Termenul de „trepidație a frânei” se referă la torsiunea de frânare neuniformă – și de aici la fluctuațiile forței de frânare – care apar în timpul… [304596]

4.1. Trepidația frânei

Termenul de „trepidație a frânei” [anonimizat] – [anonimizat] a discului de frână. [anonimizat], [anonimizat], care apare în timpul decelerării de la viteze mari.

4.2. Trepidația termica

„Trepidația termică” poate fi descrisă după cum urmează:

ș Fluctuațiile torsiunii pot fi deseori resimțite ca o vibrație a volanului, impulsuri în pedala de frână și vibrația componentelor șasiului.

ș O [anonimizat] 100 și 250 Hz. [anonimizat].

Apariția trepidației la frânare este influențată de forța aplicată pe pedală. Trepidația termică se poate identificată de obicei printr-o dispunere circulară a punctelor de pe suprafața indicat în (Fig. 4.1) de fricțiune a discului frânei.

Fig. 4.1 Dispunere a punctelor pe suprafața de fricțiune a discului frânei.

[anonimizat]/sau modificarea permanentă a structurii materialului turnat al discului de frână ca în (Fig. 4.2).

Fig 4.2 [anonimizat], [anonimizat] – sunt mai dure decât structura de bază a materialului discului prezentat în (Fig. 4.3) și pot fi înlăturate numai prin prelucrare. În momentul reparării unui disc care prezintă puncte martensitice este importantă înlăturarea completă a zonelor solidifi cate. Pentru a [anonimizat].

Fig. 4.3 Modificarea structurii discului ce frână

Formarea punctelor prin supraîncălzirea locală este provocată de o serie de factori:

ș [anonimizat]. Această flexare a discului poate avea ca rezultat deformarea permanentă prezentat în (Fig .4.4)

ș Uzura discului de frână este sub grosimea minimă (a se vedea recomandările producătorului), fapt care reduce capacitatea discului de a dispersa căldura.

ș Plăcuțele frânei cu disc sunt excesiv de uzate și au un efect de frânare insuficient.

ș Fonta discului de frână și toleranțele nu sunt în conformitate cu specifi cațiile producătorului.

ș Plăcuțele frânei cu disc montate nu sunt adecvate utilizării și/sau nu sunt în conformitate cu echipamentul original sau orice alt standard de calitate similar.

ș Sistemul de frânare nu funcționează corect sau unele dintre componentele sale nu sunt dimensionate corect.

Fig. 4.4 Deformarea permanenta a discului de frână

În plus față de cauzele „trepidației termice” [anonimizat], alți factori care pot provoca sau crește probabilitatea trepidației termice includ echilibrarea necorespunzătoare a roților, [anonimizat] a axului față.

[anonimizat], făcând difi cilă identifi carea clară a cauzei de proveniență.

[anonimizat]nție a cauzei și remedierea deficienței. Această activitate ar trebui realizată de către un atelier de reparații specializat, cu un nivel ridicat de experiență.

În principal, investigația constă în următoarele proceduri de testare:

ș În primul rând, se determină dacă trepidația provine de la axul față sau spate.

ș Se efectuează o inspecție vizuală pentru a determina care sunt componentele funcționale uzate și care este gradul de uzură al acestora. Discurile sau plăcuțele uzate puternic sau care prezintă șanțuri trebuie înlocuite întotdeauna în set.

ș Se verifi că dacă plăcuțele de frână montate au fost aprobate pentru utilizare în conformitate cu recomandarea producătorului.

ș Se verifi că condițiile de operare ale frânei cu disc, acordându-se o atenție deosebită componentelor etrierului și se repară, dacă este necesar. Lucrările de reparație ar trebui realizate de un atelier specializat.

ș Se verifi că dacă roata este dezechilibrată și se reechilibrează dacă este necesar.

ș Se verifi că starea suspensiei și a componentelor sistemului de direcție și se înlocuiesc toate piesele defecte.

