Tipi di sistemi frenanti: il principio di funzionamento dei freni a tamburo e a disco
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L'impianto frenante è progettato per controllare la velocità dell'auto, fermarla e mantenerla in posizione a lungo sfruttando la forza frenante tra la ruota e la strada. La forza frenante può essere generata da un freno sulla ruota, un motore del veicolo (chiamato freno motore), un rallentatore idraulico o elettrico nella trasmissione.
Per implementare queste funzioni, sull'auto sono installati i seguenti tipi di sistemi frenanti:
- Impianto frenante funzionante. Fornisce decelerazione controllata e arresto del veicolo.
- Impianto frenante di scorta. Utilizzato in caso di guasto e malfunzionamento del sistema di lavoro. Svolge funzioni simili al sistema di lavoro. Un sistema frenante di riserva può essere implementato come sistema autonomo speciale o come parte di un sistema frenante funzionante (uno dei circuiti di azionamento del freno).
- Sistema di freno di stazionamento. Progettato per mantenere l'auto in posizione per lungo tempo.
L'impianto frenante è il mezzo più importante per garantire la sicurezza attiva della vettura. Sulle automobili e su numerosi camion vengono utilizzati vari dispositivi e sistemi per aumentare l'efficienza del sistema frenante e la stabilità della frenata.
Come funziona l'impianto frenante
Quando si preme il pedale del freno, il carico viene trasferito all'amplificatore, che crea una forza aggiuntiva sul cilindro principale del freno. Il pistone della pompa freno pompa il fluido attraverso i tubi ai cilindri delle ruote. Ciò aumenta la pressione del fluido nell'attuatore del freno. I pistoni dei cilindri delle ruote spostano le pastiglie dei freni sui dischi (tamburi).
Un'ulteriore pressione sul pedale aumenta la pressione del fluido e si attivano i freni, il che rallenta la rotazione delle ruote e la comparsa di forze frenanti nel punto di contatto dei pneumatici con la strada. Maggiore è la forza applicata al pedale del freno, più veloce ed efficiente sarà la frenata delle ruote. La pressione del fluido durante la frenata può raggiungere 10-15 MPa.
Al termine della frenata (rilasciando il pedale del freno), il pedale sotto l'influenza di una molla di ritorno si sposta nella sua posizione originale. Il pistone del cilindro principale del freno si sposta nella sua posizione originale. Gli elementi a molla allontanano le pastiglie dai dischi (tamburi). Il liquido dei freni dai cilindri delle ruote viene forzato attraverso le tubazioni nel cilindro principale del freno. La pressione nel sistema diminuisce.
Tipi di sistemi frenanti
Il sistema frenante combina il meccanismo del freno e l'azionamento del freno. Il meccanismo del freno è progettato per creare la coppia frenante necessaria per rallentare e fermare l'auto. I meccanismi del freno ad attrito sono installati sulle auto, il cui funzionamento si basa sull'uso delle forze di attrito. I meccanismi del freno del sistema di lavoro sono installati direttamente nella ruota. Il freno di stazionamento può trovarsi dietro il cambio o la scatola di rinvio.
A seconda del design della parte di attrito, ci sono tamburo e disco meccanismi di freno.
Il meccanismo del freno è costituito da una parte rotante e una fissa. Come parte rotante meccanismo a tamburo viene utilizzato un tamburo del freno, una parte fissa - pastiglie o fasce dei freni.
parte rotante meccanismo del disco rappresentato da un disco del freno, fisso - dalle pastiglie dei freni. Sugli assali anteriore e posteriore delle moderne autovetture, di norma, sono installati freni a disco.
Come funzionano i freni a tamburo
Le principali parti interne dei freni a tamburo sono:
- Tamburo del freno. Un elemento realizzato con leghe di ghisa ad alta resistenza. È montato su un mozzo o su un albero di supporto e funge non solo da parte di contatto principale che interagisce direttamente con le pastiglie, ma anche da alloggiamento in cui sono montate tutte le altre parti. L'interno del tamburo del freno è rettificato per la massima efficienza di frenata.
- Pastiglie. A differenza delle pastiglie dei freni a disco, le pastiglie dei freni a tamburo hanno una forma semicircolare. La loro parte esterna ha uno speciale rivestimento in amianto. Se le pastiglie dei freni sono installate su una coppia di ruote posteriori, una di esse è collegata anche alla leva del freno di stazionamento.
- Molle di tensione. Questi elementi sono fissati alle parti superiore e inferiore dei cuscinetti, impedendo loro di muoversi in direzioni diverse al minimo.
- Cilindri dei freni. Questo è un corpo speciale in ghisa, su entrambi i lati del quale sono montati i pistoni di lavoro. Sono attivati dalla pressione idraulica che si verifica quando il conducente preme il pedale del freno. Ulteriori parti dei pistoni sono guarnizioni in gomma e una valvola per rimuovere l'aria intrappolata nel circuito.
