Frein à disque - Disc brake


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Gros plan d'un frein à disque sur une voiture

Un frein à disque est un type de frein qui utilise des étriers pour presser les paires de plaquettes contre un disque ou « rotor » pour créer la friction . Cette action retarde la rotation d'un arbre, tel qu'un véhicule essieu , soit pour réduire sa vitesse de rotation ou pour le maintenir fixe. L'énergie du mouvement est convertie en chaleur des déchets qui doivent être dispersés.

Hydrauliquement actionnés freins à disque sont la forme la plus courante de frein pour les véhicules à moteur, mais les principes d'un frein à disque sont applicables à presque tout arbre de rotation.

Conception

Sur les automobiles, les freins à disque sont souvent situés dans la roue
Disque de frein de motocyclette foré

Développement des freins à disques a commencé en Angleterre dans les années 1890. En 1902, la Lanchester Motor Company Les freins conçus et exploités qui avaient l' air d'une manière similaire à un système de freins à disque moderne , même si le disque était mince et un câble activé la plaquette de frein. D' autres modèles ne sont pas pratiques ou largement disponibles dans les voitures pendant 60 ans. L' application réussie a commencé dans les avions avant la Seconde Guerre mondiale, et même le Tigre allemand réservoir a été équipé de disques en 1942. Après la guerre, les progrès technologiques ont commencé à arriver dans les années 1950, conduisant à une démonstration de supériorité critique au 1953 24 Heures du Mans course, qui a nécessité un freinage de grande vitesse plusieurs fois par tour. La Jaguar équipe de course a gagné, en utilisant les voitures équipées frein à disque, avec une grande partie du crédit étant donné à la performance supérieure des freins sur ses rivaux équipés de freins à tambour . La production de masse a commencé avec 1955 Citroën DS .

Par rapport aux freins à tambour, les freins à disque offrent une meilleure performance , car l' arrêt du disque est plus facilement refroidi. En tant que disques de conséquence sont moins sujettes à la décoloration de frein provoquée lorsque la surchauffe des composants de frein. Les freins à disque récupèrent également plus rapidement d' une immersion (freins humides sont moins efficaces que les sèches).

La plupart des modèles de freins à tambour ont au moins une chaussure de pointe, ce qui donne un servo-effet . En revanche, un frein à disque n'a pas d' effet d' auto-asservissement et la force de freinage est toujours proportionnelle à la pression exercée sur la garniture de frein par le système de freinage via un servo-frein, la pédale de freinage, ou d'un levier. Cela tend à donner au conducteur une meilleure « sensation » et permet d'éviter le blocage imminent. Les tambours sont également sujettes à des « évasement » et d'un piège porté matériau de revêtement à l'intérieur de l'assemblage, les deux causes de divers problèmes de freinage.

Le disque est généralement en fonte , mais peut dans certains cas être réalisée en matériaux composites tels que le carbone-carbone renforcé ou composites à matrice céramique . Ceci est relié à la roue et / ou l' essieu . Pour retarder la roue, la matière de friction sous la forme de plaquettes de frein , monté sur l' étrier de frein , est forcée mécaniquement, hydrauliquement , pneumatiquement ou électromagnétiquement contre les deux faces du disque. Le frottement provoque le disque et fixé roue pour ralentir ou arrêter.

L'histoire

Les premières expériences

Développement de freins à disque a commencé en Angleterre dans les années 1890.

Le premier frein à disque automobile de type calibre a été breveté par Frederick William Lanchester dans son usine de Birmingham en 1902 et utilisé avec succès sur les voitures Lanchester . Cependant, le choix limité de métaux dans cette période signifiait qu'il devait utiliser le cuivre comme moyen de freinage agissant sur le disque. Le mauvais état des routes à l'heure actuelle , pas plus que les pistes poussiéreuses, rugueux, signifiait que le cuivre portait rapidement fait le système peu pratique.

L' application réussie a commencé dans les avions et les chars avant et pendant la Seconde Guerre mondiale. En Grande - Bretagne, la Daimler Company utilisé des freins à disque sur son Daimler Automitrailleuse de 1939, les freins à disque, faites par la Girling société, étaient nécessaires parce que quatre roues motrices véhicule (4x4) le épicycloïdal entraînement final était dans les moyeux de roue et donc laissé aucune place pour moyeu monté conventionnels freins à tambour .

A l' Allemagne Motoren Argus , Hermann Klaue (1912-2001) avait breveté des freins à disque en 1940. Argus fourni des roues équipées de freins à disque , par exemple pour l' Arado Ar 96 . L'Allemand Tigre I char lourd, a été introduit en 1942 avec un disque Argus-Werke 55 cm sur chaque arbre d'entraînement.

L'Américain Crosley Hot Shot est souvent donné le crédit pour les premiers freins à disque de production. Pendant six mois , en 1950, Crosley a construit une voiture avec ces freins, puis retourné freins à tambour. Le manque de recherche suffisante a causé des problèmes de fiabilité, tels que l' adhérence et à la corrosion, en particulier dans les régions utilisant du sel sur les routes d'hiver. Conversions de frein à tambour pour Hot Shots étaient très populaires. Le disque Crosley a été Goodyear développement, un type d'étrier avec disque ventilé, conçu à l' origine pour les applications aéronautiques.

Chrysler a développé un système de freinage unique offert de 1949 à 1953. Au lieu du disque avec serrage de l' étrier sur lui, ce système utilise des disques en expansion jumeaux qui frotte contre la surface intérieure d'un tambour de frein en fonte, qui a doublé comme le boîtier de frein. Les disques écartés pour créer le frottement contre la surface intérieure du tambour sous l'action des standards cylindres de roue . En raison des coûts, les freins ne sont que la norme sur la Chrysler Crown et la ville et le pays Newport en 1950. Ils étaient facultatifs, cependant, sur d' autres Chryslers, au prix d' environ 400 $, à un moment où un Hot Shot ensemble Crosley vendu au détail pour 935 $. Ce système de frein à disque à quatre roues motrices a été construit par Auto Spécialités Manufacturing Company (Ausco) de Saint - Joseph, Michigan , en vertu des brevets de l' inventeur HL Lambert, et a été testé sur une 1939 Plymouth . Chrysler disques étaient « auto énergisant » , en ce que certains de l'énergie de freinage lui - même contribué à l'effort de freinage. Cela a été réalisé par des petites boules fixées dans des trous ovales menant à la surface de freinage. Lorsque le disque entre en contact initial avec la surface de friction, les boules seraient contraintes forçant les trous des disques plus espacés et en augmentant l'énergie de freinage. Cela fait de la pression de freinage plus léger que des étriers, l' évanouissement des freins évité, promu fonctionnement de refroidissement, et muni d' un tiers de surface de friction que les fûts classiques Chrysler douze pouces. Les propriétaires d'aujourd'hui considèrent le Ausco-Lambert très fiable et puissant, mais admettent sa grabbiness et la sensibilité.

