Che cosa sono i freni?- Tipi, parti e applicazione

Che cos’è un freno?

Un freno è un dispositivo meccanico che inibisce il movimento assorbendo energia da un sistema in movimento. Viene utilizzato per rallentare o fermare un veicolo in movimento, ruota, asse o per impedirne il movimento, il più delle volte realizzato per mezzo di attrito.

La maggior parte dei freni utilizza comunemente l’attrito tra due superfici compresse per convertire l’energia cinetica dell’oggetto in movimento in calore, sebbene possano essere utilizzati altri metodi di conversione dell’energia. Ad esempio, la frenata rigenerativa converte gran parte dell’energia in energia elettrica che può essere immagazzinata per un uso successivo.

Altri metodi convertono l’energia cinetica in forme immagazzinate come aria compressa o olio pressurizzato in energia potenziale. I freni a correnti parassite utilizzano campi magnetici per convertire l’energia cinetica in corrente elettrica nel disco, nell’aletta o nella rotaia dei freni, che viene convertita in calore.

Tuttavia, altri metodi di frenatura convertono persino l’energia cinetica in varie forme, ad esempio trasferendo l’energia su un volano rotante.

I freni sono generalmente applicati ad assi o ruote rotanti, ma possono assumere altre forme come la superficie di un liquido in movimento (valvole utilizzate in acqua o aria).

Alcuni veicoli utilizzano una combinazione di meccanismi del freno, ad es. Trascina le auto da corsa con entrambi i freni delle ruote e un paracadute o un aereo con entrambi i freni delle ruote e le alette di trascinamento che vengono sollevate in aria durante l’atterraggio.

Che cosa sta rompendo il sistema?

In un’automobile, veicolo, un sistema di frenatura è un accordo di vari collegamenti e componenti (freni o collegamenti meccanici, freni a tamburo o a disco freni cilindro maestro o fulcri, ecc) che sono disposti in modo tale che essa converte l’energia cinetica del veicolo in energia termica, che a sua volta si ferma o de accelerare il veicolo.

La maggior parte dei freni utilizza l’attrito su entrambi i lati della ruota, l’azionamento collettivo della ruota converte l’energia cinetica dell’oggetto in movimento in calore. Ad esempio, la frenata rigenerativa converte gran parte dell’energia in energia elettrica che può essere immagazzinata per un uso successivo.

I freni a correnti parassite utilizzano campi magnetici per convertire l’energia cinetica in corrente elettrica nel disco, nella lama o nella guida dei freni, che viene convertita in calore.

I seguenti sono i tipi più comuni di sistemi frenanti nelle automobili moderne. È sempre bene sapere quali sono giusti per la tua auto per una facile risoluzione dei problemi e manutenzione.

Definizione di freni

Un freno è un dispositivo meccanico che inibisce il movimento assorbendo energia da un sistema in movimento. Viene utilizzato per rallentare o fermare un veicolo in movimento, ruota, asse o per impedirne il movimento, il più delle volte realizzato per mezzo di attrito.

Parti del sistema frenante

Di seguito sono riportate le parti del sistema frenante:

• Pedale del Freno
• Cilindro Maestro
• Pastiglie Freno
• centralina ABS
• servofreno
• Freni a Disco
• Freni a Tamburo
• Freno di Emergenza
• Pedale del Freno
• Sensori di Velocità delle Ruote

Pedale del Freno

Il pedale è quello che si spinge con il piede per azionare i freni. Fa sì che il liquido dei freni fluisca attraverso il sistema per esercitare pressione sulle pastiglie dei freni.

Il conducente aziona il pedale del freno per attivare i freni. Un pistone nel cilindro principale si muove quando viene premuto il pedale.

Cilindro maestro

Il cilindro maestro è fondamentalmente uno stantuffo che viene attivato dal pedale del freno. È ciò che trattiene il liquido dei freni e lo costringe attraverso le linee dei freni quando attivato.

Converte la pressione non idraulica in pressione idraulica che i cilindri delle ruote utilizzano per premere le pastiglie dei freni contro i rotori per arrestare il veicolo.

Linee dei freni

Generalmente in acciaio, le linee dei freni sono ciò che trasporta il liquido dei freni dal serbatoio della pompa alle ruote dove viene applicata la pressione per fermare l’auto.