ș Se verifi că componentele individuale ale fi ecărui lagăr al roților și se înlocuiesc în cazul defectelor (distanțarea lagărelor).

ș Se verifi că, și dacă este necesar se corectează geometria axelor în conformitate cu valorile de ghidare indicate de producătorul vehiculului.

De obicei, trepidația termică poate fi redusă prin alegerea materialelor de fricțiune adecvate, cu condiția ca celelalte componente ale vehiculului, menționate anterior, să se afl e în stare ireproșabilă. Atunci când se realizează o astfel de optimizare, se va avea în vedere faptul ca aceasta să respecte toate cerințele specifi cate pentru sistemul de frânare.

4.3. Trepidația la rece

„Trepidația la rece” apare în timpul frânării obișnuite și poate fi identifi cată prin pulsarea pedalei de frână, fl uctuații de torsiune ale volanului și/sau vibrația axului și componentelor șasiului.

Diferențierea caracteristică dintre aceasta și „trepidația termică” constă în faptul că trepidația la rece poate să apară aproape de fi ecare dată când este acționată frâna, având un interval de frecvență mult mai scăzut (de la aproximativ 5 la 50 Hz). De asemenea, intensitatea trepidației poate varia odată cu viteza vehiculului care poate apărea și din cauza impuritățiilor sau coroziunii a suprafeței de pe disc care face contact cu butucul indicat în (Fig. 4.5).

Fig. 4.5 Coroziunii a suprafeței de pe disc care face contact cu butucul

Trepidația la rece este provocată în principal de variațiile grosimii discului ce se poate observa în (Fig. 4.6) și similar cu trepidația termică, poate fi amplifi cată de componentele defectuoase ale lagărului și de roțile dezechilibrate.

Fig. 4.6 Variatie a grosimii discului de frână

Cum se ajunge la această variație a grosimii? Fiecare disc de frână prezintă bătăi radiale provocate de toleranțele de fabricație și asamblare.

Fig 4.7 Urmele contactului dintre placuta de frână și disc în timpul deplasării fără acționarea frânei

Plăcuțele de frână cu disc vor avea întotdeauna un anumit contact cu discul de frână în timpul deplasării fără acționarea frânei ce se poate observa în (Fig. 4.7), iar acest contact va fi cel mai accentuat în anumite puncte ale discului. Deși forțele de contact sunt relativ scăzute, ele provoacă uzura acestor puncte ale discului de frână. Rezultatul constă în variația grosimii discului, care eventual provoacă trepidația.

Presupunându-se că sunt îndeplinite anumite condiții preliminare, această variație a grosimii discului poate fi redusă de obicei sau reeliminată la frânarea obișnuită, care menține în stare acceptabilă de echilibru variațiile determinate de alternarea între generarea și reducerea grosimii. Vom discuta mai târziu despre aceste condiții preliminare.

Următorii factori infl uențează variația grosimii discului:

ș bătăile radiale ale discului de frână în stare montată;

ș frecarea plăcuțelor de frână pe disc, în timp ce frâna nu este acționată;

ș abilitatea plăcuțelor frânei cu disc de a reduce sau elimina variațiile de grosime ale discului în timpul frânării obișnuite;

ș acționarea corectă a etrierului care permite eliberarea plăcuțelor de frână de pe discul de frână;

ș condițiile carosabilului și cele de mediu și stilul de condus al șoferului.

Efectele variațiilor grosimii discului existente și identice pot varia semnificativ de la un model la altul și depind de factorii de transmisie ai forței și capabilitatea de coborâre a axului, sistemul de direcție și componentele șasiului.

În timpul investigării cauzelor trepidației, țineți cont de următoarele aspecte:

ș Bătaia radială a discurilor de frână ar trebui să fi e testată cu discul instalat pe vehicul, în mod ideal cu o roată montată corect. Bătaia radială este testată cu un comparator ca în (Fig. 4.8) cu cadran având o acuratețe a măsurării de cel puțin 0,01 mm și amplasat de la cca. 10 la 15 mm sub raza exterioară a discului.