Première utilisation en course

La première utilisation de freins à disque en course était en 1951, l' un des type de BRM 15s à l' aide d' un ensemble Girling-produit, une première pour une Formule voiture. Fiables freins à disque à étrier sont apparus plus tard en 1953 sur la Jaguar C-Type voiture de course. Ces freins ont aidé la société à remporter les 1953 24 Heures du Mans , mis au point au Royaume - Uni par Dunlop . Cette même année, l'aluminium carrossée Austin-Healey 100S , dont 50 ont été faites, a été la première voiture vendue au public d'avoir des freins à disque, monté sur 4 roues.

Production de masse

La première production de masse utilisation du frein à disque moderne en 1955, sur la Citroën DS , qui présentait des freins à disque avant de type calibre parmi ses nombreuses innovations. Ces disques ont été montés à l'intérieur près de la transmission, et sont alimentés par le système hydraulique central du véhicule. Ce modèle a continué à vendre 1,5 million d' unités de plus de 20 ans avec la même configuration de frein.

Le Jensen 541 , avec des freins à disque aux quatre roues, puis en 1956. Triumph 1956 a montré une TR3 avec freins à disque au public, mais les premières voitures de production avec Girling freins à disque avant ont été faites en Septembre 1956.

Les freins à disque sont les plus populaires sur les voitures de sport quand ils ont été introduits, étant donné que ces véhicules sont plus exigeants sur les performances de freinage. Les disques sont devenus la forme la plus courante dans la plupart des véhicules de tourisme, bien que beaucoup ( en particulier les véhicules légers) utiliser des freins à tambour sur les roues arrière pour réduire les coûts et le poids vers le bas, ainsi que de simplifier les dispositions pour un frein de stationnement . Comme les freins avant effectuer la plupart des efforts de freinage, cela peut être un compromis raisonnable.

De nombreuses premières implémentations pour automobiles situées les freins à l' intérieur côté du arbre de transmission , à proximité du différentiel , alors que la plupart des freins aujourd'hui sont situés à l' intérieur des roues. Un emplacement intérieur réduit le poids non suspendu et élimine une source de transfert de chaleur vers les pneus.

Historiquement, les disques de frein ont été fabriqués dans le monde entier avec une forte concentration en Europe et en Amérique. Entre 1989 et 2005, la fabrication de disques de frein migré principalement vers la Chine.

Aux Etats-Unis

Après une interruption de 10 ans, l' Amérique construit une autre automobile de production équipée de freins à disque - 1963 Avanti Studebaker (le Bendix système était en option sur certains des autres modèles Studebaker). Freins à disque avant est devenu un équipement standard en 1965 sur le Rambler Marlin (les unités Bendix étaient en option sur tous les moteurs américains de Rambler classique et ambassadeur modèles), ainsi que sur la Ford Thunderbird , et la Lincoln Continental . Système de frein à disque à quatre roues motrices a également été introduit en 1965 sur la Chevrolet Corvette Stingray.

motocyclettes

Les premières motos à utiliser les freins à disque sont des véhicules de course. MV Agusta a été le premier à offrir une moto de frein à disque avant au public sur une petite échelle en 1965, sur leur 600 motos de tourisme relativement coûteux, en utilisant une liaison frein mécanique. En 1969 , Honda a introduit le plus abordable CB750 , qui avait un seul avant frein à disque hydraulique actionné (et un frein à tambour arrière), et qui a vendu en grand nombre. Les freins à disque sont maintenant courantes sur les motos, les cyclomoteurs et même des vélos de montagne .

Disque de frein

Frein de véhicule à l'avant avec des fentes ouvertes rectangulaires visibles entre les surfaces de friction du disque

Le disque de frein (ou rotor) est la partie rotative de l'ensemble de frein à disque d'une roue, sur lequel les plaquettes de frein sont appliqués. Le matériau est typiquement en fonte grise , une forme de fer de fonte . La conception des disques varie quelque peu. Certains sont simplement solide, mais d' autres sont creusées avec des ailettes ou aubes reliant entre elles deux surfaces de contact du disque ( en général inclus dans le cadre d'un procédé de coulée). Le poids et la puissance du véhicule détermine la nécessité pour les disques ventilés. La conception du disque « ventilé » aide à dissiper la chaleur générée et est couramment utilisé sur les disques avant plus-lourdement chargés.

Disques pour motos, vélos et beaucoup de voitures ont souvent des trous ou des fentes découpées à travers le disque. Ceci est fait pour une meilleure dissipation de la chaleur , pour faciliter la dispersion des eaux de surface, pour réduire le bruit, pour réduire la masse, ou pour les cosmétiques de marketing.

Disques fendus ont canaux peu profonds usinées dans le disque pour aider à enlever la poussière et du gaz. Mortaiseuse est le procédé préféré dans la plupart des environnements de course pour éliminer le gaz et l' eau et pour déglacer des plaquettes de frein. Certains disques sont tous deux percés et rainurés. Disques fendus ne sont généralement pas utilisés sur les véhicules standards , car ils usent rapidement vers le bas des plaquettes de frein; Toutefois, ce retrait du matériel est bénéfique pour la course des véhicules car il maintient les coussinets doux et évite la vitrification de leurs surfaces. Sur la route, des disques percés ou fendus ont toujours un effet positif dans des conditions humides parce que les trous ou les fentes empêchent un film d'eau mise en place entre le disque et les plaquettes.

