Franele cu disc pentru automobile – constructie si clasificare

Deosebire constructiva pentru franele cu disc

  1. După construcţia şi funcţionarea etrierului:
  •    etrier fix pe fuzeta, cu pistoane pe ambele părţi ale discului;
  •    etrier flotant (culisează transversal faţă de disc), cu piston pe o singură fată a discului;
  1. După construcţia discului:
  •    disc simplu;
  •    disc autoventilat.

În figura 1 se prezintă schema la franele cu disc de tip deschis, compusă din discul 2, montat pe butucul rotii 3, precum şi din cadrul (etrierul) 5, în care se găsesc pistoanele 4 şi bacurile (plachetii) 6, prevăzute cu garniturile de fricţiune 1. Cadrul monobloc se montează flotant sau fix de punte. În cazul de faţă, cadrul este fixat rigid şi prevăzut cu doi cilindri de acţionare. La soluţiile la care cadrul se montează flotant pe punte există un singur cilindru de acţionare, dispus pe una din fetele discului. Cadrul trebuie să fie suficient de robust spre a nu se deforma sub acţiunea unor forţe mari.
Datorită faptului că discul se dilată puţin în planul axial, aceasta frana permite ca jocul dintre disc şi garniturile de fricţiune să fie menţinut la valori mult mai mici decât la frânele cu tambur. Discul de frana la franele cu disc poate fi montat pe butucul roţii fie pe circumferinţa interioară, fie pe circumferinţa exterioară. În primul caz există posibilitatea deformării discului sub acţiunea fluxurilor termice create la frânare. În cazul al doilea, acest pericol este mai redus, iar butucul roţii, sub formă de ventilator, creează un curent de aer care favorizează răcirea mai rapidă a discului.
schema la franele cu disc

Figura 1
Legenda: 1- garnituri de fricţiune; 2- disc; 3- butucul roţii; 4- pistoane; 5- etrier; 6- placheti.
În general, franele cu disc de tip deschis nu poseda efect servo şi, prin urmare, au o eficacitate slabă. Sunt însă si franele cu disc de tip deschis care pot asigura un anumit efect servo, care este însă menţinut la valori moderate. Din acest motiv, pentru a realiza acelaşi moment de frânare ca o frana cu tambur, presiunea în conducte va trebui să fie de circa două ori mai mare, iar diametrele cilindrilor de acţionare de 2-2.5 ori mai mari decât valorile corespunzătoare ale franei cu tambur. Datorită acestui fapt, în unele cazuri, în loc de un cilindru cu diametru mare ( de fiecare parte a discului), se utilizează doi cilindri de acţionare de diametre mai mici pentru a nu reduce raza medie a discului franei. Există franele cu disc prevăzute cu trei sau chiar patru perechi de cilindri de acţionare. Datorită faptului că forţele de acţionare trebuie să fie sensibil mai mari decât cele de la frânele cu tambur, în multe cazuri se utilizează un servomechanism în transmisia dispozitivului de frânare.

În general, discul nu este protejat, fiind expus prafului, impurităţilor şi apei, ceea ce constituie unul dintre dezavantajele principale ale acestei frâne. De aceea este necesar ca pistoanele cilindrilor de lucru să aibă o etanşare sigură. La acest tip de frână piesele care se rotesc au greutate minimă, iar condiţiile de racire sunt optime. Fixarea garniturilor de fricţiune pe bacuri se face exclusiv prin lipire.
În figura 2 se prezintă construcţia la franele cu disc cu etrier fix, precum şi modul de funcţionare a acestuia.
constructia la franele cu disc cu etrier fix
Figura 2. Schema constructivă la franele cu disc cu ertier fix: 1- carcasă; 2- şurub de prindere; 3- garnitura; 4- canal pentru trecerea lichidului de frână; 5- plăcuţe de frână; 6- disc de frână; 7- garnitură de etanşare; 8- piston; 9- carcasă; 10- orificiu de alimentare; 11- flanşa de prindere.