Fig. 4.8 Măsurarea bătăii radiale cu un ceas comparator

Cu toate acestea, este sufi cientă măsurarea pe raza medie de frecareca ca în (Fig. 4.9). Citirea în cazul vehiculelor mai noi ar trebuie făcută prin câteva rotații și bătaia nu ar trebuie să depășească 0,070 mm (vehicule problematice: < 0,040 mm). Rețineți faptul că acest test asigură rezultate valide doar în cazul discurilor de frână noi.

Din cauza toleranțelor componentelor, astfel de citiri mici nu pot fi obținute în cazul mașinilor mai vechi. Totuși, optimizarea poate fi realizată prin poziționarea discului de frână pe butuc în orificiile de fi xare, astfel încât să se obțină cea mai mică valoare de măsurare. Însă, chiar și în cazul mașinilor mai vechi, bătaia radială a discului de frână nu trebuie să depășească 0,10 mm. Dacă este necesar, componenta(le) care cauzează bătaia (butuc, disc de frână, lagăre) trebuie să fi e înlocuită(e). Aveți grijă ca suprafața de contact să fi e păstrată curată și fără defecte.

Fig. 4.9 Măsurarea pe raza medie de frecareca

ș Așa cum este menționat mai sus, și butucul poate provoca o bătaie radială excesivă, și de aceea, trebuie măsurat. În acest context, poate fi luată ca reper o valoare maximă de 0,030 mm față de raza exterioară măsurabilă. Dacă abaterea depășește această valoare, butucul ar trebui înlocuit.

ș Un alt factor care afectează bătaia radială este ondulația discului de frână. De aceea, ar trebui să se verifi ce și paralelismul discului, acesta trebuie să nu depășească 0,050 mm. Pentru această testare este nevoie de echipament specializat.

ș Pentru precizia măsurării variației grosimii discului este necesar echipament specializat; totuși, un micrometru de precizie, având o acuratețe a măsurării de 0,001 mm va asigura rezultate suficient de precise. Măsurătorile ar trebui să fi e făcute pe 12 – 15 puncte de pe circumferința discului și la cca. 10 – 15 mm sub raza exterioară de fricțiune a discului. În funcție de tipul vehiculului, o variație scăzută a grosimii, între 0,012 și 0,015 mm (vehicule problematice: < 0,008 mm) poate provoca trepidația. Pe discurile noi, aceste valori nu trebuie să fi e depășite. De asemenea, acestea constituie și limita toleranței absolute pentru discuri de frână.

În mod suplimentar față de aceste teste, ar trebui realizate și unele dintre procedurile de testare descrise în secțiunea despre „trepidația termică”. Acestea includ verifi carea stării de funcționare a frânei cu disc, lagările roților, componentele suspensiei și ale sistemului de direcție, ajustarea axului față și utilizarea plăcuțelor frânei cu disc aprobate de producătorul mașinii.

După cum am indicat, cauzele bătăii radiale excesive și variațiile grosimii discului pot fi dificil de identificat. Însă, prin realizarea măsurătorilor posibile asupra componentelor afectate și – dacă este necesar – înlocuirea acestora, aceste defi ciențe pot fi în mare parte restrânse la niveluri acceptabile.

Conform specificațiilor anterioare, stilul de condus, precum și condițiile de trafic și ale carosabilului, pot și ele avea un rol în cauzarea variațiilor grosimii discului de frână. Călătoriile de mii de kilometri cu frânare redusă, însoțite de generarea unei puteri de fricțiune scăzute, pot avea ca rezultat suficiente variații ale grosimii discului, astfel încât să provoace trepidația. O sesiune de condus subsecventă în care se frânează des poate regenera discul prezentat în schema din (Fig. 4.10).

