Tipus, dispositiu i principi de funcionament dels frens de disc

Els frens de disc hidràulics són un dels tipus de frens tipus fricció. La seva part giratòria està representada per un disc de fre i la part estacionària està representada per una pinça amb pastilles de fre. Tot i l’ús generalitzat dels frens de tambor, els frens de disc continuen sent els més populars. Comprendrem el dispositiu d’un fre de disc, així com descobrirem les diferències entre els dos frens.

Dispositiu de frens de disc

El disseny del fre de disc és el següent:

• suport (mènsula);
• cilindre de fre de treball;
• pastilles de fre;
• disc de fre.

La pinça, que és un cos de ferro colat o alumini (en forma de mènsula), es fixa al ferm de direcció. El disseny de la pinça li permet moure’s pels rails en el pla horitzontal en relació amb el disc de fre (en el cas d’un mecanisme amb pinça flotant). La carcassa de la pinça conté pistons que, en frenar, pressionen les pastilles de fre contra el disc.

El cilindre del fre de treball es realitza directament a la carcassa de la pinça, al seu interior hi ha un pistó amb un llavi de tancament. Per eliminar l’aire acumulat quan sagnen els frens, s’instal·la un muntatge al cos.

Les pastilles de fre, que són plaques metàl·liques amb folres de fricció fixes, s’instal·len a la carcassa de la pinça a banda i banda del disc de fre.

El disc de fre giratori està muntat al cub de la roda. El disc de fre està cargolat al cub.

Tipus de frens de disc

Els frens de disc es divideixen en dos grans grups segons el tipus de pinça (pinça) que s’utilitza:

• mecanismes amb un suport fix;
• mecanismes amb un suport flotant.

A la primera versió, el suport té la possibilitat de moure’s al llarg de les guies i té un pistó. En el segon cas, la pinça és fixa i conté dos pistons muntats als costats oposats del disc de fre. Els frens amb pinça fixa són capaços de crear una major força de pressió de les pastilles contra el disc i, per tant, una major força de frenada. No obstant això, el seu cost és superior al dels frens de pinça flotants. Per tant, aquests frens s’utilitzen principalment en cotxes potents (amb diversos parells de pistons).

Com funcionen els frens de disc

Els frens de disc, com qualsevol altre fre, estan dissenyats per canviar la velocitat del vehicle.

Funcionament pas a pas dels frens de disc:

1. Quan el conductor prem el pedal del fre, el GTZ crea pressió a les canonades del fre.
2. Per a un mecanisme amb manilla fixa: la pressió del fluid actua sobre els pistons dels cilindres de fre de treball amb ambdues cares del disc de fre, que al seu torn pressionen les pastilles contra ell. Per al mecanisme de suport flotant: la pressió del fluid actua al mateix temps sobre el pistó i el cos de la pinça, obligant a aquest a moure’s i a prémer el coixinet contra el disc des de l’altre costat.
3. Un disc entre dos coixinets redueix la velocitat a causa de la força de fricció. I això, al seu torn, condueix a la frenada del cotxe.
4. Un cop el conductor deixa anar el pedal del fre, es perd la pressió. El pistó torna a la seva posició original a causa de les propietats elàstiques del coll de segellat, i les pastilles es retreuen mitjançant una lleugera vibració del disc durant el moviment.

Tipus de discs de fre

Segons el material de fabricació, els discs de fre es divideixen en:

1. Ferro colat;
2. Discos d'acer inoxidable;
3. Carboni;
4. Ceràmica.

Molt sovint, els discs de fre estan fets de ferro colat, que té bones propietats de fregament i baixos costos de producció. El desgast dels discs de fre de ferro colat no és gran. D'altra banda, amb un fre intensiu regular, que provoca un augment de la temperatura, el disc de ferro colat es pot sivellar i, si hi arriba aigua, es pot esquerdar. A més, el ferro colat és un material força pesat i, després d’una llarga estada, es pot oxidar.

Discs coneguts i acer inoxidable, que no són tan sensibles als canvis de temperatura, però que tenen propietats de fricció més febles que el ferro colat.

Els discos de carboni són més lleugers que els de ferro colat. També tenen un major coeficient de fricció i rang de treball. No obstant això, pel que fa al seu cost, aquestes rodes poden competir amb el cost d’un cotxe de classe petita. I per a un funcionament normal, cal preescalfar-los.