- Disco protettivo. La parte è un elemento montato sul mozzo a cui sono fissati i cilindri e le pastiglie dei freni. Il loro fissaggio viene effettuato mediante appositi morsetti.
- Meccanismo di autoavanzamento. La base del meccanismo è un cuneo speciale, che si approfondisce man mano che le pastiglie dei freni si consumano. Il suo scopo è garantire una pressione costante dei cuscinetti sulla superficie del tamburo, indipendentemente dall'usura delle loro superfici di lavoro.
**I componenti da noi elencati sono generalmente accettati. Sono utilizzati dalla maggior parte dei principali produttori. Ci sono un certo numero di parti che vengono installate privatamente da alcune aziende. Tali, ad esempio, sono il meccanismo per portare i cuscinetti, tutti i tipi di distanziatori, ecc.
Come funziona: il guidatore, se necessario, preme il pedale, creando una maggiore pressione nel circuito frenante. L'impianto idraulico preme sui pistoni del cilindro principale, che azionano le pastiglie dei freni. Essi "divergono" ai lati, allungando le molle di accoppiamento, e raggiungono i punti di interazione con la superficie di lavoro del tamburo. A causa dell'attrito che si verifica in questo caso, la velocità di rotazione delle ruote diminuisce e l'auto rallenta. L'algoritmo generale per il funzionamento dei freni a tamburo è esattamente così. Non ci sono differenze significative tra i sistemi con un pistone e due.
Vantaggi e svantaggi dei freni a tamburo
Tra vantaggi Il sistema a tamburo si distingue per la semplicità del design, un'ampia area di contatto tra le pastiglie e il tamburo, il basso costo, la generazione di calore relativamente bassa e la possibilità di utilizzare liquido per freni economico con un basso punto di ebollizione. Inoltre, tra gli aspetti positivi c'è un design chiuso che protegge il meccanismo da acqua e sporco.
Svantaggi dei freni a tamburo:
- risposta lenta;
- instabilità delle prestazioni;
- scarsa ventilazione;
- il sistema funziona per rompersi, il che limita la forza di pressione consentita dei cuscinetti sulle pareti del tamburo;
- con frequenti frenate e carichi elevati, è possibile la deformazione del tamburo dovuta al forte riscaldamento.
Nelle auto moderne, i freni a tamburo vengono utilizzati sempre meno. Fondamentalmente sono messi sulle ruote posteriori nei modelli economici. In questo caso vengono utilizzati anche per implementare i freni di stazionamento.
Allo stesso tempo, aumentando la dimensione del tamburo, è possibile ottenere un aumento della potenza dell'impianto frenante. Ciò ha portato all'uso diffuso di freni a tamburo su camion e autobus.
Come funzionano i freni a disco
Il meccanismo del freno a disco è costituito da un disco del freno rotante, due pastiglie fisse montate all'interno della pinza su entrambi i lati.
In questo sistema, le pastiglie montate sulla pinza vengono premute su entrambi i lati sui piani del disco del freno, che è imbullonato al mozzo della ruota e ruota con esso. Le pastiglie dei freni in metallo hanno guarnizioni di attrito.
La pinza è un corpo in ghisa o alluminio a forma di staffa. Al suo interno è presente un cilindro del freno con un pistone che preme le pastiglie contro il disco durante la frenata.
La staffa (pinza) può essere mobile o fissa. La staffa mobile può muoversi lungo le guide. Ha un pistone. La pinza a disegno fisso ha due pistoni, uno su ciascun lato del disco. Tale meccanismo è in grado di premere più fortemente le pastiglie contro il disco del freno ed è utilizzato principalmente nei modelli potenti.
I dischi dei freni sono realizzati in ghisa, acciaio, carbonio e ceramica. I dischi in ghisa sono economici, hanno buone qualità di attrito e una resistenza all'usura piuttosto elevata. Pertanto, sono più spesso utilizzati.
L'acciaio inossidabile tollera meglio i cambiamenti di temperatura, ma le sue proprietà di attrito sono peggiori.
I dischi in carbonio leggero hanno un alto coefficiente di attrito e un'eccellente resistenza al calore. Ma richiedono il preriscaldamento e il loro costo è troppo alto. L'ambito dei dischi freno in carbonio sono le auto sportive.
La ceramica è inferiore alla fibra di carbonio in termini di coefficiente di attrito, ma funziona bene alle alte temperature, ha una notevole resistenza e resistenza all'usura a basso peso. Il principale svantaggio di tali dischi è l'alto costo.
Vantaggi e svantaggi dei freni a disco
I vantaggi dei freni a disco:
- minor peso rispetto al sistema a tamburo;
- facilità di diagnosi e manutenzione;
- migliore raffreddamento grazie al design aperto;
- funzionamento stabile in un ampio intervallo di temperature.
Svantaggi dei freni a disco:
- significativa dissipazione del calore;
- la necessità di ulteriori amplificatori a causa della limitata area di contatto tra i pad e il disco;
- usura della pastiglia relativamente rapida;
- il costo è superiore a quello del sistema a tamburo.
