EDIA Moyeu Multivitesses NEXUS - Jeanrostand93jeanrostand93.fr/system/Nexus/cd_nexus/Dossier technique... · 2017-11-05 · 13791 AIX EN PROVENCE CEDEX 3 Page ... amélioré en efficacité

MEDIA Moyeu Multivitesses NEXUS Dossier technique

SARL au Capital de. 9146,94 Euros SIRET : 390 661 130 00026 APE : 722Z

1140 Rue AMPERE. ZI. Parc Actimart. BP 13000 . 13791 AIX EN PROVENCE CEDEX 3 Page 1/29

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SOMMAIRE

1 Présentation .......................................................................................................................................................... 3

2 Principe de fonctionnement ................................................................................................................................. 5

3 Analyse et description du moyeu ......................................................................................................................... 9

3-1 Analyse du besoin ......................................................................................................................................... 9

3-2 Description fonctionnelle ........................................................................................................................... 10

3-3 Description des sous ensembles ................................................................................................................. 13

4- Gamme de démontage ...................................................................................................................................... 18

5- Présentation du banc test .................................................................................................................................. 19

6- Notice de calcul ................................................................................................................................................ 20

6-1 Etude détaillée de la transmission .............................................................................................................. 20

Principe de la sélection de vitesse: ............................................................................................................... 23

Illustration: Rapport de troisième vitesse ..................................................................................................... 23

6-2 Etude détaillée du freinage ......................................................................................................................... 24

7- Principe et caractéristique des transmissions de bicyclettes "classiques" ........................................................ 27

Dossier%20technique.doc


















1 Présentation

DE 3 A 8 VITESSES

INTEGREES AU MOYEU ARRIERE

SG-3C40 3 vitesses intégrées

frein à rétropédalage

SG-3R40 3 vitesses intégrées

frein à commande manuelle

SG-4C30 4 vitesses intégrées

frein à rétropédalage

SG-8R20 8 vitesses intégrées

frein à commande manuelle





Dans le domaine cyclistes, de compétition ou de loisir, un des organes de la

bicyclette les plus étudiés est certainement le système de changement de vitesses

permettant à l'utilisateur d'adapter son effort au conditions de route (choix des

plateaux et pignons).

Ce système de changement de vitesses utilisant un dérailleur s’est peu à peu

amélioré en efficacité offrant de nos jours une grande fiabilité dans le passage des

vitesses.

Devant les usages multiples de la bicyclette, la société SHIMANO à développée la

gamme NEXUS qui s’inscrit dans cette continuité historique du système de

changement de vitesse, pour répondre à une clientèle plus préoccupée par le confort

d’utilisation de leur bicyclette que par la performance sportive.

Cette nouvelle gamme de composants,

proposant entre-autre, un moyeu de roue

avant à dynamo intégrée ou un sytème de

changement de vitesse automatique,

comprend une série de moyeux de roue

arrière à vitesses intégrées.

Sur ce type de composants, les vitesses, et

dans certains cas le frein, sont intégrées

au moyeu arrière, ce qui offre un grand

confort d’utilisation:

Plus de saut de chaîne

Possibilité de cartériser la chaîne

(plus de pince à vélo)

Possibilité de passer les vitesses à

l’arrêt (au feu rouge)

Transmission robuste et de faible

entretien car isolée du milieu extérieure

L’entretien est fortement diminué

puisque le graissage est assuré à vie et

qu’aucun organe sensible n’est exposé

aux corps étrangers (poussières, eau...)

ou aux chocs. De plus, la robustesse du train à planétaire réalisant la transmission du pignon à la roue arrière

assure la longévité du mécanisme.





2 Principe de fonctionnement

Le composant présenté ci-dessous est le moyeu SG-4C30 issu de la gamme nexus. Il intègre:

Le système de transmission de puissance permettant le changement de

vitesse par REDUCTEUR EPICYCLOIDAL Le système de sélection de vitesse

Le frein par rétropédalage

Le mouvement de

pédalage du

cycliste est

transmis au

pignon arrière par la chaîne.

Le mouvement du pignon arrière est adapté par le

réducteur épicycloïdal en fonction de la vitesse

sélectionnée par l'utilisateur, puis le mouvement est

transmis au corps du moyeu, lié à la roue par les

rayon, grace à la roue libre à rouleau.

