Quali sono i diversi tipi di sistemi frenanti e come funzionano

I dettagli di dischi, tamburi, scarpe e idraulica: come i freni ti tengono al sicuro.

I freni sono importanti quanto il motore per qualsiasi auto e sono vitali per tenerti al sicuro durante la guida.
Il principio di base dei freni è semplice: prendono l’energia cinetica dal veicolo in movimento e la trasferiscono all’energia termica attraverso l’attrito per far fermare l’auto.
Tutti i freni seguono lo stesso principio, ma diversi sistemi raggiungono questo attrito in modi diversi.

Ci sono molti fattori che determineranno quale tipo di sistema ha la tua auto e quali componenti utilizza poiché tutti i sistemi variano leggermente, ma qui ci sono i sistemi che la tua auto avrà, come funzionano e quali sono i componenti chiave di essi. Comprendere il sistema di frenatura su un’auto e i sistemi di frenatura nei veicoli può essere vitale, quindi continua a leggere!

Componenti del sistema frenante

Prima di passare al tipo di sistemi che un’auto può utilizzare per frenare, vale la pena menzionare i componenti chiave, soprattutto se stai pensando di riparare o sostituire parti del sistema frenante. I tipi di parti che utilizza il sistema frenante spesso dipendono dalla marca e dal modello dell’auto, dalle velocità che può raggiungere, dal prezzo dell’auto e da quanti anni ha. Un sistema frenante utilizzerà un tamburo o un disco e conterrà pastiglie dei freni.

Freni a tamburo

I freni a tamburo sono il modo più antico di fermare un’auto. Un tamburo è attaccato all’interno della ruota e all’interno sono due pastiglie resistenti al calore. Quando si preme il pedale, le pastiglie spingono verso l’esterno e spremere il tamburo e il tamburo ferma la ruota. L’attrito causato tra le pastiglie e il tamburo fa sì che l’energia cinetica venga trasferita all’energia termica.

Questi tipi di freni sono stati usati comunemente sulle auto fino agli anni 1980. Mentre le auto cominciarono a diventare più potenti, i freni a tamburo non erano all’altezza della sfida di fermarli. Diventano molto caldi in condizioni intense di frenatura frequente e se sono troppo caldi non possono cambiare l’energia del movimento in calore e smettono di funzionare. Dopo il 1980, molte auto hanno iniziato a utilizzare i freni a disco, invece.

Questo non vuol dire, tuttavia, che i freni a tamburo non si abituino affatto. Sono ancora adeguati e fanno il lavoro. Essi sono spesso utilizzati per i freni delle ruote posteriori, come quando una macchina si ferma la maggior parte della pressione viene applicata ai freni anteriori. Poiché i freni a tamburo sono più economici da realizzare e più semplici da mantenere, vengono spesso utilizzati su auto entry level o modelli più economici.

Freni a disco

Freni a disco sono ciò che’ sostituito ‘ freni a tamburo come la scelta più popolare per la maggior parte delle auto. I freni a tamburo spingono fuori e questo non crea tanta pressione quanto spremere sulla ruota. Quindi gli esperti hanno progettato un sistema in cui qualcosa viene schiacciato piuttosto che premuto. Hanno anche scoperto che una maggiore superficie significa anche più attrito ed è vitale per migliorare la frenata ad alta intensità. La combinazione di cercare qualcosa da spremere e volere un’area di superficie elevata ha portato all’adozione di freni a disco.

Un freno a disco è un meccanismo per rallentare o fermare la rotazione di una ruota dal suo movimento. Un freno a disco è normalmente realizzato in ghisa, ma in alcuni casi è anche realizzato in carbonio o compositi ceramici. Questo è collegato alla ruota e / o all’asse. Per fermare la ruota, il materiale di attrito sotto forma di pastiglie dei freni viene forzato contro entrambi i lati del disco. L’attrito causato sulla ruota del disco rallenterà o si fermerà.

Alcuni dischi hanno modifiche per assicurarsi che si raffreddino più velocemente e rimangano più efficaci. Questo è spesso ottenuto lasciando entrare l’aria, quindi modifiche come un buco nel mezzo, piccoli spazi intorno all’esterno o pinne consentiranno all’aria di accedere al disco e alla fine significheranno un sistema di frenatura più efficiente.

