Disc rupt

Frâna cu disc este un dispozitiv mecanic al cărui scop este de a încetini sau opri rotația unei roți și mijloacele la care este legată. Cu alte cuvinte, „etrierul” frânei (roșu în prima figură) este integral cu cadrul (adică în general cu vehiculul ) și este scaunul care adăpostește „plăcuțele” de frânare. În timpul frânării, un mecanism apasă plăcuțele de disc (integral cu roata) generând astfel o forță de frecare direct proporțională cu presiunea . În consecință, roata primește un cuplu care se opune rotației sale, adică o acțiune de frânare.

Primul plan al unei frâne cu disc etrier plutitoare a unei mașini

Istorie

La mașini , frânele cu disc sunt adesea plasate în interiorul roții

Primele experimente cu frâne cu disc au început în Anglia la sfârșitul secolului al XIX-lea ; primele frâne pe disc au fost brevetate de Frederick William Lanchester din Birmingham în 1902 . A trecut un sfert de secol înainte ca sistemul să fie adoptat. În special, prima mașină care a montat-o în serie a fost Citroën DS , în 1955.

Prima frână de disc, cea care a devenit ulterior sistemul utilizat în prezent, a apărut în Anglia între anii 1940 și 1950. Au oferit o capacitate de frânare mult mai mare decât frânele cu tambur utilizate până acum, dar acesta nu a fost singurul avantaj. De asemenea, rezistența la "fading" sau cu termenul englezesc "fade" sau "fading" (adică caracteristica de a menține forța de frânare neschimbată sau aproape neschimbată după operații repetate, limitând supraîncălzirea componentelor) și eficiența remarcabilă a frânării chiar și atunci când umedul (util pentru siguranța rutieră în caz de vreme rea și esențial pentru utilizarea în afara drumului ) nu au fost „plusuri” indiferente. Simplitatea mecanică a sistemului de discuri, numărul mai mic de componente utilizate și ușurința reparării au constituit alte avantaje incontestabile.

Așa cum se întâmplă adesea, primul impuls pentru difuzarea frânelor cu disc a venit din cursele auto, unde calitățile menționate mai sus au constituit un mare avantaj competitiv.

Primele implementări ale acestui sistem de frânare au inclus un singur disc montat lângă diferențial , abia ulterior au fost montate în interiorul roților. Motivul discului unic montat central a provenit de la presupunerea că acesta avea mase neprelungite mai mici, o concentrație de masă aproape de centrul de greutate și o încălzire mai redusă a anvelopelor , un factor de importanță vitală pentru mașinile de Formula 1 din acea perioadă.

Frânele cu disc au devenit acum indispensabile mașinilor de producție, chiar dacă unele mașini (în special cele mai mici și mai ușoare) au încă frâne cu tambur pe roțile din spate din motive de cost, ușurința punerii în funcțiune a frânei de mână (așa-numita „frână de mână”) ). Deoarece forța de frânare a mașinilor este concentrată în mare parte pe roțile din față, această soluție poate fi considerată în continuare un compromis rezonabil.

Frână cu disc de 203 mm a unei biciclete moderne de munte

Discurs diferit pentru motociclete pe care până în anii șaptezeci ai secolului al XX-lea s -au depopulat imense tobe multi-maxilare. Singurul care a anticipat vremurile a fost italianul Innocenti cu scuterul Lambretta care, datorită lui Campagnolo , a produs în 1962 primul scuter din lume cu frână pe disc față (model tv 175 și tv 200). Știrile au făcut înconjurul lumii, chiar și în Franța, revistele de specialitate au lăudat această mare inovație care a atribuit Innocenti un record mondial, un record uitat de-a lungul deceniilor.

Apariția discului de frână care este amintit merge la marele producător italian Brembo care și-a impus produsele în curse mai întâi și apoi pe drum. Discul pentru utilizarea motocicletelor se naște plin și, cu excepția unor prototipuri care au apărut în competițiile Superbike în anii nouăzeci, soluția de auto-ventilare nu a fost niciodată convenabilă sau cu adevărat reușită: prototipuri de auto-ventilare obținute prin turnarea în ceară a oțelurilor speciale , au rămas un exercițiu frumos de tehnologie, totuși nu sunt susținute de o eficacitate tehnică / economică reală.