Pour obtenir le freinage, le cycliste doit exercer un

effort de pédalage à l'envers (rétropédalage). Cet

effort est transmis au bloc de freinage, interne au

moyeu, par le pignon arrière. Le bloc de freinage

arrière (frein à rouleau) ralentie alors le roue arrière

par frottement à l'intérieure du corps de moyeu





Les différents rapports de transmission sont obtenus en immobilisant successivement l'un des trois

planétaire central en rotation. La première vitesse correspond à une prise direct entre le pignon la roue,

la puissance n'est pas transmisse par le train à planétaire dans ce cas.

1ère

Vitesse

2ème

Vitesse

3ème

Vitesse

4ème

Vitesse









43 cache plastique 1

42 Ecrou 1

41 Pignon 1

40 Anneau élastique torique C60 1



37 Anneau élastique torique 51 Si 7 1

36 Cliquets 36 Ni Cr Mo 16 4

35 Anneau élastique C60 1

34 Cage à rouleaux 1

33 Jonc C60 1

32 Ressort de rappel des mâchoires C60 1

31 Anneau élastique à montage radial d9 Cu Be 2 1

30 Carter 1

29 Sélecteur 36 Ni Cr Mo 16 1

28 Bague de sélecteur 1

27 Contre-écrou 1

26 Ecrou 1

25 Rouleaux de frein 38 Cr 2 5

24 Rondelle 1

23 Anneau élastique à montage radial d9 Cu Be 2 1

22 Anneau élastique pour alésage D38 C60 1

21 Anneau élastique C60 1

20 Rouleaux 36 Ni Cr Mo 16 15

19 Flasque droit 38 Cr 2 1

18 Flasque gauche 38 Cr 2 1

17 Moyeu 38 Cr 2 1

16 Cage à billes 1

15 Cage à billes 1

14 Cage à billes 1

13 Planétaire 36 Ni Cr Mo 16 1



10 Mâchoires de frein 2

9 Roue libre à cliquet-cage à rouleaux 38 Cr 2 1

8 Came 1


6 Ressort de rappel 51 Si 7 1

5 Bras d'étrier 38 Cr 2 1

4 Satellite 36 Ni Cr Mo 16 1

3 Etrier de frein 38 Cr 2 1

2 Porte-satellite 38 Cr 2 1

1 Arbre 36 Ni Cr Mo 16 1repère désignation matériau nombre





3 Analyse et description du moyeu

3-1 Analyse du besoin

Le diagramme cause effet ci-dessous met en évidence les principaux défaut des transmissions de vélo classique

par pignon-chaîne pour une clientèle favorisant le conforts d'utilisation sur l'aspect sportif (usage citadin...):

Utilisateur Confort

Système de

changement de

vitesses

A qui rend-il service? Sur quoi agit-il?

Dans quel but?

Permettre à l'utilisateur d'adapter son effort aux conditions de route

Insatisfaction

de

l’utilisateur

Transmettre la puissance

salissant

Changer de

vitesse

Saut de chaîne

Passage d’une

vitesse à l’arrêt

impossible

Maintenir en état

Graissage

fréquent

Pénétration de corps

étrangers





3-2 Description fonctionnelle

Le diagramme des interacteurs ci-dessous met en évidence les fonctions de service auxquelles doit répondre le

système, dans sa phase d’utilisation, vis à vis des éléments qui lui sont extérieurs.

Le tableau de caractérisation des fonctions de service permet de mettre en évidence les principaux critères

d’appréciations pris en compte.