Exemple de deux disques à la pièce dans une application rechange

Deux disques de pièce (rotors) sont un disque dans lequel la partie de montage du centre du disque est fabriqué séparément de la bague de friction extérieure. La section centrale utilisée pour accessoire est souvent désigné comme la cloche ou chapeau et est généralement fabriqué à partir d' un alliage tel qu'un alliage 7075 et dur anodisé pour une finition durable. La bague extérieure du disque ou rotor est habituellement fabriqué à partir de fonte grise , mais dans des applications spéciales peuvent être de l' acier . Originaire de Motorsport , mais maintenant courant dans les applications de haute performance et des mises à niveau du marché secondaire. Deux disques de pièces peuvent être fournis en un ensemble fixe avec écrous réguliers, des boulons et rondelles ou un système flottant plus compliqué où les bobines d'entraînement permettent aux deux parties du disque de frein pour dilater et se contracter à des taux différents réduisant ainsi les chances d' un disque se déformera de surchauffe. Les principaux avantages d'un disque en deux parties sont un gain de critique poids non suspendu et de la dissipation de chaleur à partir de la surface du disque à travers la cloche d'alliage (chapeau). Les deux options fixes et flottantes ont leurs inconvénients et avantages, disques flottants sont sujettes à hochet et la collecte des débris et le mieux adapté à Motorsport alors que fixe est le mieux pour un usage routier.

Motos et scooters

Frein à disque flottant sur Kawasaki W800
Etrier de frein radialement monté sur une Triumph Speed Triple

Lambretta introduit la première utilisation de la production en grande série d'un seul, flottant, frein à disque avant, enfermé dans un moyeu en alliage coulé ventilé et actionné par câble, sur le TV175 1962, suivi par le GT200 haut de gamme de 1964. Le 1969 Honda CB750 introduit freins à disques hydrauliques à grande échelle de la grande moto publique, en suivant le moins connu 1965 MV Agusta 600, qui avait actionnement mécanique actionné par câble.

Contrairement à des freins à disque de voiture qui sont inhumés dans la roue, les freins à disque de vélo sont dans le courant d' air et ont un refroidissement optimal. Bien que les disques en fonte présentent une surface poreuse qui donnent des performances de freinage supérieure, ces disques rouille sous la pluie et de devenir inesthétique. Par conséquent, les disques de moto sont généralement en acier inoxydable, percé, fendu ou ondulée pour disperser l' eau de pluie. Les disques de moto modernes ont tendance à avoir une conception flottante de sorte que le disque « flotte » sur des bobines et peut se déplacer légèrement, ce qui permet un meilleur centrage de disque avec un étrier fixe. Un disque flottant permet également d' éviter le gauchissement du disque et réduit le transfert de chaleur vers le moyeu de roue. Étriers ont évolué à partir d' unités mono-piston simples à deux, quatre et même des articles à six pistons. Par rapport aux voitures, les motos ont un plus centre de masse : empattement rapport, ils éprouvent plus de transfert de poids lors du freinage. Freins avant absorbent la plupart des forces de freinage, alors que le frein arrière sert principalement à équilibrer la moto pendant le freinage. Modernes motos sport ont généralement jumelles grands disques avant, avec un beaucoup plus petit disque arrière. Des vélos qui sont particulièrement rapides ou lourds peuvent avoir des disques ventilés.

Freins à disque précoce (tels que les premiers fours Honda et le Norton Commando ) les étriers situés au - dessus du disque, en avance sur le curseur de la fourche. Bien que cela a donné les plaquettes de frein meilleur refroidissement, il est maintenant presque universel sur le site l'étrier derrière le curseur (pour réduire la vitesse angulaire de l'ensemble de la fourche). Étriers arrière à disques peuvent être montés au- dessus (par exemple BMW R1100S ) ou au- dessous (par exemple Yamaha TRX850 ) , le bras oscillant: une monture faible est légèrement mieux à des fins CG, tandis qu'un emplacement supérieur maintient le filtre à étrier et mieux protégé contre les obstacles de la route.

Un problème avec les freins à disque de moto est que quand un vélo pénètre dans un violent réservoir-percuteur (oscillation à haute vitesse de la roue avant) , les plaquettes de frein dans les étriers sont contraints à l' écart des disques, de sorte que lorsque le conducteur applique le levier de frein de l'étrier pistons pousser les plaquettes vers les disques sans réellement le contact. Le pilote freine immédiatement plus fort, ce qui pousse les patins sur le disque beaucoup plus agressive que lors d'un freinage normal. Par exemple, l'incident Michele Pirro au Mugello, Italie 1er Juin 2018. Au moins un fabricant a mis au point un système pour contrer les patins étant forcés de quitter.

Un développement moderne, en particulier sur les fourches inversée ( « tête en bas », ou « USD ») est monté radialement à l'étrier. Bien que ceux-ci sont à la mode, il n'y a aucune preuve qu'ils améliorent les performances de freinage, ils n'ajoutent à la rigidité de la fourche. (En l'absence de la possibilité d'un té de fourche, les fourches de prix peuvent être mieux raidies par un essieu avant surdimensionné).

vélos

VTT Frein à disque avant
étrier de frein à disque arrière et disque sur un vélo de montagne

VTT freins à disque peuvent aller de systèmes simples, mécaniques (câble), coûteux et à de puissants systèmes à disques hydrauliques multi-pistons, couramment utilisé sur les vélos de course de descente . L' amélioration de la technologie a vu la création de disques ventilés pour une utilisation sur des vélos de montagne, semblables à celles sur les voitures, introduites pour éviter la décoloration de la chaleur sur les descentes alpines rapides. Bien que moins courante, les disques sont également utilisés sur les vélos de route pour le cyclisme tout-temps avec freinage prévisible, bien que les tambours sont parfois préférés en tant que plus difficile à endommager en stationnement serré, où les disques sont parfois plié. La plupart des disques de frein de bicyclette sont en acier. L' acier inoxydable est préféré en raison de ses propriétés anti-rouille. Les disques sont minces, souvent environ 2 mm. Certains utilisent un style de disque flottant en deux parties, d' autres utilisent un étrier flottant, d' autres utilisent des tampons qui flottent dans l'étrier, et une certaine utilisation d' un pad en mouvement qui fait la glissière de l' étrier sur ses supports, tirant l'autre tampon en contact avec le disque. Parce que le « moteur » est faible, une caractéristique rare des freins à vélo est que les patins se rétractent pour éliminer la traînée résiduelle lorsque le frein est relâché. En revanche, la plupart des autres freins glisser les plaquettes légèrement lorsqu'il est relâché de façon à minimiser Voyage opérationnelle initiale.