La sfârșitul anilor nouăzeci și în anii următori, au fost înființate tot mai multe produse cu un profil inovator numit „margaretă” sau „val”; Producătorii italieni s-au remarcat în principal în vânzările aftermarket . Această activitate promovează revenirea la șenile complete de frânare sau, în orice caz, cu câteva crestături, pentru a satisface senzația maximă de conducere și o modularitate de frânare excelentă, fără a sacrifica puterea. Un concept care a dispărut aproape, tocmai cel al modularității, din cauza abuzului de foraj pe suprafețele de frânare și a utilizării de către mulți producători de oțeluri inoxidabile care sunt foarte frumoase de privit, dar nu întotdeauna la înălțime în ceea ce privește durabilitatea și performanța .

Frânele cu disc utilizate la biciclete, pe lângă faptul că au numeroase avantaje, prezintă și unele defecte: de fapt, în timpul frânării discul metalic se supraîncălzește foarte repede datorită fricțiunii sale pe așa-numitele „plăcuțe”, sau plăcilor mici sau clemelor care le favorizează uzura. . Prin urmare, frânele cu disc, în special cele de pe biciclete, necesită întreținere regulată. Frânele cu disc, în domeniul fizic, sunt, de asemenea, supuse unui fenomen numit Stick-slip , care se datorează tranziției rapide de la frecare statică la frecare dinamică , care provoacă acele zgomote supărătoare.

Descriere

O frână cu disc constă dintr-un disc din fontă sau oțel , integrat cu roata, care este frânat de un sistem de etrier care împinge împotriva acestuia o pereche de tampoane din material de frecare, care, apăsând discul în același timp de ambele părți, îl provoacă a încetini împreună cu cea a roții. Presiunea de împingere a etrierului este generată datorită unui dispozitiv hidraulic (ca la majoritatea autovehiculelor) sau, uneori, unui dispozitiv mecanic (de exemplu biciclete). Vehiculele industriale (de obicei cele cu o masă care depășește 6 tone complet încărcate) au un dispozitiv acționat pneumatic.

Controlul și acționarea frânelor

Același subiect în detaliu: Frână § Comanda și acționarea frânei .

Comanda frânei poate fi:

Pârghie
Pedala

Frânele pot fi acționate prin diferite sisteme:

Instalator
Obosi
Mecanic

Disc

Același subiect în detaliu: Disc de frână .

Acest element este una dintre părțile consumabile ale sistemului de frânare pe disc, care în acest caz se rotește împreună cu roata (roțile) de care este legat, structura, forma și manopera sunt decisive pentru definirea calităților sale de rezistență și modulație și putere de frânare.

Placuta de frana

Același subiect în detaliu: etrierul de frână .

Etrierul de frână este elementul care transferă presiunea generată de pompa de frână către plăcuțe, permițând astfel generarea frecării necesare frânării.

Plăcuțe sau plăcuțe de frână

Același subiect în detaliu: Plăcuțe de frână .

Acest element este una dintre părțile consumabile ale sistemului de frânare pe disc, care în acest caz alunecă liniar în interiorul etrierului și de care este legat, structura, forma și prelucrarea acestuia sunt decisive pentru definirea calităților sale de rezistență, formabilitate și putere de frânare. Plăcuțele de frână pot fi sinterizate sau organice.

Pentru sistemele pneumatice tipice ale camioanelor, jocul dintre plăcuțe și discul de frână normal este între 0,5 mm și 1,2 mm în funcție de modelul de frânare ^[1] , în timp ce în sistemele hidraulice distanța dintre plăcuțe și disc este de aproximativ 0,2 mm ^[2]

Pompa de frână (numai pentru sistemele hidraulice)

Același subiect în detaliu: Cilindru principal .

Cilindrul principal este elementul care transferă lichidul de frână din rezervorul de fluid la etrier, astfel încât să puteți acționa pistoanele și să apăsați tampoanele pe disc. Pompa de frână poate fi diferențiată în diferite tipuri, dar funcționarea sa rămâne întotdeauna aceeași, iar conexiunea dintre pompă și etrier se face, în general, prin conducte flexibile.

Rezervor de lichid de frână (numai pentru sistemele hidraulice)

Același subiect în detaliu: rezervor de lichid de frână .