Cilindri ruota

Le pastiglie dei freni sono collegate ai cilindri ruota che comprimono (freni a disco) o allontanano (freni a tamburo) le pastiglie dei freni quando il fluido scorre in esse.

Pastiglie freno

Le pastiglie dei freni sono ciò che effettivamente strofinare contro i tamburi o rotori. Sono fatti di materiali compositi e progettati per durare per molte, molte migliaia di miglia. Tuttavia, se si sente mai un rumore di macinazione o ululato quando si tenta di fermare l’auto probabilmente significa che è il momento per nuove pastiglie dei freni.

Modulo di controllo ABS

Trovato su veicoli con freni ABS, il modulo esegue controlli diagnostici del sistema di frenatura ABS e determina quando inviare la pressione corretta a ciascuna ruota per evitare che le ruote si blocchino.

Servofreno

Riduce la quantità di pressione necessaria per la frenata per consentire a qualsiasi conducente di azionare i freni. Utilizza il vuoto del motore e la pressione per aumentare la forza che il pedale del freno mette sul cilindro maestro.

Freni a disco

Solitamente presenti sulle ruote anteriori, i freni a disco sono dotati di pastiglie che premono contro un disco (rotore) quando viene applicato il pedale del freno per fermare il veicolo. Le pastiglie sono collegate a un gruppo pinza freno che incornicia il rotore.

Freni a tamburo

Situati sul retro del veicolo, i freni a tamburo sono dotati di cilindri ruota, ganasce e tamburo freno. Quando viene premuto il pedale del freno, le ganasce del freno vengono forzate nel tamburo del freno dai cilindri delle ruote, arrestando il veicolo.

Freno di emergenza

Funziona indipendentemente dal sistema frenante principale per impedire al veicolo di rotolare via. Conosciuto anche come freno di stazionamento, freno a mano e freno elettronico, il freno di emergenza viene utilizzato principalmente per mantenere il veicolo in posizione quando parcheggiato.

Sensori di velocità della ruota

Parte del sistema frenante ABS, sensori di velocità monitorare la velocità di ogni pneumatico e invia le informazioni al modulo di controllo ABS.

Tipi di sistemi di frenatura

Di seguito sono riportati i tipi di sistemi di frenatura:

• Sistema di frenatura idraulico
• Sistema di frenatura elettromagnetico
• Sistema di frenatura servo
• Sistema di frenatura meccanico

Sistema di frenatura idraulico

Questo sistema è azionato con liquido dei freni, cilindri e attrito. Creando pressione all’interno, l’etere glicolico o il glicole dietilenico forzano le pastiglie dei freni per impedire alle ruote di muoversi.

• La forza generata nel sistema frenante idraulico è maggiore rispetto al sistema frenante meccanico.
• Il sistema frenante idraulico è uno dei più importanti sistemi frenanti per veicoli moderni.
• Con un sistema frenante idraulico, la probabilità di guasto ai freni è molto bassa. Il collegamento diretto tra l’attuatore e il disco o il tamburo del freno riduce notevolmente la probabilità di guasti ai freni.

Sistema di frenatura elettromagnetica

I sistemi di frenatura elettromagnetica si trovano in molti veicoli moderni e ibridi. Il sistema di frenatura elettromagnetica utilizza il principio dell’elettromagnetismo per ottenere una frenata regolare. Ciò serve ad aumentare la durata e l’affidabilità dei freni.

Inoltre, i sistemi frenanti convenzionali tendono a scivolare, mentre questo è supportato da freni magnetici veloci. Se non c’è attrito o necessità di lubrificazione, questa tecnologia è preferita per gli ibridi. Inoltre, è piuttosto modesto rispetto ai sistemi frenanti tradizionali. Viene utilizzato principalmente in tram e treni.

Affinché i freni elettromagnetici funzionino, un flusso magnetico, se condotto in una direzione perpendicolare alla direzione di rotazione della ruota, una corrente rapida scorre in una direzione opposta alla direzione di rotazione della ruota. Questo crea una forza opposta alla rotazione della ruota e rallenta la ruota verso il basso.