véhicules lourds

Les freins à disque sont utilisés de plus en plus sur les véhicules routiers très grands et lourds, auparavant, gros freins à tambour étaient presque universel. L'une des raisons est que le frein de disque manque d'auto-assistance fait la force de freinage beaucoup plus prévisible, donc force maximale peut être augmentée sans plus de risque de braquage induit par un freinage ou jackknife sur les véhicules articulés. Un autre est de freins à disque se fanent moins quand il est chaud, et un air de véhicules lourds et de laminage traînée et de freinage du moteur sont de petites parties de la force totale de freinage, de sorte que les freins sont utilisés plus difficile que sur des véhicules plus légers, et à la décoloration de frein à tambour peut se produire dans un seul arrêt. Pour ces raisons, un camion lourd avec freins à disque peut arrêter environ 120% de la distance d'une voiture de tourisme, mais avec des tambours d'arrêt prend environ 150% de la distance. En Europe, arrêt des règlements à distance exigent essentiellement des freins à disque pour les véhicules lourds. Aux États-Unis, les tambours sont autorisés et sont généralement préférés pour leur prix d'achat plus bas, malgré le coût de vie total plus élevé et les intervalles d'entretien plus fréquents.

Rail et avions

Un chemin de fer bogie et freins à disque

Les disques encore plus grands sont utilisés pour les voitures de chemin de fer , tramways et des avions . Wagons de passagers et véhicules légers sur rail utilisent souvent des freins disque à l' extérieur des roues, ce qui contribue à assurer la libre circulation d'air de refroidissement. Certains wagons de passagers modernes, comme les voitures Amfleet II , utilisez les freins à disque intérieurs. Cela réduit l' usure des débris et assure une protection contre la pluie et la neige, ce qui rendrait les disques glissants et peu fiables. Cependant, il y a encore beaucoup de refroidissement pour un fonctionnement fiable. Certains avions ont le frein monté avec très peu de refroidissement, et le frein devient assez chaud dans un arrêt. Ceci est acceptable car il y a suffisamment de temps pour le refroidissement, où l'énergie de freinage maximale est très prévisible. L'énergie de freinage doit dépasser le maximum, par exemple lors d' une urgence se produisant au cours du décollage, roues de l' avion peuvent être munis d'un bouchon fusible pour éviter l'éclatement des pneus. Ceci est un test d'étape importante dans le développement des avions.

l'industrie automobile

Pour des véhicules automobiles, des disques de frein à disque sont couramment fabriqués en fonte grise . La SAE maintient une spécification pour la fabrication de fonte grise pour diverses applications. Pour la voiture et les applications normales de camions légers, les spécifications SAE J431 G3000 (remplacé à G10) détermine la plage correcte de la dureté, la composition chimique, la résistance à la traction et d' autres propriétés nécessaires à l'utilisation prévue. Certaines voitures de course et les avions utilisent des freins avec des disques en fibre de carbone et des tampons en fibre de carbone pour réduire le poids. Taux d' usure ont tendance à être élevé, et le freinage peut être faible ou grabby jusqu'à ce que le frein est chaud. Pour cette raison, de nombreux véhicules axés sur la performance ou les camions utilisés pour le remorquage lourd est équipé de rotors fendus ou aérées. Ces améliorations éliminent la chaleur excessive et éliminer les contaminants qui peuvent interférer avec le pouvoir de préhension. En général , les rotors de performance sont installés comme une mise à niveau du marché secondaire ou viennent en partie d'un ensemble de performances de l'usine. Le principal inconvénient des disques ventilés et rainurés est élevée à l' usure.

Courses

Carbone renforcé disque de frein sur une Ferrari F430 Défi voiture de course

Dans les voitures de course et de route très haute performance, d' autres matériaux de disque ont été utilisés. Renforcés carbone disques et plaquettes inspirés par les systèmes de freinage de l' aéronef , tels que ceux utilisés sur Concorde ont été introduits dans Formula One par Brabham conjointement avec Dunlop en 1976. freinage carbone-carbone est maintenant utilisé dans la plupart des sports mécaniques de niveau supérieur dans le monde, ce qui réduit le poids non suspendu , ce qui donne de meilleures performances de frottement et d' améliorer les propriétés structurelles à des températures élevées, par rapport à la fonte. Les freins en carbone ont parfois été appliquées aux voitures de route, par le fabricant de voitures de sport Venturi français dans les années 1990 par exemple, mais qui ont besoin d'atteindre une très haute température de fonctionnement avant de devenir vraiment efficace et donc ne sont pas bien adaptés à un usage routier. La chaleur extrême générée dans ces systèmes est visible pendant la course de nuit, surtout sur les pistes plus courtes. Il est pas rare de voir les disques de frein rouge incandescente pendant l' utilisation.

composites céramiques

carbone frein en céramique Mercedes Benz AMG
Porsche Carrera composite céramique de frein

Céramique disques sont utilisés dans des voitures de haute performance et des véhicules lourds.

Le premier développement du frein céramique moderne a été faite par des ingénieurs britanniques pour TGV applications en 1988. L'objectif était de réduire le poids, le nombre de freins par essieu, ainsi que de fournir la friction stable de vitesses élevées et toutes les températures. Le résultat a été un processus céramique renforcé par des fibres de carbone qui est maintenant utilisé sous diverses formes pour l' automobile, ferroviaire, et des applications de frein d'aéronef.

