Frein à came en S : comment fonctionne le frein à tambour

Le frein à came en S est le frein à tambour utilisé sur la plupart des poids lourds, autobus et remorques ; il transforme la pression d'air en force mécanique d'écartement. Lorsque le conducteur appuie sur la pédale, l'air remplit la chambre de frein, la tige de poussée s'étend et fait tourner le levier de rattrapage, celui-ci fait tourner l'arbre de came en S, et la tête en forme de S à son extrémité écarte les deux mâchoires contre l'intérieur du tambour en rotation. C'est le frottement entre les garnitures et le tambour qui ralentit la roue.

Le nom vient de la forme de la came : l'extrémité de l'arbre est formée comme la lettre S. En tournant, le profil évasé du S repousse vers l'extérieur des galets fixés aux extrémités des mâchoires. C'est une conception simple, robuste et peu coûteuse à entretenir, ce qui explique sa domination du freinage des véhicules commerciaux depuis des décennies. Bien la comprendre facilite grandement le diagnostic des freins qui frottent, de l'usure irrégulière et des problèmes de réglage.

Les composants d'un frein à came en S

Le frein de fondation désigne tout ce qui, au niveau de la roue, produit réellement le frottement de freinage, en aval des valves et de la tuyauterie. Sur un essieu à came en S, l'ensemble se boulonne sur une flasque fixe (plateau de frein) et comprend les composants principaux suivants.

Comment la force va de la pédale au tambour

Suivez la chaîne d'événements étape par étape. Elle commence par le pied du conducteur et se termine par de la chaleur au tambour.

1. L'air arrive à la chambre. Appuyer sur la valve de pédale envoie de l'air à travers la valve relais vers le côté service de la chambre de frein. La pression système à pleine charge est d'environ 120 psi.
2. La tige de poussée s'étend. La pression d'air agit sur le diaphragme de la chambre et pousse la tige vers l'extérieur. La distance parcourue s'appelle la course de la tige de poussée, et c'est la mesure la plus importante à effectuer sur ce frein.
3. Le levier de rattrapage pivote. La tige est reliée par une chape au bras du levier de rattrapage. Quand la tige s'étend, le bras pivote et fait tourner l'arbre de came cannelé.
4. La came en S écarte les mâchoires. La tête en S en rotation écarte les galets de came, poussant les deux garnitures vers l'extérieur contre le tambour.
5. Le frottement ralentit la roue. La garniture pressée contre le tambour convertit le mouvement en chaleur. Quand l'air est relâché, les ressorts de rappel rétractent les mâchoires et le tambour tourne à nouveau librement.

Comme le frein est appliqué par l'air et relâché par ressort, tout ce qui réduit la pression d'air réduit la force de freinage. C'est l'inverse de la fonction de stationnement : les ressorts de stationnement s'appliquent en cas de perte d'air, généralement entre 20 et 45 psi, ce qui maintient un véhicule en sécurité si le système se vidange. Côté service, si le système perd de la pression, la puissance de freinage en pâtit directement.

Le levier de rattrapage : effet de levier et jeu

Le levier de rattrapage remplit deux fonctions. D'abord, c'est un levier : un bras plus long multiplie la force de la chambre en couple plus important sur l'arbre de came, donc la longueur du levier de rattrapage est adaptée à la taille du frein et ne doit jamais être remplacée par une longueur différente. Ensuite, il règle le jeu de fonctionnement. À mesure que les garnitures s'usent, les mâchoires doivent parcourir une distance plus grande pour atteindre le tambour, ce qui allonge la course de la tige. Sans surveillance, la course finit par dépasser la course utile de la chambre et le frein cesse de fonctionner efficacement.

Levier de rattrapage manuel ou automatique

Les leviers de rattrapage manuels ont un boulon de réglage qu'un technicien tourne pour rattraper le jeu. Ils sont simples mais nécessitent un réglage programmé, et un levier manuel négligé est une cause classique de course excessive et de déséquilibre de freinage. Les leviers de rattrapage automatiques (LRA) rattrapent le jeu d'eux-mêmes lors des applications normales du frein. Les LRA sont standard sur les équipements modernes, mais ils ne sont pas sans entretien : un LRA défaillant qui cesse de se régler tout seul présentera quand même une course excessive, et on ne peut pas corriger un LRA déréglé en le tournant simplement comme un levier manuel. Vérifiez la course ; ne présumez pas que le levier automatique fait son travail.

Où s'usent les freins à came en S

Chaque point de friction et de pivot de l'ensemble s'use, et ils s'usent ensemble. Connaître la carte d'usure indique quoi inspecter à chaque intervention.

Comme ces pièces partagent le même cycle d'utilisation, la bonne pratique consiste à regarnir les mâchoires, inspecter ou remplacer le tambour, entretenir les bagues et galets de came, et monter une visserie neuve en un seul lot plutôt que de remplacer une seule pièce usée en laissant le reste en place. Les composants de système de freinage qualité OE de VADEN couvrent la visserie d'usure de cet ensemble, pour qu'une remise à neuf retrouve les tolérances d'origine.

Inspecter et régler un frein à came en S

La course de la tige de poussée est le contrôle principal. Freins pleinement appliqués à pression normale, mesurez la distance parcourue par la tige entre position relâchée et appliquée. Une course excessive sur n'importe quelle roue est l'un des motifs de mise hors service les plus fréquents lors d'un contrôle routier, et même un seul frein hors limite peut immobiliser le véhicule. La limite de course dépend du type et de la taille de la chambre, travaillez donc toujours selon la spécification gravée sur la chambre plutôt qu'un chiffre universel unique.

Une séquence d'inspection de base

• Vérifier le réglage. Mesurez la course de la tige sur chaque roue, système à pleine pression, environ 120 psi, avec une application franche.
• Repérer un déséquilibre. Les courses doivent être similaires d'un côté à l'autre d'un essieu ; un écart tire le véhicule et surcharge le frein le plus serré.
• Inspecter garnitures et tambours. Confirmez une épaisseur de garniture au-dessus du minimum, l'absence de contamination, et des tambours dans le diamètre sans fissures.
• Vérifier l'arbre de came. Saisissez la came et vérifiez l'absence de jeu radial révélant des bagues usées ; recherchez un profil en S usé.
• Vérifier la visserie. Confirmez que les ressorts de rappel, galets et axes d'ancrage sont intacts et non grippés.
• Confirmer le déplacement de la chambre. Observez la tige de poussée et le levier de rattrapage se déplacer librement sans point dur.

Pour une vue d'ensemble de la façon dont ces pièces de bout d'essieu s'intègrent dans le système pneumatique, du compresseur à la chambre, consultez notre aperçu du fonctionnement des systèmes de freinage à air. Le frein à came en S est l'endroit où tout cet air stocké se transforme enfin en force de freinage, son état est donc le dernier maillon, et le plus important, de la chaîne.

Pourquoi la conception à came en S perdure

Les freins à came en S ne sont pas le seul frein de fondation, mais ils restent les plus répandus car ils sont peu coûteux, faciles à entretenir en bord de route, et tolérants à la saleté, à l'eau et à une forte chaleur. Leur principal point faible par rapport aux freins à disque pneumatiques est le fading en cas d'usage intensif répété et un plus grand nombre de pièces mobiles à maintenir réglées. Pour la plupart des usages longue distance et professionnels, un frein à came en S bien entretenu arrête néanmoins un ensemble chargé de manière fiable, et l'entretien qu'il exige est simple une fois que l'on comprend le trajet de la force, de la chambre au tambour.