Vantaggi del sistema di frenatura elettromagnetico:

• La frenata elettromagnetica è rapida ed economica.
• Con la frenata elettromagnetica, non ci sono costi di manutenzione come la sostituzione regolare delle ganasce dei freni.
• La frenata elettromagnetica può migliorare la capacità del sistema (come velocità più elevate, carichi pesanti).
• Parte dell’energia viene consegnata all’utilità, il che riduce i costi di gestione.
• La frenatura elettromagnetica genera una quantità trascurabile di calore, mentre la frenatura meccanica genera un enorme calore sulle ganasce dei freni, che porta al guasto dei freni.

Servo sistema di frenatura

Noto anche come vuoto o vuoto assistita frenatura. Questo sistema aumenta la pressione esercitata sul pedale dal conducente.

Usano il vuoto prodotto nei motori a benzina dal sistema di aspirazione dell’aria nel tubo di aspirazione del motore o da una pompa a vuoto nei motori diesel.

Un freno che utilizza l’assistenza elettrica per ridurre lo sforzo umano. Un vuoto del motore è spesso utilizzato in un’automobile per flettere un grande diaframma e azionare il cilindro di controllo.

• I booster del sistema di frenatura servo vengono utilizzati con il sistema di frenatura idraulico. Le dimensioni del cilindro e delle ruote sono praticamente utilizzate. I booster a vuoto aumentano la forza frenante.
• Premendo il pedale del freno si rilascia il vuoto sul lato del booster. La differenza nella pressione dell’aria spinge il diaframma per frenare la ruota.

Sistema frenante meccanico

Il sistema frenante meccanico aziona il freno a mano o il freno di emergenza. Questo è il tipo di sistema frenante in cui la forza frenante applicata al pedale del freno viene trasmessa attraverso i vari collegamenti meccanici come barre cilindriche, fulcri, molle, ecc. al tamburo del freno finale o al rotore del disco per arrestare il veicolo.

I freni meccanici sono stati utilizzati in diversi veicoli a motore, ma sono arcaici in questi giorni a causa della loro minore efficacia.

Tipi di Auto Freni

di Seguito sono i diversi tipi di freni:

• Freni a Disco
• Freni a Tamburo
• Freni di Emergenza
• Anti-bloccaggio dei Freni

Freni a Disco

freni a Disco consiste di un rotore del freno che è collegato direttamente alla ruota. La pressione idraulica dal cilindro principale provoca una pinza (che tiene le pastiglie dei freni appena fuori dal rotore) per spremere le pastiglie dei freni su entrambi i lati del rotore. L’attrito tra le pastiglie e il rotore fa rallentare e arrestare il veicolo.

Freni a tamburo

I freni a tamburo sono costituiti da un tamburo del freno fissato all’interno della ruota. Quando il pedale del freno si contrae, la pressione idraulica preme due ganasce del freno contro il tamburo del freno. Questo crea attrito e fa rallentare e fermare il veicolo.

Freni di emergenza

I freni di emergenza, noti anche come freni di stazionamento, sono sistemi di frenatura secondaria che funzionano indipendentemente dai freni di servizio.

Mentre ci sono molti diversi tipi di freni di emergenza (una leva del bastone tra il conducente e il passeggero, un terzo pedale, un pulsante o una maniglia vicino al piantone dello sterzo, ecc.), quasi tutti i freni di emergenza sono alimentati da cavi che applicano meccanicamente la pressione alle ruote.

Sono generalmente utilizzati per mantenere un veicolo fermo mentre parcheggiato, ma possono essere utilizzati anche in caso di emergenza se i freni fermi si guastano.

Freni antibloccaggio

I sistemi di frenatura antibloccaggio (ABS) si trovano sulla maggior parte dei veicoli più recenti. Se i freni stazionari vengono applicati improvvisamente, l’ABS impedisce alle ruote di bloccarsi per impedire lo slittamento dei pneumatici. Questa funzione è particolarmente utile quando si guida su strade bagnate e scivolose.

Come funziona il sistema frenante dell’auto e come mantenerlo?

Le auto hanno freni su tutte e quattro le ruote azionati da un sistema idraulico. I freni sono a disco o a tamburo. Molte auto hanno freni a disco a quattro ruote, anche se alcuni hanno dischi per le ruote anteriori e tamburi per la parte posteriore.