Fonctions de service Critères d'appréciation Niveau d'exigence Flexibi

lité

FS1

Permettre à l'utilisateur

d'ADAPTER son effort au

couple résistant sur la roue

arrière

Effort maxi d'un

cycliste peu ou

moyennement entraîné

4 Vitesses telles que :

1 < R < 2

Homme : < 400 N

Femme : < 300 N

F0

F1

F1

Durée de vie Résistance mécanique de

la transmission F0

Commande par câble F0

FS2

Permettre à l'utilisateur

de FREINER la roue

arrière

Distance de freinage 1 m < à 10 km/h F0

Effort maxi Homme: < 400 N

Femme: < 300 N

F1

F1

FS3 S'ADAPTER au cadre de

la bicyclette Cadre standard

Axe de moyeu: 10 mm

Entraxe: 140 mm maxi

FS4 RESISTER aux agressions

du milieu extérieur

Etanchéité à l'humidité Protégé contre les

projections d'eau

Etanchéité aux corps

étrangers

Pas de pénétration de

corps étranger de >5 m

FS5 S'ADAPTER à la roue de

bicyclette

Encombrement Intérieur au moyeu de

roue arrière F0

Diamètre et nombre des

rayons

13 mm ou 14 mm

18 rayons de chaque coté. F0

Il faut rajouter cependant les critères comparatifs mis en évidence par le diagramme cause-effet (figure 1) qui

sont considérés comme des contraintes de conception pour la société SHIMANO. C’est une nécessité pour se

démarquer de la solution traditionnelle de transmission de puissance et éviter l’insatisfaction des utilisateurs.

FS1 Permettre à l'utilisateur d'ADAPTER

son effort au couple résistant sur la

roue arrière

FS2 Permettre à l'utilisateur de FREINER

la roue arrière

FS3 S'ADAPTER au cadre de la

bicyclette

FS4 RESISTER aux agressions du milieu

extérieur

FS5 S'ADAPTER à la roue de bicyclette

FS5

FS3

FS4

FS1

FS2

Moyeu arrière

multivitesse

NEXUS

Milieu

extérieur

utilisateur Roue

arrière

Cadre de

bicyclette





Train à planétaire

FS1: Permettre

à l'utilisateur

d'ADAPTER

son effort au

couple résistant

sur la roue

arrière

FT12: Adapter l'énergie

mécanique FT 121: Modifier le rapport de

transmission

FT 13: Permettre à l'utilisateur

de sélectionner une vitesse Poignée tournante

Câble FT 132: Transmettre la commande

au moyeu arrière

FT 131: Transformer la commande

humaine en commande mécanique

FT 133: Libérer les planétaires en

rotation

Sélecteur rotatif

FT 134: Assurer l'arrêt en rotation

d'un planétaires

Epaulement sur l'arbre

c

FT 135: Assurer le retour en

position du sélecteur rotatif

Ressort de rappel

FT 1211: adapter l'énergie mécanique

selon le rapport sélectionné

FT 122: Transmettre l'énergie

mécanique à la roue

FT 1221: En prise direct

FT11: Transmettre l'énergie

mécanique au moyeu arrière

Cliquets et ressorts (roue libre) interne aux

planétaires

FT 1212: Immobiliser un planétaire

en rotation

Roue libre à cliquet

Roue libre à rouleaux FT 1222: Via le train à planétaire

Pignon Chaîne

FT 136: Indiquer à l'utilisateur le

vitesse sélectionnée

"Voyant" plastique rouge





Système plateau-pignon

- chaîne

FS2: Permettre

à l'utilisateur

de freiner la

roue arrière

FT21: Transmettre l'effort de

freinage au moyeu

FT 22: Provoquer un couple de

freinage par frottement Mâchoires de frein

rouleau FT 222: Exercer un effort presseur

sur les mâchoires

FT 221: Exercer un couple de

freinage par frottement

FT 2221: Maintenir en position les

rouleaux Roue libre à cliquet-cage à

rouleaux

FT 2222: Immobiliser les rouleau en translation/ à la cage à rouleaux

rondelle

Anneau élastique FT 2223: Arrêter en translation la

rondelle/ à la came de freinage

Etrier de frein

Anneau élastique de rappel


position des mâchoires

FT 2212: Immobiliser les

mâchoires en rotation / au moyeu

Came FT 223: Transmettre l'effort de

freinage aux rouleau





3-3 Description des sous ensembles

La description fonctionnelle (page 4) est présentée sous la forme diagramme FAST (Function Analysis System

Technic). Le point de vue adopté est celui de l’utilisateur et décrit les principales fonctions du système "Moyeu

multi-vitesses"

Pour chacune des fonctions élémentaires un descriptif sommaire présente la solution technique associée.