Fig. 4.10 Schema regeneării discului prin stilul de condus

4.4. Trepidația provocată de punctele statice

Dacă un vehicul nu este condus pentru mai multă vreme, și în mod special în cazul în care este expus umezelii și/sau sării, coroziunea poate cauza lipirea plăcuțelor de frână pe disc prezentat în (Fig. 4.11) sau zona discului din partea opusă plăcuței poate fi afectată de coroziune atât de mult încât să provoace trepidația severă. Lipirea din cauza coroziunii poate fi deseori eliminată prin eliberarea rapidă a ambreiajului în prima treaptă de viteză, pentru a smuci vehiculul ușor înainte. În cazul lipirii severe, demontarea sistemului de frânare și rectificarea sau înlocuirea discurilor de frână ar putea fi unicul remediu. Dacă plăcuțele de frână sunt deteriorate, va fi necesară înlocuirea lor. Trepidația ușoară după o perioadă lungă de neutilizare poate să dispară după ce mașina a fost condusă pentru câtva timp. Dacă trepidația este severă și nu poate fi înlăturată prin frânarea obișnuită, discurile de frână trebuie rectifi cate sau înlocuite.

Fig. 4.11 Lipirea plăcuțelor de frână pe disc

4.5. Zgomot de scârțâit în timpul frânării

În condițiile în care sistemul de frânare nu prezintă nici o deficiență de design sau alte deficiențe fundamentale, discul de frânare contribuie la generarea zgomotului de scârțâit numai dacă distanța dintre acesta și plăcuța de frână este inadecvată sau dacă suprafețele discului sunt deteriorate sau afectate de coroziune. Totuși, este adevărată remarca privind suspectarea generării de zgomot din cauza geometriei discurilor de frână.

Această deficiență poate fi remediată după cum urmează:

ș Se verifi că stadiul uzurii și starea suprafeței plăcuțelor de frână și ale discurilor de frână, înlocuindu-se dacă este necesar.

ș Se verifi că dacă plăcuțele de frână montate sunt aprobate de producător și adecvate pentru vehicul.

ș Se verifi că ca elementele antizgomot (garnituri pentru reglarea amortizării, lacuri de amortizare, paste) să fi e aplicate și să funcționeze în condiții corespunzătoare.

ș Se verifi că libertatea de mișcare a rampelor de ghidare ale plăcuței de frână și pistonul etrierului.

Frânele cu disc își ating efectul de frânare prin fricțiune uscată, fapt care tinde să conducă inerent la producerea vibrației și, prin urmare, a zgomotului. Din cauza factorilor de influență și a condițiilor de funcționare descrise mai sus, suprimarea completă zgomotului la frânare este extrem de difi cilă; însă, prin intermediul tehnologiei moderne, poate fi obținut un nivel superior de suprimare a zgomotului.

4.6. Defecte posibile

În majoritatea situațiilor – mai ales, în cazul frânelor roților față – problema nu este provocată de discul de frânare.

În aceste cazuri, se verifi că dacă au fost montate plăcuțe de frână corespunzătoare și dacă acestea nu sunt excesiv de uzate, dacă suprafețele discurilor de frână și plăcuțele de frână nu prezintă defecte și dacă sistemul de frânare (pistoane, elemente de ghidare, unități servo) funcționează corect.

În schimb, în cazul frânelor cu disc pe axul spate, încărcarea specifică insuficientă poate determina corodarea discului de frână sau modificarea stării suprafeței componentelor de fricțiune, ceea reduce eficiența frânării. Totuși, datorită proporției scăzute a forței de frânare pe axul spate, acest lucru este aproape insesizabil pentru șofer. În aceste cazuri, discurile de frână trebuie rectifi cate sau înlocuite; de asemenea, ar trebui înlocuite și plăcuțele de frână.

Discurile de frână prezintă fisuri

Sarcinile aferente șocului termic asupra suprafeței discului de frână pot provoca fisuri în structura din fontă. Aceste fisuri reduc puterea discului de frână și, în funcție de dimensiunile lor și de forța aplicată, poate avea loc ruperea materialului. Fisuri mai pot apărea și în zona camerei de frînă prezentat în (Fig. 4.12).