Il sistema frenante auto funziona in pochi modi:

• Il piede spinge sul pedale del freno e la forza generata dalla gamba viene amplificata più volte dalla leva meccanica. Viene quindi amplificato ulteriormente dall’azione del servofreno.
• Un pistone si muove nel cilindro E spreme il fluido idraulico dall’estremità.
• Il liquido dei freni idraulico viene forzato attorno all’intero sistema frenante all’interno di una rete di tubazioni e tubi dei freni.
• La pressione viene trasmessa ugualmente a tutti e quattro i freni.
• La forza crea attrito tra pastiglie dei freni e rotori dei freni a disco che è ciò che si ferma il vostro veicolo.

Come mantenere il sistema frenante dell’auto?

Manutenzione auto può aiutare a risparmiare denaro, piuttosto che portare la vostra auto al negozio solo quando qualcosa va storto. Bisogna fare attenzione prima di affrontare un incidente. Quando il vostro veicolo subisce l’ispezione annuale dello stato, i freni sono esaminati per road-worthiness.

Ecco alcuni passaggi per mantenere il sistema di frenatura dell’auto per aiutarti.

• Monitorare i livelli del liquido dei freni ed effettuare un controllo ogni tre mesi. Liquido dei freni deve essere sostituito ogni due anni o ogni 30.000 a 40.000 miglia.
• I dischi freno devono essere cambiati quando necessario a seconda dello stile di guida e delle condizioni ambientali. Cambiare i dischi dei freni a intervalli simili per un’auto normale. I freni delle auto sportive dovrebbero essere cambiati dopo 20.000 miglia. Se si stanno avendo i freni cambiati a Fred, aggiungiamo nuovo fluido nel cilindro maestro. Assicurati di consultare il nostro piano BG Fluids Lifetime per estendere la protezione del tuo sistema frenante.
• Spurgare le linee dei freni per ottenere l’aria dal sistema. Ciò significa che i freni saranno pompati mentre qualcuno guarda la valvola di spurgo e chiude la valvola quando il liquido dei freni inizia a fluire attraverso.
• Avere il vostro pastiglie dei freni e rotori ispezionati per garantire che essi sono in ottime condizioni di lavoro. Se il freno è usurato male, è il momento di sostituire la pastiglia del freno.

Frenatura-fondamentali: attrito e come si applica alle automobili

• Un sistema frenante è progettato per rallentare e arrestare il movimento del veicolo. Per fare ciò, vari componenti all’interno del sistema frenante devono convertire l’energia in movimento del veicolo in calore. Questo viene fatto usando l’attrito.
• L’attrito è la resistenza al movimento esercitata da due oggetti l’uno sull’altro. Due forme di attrito giocano un ruolo nel controllo di un veicolo: cinetico o in movimento e statico o stazionario. La quantità di attrito o resistenza al movimento dipende dal tipo di materiale a contatto, dalla levigatezza delle loro superfici di sfregamento e dalla pressione che le tiene insieme.
• Quindi, in poche parole, un freno per auto funziona applicando una superficie statica a una superficie mobile di un veicolo, causando così attrito e convertendo l’energia cinetica in energia termica. La meccanica di alto livello sono i seguenti.
• Quando i freni di un’automobile in movimento vengono messi in movimento, le pastiglie dei freni o le ganasce dei freni sono premute contro le parti rotanti del veicolo, sia esso disco o tamburo. L’energia cinetica o la quantità di moto del veicolo viene quindi convertita in energia termica dall’attrito cinetico delle superfici di sfregamento e l’auto o il camion rallenta.
• Quando un veicolo si ferma, viene tenuto in posizione per attrito statico. L’attrito tra le superfici dei freni e l’attrito tra pneumatici e strade resistono a qualsiasi movimento. Per superare l’attrito statico che tiene immobile l’auto, i freni vengono rilasciati. L’energia termica della combustione del motore viene convertita in energia cinetica mediante trasmissione e trasmissione e il veicolo si muove.