FT11: Transmettre l'énergie mécanique au moyeu arrière "


FT 1211: "adapter l'énergie mécanique selon le rapport sélectionné "

L'arrêt en rotation du pignon sur le porte-satellite

est assuré par un ensemble de 3 cannelures

cylindriques. L'arrêt axial est assuré par un anneau

élastique à section cylindrique

L'adaptation de l'effort de l'utilisateur aux

conditions de route est assurée par un ensemble de

trois trains à planétaires offrant une transmission

robuste et de faible encombrement


mécanique au moyeu arrière Pignon Chaîne

Train à planétaire

Train à planétaire FT12: Adapter l'énergie

mécanique FT 121: Modifier le rapport de

transmission



FT 122: Transmettre la

puissance à la roue FT 1221: En prise direct

Cliquets et ressorts (roue

libre) interne aux planétaires


en rotation

Roue libre à cliquet

Roue libre à rouleaux FT 1222: Via le train à planétaire







Le principe de sélection de vitesse repose sur l'arrêt en rotation d'un des trois planétaires à la fois. Cet arrêt en

rotation est réalisé par roue libre. Le mouvement de rotation des deux planétaires inutilisé dans la vitesse

choisie est permit à la fois par le sélecteur rotatif et par une propriété cinématique du train à planétaire détaillée

au chapitre "compléments" de ce dossier technique.

FT 1212: Immobiliser un planétaire en rotation

FT 1221:" TRANSMETTRE la puissance en prise directe "

L'arrêt en rotation des planétaire est assurée par

deux cliquets maintenus en butée par un anneau

élastique sur une languette usinée sur l'arbre

centrale.

Cliquets et ressorts (roue libre) interne aux

planétaires


en rotation

Cette roue libre n'est utilisée que pour la première

vitesse. La roue tourne alors à la même vitesse que le

pignon.

FT 1221: En prise direct Roue libre à cliquet





FT 1222: " TRANSMETTRE la puissance via le train à planétaire "

Le principe de fonctionnement

L’activation:

Le cycliste entraîne en rotation le

pignon de la roue arrière qui active le système de réduction.

Le mouvement de rotation est alors transmis au planétaire

de sortie 16. La rotation du planétaire de sortie va, par

l’intermédiaire de sa forme de came sur l’extérieur, tendre à

écarter les rouleaux cylindriques 15 guidés par le guide-

rouleaux 40. Cet écartement permettra alors le blocage des

rouleaux 15 sur la partie cylindrique intérieure du moyeu

10. Le planétaire de sortie 16 et le moyeu 10 seront dès lors

totalement solidaires l’un de l’autre.

Transmission assurée.

La désactivation:

Il s’agit du cas où le cycliste n’a pas le besoin d’appuyer sur les pédales (descente par exemple).

A ce moment-là le mouvement de rotation du pignon n’est plus assurée.

Le planétaire de sortie 16 ne tourne plus, ce qui a pour conséquence une non-activation du

système de came sur les rouleaux cylindriques 15. Le planétaire de sortie 16 et le moyeu 10 ne

seront alors plus solidaires.

Pas de transmission.

Roue libre à rouleaux

FT 1222: Via le train à planétaire





Planétaire

Cliquet

Arbre

Sélecteur

Ressort

FT 13 "PERMETTRE à l'utilisateur de sélectionner une vitesse"

FT 133 et 134

Principe de fonctionnement

L’activation: On obtient la sélection des vitesses par une succession de rotation du

sélecteur 28 autour de l’axe 1 fixe. Sur la représentation ci-contre, le

sélecteur 28 est en position vitesse sélectionnée.

Le planétaire d’entrée tourne autour de son axe et entraîne le couple de

cliquet qui lui est lié. Le ressort permet l’insertion des cliquets sur les

languettes de l’axe 1.Dès lors, le planétaire d’entrée est fixe par rapport à

l’axe 1.

La transmission est assurée.

La désactivation: Pour désactiver l’action de la roue libre, et donc libérer le planétaire d’entrée

sélectionné, il suffit de sélectionner une autre vitesse par un mouvement de rotation

du sélecteur 28. Cette rotation a pour conséquence d’escamoter le couple de cliquets

des languettes de l’axe 1. Confère la figure ci-contre. Il n’y a plus, à ce moment-là, de

possibilité de blocage du planétaire d’entrée qui tourne alors dans le vide.