Els frens ceràmics no poden coincidir amb la fibra de carboni en termes de coeficient de fricció, però presenten diversos avantatges:

• resistència a altes temperatures;
• resistència al desgast i a la corrosió;
• alta força;
• gravetat específica petita;
• durabilitat.

La ceràmica també té els seus desavantatges:

• mal rendiment de la ceràmica a baixes temperatures;
• cruixir durant la feina;
• alt cost.

Els discs de fre també es poden subdividir en:

1. Ventilat;
2. Perforat.

Les primeres consisteixen en dues plaques amb cavitats entre elles. Això es fa per a una millor dissipació de calor dels discos, la temperatura mitjana de funcionament dels quals és de 200 a 300 graus. Aquests últims presenten perforacions / osques al llarg de la superfície del disc. Les perforacions o osques estan dissenyades per drenar els productes de desgast de les pastilles de fre i mantenir un coeficient de fricció constant.

Tipus de pastilles de fre

Les pastilles de fre, segons el material dels revestiments de fricció, es divideixen en els tipus següents:

• amiant;
• sense amiant;
• orgànica.

Els primers són molt perjudicials per al cos, per tant, per canviar aquests coixinets, s’han de respectar totes les mesures de seguretat.

En els coixinets sense amiant, la llana d’acer, encenalls de coure i altres elements poden jugar el paper d’un component de reforç. El cost i la qualitat dels coixinets dependran dels seus elements constitutius.

Els coixinets fabricats amb fibres orgàniques tenen les millors propietats de frenada, però el seu cost serà elevat.

Servei de discs i pastilles de fre

Desgast i substitució del disc

El desgast del disc de fre està directament relacionat amb l’estil de conducció de l’automobilista. El grau de desgast està determinat no només pel quilometratge, sinó també per circular per carreteres dolentes. A més, la qualitat dels discos de fre afecta el grau de desgast.

El gruix mínim admissible del disc de fre depèn de la marca i el model del vehicle.

El valor mitjà del gruix mínim admissible del disc per als frens davanters és de 22-25 mm, per als posteriors: 7-10 mm. Depèn del pes i la potència del vehicle.

Els principals factors que indiquen que cal substituir els discs de fre davanters o posteriors són:

• esgotament de discos durant la frenada;
• danys mecànics;
• augment de la distància de parada;
• reduir el nivell de fluid de treball.

Desgast i substitució de coixinets

El desgast de les pastilles de fre depèn principalment de la qualitat del material de fricció. L’estil de conducció també té un paper important. Com més intensiva és la frenada, més fort és el desgast.

Les coixinetes davanteres es desgasten més ràpidament que les posteriors, ja que en frenar experimenten la càrrega principal. En substituir els coixinets, és millor canviar-los alhora a les dues rodes, ja siguin posteriors o anteriors.

Els coixinets instal·lats en un eix també es poden desgastar desigualment. Depèn de la capacitat de manteniment dels cilindres de treball. Si aquests últims són defectuosos, comprimeixen els coixinets de manera desigual. Una diferència en el gruix dels coixinets d’1,5-2 mm pot indicar un desgast desigual dels coixinets.

Hi ha diverses maneres de determinar si cal substituir les pastilles de fre:

1. Visual basat en la comprovació del gruix del revestiment de fricció. El desgast s’indica amb un gruix de folre de 2-3 mm.
2. Mecànic, en el qual els coixinets estan equipats amb plaques metàl·liques especials. Aquests darrers, a mesura que es gasten els revestiments, comencen a entrar en contacte amb els discos de fre, motiu pel qual els frens de disc cruixen. El motiu del xiscle dels frens és el desgast del folre de fins a 2-2,5 mm.
3. Electrònic, que utilitza coixinets amb sensor de desgast. Tan bon punt s’esborra el revestiment de fricció al sensor, el nucli entra en contacte amb el disc de fre, es tanca el circuit elèctric i s’encén l’indicador del tauler.

Pros i contres dels frens de disc enfront dels frens de tambor

Els frens de disc tenen una sèrie d’avantatges respecte als frens de tambor. Els seus avantatges són els següents:

• funcionament estable amb l’entrada d’aigua i la contaminació;
• funcionament estable quan augmenta la temperatura;
• refredament efectiu;
• pes i mida reduïts;
• facilitat de manteniment.

Els principals desavantatges dels frens de disc en comparació amb els frens de tambor són:

• alt cost;
• menys eficiència de frenada.