Pastiglie freno

Indipendentemente dal fatto che si tratti di un disco o di un tamburo che utilizza la tua auto, il componente principale contenuto all’interno del disco o del tamburo è una pastiglia del freno (a volte indicata come una “scarpa”). Questi sono ciò che crea l’attrito. Molti materiali diversi sono utilizzati per le pastiglie dei freni, ma alcune pastiglie comuni potrebbero essere organiche (usando vetro, kevlar, carbonio ecc.), ceramico, semi-metallico, o completamente metallico. Tutti i materiali utilizzati sono progettati per assorbire più calore possibile.

Le pastiglie dei freni organiche sono molto silenziose e non consumano il disco, ma devono essere cambiate più frequentemente poiché tendono ad essere consumate.
Pastiglie in ceramica sono anche molto tranquillo, durare a lungo, e hanno una grande capacità di frenata, di gran lunga migliore di organico pastiglie.
Le pastiglie semi-metalliche superano anche la capacità delle pastiglie in ceramica, ma a causa dei fiocchi metallici nel materiale sintetico consumano di più il disco, in modo che il disco del freno debba essere cambiato più spesso.
Infine ci sono pastiglie dei freni full-metal. Questi sono ciò che usano le auto da corsa. Hanno un’incredibile capacità di arresto, ma sono rumorosi e consumeranno il disco come un gelato che si scioglie al sole. È probabile che la tua auto contenga pastiglie freno sintetiche o in ceramica e queste sono entrambe ottime scelte per la guida quotidiana.

Sistemi frenanti meccanici

I freni meccanici furono i primi tipi di sistemi frenanti installati sulle automobili quando furono prodotti in serie nel 20 ° secolo. Questi sistemi hanno coinvolto una serie di pulegge, cavi, camme e altri dispositivi per applicare l’attrito al tamburo del freno e portare l’auto a fermarsi. Quando il pedale è stato premuto sarebbe tirare su un cavo, la ‘linea del freno’, che a sua volta costretto il tamburo per premere sulla ruota e portare la macchina ad un arresto.

C’erano molti problemi con questi sistemi frenanti. Per uno, hanno richiesto un’enorme quantità di manutenzione poiché le linee dei freni e tutte le altre parti mobili dovevano essere mantenute in perfette condizioni per far funzionare i freni. Quando i cavi dei freni è venuto sotto troppa pressione o la forza necessaria per portare il veicolo ad un arresto era troppo grande, potrebbero anche scattare facilmente e questo sarebbe molto pericoloso. I sistemi avevano anche bisogno di manutenzione a causa di quanto fossero precisi; se una leva era spenta o la tensione nei fili non era del tutto corretta, ruote diverse avrebbero ricevuto diverse pressioni di frenata, rendendo l’auto molto difficile da controllare.

A causa di tutti questi problemi, alla fine degli anni 1950 i freni meccanici erano raramente visti sulle auto e furono sostituiti con freni idraulici.

Detto questo, la maggior parte delle auto ha ancora una forma di freni meccanici: il freno a mano. Oltre ad avere freni idraulici principali, le auto hanno spesso un freno a mano meccanico che utilizza una leva e un braccio nel tamburo del freno per aiutare a fermare l’auto. Sono azionati da un cavo dalla leva del freno a mano all’interno dell’auto. Un cricchetto sulla leva del freno a mano mantiene il freno una volta applicato. Un pulsante disattiva il cricchetto e libera la leva. Tutte le auto hanno un sistema di freno a mano (a volte può essere elettrico non meccanico) che agisce su due ruote – di solito le ruote posteriori. Questo sistema meccanico è davvero pensato solo per proteggere l’auto durante il parcheggio piuttosto che fermarla, quindi è adatto un sistema meccanico.

Sistemi di frenatura idraulica

Il sistema frenante più comune per le auto moderne è un sistema frenante idraulico e la tua auto ha quasi certamente freni idraulici. Le auto hanno comunemente questo su tutte e quattro le settimane e i sistemi idraulici possono utilizzare un disco freno o un tamburo freno.