La transmission n’est plus assurée.

Le sélecteur permet de libérer en rotation les deux

planétaires inutilisés dans le rapports de

transmission choisi par l'utilisateur.


de sélectionner une vitesse


rotation Sélecteur rotatif

FT 134: Assurer l'arrêt en rotation d'un planétaires

Epaulement sur l'arbre c


position du sélecteur rotatif Ressort de rappel


rotation Sélecteur rotatif

FT 134: Assurer l'arrêt en rotation d'un planétaires

Epaulement sur l'arbre

c





FT 135 " ASSURER le retour en position initiale du système de sélection "

FT 22: Provoquer un couple de freinage par frottement

Le principe de fonctionnement

Freinage:

Le freinage est obtenu lorsque l'utilisateur produit un effort de rétropédalage.

Ce mouvement de rétro-pédalage provoque l'expension des mâchoires qui vont

freiner le moyeu par frottement

La came 12 est entraînée en rotation par l’intermédiaire de cinq cannelures qui

la lie au porte-satellite. La came 12 produit un mouvement de translation des

cinq rouleaux presseurs 2 induisant l'expension des mâchoires 51.

Les mâchoires 51 viennent alors créer un effort presseur sur la surface

cylindrique intérieure du moyeu 10.

Le frein est actif.

Désactivation du frein:

En pédalage normal, les rouleaux restent dans les logements prévus sur la

came. Ils n'exercent alors plus d'effort d'expension sur les mâchoires.

Le frein est inactif.

Le retour en position initiale du sélecteur s'effectue par

le ressort de rappel (6). Celui-ci est lié à gauche à un

flasque solidaire de l'arbre (via une rainure usinée dans

l'arbre), et à droite à un flasque solidaire du sélecteur.

La rotation relative de ces deux flasques provoque la

déformation du ressort de rappel (voir dessin

d’ensemble).

FT 135: Assurer le retour en position du sélecteur rotatif

Ressort de rappel





4- Gamme de démontage

27

26

30+3

16

42

37

41

43

17

31

FREIN





5- Présentation du banc test

Pupitre

Motoréducteur

électrique

Système plateau-

pignon - chaîne

FS1: SIMULER le

fonctionnement de

la transmission

Nexus

FT11: Gérer le fonctionnement

FT12: Mettre en rotation la roue

arrière


mécanique au pignon arrière

FT121: Transformer une énergie Electrique en une énergie

mécanique de rotation

F111: Permettre à l'utilisateur de commander le moteur

FT123: Adapter l'énergie

mécanique Moyeu multivitesses

FT124: Simuler le déplacement du

vélo Roue

Pupitre FT14Informer l'utilisateur

FT 132: Transmettre la commande

au moyeu arrière


rotation

FT 134: Assurer l'arrêt en rotation

d'un planétaires


position du sélecteur rotatif

FT 136: Indiquer à l'utilisateur le

vitesse sélectionnée

Poignée tournante

Câble

Sélecteur rotatif

Epaulement sur l'arbre c

Ressort de rappel

"Voyant" plastique

rouge


de sélectionner une vitesse FT 131: Transformer la commande

humaine en commande mécanique





Z11 30 Z4a 30

Z12 39 Z4b 19

Z13 45 Z4c 13

Nombre de dents Schéma cinématique

11 12 13

4c 4b 4a

6- Notice de calcul

6-1 Etude détaillée de la transmission

La transmission de puissance est réalisée par un ensemble de trois trains à planétaire. La puissance

transmise par la chaîne au pignon arrière est récupérée sur le porte satellites commun aux trois trains à

planétaires.

La sélection d'un rapport de réduction va s'effectuer par l'arrêt en rotation de l'un des trois

planétaires (repère 11, 12 et 13). Bien entendu il ne faut arrêter qu'un seul planétaire à la fois.

Ce problème de sélection de vitesse est rendu encore plus délicat par le faible encombrement

imposé par l'intégration de cette transmission dans le moyeu arrière. Nous pouvons préciser

ici que la sélection d'un rapport de réduction est, entre autre, réalisée technologiquement par

des roues libres à cliquets (non représentées sur le schéma cinématique figure 4).