Rezervorul de lichid de frână este un container folosit pentru a conține excesul de lichid de frână pentru nevoile actuale ale sistemului, dar care este treptat reamintit de pompa de frână pe măsură ce plăcuțele se uzează.

Conducte

Furtunuri de frână hidraulice, pe partea stângă din cauciuc de pânză (deteriorate cu pânză vizibilă) pe dreapta în panglică metalică fără teacă

În cazul sistemelor pneumatice sau lichide, aceste țevi trebuie să fie ermetice și, prin urmare, să evite dispersia, în plus, acestea pot fi de diferite tipuri și materiale, de la țevi rigide din metal până la acoperirea întinderilor lungi și nu supuse mișcării și țevi flexibile pentru a conecta două părți supuse la mișcare reciprocă, acestea variază de la furtun de cauciuc simplu pentru părți ale sistemului de joasă presiune, furtunuri de cauciuc acoperite cu un strat de fibre și un al treilea strat de acoperire și tuburi din PTFE acoperite cu o panglică metalică și un al treilea strat de acoperire.

Performanța la presiunile de funcționare dintre furtunurile din cauciuc armat cu fibre și furtunurile împletite este aproape identică, dar există o capacitate de flexie diferită (mai mare pentru furtunurile armate cu plasă din fibră) și durabilitate ^[3] .

Atunci când conectați o pompă de frână la mai multe etriere de frână, aceste țevi pot fi realizate în diferite moduri, cum ar fi conducte multiple, apoi o conductă pentru fiecare etrier de frână, toate pornind de la pompa de frână sau conducte cu un pod, unde există o singură țeavă pe care o conectează la un etrier și țevi care acționează ca o punte între etriere, în cele din urmă țevi cu trei sau mai multe direcții, unde de la etrierul de frână există o singură conductă, care se bifurcă lângă etrierele de frână și, în cele din urmă, se conectează la etriere de frână, permițând o lungime omogenă între cilindrul principal și etrierele de frână. ^[4]

În timp ce în sistemele mecanice se folosește teaca .

Precauții

Sistemul de frânare pe disc poate avea următoarele măsuri:

Sistem de disc intern care deplasează frânele de la roți la caroseria mașinii, termen folosit în mod necorespunzător la vehiculele cu două roți, unde discul de frână este integrat în roată și rămâne central pe disc, constituind partea centrală a acestuia.
Utilizarea -disc Multi dintre mai multe sisteme de disc pe aceeași roată, așa cum este adesea cazul pentru motocicletele de deplasare mai mari, unde există două discuri față și etriere.

Calculul momentului de frânare

Dacă considerăm forța Q normală a etrierului, care împinge tamponul pe suprafața discului în timpul frânării și referindu-ne la o suprafață de deschidere infinitesimală a discului $\ d\alpha$ ${\ displaystyle \ d \ alpha}$ $\ d \ alfa$ și dimensiunea radială $\ dr$ ${\ displaystyle \ dr}$ $\ d r$ , avem asta:

\mathbb {Q} =\int _{0}^{\alpha }\ \int _{\ R_{1}}^{\ R_{2}}rpd\alpha dr

{\ displaystyle \ mathbb {Q} = \ int _ {0} ^ {\ alpha} \ \ int _ {\ R_ {1}} ^ {\ R_ {2}} rpd \ alpha dr}

\ Q = \ int_0 ^ \ alpha \ \ int _ {\ R_1} ^ {\ R_2} rp d \ alpha d r

fiind $rd\alpha dr$ ${\ displaystyle rd \ alpha dr}$ $rd \ alpha dr$ suprafața infinitesimală în mod normal la care acționează sarcina , care în termeni finiti are intensitate $\mathbb {Q}$ ${\ displaystyle \ mathbb {Q}}$ $\ Q$ Și $\ p$ ${\ displaystyle \ p}$ $\ p$ presiunea aplicată în timpul frânării

este încă:

\mathbb {Q} =\alpha \int _{\ R_{1}}^{\ R_{2}}pr\mathrm {d} r

{\ displaystyle \ mathbb {Q} = \ alpha \ int _ {\ R_ {1}} ^ {\ R_ {2}} pr \ mathrm {d} r}

\ Q = \ alpha \ int _ {\ R_1} ^ {\ R_2} pr \ mathrm {d} r

=\alpha K\left(R_{2}-R_{1}\right)

{\ displaystyle = \ alpha K \ left (R_ {2} -R_ {1} \ right)}

= \ alpha K \ left (R_2 - R_1 \ right)

(pentru dovada constanței $\ pr$ ${\ displaystyle \ pr}$ $\ relatii cu publicul$ , vezi demonstrație ).