A differenza dei vecchi sistemi frenanti meccanici, i sistemi idraulici utilizzano il fluido per esercitare pressione sui freni. Il fluido idraulico viene immagazzinato nelle linee dei freni e viene utilizzato per trasmettere pressione o forza dal pedale del freno o dalla leva del freno per fermare l’auto. Il liquido dei freni, o fluido idraulico, è una sostanza non comprimibile che può funzionare a temperature elevate e ad alta pressione.

In questo tipo di sistema frenante la forza meccanica proviene dal conducente che preme sul pedale del freno. Questa forza spinge quindi il liquido dei freni attraverso le linee e, poiché non è comprimibile, verso il sistema frenante. In un dispositivo noto come cilindro maestro questa forza viene quindi convertita in pressione idraulica che viene inviata alle pinze dei freni o alle ganasce del tamburo (a seconda del tipo di sistema).

Ogni pinza freno ha una serie di pistoni al suo interno (fino a 6) e la pressione idraulica costringe la pinza a bloccare il disco o il tamburo. Le pastiglie dei freni attaccate alla pinza del freno creano attrito quando si sfregano contro il disco del freno o il tamburo e questo è ciò che alla fine porta l’auto a fermarsi.

Ci sono alcuni aspetti positivi anche per i sistemi di frenatura idraulica.

Innanzitutto, la forza generata nel sistema frenante idraulico è maggiore rispetto ai vecchi sistemi frenanti meccanici utilizzati nelle automobili. Questi sono piuttosto primitivi e si basano su leve, collegamenti o camme, che non trasferiscono la stessa quantità di forza dei sistemi frenanti idraulici. I sistemi meccanici possono anche perdere la loro efficacia nel tempo quando le parti di lavoro si rompono.

La possibilità di rottura delle tubazioni idrauliche è molto bassa e richiedono pochissima manutenzione, ancora una volta al contrario dei freni meccanici. Sono anche incredibilmente veloci e reattivi al pedale e richiede pochissima forza applicata ai freni per esercitare pressione sui tamburi o sui dischi.

Poiché un sistema idraulico ha molte meno parti mobili di un sistema meccanico, anche l’usura di queste parti e qualsiasi manutenzione associata o risultante è ridotta. Ciò rende il sistema più economico e più affidabile di quello meccanico.
Poiché i sistemi meccanici potevano anche differire notevolmente nella loro progettazione e costruzione da un’auto all’altra, ciò rendeva le riparazioni spesso difficili. I sistemi idraulici hanno un design relativamente semplice e sono facilmente assemblabili, facilitando la manutenzione.

Servo sistema di frenatura

Spesso indicato anche come power-assisted freni, o un freno o un booster vuoto, un servo sistema di frenatura è progettato per fornire potenza extra per ridurre lo sforzo necessario per applicare il freno e funzionerà in combinazione con freni idraulici.

Il servofreno funziona creando un vuoto parziale, che aumenta quindi la forza applicata al cilindro principale. Con un servo del freno, il pedale del freno preme prima un’asta collegata, che quindi consente all’aria di entrare nel booster mentre si chiude il vuoto. La pressione aumenta quindi sull’asta che si collega a un’asta all’interno del cilindro maestro.

Il servofreno è diventato più comune nelle auto poiché i freni a disco hanno sostituito i freni a tamburo come impostazione standard nei veicoli. I freni a disco rendono necessario che le auto abbiano freni di potenza per rimuovere la maggior parte della forza che un guidatore deve esercitare per fermare l’auto.

All’interno del servosistema del freno, un vuoto moltiplica la forza esercitata dal conducente sul pedale del freno. L’aspetto esteriore di un servo del freno è un contenitore che contiene un diaframma, una valvola e di solito è costruito in metallo. Collegato al servo del freno è anche una valvola di ritegno, che limita la direzione dell’aria verso l’esterno solo al fine di eliminare il rischio di perdere la funzione del freno mentre l’auto è in funzione.

Se il vuoto fallisce perché il motore si ferma, ad esempio i freni funzionano ancora perché c’è un normale collegamento meccanico tra il pedale e la pompa principale. Ma molta più forza deve essere esercitata sul pedale del freno per applicarli.

Den:

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