Ces 3 trains à planétaires offrent 3 rapports de réduction. Le

quatrième rapport est une prise directe entre le pignon et

le moyeu.





Rapport de 1ere

: La roue et le pignon

sont en prise directe

via le porte satellites (2) et la roue libre

à cliquet (9).

R1=1.(NB: R= roue / pignon )

Rapport de 2nd

: Le planétaire (11) est

arrêté en rotation sur l'axe (1). La

transmission est réalisée par

l'intermédiaire des planétaires (11) et (7)

et par le satellite (41).

R2=1,243.

Rapport de 3ème




l'intermédiaire des planétaires (12) et

(7) et par le satellite (42).

R3=1,5.

Rapport de 4ème




l'intermédiaire des planétaires (13) et

(7) et par le satellite (43).R4=1,843.





Adaptation à différents types d'utilisateurs:

L'intégration de la transmission au moyeu arrière présente, entre autres avantages, celui de permettre un

montage simple du pignon arrière sur le porte satellites. Ce dernier est en effet arrêté en rotation sur le porte-

satellites par des cannelures et arrêté en translation par un anneau d'arrêt élastique (voir dessin d’ensemble).

Ce type de montage rapide permet un changement aisé du pignon arrière pour adapter la transmission à l'âge

et à la physiologie de l'utilisateur (enfant, personne âgée, homme, femme…).

Le graphique figure 5 compare les différents rapports de réduction obtenus par une transmission NEXUS 4

vitesses utilisée avec différents pignons arrières (plateau 33 dents) aux rapports de réduction permis par une

transmission de bicyclette de ville classique (1 plateau et 3 pignons).

Le graphique figure 5 montre qu'il est possible de balayer une large plage de rapports de transmission en

adaptant le pignon arrière à la physiologie de l'utilisateur.

Rq: Il y a encore la possibilité d'utiliser un plateau 38 dents sur les bicyclettes équipés de cette transmission

NEXUS.

Etude de la sélection d'une vitesse

Démarche: Partant du signe du couple exercé sur le porte satellites et sur la roue, on détermine le sens de l’arrêt

en rotation à utiliser pour chaque planétaire. Le modèle de l’étude est indiqué figure 6.

Le porte satellites 4 est lié au pignon arrière, le planétaire 3 est lié à la roue et le planétaire 1 est le planétaire

bloqué en rotation.

Si on appelle C1, C3 et C4 les couples appliqués par l’extérieur au train à planétaire sur les pignons 1, 3 et 4, la

relation sur les couples nous donne alors :

CC C

3

1 4

1 étant la raison de base du train telle que:

3

1

ZZ

Dans l’exigence que nous vérifions, C3 est un couple résistant et C4 un couple moteur, donc de signe opposé à

C3. Alors, la relation ci-dessus nous indique que le couple C1 appliqué par l’arbre sur le planétaire 1 doit

être de même signe que C3 puisque < 0.

COMPARAISON des rapports de transmission entre vélo de ville

"classique" et NEXUS

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

16 18 19 20 21 22

Nombre de dents du pignon arrière sur NEXUS

Ra

pp

ort

s d

e t

ran

sm

iss

ion

"R

"

R Moyeu NEXUS plateau 33 dents

R pour vélo de ville classique: plateau 42

dents et cassette (16,20,24)

Figure 5





Principe de la sélection de vitesse:

Ce principe repose sur une propriété cinématique des trois trains à planétaires. Lorsque l'un des

planétaires (11, 12 ou 13) est lié à l’arbre par la roue libre présentée ci-dessus, il faut impérativement que les

deux autres soient libres en rotation sur l'arbre (1). Deux cas se présentent pour les planétaires libres en rotation:

- Soit le sens de rotation du planétaire inutilisé ne permet pas d'activer sa roue libre d'arrêt en rotation: le

planétaire est alors libre grâce à la cinématique imposée par le rapport sélectionné.

- Soit le sens de rotation du planétaire inutilisé permet le blocage de sa roue libre d'arrêt en rotation: il

faut alors prévoir sur le sélecteur ( 29 ) une rampe pour escamoter les 2 cliquets et ainsi inactiver la

roue libre.