Presiunea hidraulică provenită de  la cilindrul principal este transmisă la etrierul fix,  care produce forţele de frânare pentru plăcuţele de frână. Etrierul fix susţine plăcuţele de frâna, preia forţele de frânare şi ajustează automat distanţa dintre plăcute şi disc.
Corpul etrierului este construit din două jumătăţi  (Figura 2, elementul 1 si 9) care sunt montate împreună prin intermediul bolţurilor 2. În fiecare jumătate a etrierului pot fi unul sau mai multe pistoane 8 ce presează  plăcuţele de frână 5 pe suprafaţa discului 6.  Lichidul de frana intra în etrier şi trece în camera pistonului prin intermediul orificiului de alimentare 10 şi a canalului de legătură  4. Fiecare piston este etanşat faţă de etrier prin intermediul unei garnituri 3 şi protejat împotriva prafului, impurităţilor, particulelor provenite de la plăcuţele de frână de o garnitură specială 7. Frâna cu etrier fix este montată pe suportul sau prin intermediul flanşei de montare 11 .
Atunci când frânele sunt acţionate,  presiunea hidraulică provenită de la pompa centrală  trece prin orificiul 10 la ambele pistoane 8,  producând astfel forţa de împingere  cu care plăcuţele de frână 5 sunt presate pe suprafaţa de fricţiune a discului 6. Mărimea variabilă a acestei forţe este determinată de presiunea exercitată de piciorul conducătorului pe pedala de frână. Atunci când frana este eliberată pistonul pompei centrale revine la poziţia iniţială datorită arcului sau împingător şi astfel presiunea transmisă plăcutelor de frână prin intermediul conductelor şi racordurilor de legătură, este scăzută. Pistoanele 8 sunt apoi retrase la poziţia iniţială de către garniturile de etanşare 3. Fiind eliberat de către plăcuţele de frâna, discul de frână  6 este din nou liber să se rotească. Dacă distanţa dintre disc şi plăcuţele de frână este mai mare decât cea normală din cauza uzării plăcutelor , pistonul alunecă printre garnitura sa când sunt acţionate frânele şi este astfel poziţionat mai în faţă, distanta fiind în acest fel corectata.

Ajustarea sau reajustarea frânelor cu etrier fix nu este necesară datorită capacităţii de autoreglare prin intermediul garniturilor pistoanelor. Datorită înaltului grad de rezistenţă  mecanică, frânele cu etrier fix sunt larg folosite la autovehiculele de mare viteză. Dezavantajul acestora constă în sensibilitatea acestora la căldură după perioade lungi de frânare.  Frânele cu etrier fix necesită mai mult spaţiu în interiorul jantei roţii, motiv pentru care se prefera folosirea etrierelor flotante sau flotant-culisante.

În figura 3 se prezintă construcţia pentru franele cu disc cu etrier flotant.
Frâna cu etrier flotant e formată din două componente principale  (Figura 3):
construcţia franei cu disc cu etrier flotant

Figura 3. Schema constructivă la franele cu disc cu ertier flotant: 1- disc de frână; 2- etrier flotant; 3- suport; 4- plăcută exterioară de frână; 5- plăcută interioară de frână; 6- orificiu de alimentare de la pompa centrală; 7- piston; 8- cilindru; 9- garnitură de etanşare.
Suportul etrierului 3, ce susţine cilindrul 8 şi pistonul 7 şi plăcuţele de frână 4, 5 şi etrierul flotant 2 care glisează în interiorul suportului.
Un arc ajuta suportul şi etrierul flotant să culiseze lin şi silenţios  între ele. Lichidul de frână intra în camera dintre corpul cilindrului şi piston prin orificiul de alimentare 6.

Atunci când frânele sunt  acţionate,  presiunea hidraulică de la pompa centrală este transmisă prin orificiul de alimentare 6 la pistonul 7 care se deplasează din cilindru, micşorând distanţa dintre disc 1 şi plăcuta interioară de frână 5, ulterior apăsându-le pe cele două una de cealaltă. Presiunea hidraulică acţionează simultan asupra corpului cilindrului 8, mişcând etrierul flotant 2 în direcţia opusă pistonului, şi indirect presează pe  plăcuta din exterior 4 pe disc după ce se apropie de el. Când pedala de frână este eliberată, presiunea hidraulică din orificiul de alimentare  6 scade. Ca şi la frâna cu etrier fix, garnitura pistonului 9  retrage pistonul 7  înapoi cu o distanţă suficientă pentru eliberarea discului, dându-i astfel posibilitatea de a se roti liber.

Construcţia celor două variante pentru franele cu disc este prezentată în figura 4.
Construcţia celor două variante de frane cu disc

Figura.4. Constructia pentru franele cu disc: a) cu etrier fix: 1-disc neventilat; 2-ventil de aerisire; 3-manson de protecţie; 4-garnitura de etanşare; 5-piston; 6-camera de presiune; 7-placuta cu garnitură de fricţiune; 8-stift de ghidare pentru plăcute; b) cu etrier flotant: 1-disc autoventilat; 2-portetrier; 3-etrier; 4-placuta cu garnitură de fricţiune; 5-stift de ghidare pentru plăcute; 6-arc de menţinere a etrierului pe portetrier; 7-ventil de aerisire; 8-piston.