Frâna de momentul în care se aplică:

\ M_{f}=\int _{0}^{\alpha }\int _{\ R_{1}}^{\ R_{2}}frpr\,d\alpha \,dr

{\ displaystyle \ M_ {f} = \ int _ {0} ^ {\ alpha} \ int _ {\ R_ {1}} ^ {\ R_ {2}} frpr \, d \ alpha \, dr}

\ M_f = \ int_0 ^ \ alpha \ int _ {\ R_1} ^ {\ R_2} frpr \, d \ alpha \, dr

cu $rd\alpha dr$ ${\ displaystyle rd \ alpha dr}$ $rd \ alpha dr$ suprafața pe care acționează forța tangențială infinitesimală $f d Î$ ${\ displaystyle fdQ}$ $f dQ$ și $f$ ${\ displaystyle f}$ $f$ coeficientul de frecare.

Astfel obținem:

\ M_{f}=\alpha f\int _{\ R_{1}}^{\ R_{2}}prr\,dr

{\ displaystyle \ M_ {f} = \ alpha f \ int _ {\ R_ {1}} ^ {\ R_ {2}} prr \, dr}

\ M_f = \ alpha f \ int _ {\ R_1} ^ {\ R_2} prr \, dr

Dar din calculul $\mathbb {Q}$ ${\ displaystyle \ mathbb {Q}}$ $\ Q$ am văzut că:

\ pr=K={\frac {Q}{\alpha }}{\frac {1}{\left(R_{2}-R_{1}\right)}}

{\ displaystyle \ pr = K = {\ frac {Q} {\ alpha}} {\ frac {1} {\ left (R_ {2} -R_ {1} \ right)}}}

\ pr = K = \ frac {Q} {\ alpha} \ frac {1} {\ left (R_2 - R_1 \ right)}

Deci avem:

\ M_{f}=\alpha f{\frac {Q}{\alpha }}{\frac {1}{\left(R_{2}-R_{1}\right)}}{\frac {R_{2}^{2}-R_{1}^{2}}{2}}=Qf{\frac {R_{2}+R_{1}}{2}}

{\ displaystyle \ M_ {f} = \ alpha f {\ frac {Q} {\ alpha}} {\ frac {1} {\ left (R_ {2} -R_ {1} \ right)}} {\ frac {R_ {2} ^ {2} -R_ {1} ^ {2}} {2}} = Qf {\ frac {R_ {2} + R_ {1}} {2}}}

\ M_f = \ alpha f \ frac {Q} {\ alpha} \ frac {1} {\ left (R_2 - R_1 \ right)} \ frac {R_2 ^ 2 - R_1 ^ 2} {2} = Q f \ frac {R_2 + R_1} {2}

Momentul de frânare al unei frâne cu disc depinde de coeficientul de frecare (crește odată cu aceasta), de forță $\mathbb {Q}$ ${\ displaystyle \ mathbb {Q}}$ $\ Q$ și dimensiunea $R_{1}$ ${\ displaystyle R_ {1}}$ $R_ {1}$ , $R_{2}$ ${\ displaystyle R_ {2}}$ $R_2$ și este dat de rezultat $\mathbb {Q}$ ${\ displaystyle \ mathbb {Q}}$ $\ Q$ aplicat pe raza medie a cuplajului pad-disc. Deoarece calculul a fost făcut pe o față a discului, momentul general de frânare este $\ 2M_{f}$ ${\ displaystyle \ 2M_ {f}}$ $\ 2 M_f$ .