En raison de la tolérance à la chaleur élevée et une résistance mécanique des disques composites céramiques, ils sont souvent utilisés sur des véhicules exotiques dont le coût ne soit pas prohibitif. Ils se trouvent également dans les applications industrielles où le poids léger du disque en céramique et les propriétés à faible entretien justifient le coût. freins composites peuvent résister à des températures qui pourraient endommager les disques en acier.

Porsche freins en céramique composite de (PCCB) sont des fibres de carbone siliconé, dotée d'un système à haute température, une réduction de poids de 50% par rapport aux disques de fer (réduisant ainsi le poids non suspendu du véhicule), une réduction significative de la production de poussière, des intervalles de maintenance sensiblement étendu et amélioré durabilité dans des environnements corrosifs. Trouvé sur certains de leurs modèles plus chers, il est également un frein en option pour tous les Porsches de la rue à frais supplémentaires. Ils peuvent être reconnus par la peinture jaune vif sur l'aluminium étriers à six pistons. Les disques sont ventilés tout comme ceux en fonte, et le contre-percés.

Mécanisme d'ajustement

Dans les applications automobiles, la garniture de piston présente une section transversale carrée, aussi connu comme un joint d'étanchéité coupe carrée.

Lorsque le piston se déplace dans et hors, le joint d'étanchéité entraîne et étire sur le piston, ce qui provoque le joint d'étanchéité à torsion. Le joint d'étanchéité déforme environ 1/10 de millimètre. Le piston peut se déplacer librement, mais la faible quantité de traînée provoquée par le joint d'étanchéité empêche le piston de se rétracter complètement à sa position précédente, lorsque les freins sont relâchés, et ainsi prend le relais causé par l'usure des plaquettes de frein, éliminant ainsi le besoin de ressorts de rappel.

Dans certains étriers de disque à l'arrière, le frein de stationnement actionne un mécanisme à l'intérieur de l'étrier qui effectue une partie de la même fonction.

modes d'endommagement du disque

Les disques sont généralement endommagés dans l' une des quatre façons: la cicatrisation, la fissuration, déformation ou rouille excessive. Magasins de services répondront parfois à tout problème de disque en changeant les disques entièrement, cela se fait principalement lorsque le coût d'un nouveau disque peut effectivement être inférieur au coût du travail à refaire surface le vieux disque. Mécaniquement cela est inutile à moins que les disques ont atteint l'épaisseur minimum recommandée par le fabricant, ce qui rendrait dangereux de les utiliser ou rouiller à palettes est (disques ventilés seulement) graves. La plupart des grands constructeurs automobiles recommandent l' écrémage de disque de frein (États - Unis: tournant) comme une solution pour l' exécution des latéraux, des problèmes de vibrations et des bruits de frein. Le processus d'usinage est exécuté dans un frein tour , ce qui supprime une très mince couche de la surface du disque pour nettoyer et restaurer des dommages mineurs épaisseur uniforme. L' usinage du disque nécessaire maximisera le kilométrage des disques actuels sur le véhicule.

S'épuiser

Run-out est mesurée en utilisant un comparateur à cadran sur une embase rigide fixe, avec la pointe perpendiculairement à la face du disque de frein. Elle est généralement mesurée environ une / deux  dans (12,7 mm) à partir du diamètre extérieur du disque. Le disque est mis en rotation. La différence entre la valeur minimale et maximale sur le cadran est appelé épuisement latéral. Ensemble moyeu / disque typiques spécifications run-out pour véhicules de tourisme sont d' environ 0,002 in (0,0508  mm ). Runout peut être causée soit par une déformation du disque lui - même ou par le faux - rond dans la face du moyeu de la roue du sous - jacent ou par contamination entre la surface du disque et la surface de montage de moyeu sous - jacent. La détermination de la cause du déplacement de l' indicateur (déport) nécessite un démontage du disque du moyeu. Runout face du disque en raison de plaque tournante du visage ou runout contamination aura généralement une période de 1 minimum et maximum 1 par tour du disque de frein.

Les disques peuvent être usinées afin d'éliminer la variation d'épaisseur et de voile latéral. L'usinage peut être effectué in situ (en voiture) ou hors voiture (tour de banc). Les deux méthodes permettront d'éliminer la variation d'épaisseur. Usinage sur la voiture avec l'équipement approprié peut également éliminer l'exécution en raison de moyeu face non perpendicularité latérale.

Un montage incorrect peut déformer les disques (de chaîne). Les boulons de fixation du disque (ou les écrous de roue / roue, si le disque est pris en sandwich en place par la roue) doivent être serrées progressivement et uniformément. L'utilisation d'outils d'air pour fixer les écrous de roue peut être mauvaise pratique, à moins qu'une clé dynamométrique est utilisé pour le serrage final. Le manuel du véhicule indiquera le modèle approprié pour le serrage ainsi qu'une note de couple pour les boulons. Les écrous ne doivent jamais être serrés dans un cercle. Certains véhicules sont sensibles à la force les vis de serrage appliquent et doit être fait avec une clé dynamométrique .

Souvent, le transfert de tampon inégal est confondu pour le gauchissement du disque. La majorité des disques de frein diagnostiqués comme « gauchi » sont en fait le résultat du transfert irrégulier de matériel de tampon. Inégale transfert de plaquette peut conduire à une variation d'épaisseur du disque. Lorsque la section plus épaisse du disque passe entre les plaquettes, les plaquettes se déplacent à l'écart et la pédale de frein se soulever légèrement; c'est la pulsation de la pédale. La variation d'épaisseur peut être ressentie par le conducteur lorsqu'il est d'environ 0,17 mm (0,0067 in) ou plus (sur des disques d'automobile).

