El disco de freno o mecanismo de freno de disco o frenos de disco es el elemento principal del sistema de freno de disco . Es una parte giratoria del sistema de discos, a la que se presionan las pastillas de freno estacionarias con la ayuda de un accionamiento. Actúa como miembro del par de fricción, cuyo resultado es una desaceleración controlada del vehículo. El disco de freno realiza funcionalmente dos tareas:
El disco de freno de un automóvil consta de dos partes: la parte del cubo central y el lienzo de trabajo. Dependiendo del tipo, el diseño puede ser de una sola pieza o compuesto. La parte central del disco es su base y se instala directamente en el cubo, la tela de trabajo sirve como superficie de apoyo para el par de fricción.
El rotor es una superficie anular con la que las pastillas de freno entran en contacto durante el frenado. Esta es la parte más grande y más pesada de un freno de disco. Suelen estar fabricados en hierro fundido debido al alto rozamiento y al bajo desgaste del material.
Para mejorar la refrigeración, los discos están ventilados. Los discos ventilados entre las dos superficies del rotor contienen cavidades radiales a través de las cuales circulan flujos de aire desde el centro hacia los bordes.
El rotor está unido a la parte central del disco que, a su vez, está unido al cubo de la rueda. La parte central del rotor evita la transferencia de calor de la superficie de frenado a los cojinetes de las ruedas, de manera que los cojinetes no se calientan.
La parte central del disco es de fundición o de materiales más ligeros como el aluminio.
Con base en las tareas básicas, el material principal para la producción de discos de freno fue el hierro fundido gris con grafito laminar o vermicular. Esta aleación se presta bien al mecanizado, lo que hace posible diseñar varias formas de sistemas de ventilación y eliminación de calor. La segunda ventaja del hierro fundido es su buena conductividad térmica, que es importante en condiciones de estrés térmico intenso. Una alternativa al hierro fundido se ha convertido en una tecnología de producción basada en matriz de carbono y carburo de silicio. Por regla general, dicha fórmula contiene polvos de polímeros en combinación con fibras de refuerzo. A diferencia del clásico disco de hierro fundido, el compuesto compuesto tiene un peso significativamente menor y también tiene una mejor resistencia al desgaste mecánico. . En condiciones normales de funcionamiento, el recurso de dicho disco puede ser de 300-350 mil kilómetros. Teniendo en cuenta el alto costo de la tecnología, los discos de freno cerámicos se instalan en las versiones deportivas de los automóviles.
Estructuralmente, los discos de freno se dividen en tres tipos:
El tipo de disco de freno requerido está determinado por el tipo de sistema de frenos de un modelo de automóvil en particular.
Cada tipo de disco de freno puede ser modificado por el fabricante, sin realizar cambios en el diseño. Estas modificaciones están permitidas por ECE R90.
Con el desarrollo de los frenos de disco y su posterior distribución en tranvías y equipos ferroviarios, los discos de freno comenzaron a formar parte de los juegos de ruedas, ubicados tanto en la parte exterior como en la interior de los mismos. Se pueden organizar tanto simétrica como asimétricamente.
Las características de rendimiento de los discos de freno incluyen
Los discos funcionan de 100 a 150 mil kilómetros con una conducción silenciosa. Con una conducción aguda y agresiva, el período se reduce a 30-40 mil. El grosor mínimo de los discos de freno se indica en el disco de freno. El desgaste se comprueba con un calibrador. El desgaste máximo es de 2-3 mm desde el espesor inicial del disco. El ancho de las grietas y astillas no es más de 0,01 mm. Si el ancho de las grietas y las astillas es mayor, se deben reemplazar los discos.
El frenado es un proceso a corto plazo y que cambia rápidamente. Por lo tanto, a menudo es imposible lograr un contacto perfecto. Para modelar y estudiar los procesos de inhibición se utiliza un modelo no ideal. [2]
Según este modelo, hay partículas extrañas entre el disco y las pastillas. El material de fricción de la pastilla de freno adquiere la energía cinética del disco de freno que gira y se desgasta. La energía cinética se convierte en energía térmica y se transfiere al disco a través de partículas extrañas. Esto da como resultado una diferencia de temperatura entre las superficies del disco y la almohadilla. Por tanto, un disco más frío puede recibir el calor generado en las pastillas.
La cantidad de calor generado en las almohadillas depende de la velocidad y el peso del vehículo, y de la fuerza con la que presione el pedal. Una parada normal de un turismo a 60 km/h calienta el disco a 150 ºC. La frenada brusca de un coche de carreras eleva la temperatura del disco hasta los 800 ºC en una fracción de segundo. [3] La lava de silicio que fluye de los volcanes del Cinturón de Fuego del Pacífico tiene la misma temperatura.
Régimen de temperatura de los discos de freno:
El diámetro del rotor se mide por el diámetro exterior y el ancho se mide por el espesor total entre las superficies de contacto. El tamaño de la superficie del rotor en contacto con las pastillas depende del diámetro del disco. Los fabricantes se esfuerzan por hacer que los discos sean lo más ligeros y pequeños posible, aumentando la potencia de frenado al mejorar el rendimiento de frenado. Un rotor ventilado siempre es más ancho que uno macizo.