible sur la photo et 4 de l'autre côté.
    L'idée, à la base, part d'un bon sentiment, mais le mieux est souvent l'ennemi du bien : Imaginez vous, un instant, qu'avec autant de cames qui devront toutes offrir la même résistance au frottement, de câbles qui devront être tendus de manière uniforme, de tiges qui devront être réglées à la même longueur et d'écrous et contre-écrous dont on oubliera toujours d'en serrer un ... on puisse arriver, un jour, à ce que les huit mâchoires entrent en contact à peu près au même moment avec la frette des tambours.
    Autant jouer au "Loto".

(Document transmis par Marc Boniface)

  • Luchier, indépendant qui fabriqua un frein adaptable sur différentes motos : Son système, inspiré des freins utilisés en aviation, s'apparentait à un embrayage : Les mâchoires de frein étant circulaires, en forme de disques, venaient en contact avec les parois (les flasques) du tambour et non avec sa circonférence. Ce qui présentait, à diamètre de frein inférieur (donc plus léger), une surface de freinage supérieure.
    Pourquoi ce système n'a-t-il pas connu le succès ? Personne n'a vraiment la réponse ...
    Par contre, les freins Luchier sont récemment réapparus.
    Vous pourrez les trouver ici :  http://site.voila.fr/FreinsLuchier

(Document transmis par Georges Largis)

  • Aermacchi, en Italie, qui utilisa un frein - conçu en collaboration avec Campagnollo - proche du tambour, mais ce dernier était conique et, si mes souvenirs sont bons, les mâchoires étaient actionnées par un dispositif hydraulique. L'avantage étant de présenter, pour un diamètre identique, une plus grande surface de freinage.
    Pour quelle raison ce dispositif ne connut aucun développement ? Je me pose encore la question, puisque la moto équipée de ce dispositif fut Championne du Monde avec Walter Villa.

(Document transmis par Georges Largis)

Si l'on demande à des motards quelle a été la première moto dotée d'un frein à disque, ils répondront, dans 90% des cas : La 750 Honda 4 cylindres de 1968.

Certains d'entre eux pourront vous dire que le premier véhicule doté de freins à disques était la Jaguar qui a couru les 24 heures du Mans en 1955

D'autres, plus érudits, pourront vous dire que la M.V. 600 cm3 de 1966 (ci-contre), même si ses disques étaient actionnés par des câbles a, effectivement précédé la Honda-4.

Dans tous les cas, tout le monde se trompe : Il faut remonter à 1901 pour trouver la première moto (et le premier véhicule) équipée d'un frein à disque mécanique : Ce sont les "Impérial" anglaises.

A quelques variantes près, le système d'un frein à disque hydraulique est composé de :

I : Le maître-cylindre ( A ), comportant :

  • B : Le piston
  • C : Le réservoir de liquide hydraulique
  • D : Le levier de frein

II : Une durit ( E ) reliant le maître-cylindre à l'étrier de frein

III : L'étrier, ( F ) comportant :

  • G : Les pistons
  • H : Les plaquettes dont la surface en contact avec le disque est proche des "Ferodo" que l'on trouve sur les mâchoires de freins à tambour.

IV : Le disque de frein ( I ), solidaire de la roue

Lorsque l'on actionne le levier ( D ), celui-ci pousse le piston ( B )

Le liquide de frein utilisé étant peu compressible, la pression augmente dans le circuit de freinage, c'est à dire dans la durite ( E ) et dans les conduits pratiqués dans l'étrier (F).

De ce fait, les pistons ( G ) sont poussés. Les plaquettes de frein (H) étant solidaires de ce dernier, elles viennent serrer le disque de frein (I)

Ceci est une vision relativement simpliste, bien que le principe de base soit resté le même de nos jours, sur les motos de compétition ou de super sport, on trouve des freins tels que ceux du fabriquant "Béringer", spécialisé dans le domaine : celui représenté ci-joint possède pas moins de 6 pistons !

Ce qui pose de nombreux problèmes de fabrication pour obtenir une rigidité suffisante de la pince de frein (sans quoi le procédé serait totalement inefficace) ou de calcul de diamètre des durits, pour que la pression à exercer ne soit pas trop importante, sachant qu'en moto, il n'existe pas de servofreins.

Les Ressorts :

Bien qu'on ait utilisé à une époque, des ressorts à lames et, très rarement, des barres de torsion ou des systèmes pneumatiques, il n'existe plus, dans l'industrie motocycliste, que des ressorts "à boudin" ou hélicoïdaux.

Un ressort n'est rien de plus qu'un morceau de fil d'acier enroulé, puis traité (voir ci-dessous : traitement des ressorts) pour obtenir une meilleure rigidité.

  • Le diamètre du fil, même s'il est différent d'un ressort à l'autre, est toujours constant sur un même ressort. Plus il est épais, plus le ressort est dur.
  • Le diamètre des spires du ressort lui-même peut être variable : plus les spires sont rapprochées, plus le ressort est résistant à l'enfoncement.
  • De même, plus les spires sont rapprochées, plus la résistance est importante.