la variation d'épaisseur a de nombreuses causes, mais il existe trois principaux mécanismes qui contribuent à la propagation des variations d'épaisseur du disque. La première est mauvaise sélection des plaquettes de frein. Tampons qui sont efficaces à basse température, comme lors du freinage pour la première fois par temps froid, sont souvent faits de matériaux qui se décomposent de manière inégale à des températures plus élevées. Cette décomposition se traduit par un dépôt inégal inégale du matériau sur le disque de frein. Une autre cause de transfert de matériel est inégale effraction incorrecte d'une combinaison tampon / disque. Pour rodage correct, la surface du disque doit être rafraîchi (soit par usinage de la surface de contact ou en remplaçant le disque) à chaque fois que les plaquettes de frein. Une fois cela fait, les freins sont fortement appliqués plusieurs fois de suite. Cela crée une surface lisse, l'interface même entre le patin et le disque. Lorsque cela ne se fait pas correctement les plaquettes de frein verront une répartition inégale du stress et de la chaleur, entraînant une inégale, apparemment au hasard, dépôt de matériau de tampon. Le troisième mécanisme primaire de transfert de matière de tampon est inégale « impression du tampon. » Cela se produit lorsque les plaquettes de frein sont chauffés au point que le matériau commence à se briser vers le bas et le transfert sur le disque. Dans un système de freinage correctement brisé en (avec des tampons convenablement choisis), ce transfert est naturel et est en fait un contributeur majeur à la force de freinage générée par les plaquettes de frein. Cependant, si le véhicule est à l'arrêt et que le conducteur continue à appliquer les freins, les plaquettes se déposent une couche de matériau en forme de la plaquette de frein. Cette petite variation d'épaisseur peut commencer le cycle de transfert de tampon inégale.

Une fois que le disque a un certain degré de variation d'épaisseur, le dépôt de plaquette inégale peut accélérer, ce qui entraîne parfois des changements dans la structure cristalline du métal qui compose le disque. Étant donné que les freins sont appliqués, les patins glissent sur la variation de surface du disque. Comme les patins passent par la section plus épaisse du disque, ils sont forcés vers l' extérieur. Le pied du conducteur appliquée à la pédale de frein résistant naturellement à ce changement, et donc plus la force est appliquée sur les pads. Le résultat est que les sections plus épaisses voir des niveaux plus élevés de stress. Cela provoque un chauffage inégal de la surface du disque, ce qui provoque deux problèmes majeurs. Comme le disque de frein chauffe de façon inégale , il augmente également de façon inégale. Les sections plus épaisses du disque se dilatent plus que les sections plus minces en raison de voir plus de chaleur, et donc la différence d'épaisseur est amplifié. En outre, la répartition inégale des résultats de la chaleur dans un transfert ultérieur inégale de matière de tampon. Le résultat est que les sections plus épaisses, plus chaud reçoivent encore plus matière de tampon que les sections plus minces refroidisseur, ce qui contribue à une augmentation supplémentaire de la variation de l'épaisseur du disque. Dans les situations extrêmes, ce chauffage inégal peut causer la structure cristalline du matériau de disque pour changer. Lorsque les sections les plus chauds des disques atteignent des températures très élevées (1200-1300 ° F ou 649-704 ° C), le métal peut subir une transformation de phase et le carbone qui est dissous dans l'acier peut précipiter pour former du carbure de carbone lourd régions connues comme cémentite . Ce carbure de fer est très différente de la fonte dans le reste du disque est composé de. Il est extrêmement dur, cassant, et n'absorbe pas bien la chaleur. Après cémentite est formé, l'intégrité du disque est compromise. Même si la surface du disque est usiné, la cémentite dans le disque ne portera pas ou absorber de la chaleur à la même vitesse que la fonte qui l' entoure, ce qui provoque l'épaisseur inégale et les caractéristiques de chauffage inégal du disque pour revenir.

scarification

Cicatrices (Etats - Unis: Scoring) peut se produire si les plaquettes de frein ne sont pas modifiés rapidement quand ils atteignent la fin de leur durée de vie et sont considérés comme usés. Une fois que suffisamment de matériau de friction est usé, la plaque de support en acier de tampon (pour les plaquettes collées) ou les rivets de fixation de tampon (pour les plaquettes rivetées) vont porter sur la surface d'usure du disque, ce qui réduit la puissance de freinage et de faire des rayures sur le disque. En général modérément marqué / disque marqué, qui a fonctionné de manière satisfaisante avec des plaquettes de freins existants, sera également utilisable avec de nouvelles plaquettes. Si la cicatrisation est plus profonde , mais pas excessive, il peut être réparé par usinage d'une couche de la surface du disque. Cela ne peut être fait un nombre limité de fois que le disque a une épaisseur minimale de sécurité nominale. La valeur d'épaisseur minimale est généralement coulé dans le disque en cours de fabrication sur le moyeu ou sur le bord du disque. En Pennsylvanie , qui a l' un des programmes d'inspection de sécurité automobile les plus rigoureuses en Amérique du Nord, un disque automobile ne peut pas passer une inspection de sécurité si une notation est plus profonde que .015 pouces (0,38 mm), et doit être remplacé si l' usinage réduira le disque ci - dessous son épaisseur minimale de sécurité.

Pour prévenir les cicatrices, il est prudent d'inspecter périodiquement les plaquettes de frein pour l'usure. Une rotation des pneus est un moment logique pour l'inspection, car la rotation doit être effectué régulièrement en fonction du temps de fonctionnement du véhicule et toutes les roues doivent être enlevés, ce qui permet un accès facile visuel aux plaquettes de frein. Certains types de roues en alliage et dispositifs de freinage fourniront suffisamment d'espace ouvert pour afficher les plaquettes sans enlever la roue. Lorsque cela est possible, des tampons qui sont près du point d'usure doit être changée immédiatement, comme l'usure complète des Leads aux dommages de la cicatrisation et le freinage dangereux. De nombreux plaquettes de frein à disque comprendra une sorte de ressort en acier doux ou onglet glisser dans le cadre de l'ensemble de tampon, qui traîne sur le disque lorsque le tampon est presque usée. Le produit un bruit de crissement modérément fort, alertant le conducteur que le service est nécessaire. Ce ne sera pas normalement cicatrice le disque si les freins sont entretenus rapidement. Un ensemble de plots peut être considéré comme un remplacement si l'épaisseur de la matière de tampon est identique ou inférieure à l'épaisseur de l'acier de renfort. En Pennsylvanie, la norme est 1/32" .