Caratteristiche dei freni

I freni sono spesso descritti in base a diverse caratteristiche tra cui:

• Forza di picco: la forza di picco è il massimo effetto di decelerazione che può essere ottenuto. La forza di picco è spesso maggiore del limite di trazione dei pneumatici, nel qual caso il freno può causare uno slittamento delle ruote.
• Dissipazione di potenza continua: i freni in genere si riscaldano durante l’uso e si guastano quando la temperatura diventa troppo alta. La maggior quantità di potenza (energia per unità di tempo) che può essere dissipata attraverso il freno senza guasti è la dissipazione di potenza continua. La dissipazione continua della potenza dipende spesso, ad esempio, dalla temperatura e dalla velocità dell’aria di raffreddamento ambientale.
• Dissolvenza: Come un freno riscalda, può diventare meno efficace, chiamato freno dissolvenza. Alcuni disegni sono intrinsecamente inclini a svanire, mentre altri disegni sono relativamente immuni. Inoltre, utilizzare considerazioni, come il raffreddamento, spesso hanno un grande effetto sulla dissolvenza.
• Scorrevolezza: Un freno che è grabby, impulsi, ha chiacchiere, o altrimenti esercita variando forza frenante può portare a slittamenti. Ad esempio, le ruote ferroviarie hanno poca trazione e i freni ad attrito senza un meccanismo antiscivolo spesso portano a pattini, il che aumenta i costi di manutenzione e porta a una sensazione di “tonfo” per i piloti all’interno.
• Potenza: i freni sono spesso descritti come “potenti” quando una piccola forza di applicazione umana porta a una forza frenante superiore a quella tipica di altri freni della stessa classe. Questa nozione di ” potente “non si riferisce alla dissipazione di potenza continua, e forse confusa in quanto un freno può essere” potente “e frenare fortemente con una leggera applicazione del freno, ma avere una forza di picco inferiore (peggiore) rispetto a un freno meno” potente”.
• Feel Pedal: il feel del pedale del freno comprende la percezione soggettiva della potenza del freno in funzione della corsa del pedale. La corsa del pedale è influenzata dallo spostamento del fluido del freno e da altri fattori.
• Trascina: I freni hanno quantità variabili di resistenza nella condizione di off-brake a seconda della progettazione del sistema per adattarsi alla conformità totale del sistema e alla deformazione esistente in frenata con la capacità di ritrarre il materiale di attrito dalla superficie di sfregamento nella condizione di off-brake.
• Durata: i freni a frizione devono indossare superfici che devono essere rinnovate periodicamente. Le superfici di usura includono le ganasce o le pastiglie dei freni e anche il disco o il tamburo del freno. Ci possono essere compromessi, per esempio, una superficie di usura che genera alta forza di picco può anche indossare rapidamente.
• Peso: I freni sono spesso “peso aggiunto” in quanto non servono altra funzione. Inoltre, i freni sono spesso montati su ruote e il peso non sospeso può danneggiare significativamente la trazione in alcune circostanze. “Peso” può significare il freno stesso o può includere una struttura di supporto aggiuntiva.
• Rumore: i freni di solito creano un rumore minore quando vengono applicati, ma spesso creano strilli o rumori di rettifica piuttosto forti.

Freni a disco vs tamburo

Un’altra classificazione dei freni è in termini di disco e tamburo. Questo si riferisce alla meccanica reale di rallentare il veicolo. Diamo un’occhiata a questi due sistemi.

Freni a tamburo

Un gruppo di freni a tamburo è costituito da un tamburo in ghisa imbullonato e ruotato con la ruota del veicolo e da una piastra di supporto fissa a cui sono fissati i pattini, il cilindro della ruota, i regolatori automatici e i tiranti. Inoltre, potrebbe esserci dell’hardware extra per i freni di stazionamento.

Le scarpe sono affiorate con rivestimenti di attrito, che entrano in contatto con l’interno del tamburo quando vengono applicati i freni. Le scarpe sono forzate verso l’esterno da un pistone situato all’interno del cilindro della ruota. Mentre il tamburo sfrega contro le scarpe, l’energia del tamburo mobile viene trasformata in calore.

Questa energia termica viene passata nell’atmosfera. Quando il pedale del freno viene rilasciato, la pressione idraulica diminuisce e le scarpe vengono tirate indietro nella loro posizione non applicata da molle di ritorno.

Freni a disco

In un freno a disco, gli elementi di attrito sono sotto forma di pastiglie, che sono schiacciati o bloccati sul bordo di una ruota rotante. Con i freni a disco automobilistici, c’è un’unità separata della ruota chiamata il rotore (chiamato comunemente un disco) accanto alla ruota del veicolo.