L'intérêt de fabriquer des ressorts à pas variables réside dans le fait que l'amortisseur va réagir sur de petites irrégularités, mais qu'il lui restera une course minimale pour absorber des chocs plus importants.

Lorsque la route comporte une aspérité (un ralentisseur, un nid de poule ?), la suspension va devoir l'absorber, de manière à ce que la moto et le motard ne le ressentent pas, pour la première afin de conserver sa tenue de route et pour le second de bénéficier d'un certain confort.

Lorsque la suspension rencontre un défaut sur sa route, le ressort va se compresser, à peu près dans la même proportion que le défaut en question.

Lorsqu'il se compresse, le ressort accumule de l'énergie.

Si l'on utilise un ressort possédant une course (un débattement) important et qu'on devait lui laisser la responsabilité totale de la suspension du véhicule, il restituerait l'énergie qu'il a absorbée beaucoup plus rapidement qu'il ne l'a emmagasinée.

Ce qui posera rapidement de gros problèmes, la moto se mettant à osciller presque indéfiniment de bas en haut et de haut en bas.

Lorsque la chose se produit en courbe, la moto se met à "saucissonner", c'est à dire à bouger non seulement de haut en bas mais également de droite à gauche, comme une ?. de 1968, par exemple. Je ne citerais pas de marque, mais cela a peu d'importance, l'affaire se termine rarement comme on l'aurait souhaité.

Si un jour vous vous reconvertissez dans la moto ancienne, sachez seulement que, lorsque le phénomène se produit, il ne faut surtout pas couper les gaz.

Traitement des ressorts :

(Article réalisé grâce à Jean-Paul CORBIER)

Fut un temps, et jusqu'il y a peu, les ressorts étaient traités par galvanisation (zingage) pour éviter qu'ils ne rouillent ou pas traités du tout (pour les ressorts de soupape, par exemple).
Mais il est fréquent qu'un ressort casse suite à une galvanisation : l'hydrogène des solutions de zingage introduit dans l'acier reste prisonnier du revêtement imperméable et accélère son oxydation.

Le peu de connaissances dans ce domaine a amené grand nombre de constructeurs, parmi les plus prestigieux, à adopter, pour leurs moteurs à haut rendement, des ressorts "en épingle" (Ferrari, Norton, A.J.S. ...) ou par barre de torsion (Panhard, Motom) plutôt que des ressorts hélicoïdaux pour leurs ressorts de soupapes et d'autres à ressortir des tiroirs des solutions plus élaborées comme la distribution desmodromique (Mercedes, Ducati) qui ne sont plus d'aucune utilité de nos jours.

Depuis, une solution bien plus fiable a été trouvée : Elle consiste dans le "grenaillage", c'est à dire à sabler les ressorts sous forte pression avec des projectiles minuscules.

Cette solution a été découverte par hasard aux U.S.A. lorsqu'un constructeur avait reçu des ressorts rouillés et, ne voulant pas les monter tels quels, les renvoya à son fournisseur. Ce dernier, pour "effacer" les traces de rouilles, décida de les sabler.
Lorsqu'il retourna les éléments incriminés au fabricant, on découvrit que les ressorts ainsi traités avaient une excellente durée de vie.

Les Amortisseurs :

En raison de l'incapacité des ressorts à assumer, seuls, une bonne "suspension" des motos, on a rapidement utilisé des amortisseurs peu après qu'on ait utilisé des ressorts.

Le but de l'amortisseur est d'annuler le phénomène de "pompage" ou tout au moins de l'amoindrir.

Les premiers amortisseurs étaient des amortisseurs à friction, constitués de :

  • Deux leviers, l'un fixé au cadre, l'autre au bras oscillant ou à la fourche.
  • Ils sont reliés par un axe.
  • Entre les deux amortisseurs se situent un ou plusieurs disques fabriqués dans une matière (à l'origine, du bouchon) freinant les mouvements entre les deux leviers.
  • La molette au bout de l'axe permet de serre plus ou moins les disques, donc d'accentuer ou diminuer l'amortissement.

Seul défaut de ce système : Il amortit le mouvement autant dans un sens que dans l'autre.

L'amortisseur hydraulique, tel qu'on le connaît aujourd'hui, a été inventé plus tardivement qu'on ne le croit généralement : vers 1960.
  • Il est constitué d'une sorte de cylindre comportant de l'huile (en vert sur le schéma).
  • Une poche d'air, qui ne se mélange jamais avec l'huile est toujours conservée dans le cylindre, pour conserver une sécurité.
  • Un piston, situé à l'extrémité de la tige de plongée, est percé de trous par lesquels l'huile est obligée de passer lorsque le piston se déplace dans le cylindre.
    Plus ces trous sont petits, plus le phénomène d'amortissement est élevé.

L'avantage de ce type d'amortisseur réside dans le fait qu'on est arrivé, grâce à des valves, à dissocier les trous par lesquels passent l'huile lorsque l'amortisseur est comprimé de ceux par lesquels elle passe lorsque l'amortisseur se détend.

Ainsi, le coefficient d'amortissement ne sera pas le même en compression et en détente.

 


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