Cracking

Craquage est limitée principalement à des disques percés, qui peuvent se développer de petites fissures autour des bords des trous percés à proximité du bord du disque en raison du taux de disque irrégulier de dilatation dans des environnements de service sévères. Les fabricants qui utilisent des disques percés comme OEM font habituellement pour deux raisons: l' apparence, si elles estiment que le propriétaire moyen du modèle de véhicule préférera le look sans trop en insistant sur le matériel; ou en fonction de la réduction du poids non suspendu de l'ensemble de frein, avec l'hypothèse d'ingénierie assez de masse du disque de frein reste à absorber les températures et les contraintes de course. Un disque de frein est un dissipateur thermique , mais la perte de masse de dissipateur de chaleur peut être compensé par une plus grande surface pour rayonner loin de la chaleur. Les petites fissures peuvent apparaître dans un disque métallique percé de croix comme mécanisme d'usure normale, mais dans le cas grave du disque échoueront catastrophiquement. Aucune réparation est possible pour les fissures, et si la fissuration devient grave, le disque doit être remplacé. Ces fissures se produisent en raison du phénomène de fatigue oligocyclique à la suite d' un freinage dur répété.

rouiller

Les disques sont généralement fabriqués à partir de la fonte et une certaine quantité de rouille de surface est normale. La zone de contact de disque pour les plaquettes de frein sera maintenu propre par une utilisation régulière, mais un véhicule qui est stocké pendant une période prolongée peut développer la rouille importante dans la zone de contact qui peut réduire la puissance de freinage pendant un certain temps jusqu'à ce que la couche rouillées est usée à nouveau . Rusting peut également conduire à la déformation du disque lorsque les freins sont réactivés après un stockage à cause du chauffage différentiel entre les zones couvertes par unrusted gauche tampons et de la rouille autour de la majorité de la superficie du disque. Au fil du temps, les disques de frein ventilés peuvent corroder de rouille sévère à l' intérieur des fentes de ventilation, compromettre la résistance de la structure et nécessitant le remplacement.

étriers

Etrier de frein à disque GM (double piston flottant) retirée de son support pour changer plots

L'étrier de frein est l'assemblage qui loge les plaquettes de frein et pistons. Les pistons sont généralement en matière plastique , aluminium ou chromé acier .

Etrier sont de deux types, flottante ou fixe. Un étrier fixe ne se déplace pas par rapport au disque et est donc moins tolérant des défauts de disque. Il utilise une ou plusieurs paires de pistons opposés pour serrer de chaque côté du disque, et est plus complexe et cher qu'un étrier flottant.

Un étrier flottant (également appelé un « étrier coulissant ») se déplace par rapport au disque, le long d'une ligne parallèle à l'axe de rotation du disque; un piston d'un côté du disque pousse la plaquette de frein intérieure jusqu'à ce qu'il entre en contact avec la surface de freinage, puis tire le corps de l'étrier avec la plaquette de frein extérieure, de sorte pression est appliquée sur les deux faces du disque. designs étrier (simple) de piston flottant sont sujets à défaillance collage, causée par de la saleté ou de la corrosion d'entrer au moins un mécanisme de montage et l'arrêt de son mouvement normal. Cela peut conduire à des plaquettes de l'étrier frottent sur le disque lorsque le frein est pas engagé ou l'engageant à un angle. Coller peut résulter de l'utilisation des véhicules peu fréquents, la défaillance d'un joint ou d'une botte de protection en caoutchouc permettant l'entrée de débris, sec-out de la graisse dans le mécanisme de montage et incursion de l'humidité subséquente conduisant à la corrosion, ou une combinaison de ces facteurs. Les conséquences peuvent inclure une efficacité réduite de carburant, chauffage extrême du disque ou une usure excessive sur le pavé affecté. Un étrier avant le collage peut également provoquer une vibration de direction.

Un autre type de étrier flottant est un étrier oscillant. Au lieu d'une paire de boulons horizontaux qui permettent à l'étrier de se déplacer tout droit et de sortir respective au corps de véhicule, un étrier oscillant utilise un seul axe de pivot vertical situé quelque part derrière l'axe de l'essieu. Lorsque le conducteur appuie sur le frein, le piston de frein pousse sur le piston à l'intérieur et fait tourner l'ensemble de l'étrier vers l'intérieur, lorsqu'on regarde à partir du haut. Parce que l'angle de piston de l'étrier oscillant change par rapport au disque, ce modèle utilise des tampons en forme de coin qui sont plus étroites à l'arrière à l'extérieur et plus étroite à l'avant à l'intérieur.

Divers types d' étriers de frein sont également utilisés sur les freins de jante de bicyclette .

Pistons et cylindres

La conception de l' étrier le plus courant utilise un seul piston hydraulique actionné dans un cylindre, bien que les freins de haute performance utilisent jusqu'à douze. Les voitures modernes utilisent différents hydrauliques circuits pour actionner les freins sur chaque ensemble de roues comme mesure de sécurité . La conception hydraulique permet également la force de freinage se multiplient. Le nombre de pistons dans un étrier est souvent désigné comme le nombre de « pots », de sorte que si un véhicule est équipé d' étriers « six pot » , cela signifie que chaque maison d'étrier six pistons.

Défaillance du frein peut résulter d' une défaillance du piston de se rétracter, ce qui est habituellement une conséquence de ne pas faire fonctionner le véhicule pendant un stockage prolongé à l' extérieur dans des conditions défavorables. Sur les véhicules à haut kilométrage, le piston joints peuvent fuir, qui doit être rapidement corrigée.

Les plaquettes de frein

Les garnitures de frein sont conçus pour une grande friction avec le matériau de garniture de frein intégré dans le disque dans le procédé de la literie , tout en portant uniformément. La friction peut être divisé en deux parties. Ils sont les suivants : adhésifs et abrasifs.

En fonction des propriétés du matériau à la fois le pad et le disque et la configuration et l'utilisation, les taux d'usure des garnitures et disques varient considérablement. Les propriétés qui déterminent usure des matériaux impliquent des compromis entre la performance et la longévité.

Les plaquettes de frein doivent généralement être remplacés régulièrement ( en fonction du matériau de tampon et Drivestyle), et certaines sont équipées d'un mécanisme qui avertit les conducteurs qui est nécessaire remplacement, comme un mince morceau de métal mou qui se frotte contre le disque lorsque les plaquettes sont trop mince amenant les freins à crissement, une languette souple métallique noyé dans le matériau de tampon qui ferme un circuit électrique et allume un voyant d'avertissement lorsque la plaquette de frein devient mince, ou un système électronique capteur .