Illustration: Rapport de troisième vitesse

Figure 9: Perspective de la

moitié supérieure du sélecteur

11

(11/1)

42

12

J: CIR de

42/R0 41

(13/1) > 0 : La roue libre de (13) est

active. Il faut donc escamoter ses 2

cliquets grâce aux rampes du

sélecteur

(11/1) < 0 : La roue libre de (11)

est inactive grâce à la cinématique

imposée par (12). (11) est libre en

rotation.

(12/1) = 0 : Vitesse sélectionnée.

R=1,5.

43

13

(13/1)

Position du sélecteur pour ce

rapport (voir figure 9)





6-2 Etude détaillée du freinage

Etude technologique

Pour des raisons d’encombrement, c’est un FREIN A TAMBOUR qui a été retenue (voir figure 10). Ce frein

dispose de deux mâchoires identiques disposées symétriquement.

La particularité de ce frein est que le mouvement des mâchoires n’est pas un mouvement de rotation (comme

pour les freins à mâchoires articulées employés dans l’automobile, par exemple) mais un mouvement

d’expansion. Cette cinématique de freinage présente l’avantage d’avoir une répartition de pression plus

uniforme au contact mâchoires/tambour et limite le problème d’auto-serrage

Phénomène d’auto-serrage

Ce phénomène provient de la position excentrée du centre de rotation des mâchoires par rapport au centre

rotation du tambour. Lors du freinage, dans cette architecture, les composantes tangentielles des actions

mécaniques de contact mâchoires/tambour ont tendance à pousser une des mâchoires sur le tambour et à tirer

l’autre mâchoire.

L’auto-serrage présente un avantage s’il est considéré comme une assistance au freinage, mais il présente

l’inconvénient d’engendrer parfois des blocages incontrôlés.

Cet inconvénient a été ici éliminé en remplaçant le mouvement de serrage par rotation par un mouvement de

translation

Rôle du décalage angulaire entre les dentures de la came

(8) et le support de roue libre (9).

La pièce (8) supportant les surfaces came est en liaison

par des dentures avec le porte satellites (2) et avec la roue

libre de prise directe (9). On remarque l’existence d’un

débattement angulaire dans ces deux paires de dentures.

Le débattement angulaire entre la came (8) et le porte

satellites (2) a pour fonction de retarder le freinage immédiat

lors d’une modification inopiné du pédalage qui pourrait

entraîner un léger rétropédalage (arrêt du pédalage en

descente par exemple). Ce jeu angulaire évite le freinage intempestif et involontaire de la part de l’utilisateur et

apporte un confort supplémentaire dans la gestion du pédalage.

Le support de roue libre à cliquets (9) sert aussi de cage pour les rouleaux presseurs.

Lors d’un rétropédalage, il faut qu’il y ait une rotation relative entre la pièce came (8) et les rouleaux. Si la

came (8) entraîne la cage (9) il n’y a pas cette rotation relative, mais une rotation d’ensemble. Le débattement

angulaire entre (8) et (9) a donc pour fonction d’assurer le non entraînement de (9) par (8) lors d’un

rétropédalage.

Rôle de l’anneau élastique 35

Pour s’assurer définitivement de la non-rotation de la cage à rouleaux (9) par rapport au mâchoires de frein lors

du rétropédalage, cette pièce est munie, dans une gorge, d’un anneau élastique (35) dont une extrémité est

immobilisée en rotation dans les mâchoires de frein.

En pédalage normal, les frottements entre la cage (9) et l’anneau élastique (35) ont tendance à ouvrir cet

anneau (35). La rotation de la cage (9) n’est donc pas perturbée.

En rétropédalage, la rotation de la cage (9) dans le même sens que la came (8), due aux actions des rouleaux et

du frottement, à tendance à fermer l’anneau (35) sur la cage (9); l'anneau (35) "pince" la cage à rouleaux (9).

Ceci suffit à bloquer par frottement la rotation de (9).

Figure 12: came 8





Performances du freinage.