Dovada pr = cost

Aplicarea ipotezei lui Reye asupra elementului infinitesimal al discului de deschidere $\ 2\pi$ ${\ displaystyle \ 2 \ pi}$ $\ 2 \ pi$ și dimensiunea radială $\ dr$ ${\ displaystyle \ dr}$ $\ d r$ (coroană circulară), caz mai simplu, dar analog, al unui disc abraziv care se rotește pe o suprafață, avem:

volumul elementar de uzură este egal cu:

\ dV=2\pi rdrh

{\ displaystyle \ dV = 2 \ pi rdrh}

\ d V = 2 \ pi r d r h

în timp ce, fricțiunea infinitesimală este:

\ dL=2\pi rdrfp\theta r

{\ displaystyle \ dL = 2 \ pi rdrfp \ theta r}

\ d L = 2 \ pi r d r f p \ theta r

Fiind

$\ 2\pi rdr$ ${\ displaystyle \ 2 \ pi rdr}$ $\ 2 \ pi r d r$ zona elementino, fiind $\pi \left(r+dr\right)^{2}-\pi r^{2}=2\pi rdr$ ${\ displaystyle \ pi \ left (r + dr \ right) ^ {2} - \ pi r ^ {2} = 2 \ pi rdr}$ $\ pi \ left (r + dr \ right) ^ 2 - \ pi r ^ 2 = 2 \ pi r d r$ , (liniarizare neglijând ordinul superior infinitesimal $\pi dr^{2}$ ${\ displaystyle \ pi dr ^ {2}}$ $\ pi dr ^ 2$ )
$\ \theta r$ ${\ displaystyle \ \ theta r}$ $\ \ theta r$ calea puterii elementare
$\ 2\pi rdrfp$ ${\ displaystyle \ 2 \ pi rdrfp}$ $\ 2 \ pi r d r f p$ forța tangențială infinitesimală care face lucrarea $\ dL$ ${\ displaystyle \ dL}$ $\ d L$

Pentru ipoteza lui Reye, ea susține că:

volumul care se uzează în elementele de contact este proporțional cu munca cheltuită pe frecare în cuplaj

Deci avem:

\ dL\propto \ dV

{\ displaystyle \ dL \ propto \ dV}

\ d L \ propto \ d V

și, înlocuind expresiile găsite ale $\ dL$ ${\ displaystyle \ dL}$ $\ d L$ Și $\ dV$ ${\ displaystyle \ dV}$ $\ d V$ :

\ h\propto \ pf\theta r

{\ displaystyle \ h \ propto \ pf \ theta r}

\ h \ propto \ p f \ theta r

prin urmare:

\ pr=H{\frac {h}{f\theta }}=cost=K

{\ displaystyle \ pr = H {\ frac {h} {f \ theta}} = cost = K}

\ p r = H \ frac {h} {f \ theta} = cost = K

fiind $\ H$ ${\ displaystyle \ H}$ $\ H$ constanta proporționalității necunoscute, $\ h$ ${\ displaystyle \ h}$ $\ h$ înălțimea consumului, de asemenea necunoscută e $\ \theta$ ${\ displaystyle \ \ theta}$ $\ \ theta$ unghiul de rotație care a produs uzura materialului. Legea variației $\ p$ ${\ displaystyle \ p}$ $\ p$ ca o funcție a $\ r$ ${\ displaystyle \ r}$ $\ r$ este atunci o hiperbolă echilaterală în plan $\ pr$ ${\ displaystyle \ pr}$ $\ relatii cu publicul$ .

Notă

^ Verificarea regulată a distanței de rulare
^ SISTEMUL DE FRÂNARE Tehnica de construcție
^ Furtunuri de frână, mai bine împletite sau cauciucate?
^ Set furtun frână și ambreiaj , pe alcotech.eu . Adus la 13 decembrie 2014 (arhivat din original la 9 ianuarie 2015) .

Bibliografie

E. Funaioli - A. Maggiore - A. Meneghetti, Lecții de mecanică aplicată mașinilor, Vol. 1 , Pàtron Editore, 1994, p. 37, p. 48, p. 66.
G. Jacazio - B. Piombo, Mecanica aplicată mașinilor, Vol. 2 , Levrotto & Bella , 1992, pp. 309-310.

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe frâna de disc

linkuri externe

( EN ) Frână cu disc , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	Tezaur BNCF 61792 · LCCN (EN) sh2014000953 · GND (DE) 4179452-7 · BNF (FR) cb12398340t (data)

Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie

[1] Verificarea regulată a distanței de rulare

[2] SISTEMUL DE FRÂNARE Tehnica de construcție

[3] Furtunuri de frână, mai bine împletite sau cauciucate?

[4] Set furtun frână și ambreiaj , pe alcotech.eu . Adus la 13 decembrie 2014 (arhivat din original la 9 ianuarie 2015) .

[1]

[2]

[3]

[4]