Fig. 4.12 Fisuri în zona camerei de frînă

Este dificil de precizat dimensiunea la care fisurile încep să reprezinte o problemă ca în (Fig. 4.13), însă pentru a preveni defectarea, însoțită de posibilele sale consecințe fatale, discurile de frână pe care fisurarea este vizibilă clar, fără ajutor de natură tehnică, ar trebui înlocuite. De asemenea, merită să fie remarcat și faptul că probabilitatea de rupere crește proporțional cu lungimea fisurilor.

Fig 4.13 Fisuri pe suprafața discului

În mod suplimentar față de prezența unui risc de rupere a discului, o suprafață fisurată a discului acționează ca și o mașină-unealtă asupra plăcuțelor de frână, provocând uzura excesivă a plăcuței; uzura se accentuează la temperaturi înalte, la care lățimea fisurii se mărește caîn (Fig 4.14).

Fig 4.14 Disc de frână fisurat

Discurile de frână prezintă zgârieturi

Urmele de zgârieturi de pe suprafața inelului de fricțiune prezentate în (Fig. 4.15) pot avea diverse cauze:

ș material de fricțiune necorespunzător al plăcuțelor de frână;

ș îmbâcsire severă a discurilor sau plăcuțelor de frână;

ș plăcuțe de frână uzate peste limita admisa pâna ca în (Fig 4.16);

ș coroziune;

ș supraîncărcarea sistemului de frânare;

ș grad necorespunzător de vigoare a materialului discului de frână.

Fig. 4.15 Zgârieturi pe suprafața inelului de fricțiune

Fig. 4.16 Plăcuțe de frână uzate până la metalul pe care este prins ferodoul

Zgârieturile pot avea o gamă largă de structuri, de la foarte fine la foarte accentuate, fapt care face dificilă definirea unor reguli clare privind măsura în care zgârieturile sunt acceptabile ca exemplul din (Fig. 4.17). În general, un mecanic experimentat poate să determine de obicei dacă un disc zgâriat necesită înlocuirea sau rectificarea acestuia. Până la un anumit nivel, zgârieturile nu afectează efectul de frânare, însă la înlocuirea plăcuțelor de frână trebuie înlocuite sau rectificate și discurile.

Fig 4.17 Zgârieturi pe suprafața discului

Durata de viață a discului de frână este prea scurtă

Durata de viață utilă a discurilor și plăcuțelor de frână constituie doar un aspect – cu toate acestea, foarte important – în ceea ce privește dezvoltarea unui sistem de frânare. Pentru condiții obișnuite de utilizare, durata de viață aferentă discurilor de frână pentru roțile față ar trebui să fi e echivalentă cu durata de viață utilă a celor două seturi de plăcuțe de frână corespunzătoare. Este posibil ca unele discuri să aibă o durată de viață utilă mai scurtă, pentru că au fost fabricate pentru a atinge ținte specifi ce pe care se pune valoare mai mare, de exemplu, pe prevenirea efectelor nedorite, precum trepidația la rece.

În practică, durata de viață utilă a unui disc de frână depinde de următorii factori de infl uență:

ș stilul de condus;

ș condițiile carosabilului și trafi cului;

ș condițiile topografi ce și climaterice;

ș nivelul de murdărire și contaminare;

ș materialul turnat al discului de frână și structura acestuia;

ș gradul de agresivitate a plăcuțelor de frână;

ș libertatea de mișcare a elementelor de culisare și de ghidare, precum și a pistonului de acționare a frânei.

Din cauza diverșilor factori de influență, în practică, durata de viață a discului de frână se dovedește a fi o cifră statistică; funcția de distribuție indică faptul că unele discuri rezistă de 10 – 15 ori mai mult timp decât altele. Unele discuri ating finalul duratei lor utile de viață după aproximativ 20.000 kilometri, iar altele pot funcționa fără probleme pentru 300.000 kilometri, în funcție de cazurile individuale fi ind posibile kilometraje mai mari sau mai mici. Acest lucru determină imposibilitatea producătorilor și a distribuitorilor de a oferi orice garanție pentru durata de viața utilă a discurilor de frână pe care le livrează.