En général, les véhicules routiers en cours ont deux plaquettes de frein par l'étrier, tandis que jusqu'à six sont installés sur chaque étrier de course, avec différentes propriétés de frottement selon un motif en quinconce pour une performance optimale.

Plaquettes de frein précoce (et garnitures ) contenaient de l' amiante , produisant de la poussière qui ne devrait pas être inhalées. Bien que des tampons plus récents peuvent être en céramique, kevlar et autres plastiques, l' inhalation de la poussière de frein doit encore être évité indépendamment du matériel.

Problèmes communs

Hurler

Parfois , un bruit ou grincement aigu se produit lorsque les freins sont appliqués. La plupart crissement de frein est produite par vibration (instabilité de résonance) des composants de frein, en particulier des plaquettes et des disques (connu sous excitation couplé de force ). Ce type de cri aigu ne devrait pas affecter négativement la performance frein d' arrêt. Les techniques comprennent l' ajout de chanfrein pads aux points de contact entre les pistons de l' étrier et les plaquettes, les isolateurs de liaison (matériau d' amortissement) à coussinet - plaque, les cales de freinage entre la garniture de frein et pistons, etc. Tout doit être revêtu d'une température extrêmement élevée, élevée solides lubrifiant pour aider à réduire grincement. Ceci permet à l'autre et d' éliminer ainsi le métal aux parties métalliques de se déplacer indépendamment de l'accumulation d'énergie qui peut créer une fréquence qui est entendu comme le grincement de frein, gémissement ou grognement. Il est inhérent que certains tampons vont couiner plus étant donné le type de pad et son cas d'utilisation. Tampons généralement prévu pour résister à des températures très élevées pendant de longues périodes ont tendance à produire des quantités élevées de friction menant à plus de bruit lors du freinage.

Le temps froid associé à une forte humidité matinale (rosée) aggrave souvent crissement de frein, bien que le cri aigu arrête généralement lorsque la doublure atteint des températures de fonctionnement normales. Cette touche plus fortement des tampons destinés à être utilisés à des températures plus élevées. La poussière sur les freins peuvent également causer des produits de nettoyage de frein crissement et commerciaux sont conçus pour enlever la saleté et d'autres contaminants. Pads sans une quantité appropriée de matériau de transfert pourrait également crissement, cela peut être résolu par la literie ou re-literie les plaquettes de frein sur les disques de frein.

Des indicateurs d'usure de garniture, situé soit en tant que couche semi-métallique dans le matériau de garniture de frein ou d'un « capteur » externe, sont également conçus pour crier lorsque le revêtement doit être remplacé. Le capteur externe typique est fondamentalement différent des bruits décrits ci-dessus (lorsque les freins sont appliqués) car le bruit du capteur d'usure se produit généralement lorsque les freins ne sont pas utilisés. Le capteur d'usure ne peut créer crissement au freinage quand il commence d'abord à indiquer l'usure, mais est encore un son fondamentalement différent et pas.

Saccades ou shimmy

saccades de frein est généralement perçu par le conducteur comme mineur à de fortes vibrations transférées à travers le châssis lors du freinage.

Le phénomène de saccades peuvent être classés en deux sous - groupes distincts: chaud (ou thermique ), ou froid saccades.

Saccades à chaud est habituellement produit à la suite d' un freinage plus longue, plus modérée de la vitesse élevée où le véhicule ne vient pas à un arrêt complet. Il se produit généralement lorsqu'un automobiliste décélère à partir des vitesses de l' ordre de 120 km / h (74,6 mph) à environ 60 km / h (37,3 mph), ce qui conduit à de fortes vibrations étant transmises au conducteur. Ces vibrations sont le résultat des distributions thermiques inégales ou des points chauds . Les points chauds sont classés en tant que régions thermiques concentrées qui alternent entre les deux côtés d'un disque qui déforme de telle manière à produire un sinusoïdale ondulation autour de ses bords. Une fois que les plaquettes de frein (matériau de friction / garniture de frein) viennent en contact avec la surface sinusoïdale au cours du freinage, de fortes vibrations sont induites, et peut produire des conditions dangereuses pour la personne conduisant le véhicule.

judder froide, d'autre part, est le résultat de motifs de l'usure des disques irréguliers ou variation d'épaisseur du disque (DTV). Ces variations de la surface du disque sont généralement le résultat d'une vaste utilisation de la route du véhicule. DTV est généralement attribuée aux causes suivantes: ondulation et de rugosité de la surface du disque, un mauvais alignement de l'axe (ovalisation), déformation élastique, l'usure et les transferts de matière de friction. Chaque type pourrait déterminée en assurant une surface de montage propre de chaque côté du disque de frein entre le moyeu de roue et le moyeu de disque de frein avant utilisation et en accordant une attention à l'empreinte après un usage prolongé en laissant la pédale de frein fortement déprimée à la fin de l'utilisation lourde. Parfois, un lit dans la procédure peut nettoyer et minimiser la télévision numérique et poser une nouvelle couche de transfert, même entre le patin et le disque de frein. Cependant, il ne sera pas éliminer les points chauds ou courir excessive sur.

poussière

Lorsque la force de freinage est appliquée, la loi de frottement abrasif entre la plaquette de frein et le disque porte à la fois le disque et le tampon de distance. La poussière de frein qui est considéré déposé sur des roues, des étriers et autres composants du système de freinage se compose essentiellement d'un matériau de disque. la poussière de frein peut endommager la finition de la plupart des roues sinon lavé. En général, un patin de frein qui abrase agressivement plus loin matériau de disque, tels que des tampons métalliques, créera plus de poussière de frein. Quelques tampons plus performants pour une utilisation sur piste ou à l'utilisation de remorquage peut s'effacer beaucoup plus rapide qu'un tampon typique supplémentaire de formation de poussière accrue usure des disques de frein et l'usure des plaquettes de frein.

brevets

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Voir également

Références

Liens externes