În figura 5 este prezentată construcţia etrierului culisant la franele cu disc.schema constructiva a etrierului culisant la franele cu disc
Figura 5. Schema constructivă la  franele cu disc cu ertier culisant: 1- suport; 2- element ghidare; 3- corpul etrierului; 4- plăcută exterioară de frână; 5- discul de frână; 6- plăcută interioară de frână; 7- garnitură de etanşare; 8- orificiu de alimentare de la pompa centrală; 9- piston; 10- corp etrier; 11- garnitură de etanşare.

La fel ca frana cu etrier flotant, are  un etrier mobil  3, 10 şi un singur piston 9. Similar este şi modul în care presiunea hidraulică deplasează pistonul spre plăcuta de frână din interior simultan împingând corpul etrierului 3 în sens opus astfel încât indirect acesta presează pe plăcuţa de frână din exterior 4 pe discul de frână 5. Etrierul însă,  glisează pe două tije de ghidare 2  în locul unui suport.
Pistonul  9 acţionează direct asupra plăcuţei de frână din interior 6 şi indirect asupra celei din exterior 4.  Orificiul de alimentare 8 conectează etrierul la pompa centrală.
Când pedala de frână este apăsată, presiunea hidraulică de la pompa centrală trece prin orificiul de alimentare 8 la pistonul  9 care deplasează etrierul şi presează direct pe plăcuţa de frână din interior 6 pe discul de frână  5. Presiunea lichidului de frână acţionează în mod egal atât asupra pistonului cât şi asuprea etrierului 10, etrierul glisant este împins în sensul opus pistonului. Etrierul apoi glisează pe tijele de ghidare 2 şi trage plăcuta de frână din exterior 4 acţionând discul de frână. Ambele plăcuţe de frână sunt presate pe discul de frână cu o forţă egală. Când frana este eliberată, garnitura de etanşare a pistonului 7 retrage pistonul la poziţia sa iniţială.

În figura 6  se prezintă construcţia la franele cu disc cu etrier culisant, având totodată integrat mecanisul de acţionare a franei de staţionare.
Corpul etrierului glisant (Figura 6, elementul 8) este montat pe două tije de ghidare 2 pe care poate glisă înainte şi înapoi. Pistonul 6 presează pe plăcuţa de frână din interior 5 şi plăcuta de frână din exterior 3, acţionând discul de frână 4. Pistonul este deplasat hidraulic de lichidul de frână ce intră prin orificiul de alimentare 11. O carcasa de metal 10 şi o garnitură 13 izolează sistemul hidraulic de mecanismul franei de staţionare care este acţionat de levierul franei de parcare 17.Construcţia franei cu disc cu etrier culisantFigura 6. Schema constructivă pentru franele cu disc cu ertier culisant şi mecanism de acţionare a franei de staţionare: 1- corp etrier; 2- element de ghidare; 3- plăcută exterioară de frână; 4- disc de frână; 5- plăcută interioară de frână; 6- piston; 7- garnitură de etanşare; 8- corp etrier; 9- mecanism de autoreglare; 10- carcasă; 11- orificiu de alimentare; 12- tija; 13- garnitură de etanşare; 14- capac; 15- cama; 16- mecanism de acţionare; 17- levier frâna de staţionare; 18- garnitură; 19- arc; 20- jocul.

Când frâna de serviciu este acţionată,  presiunea lichidului  hidraulic provenită de la pompa centrală pătrunde prin orificiul 1 la pistonul 6 care deplasează etrierul şi presează direct plăcuta de frână din interior 5 pe discul de frână 4. În acelaşi timp, presiunea lichidului hidraulic acţionează cu o forţă egală asupra corpului etrierului. Corpul etrierului 8 glisează pe tijele de ghidare 2 trăgând astfel plăcuta de frână din exterior 3 presând-o de discul de frână. Presiunea la plăcuţele de frână este egală în ambele părţi ale discului. Când frana este eliberată, garnitura pistonului 18 retrage pistonul înapoi la poziţia iniţială iar discul de frână se poate roti din nou liber. Când frâna de staţionare este acţionată, un cablu trage levierul franei de staţionare 17 astfel încât cama 15 se roteşte şi presează excentricul  16 şi tija de împingere 12 pe piston, care presează la rândul său direct plăcuta de frână din interior pe discul de frână. Plăcuta de frână din exterior presează cealaltă parte a discului de frână.

În plus faţă de mecanismul franei de staţionare, există deasemenea şi mecanismul BIR (Ball în Ramp- “bila în plan înclinat”). În acest caz,  plăcuta de frână din interior nu este deplasată de o cama, ci de nişte bile. Când frâna de staţionare este acţionată, mecanismul acesteia este forţat să se rotească, mişcând astfel 3 bile, fiecare deplasându-se în nişte cavităţi în formă de rampa. Acele rampe convertesc mişcarea de rotaţie într-o mişcare liniara, motiv pentru care pistonul presează plăcuţele de frână pe discul de frână.


Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*