Questo rotore è realizzato in ghisa. Dal momento che pastiglie morsetto contro entrambi i lati di esso, entrambi i lati sono lavorati liscia. Di solito, le due superfici sono separate da una sezione centrale alettata per un migliore raffreddamento (tali rotori sono chiamati rotori ventilati o in parole comuni come dischi ventilati).

Le pastiglie sono attaccate a scarpe di metallo, che sono azionate da pistoni, come con i freni a tamburo.

I pistoni sono contenuti all’interno di un gruppo pinza, che ospita gli involucri attorno al bordo del rotore. La pinza è tenuta dalla rotazione per mezzo di bulloni che la tengono al lavoro del telaio della sospensione dell’auto.

A differenza delle scarpe in un freno a tamburo, le pastiglie qui agiscono perpendicolarmente alla rotazione del disco quando vengono applicati i freni. L’effetto è diverso da quello prodotto in un tamburo del freno, dove la resistenza di attrito tira effettivamente la scarpa nel tamburo.

Si dice che i freni a disco non siano eccitati e quindi richiedono più forza per ottenere lo stesso sforzo di frenata. Per questo motivo, vengono normalmente utilizzati in combinazione con l’unità power brake.

In generale, i freni a disco sono considerati più efficaci dei freni a tamburo. Tuttavia, sono più complicati e quindi hanno un costo più elevato

Interruttori della luce di arresto

Quando si esercita un freno, una luce inizia a bruciare sul retro del veicolo. L’interruttore del semaforo e la staffa di montaggio sono collegati alla staffa del pedale del freno e vengono quindi attivati premendo il pedale del freno.

Che cos’è il liquido dei freni?

Il liquido dei freni è un tipo di fluido idraulico utilizzato nelle applicazioni idrauliche del freno e della frizione idraulica in automobili, motocicli, autocarri leggeri e alcune biciclette. Viene utilizzato per trasferire la forza in pressione e per amplificare la forza frenante. Funziona perché i liquidi non sono comprimibili in modo apprezzabile.

La maggior parte dei liquidi per freni utilizzati oggi sono a base di glicole-etere, ma sono disponibili anche oli minerali (Citroën/Rolls-Royce liquide hydraulique minéral (LHM)) e fluidi a base di silicone (DOT 5).

I tre principali tipi di liquido freni ora disponibili sono DOT3, DOT4 e DOT5. DOT3 e DOT4 sono fluidi a base di glicole e DOT5 è a base di silicio. La differenza principale è che DOT3 e DOT4 assorbono l’acqua, mentre DOT5 non lo fa.

I requisiti principali per i liquidi per freni sono alte temperature di funzionamento, buone proprietà a bassa temperatura e viscosità, stabilità fisica e chimica, protezione dei metalli dalla corrosione, inattività relativa agli articoli in gomma meccanica e effetto lubrificante.

Spurgo dei freni

I fluidi non possono essere compressi; tuttavia, i gas sono comprimibili. Se c’è aria in un sistema idraulico del freno fluido, questo sarà compresso all’aumentare della pressione. Questa azione riduce la quantità di forza che può essere trasmessa dal fluido.

Ecco perché è importante tenere tutte le bolle fuori dal sistema idraulico. Per fare ciò, l’aria deve essere rilasciata dai freni. Questa procedura è chiamata sanguinamento del sistema frenante.

La semplice procedura prevede la forzatura del fluido attraverso le tubazioni dei freni e l’uscita attraverso una valvola di spurgo o una vite di spurgo. Il fluido elimina l’aria che può essere nel sistema. Le viti e le valvole di spurgo sono fissate al cilindro o alla pinza della ruota.

Lo spurgo deve essere pulito. Un tubo di scarico viene quindi collegato dallo spurgo al barattolo di vetro dove viene raccolto il fluido che esce dalla valvola di spurgo. Il sanguinamento comporta la ripetizione di procedure su ciascuna ruota per garantire il sanguinamento completo.

Nel frattempo, una persona dovrebbe anche essere assegnata per rabboccare il livello del fluido in un contenitore sopra il cilindro maestro per compensare il fluido prelevato attraverso le valvole. Se la ricarica non viene continuata, allora ci sono possibilità di bolle d’aria in fase di sviluppo nel sistema che ritarda ulteriormente il processo.

DOMANDE frequenti.