Dans les tambours, au contraire, la mise en contact entre les segments et le tambour se produit avec seulement une légère rotation et le contact s'accentue instantanément avec des segments autoserrants.

Les garnitures ne doivent donc pas lécher le tambour à l'arrêt.

En ce qui concerne le système de fixation du disque et de l'étrier, on peut rencontrer les cas suivants :

• - Montage axial. La pression du circuit hydraulique de commande pousse les deux plaquettes contre le disque (fig 5) ;

• - Une des deux plaquettes est fixée rigidement sur l'étrier, tandis que l'autre est commandée par un piston hydraulique. Lorsque la poussée s'exerce sur la plaquette mobile, la réaction fait déplacer axialement l'étrier du côté opposé, conduisant l'autre plaquette au contact du disque. Un tel étrier est dit flottant (fig. 6) ;

• - Le disque est mobile axialement avec un étrier fixe. (fig 7) Une plaquette est solidaire de l'étrier ; l'autre, commandée par le piston, vient en contact avec le disque et le pousse 'contre la première . La position des étriers peut être soit en avant, soit en arrière de l'axe de rotation de la roue.

Chaque solution correspond à des conditions de charge précises pour les roulements des roues.

Dans le cas d'un étrier disposé en avant, la réaction due au frottement étrier-disque est dirigée vers le haut et s'ajoute par conséquent à la réaction verticale due au poids, ce qui surcharge les roulements.

Si, au contraire, l'étrier est disposé en arrière, la réaction est dirigée vers le bas et se soustrait de la réaction verticale due au poids, ce qui soulage les roulements.

Les disques de freins doivent présenter, en règle générale, des caractéristiques analogues à celles des tambours :

• légèreté,

• résistance à l'usure

• et bonne conductibilité thermique.

Ils sont normalement réalisés en fonte spéciale au chrome/ molybdéne, très résistante à l'usure. A chaud, en présence de projection d'eau, les disques en fonte ne présentent pas d'inconvénients, tandis que ceux en acier sont sujets à des phénomènes de trempe qui ont pour conséquence leur fragilisation.

Les étriers doivent être être légers et rigides ; ils sont habituellement construits en alliage d'aluminium, quelquefois en alliage de magnésium ou encore en fonte. Les matériaux de frottement des freins à disque ont des caractéristiques analogues à celles des matériaux de frottement retenus pour les freins à tambour.

Il ne faut cependant pas oublier qu'ils sont soumis à des pressions plus élevées, la surface de contact étant plus petite (une garniture a, en moyenne, une surface de 30 à 35 cm2 contre les 55 à 60 cm2 des freins à tambour) et que le rayon de frottement est plus faible. Sur les modèles à hautes performances, on monte souvent des disques perforés qui aspirent l'air par le centre et le refoulent par la périphérie. Ces types de disques (communément appelés auto- ventilés) sont apparus vers la fin des années cinquante sur les voitures de compétition, puis en 1965 sur les voitures de série, plus précisement sur la Chevrolet Corvette.

Afin de réduire l'importance des masses non suspendues, on monte quelquefois les disques à la sortie du différentiel.

Comparaison entre les freins à tambour et à disque

Pour donner une idée des énormes progrès réalisés dans le freinage, on peut comparer les distances de freinage d'une Rolls Royce Phantom 1 de 1926 (voiture équipée de freins mécaniques à tambour sur les quatre roues avec servofrein mécanique) à celles des voitures modernes (freins à disque avec servofrein mécanique).

La première stoppait sur 32,40 m à 60 km/h et sur 49,40 m à 80 km/h, alors que les automobiles modernes freinent respectivement sur 8,20 et 35 m.

Malgré la supériorité des freins à disque, les freins à tambour présentent certains avantages :

•  Leur rayon de frottement est généralement supérieur au rayon géométrique du tambour, tanfis que dans les freins à disque il est inférieur au rayon du disque : par conséquent, pour une même force de frottement, le couple de freinage sera plus grand dans les freins à tambour ;

• Pour une même force de serrage, il est possible d'augmenter le couple de freinage en montant, par exemple, deux segments à enroulement, alors que, pour compenser l'infériorité mécanique des freins à disque, la pression de freinage doit être plus forte, ce qui oblige au montage d'un servo-frein même sur des véhicules de poids relativement modeste (les pressions dans le circuit hydraulique sont de 80 à 100 kgp/cm2 dans le cas des freins à disque, tandis qu'elles ne sont que 12 à 15 kgp/cm2 pour les freins à tambour). L'effort musculaire reste, par contre, limité pour les deux types à des valeurs de 25 à 35 kgp.

Par contre :

• La surface de contact des plaquettes sur le disque étant exposée à l'air, il est toujours possible de prévoir une canalisation.

Pour les freins à tambour, le refroidissement est beaucoup plus difficile, du fait que la partie extérieure seule est exposée à l'air, tandis que la chaleur est produite à l'intérieur.

Pour cette raison, les freins à disque étant plus facilement débarrassés de l'eau, de la poussière et de la boue seront beaucoup moins sensibles au fading (la poussière des garnitures déséquilibre les freins à tambour) ;

• Avec un disque, l'usure des garnitures de freinage est régulière ; toute la surface des plaquettes frottant sur le disque, la distribution des pressions sera uniforme.

Dans les freins à tambour, l'usure est irrégulière, atteignant sa valeur maximale vers l'extrémité libre du segment. Ceci s'explique par la rotation qui caractérise le mouvement d'approche du segment pour venir en contact avec le tambour.

On pourra obtenir une distribution plus uniforme de l'usure avec des freins à segments flottants ou à double détente.

Les pressions spécifiques et les forces de frottement plus élevées dans les freins à disque ont pour conséquence une plus grande production de chaleur.

Pour éviter la formation de bulles de vapeur dans le cylindre, il faut utiliser un liquide de frein au point d'ébullition élevé (200 à 220 °C contre 150 à 160 °C pour l'huile des freins à tambour). La production de chaleur entraîne également des dilatations qui, bien que n'ayant aucune conséquence dans les freins à disque (le disque se dilate radialement), sont une source d'inconvénients dans les freins à tambour (la dilatation radiale du tambour est plus grande que celle des segments, ce qui, en augmentant le jeu tambour- segment, réduit l'effet de freinage).

Autre point positif pour les disques : les opérations de contrôle, d'entretien et le remplacement des plaquettes sont faciles. Les freins à disque se prêtent peu à l'utilisation comme freins de stationnement, la difficulté concerne particulièrement la réalisation d'une double commande : hydraulique pour le frein principal et mécanique pour le frein de stationnement. On prévoit parfois un frein à tambour placé à côté du frein principal à disque, ou encore un second étrier qui agira sur le même disque. Il peut être intéressant d'établir une comparaison entre domaines d'utilisation en fonction de l'énergie cinétique absorbée par divers types de freins :

• Les freins à tambour sur les quatre roues sont utilisés dans les cas où les énergies cinétiques en jeu sont de l'ordre de 70 000 kgm (ce qui correspond, à titre indicatif, à des voitures de 900 kg circulant à 140 km/h) ;

• Les freins à disque sur les quatre roues sont utilisés pour l'intervalle approximatif des énergies cinétiques allant de 80 000 kgm (voitures de 900 kg à environ 150 km/h) jusqu'à 490 000 kgm (voitures de 1 600 kg à 280 km/h).

Pour une gamme de valeurs intermédiaire de l'énergie cinétique, le système mixte (freins à disque à l'avant et freins à tambour à l'arrière) est très répandu.

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