Nous remarquons, pour cette courbe que l’exigence du cahier des charges (distance de freinage<1m pour N =

400 N (effort de pédalage maxi pour un homme) n’est pas complètement validée pour le seul frein intégré. Cela

est dû au choix de l’effort porté sur la pédale, il est cependant, raisonnable de penser que lors d’un

rétropédalage l’effort porté sur la pédale serait supérieur à 400 N (éventuellement poids du cycliste sur une

pédale).

D’autre part, pour augmenter l’efficacité globale du freinage, les bicyclettes équipés de ce système sont aussi

équipés d’un frein avant traditionnel.

L’efficacité et la progressivité du frein intégré est par contre indéniable pour des efforts variant entre 50 et 300

N, ce qui permet à l’utilisateur de pouvoir gérer de manière très souple son freinage.

Même constat pour cette autre simulation (figure 15). Ici pour N = 300 N, la distance théorique de freinage est:

d = 1, 3 m. Ce qui permet de valider cette solution technique pour une utilisation dans des conditions

"normales". Le respect du critère du cahier des charges (1 m de distance de freinage) intervient pour un effort

de 400 N

De manière générale, on voit sur le graphique (figure 16) que le couple de freinage appliqué sur la roue arrière

seule conduit à l’arrêt de la bicyclette dans des distances acceptables pour des vitesses aux alentours de 15

km/h. Cette observation conduit à estimer que ce frein est suffisant pour une utilisation citadine moyenne, où

les vitesses ne sont en général pas élevées.

50 100 150 200 250 300 350 400 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Effort de retropédalge N (en Newton)

Dis

tan

ce d

e fr

ein

ag

e d

(en

mèt

re)

figure 14

Simulation pour un homme :

Masse totale : Meq = 90 kg

Vitesse initiale : vo = 10 km/h

50 100 150 200 250 300 350 400 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Effort de rétropedallage N (en

Newton)

Dis

tan

ce d

e fr

ein

ag

e d

(en

mèt

re) figure 15

Simulation pour une femme :

Masse totale : Meq = 60 kg

Vitesse initiale : vo = 10 km/h





Evidement, lors d’un freinage d’urgence, le frein avant est lui aussi utilisé

Conclusion sur la fonction Freiner

Nous n’avons pas tenu compte ici du temps de réaction au freinage. Il est à prévoir que l’inversion du sens de

pédalage pour stopper la bicyclette en cas D’URGENCE conduise à allonger ce temps de réaction. Une

pression sur une commande de frein manuelle conduisant à un temps de réaction plus court.

Ce frein est efficace avec l’appoint d’un frein à commande manuelle à l’avant, et convient pour une utilisation

citadine de la bicyclette, ce pour quoi a été conçu ce moyeu.

50 100 150 200 250 300 350 400 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Effort N (en Newton)

Dis

tan

ce d

e fr

ein

ag

e d

(en

mèt

re)

figure 16

Meq = 90 kg vo = 25 km/h

vo = 20 km/h

vo = 15 km/h

vo = 10 km/h





7- Principe et caractéristique des transmissions de bicyclettes "classiques"

Un des organes de la bicyclette ayant subit d'importantes améliorations est la transmission de puissance.

Les transmissions de bicyclettes actuelles reposent toutes sur le même principe:

- L'énergie mécanique produite par l'effort musculaire de pédalage du cycliste est transformée en

une énergie mécanique de rotation grâce à un système de manivelle placée sur le pédalier.

- Cette énergie mécanique de rotation du pédalier est transmise au pignon arrière de la bicyclette

par l'ensemble " plateau - chaîne - pignon ".

- Un système de changement de vitesse par dérailleur assure la tension de la chaîne et son

engrènement sur différents pignons arrières.

Ce système de changement de vitesse, commandé par l'utilisateur, permet à celui-ci d'adapter son

effort aux conditions de route (plat, monté, descente, terrain meuble…).

- L'énergie mécanique de rotation récupérée sur la roue arrière, liée au pignon, permet le

déplacement de la bicyclette grâce à l'adhérence sol/roue

roue arrière

Pignons

Chaîne

Plateau

Manivelle

roue avant

dérailleur

Pédalier





Pédaliers

Nombre de dents:44, 32, 22

Pignons

Nombre de dents:13, 14, 15, 16, 17, 19,

21

Dérailleurs





DEFINIR

DEMONTER

VALIDER

DECODER

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