Il principio di funzionamento delle pastiglie dei freni automobilistiche è essenzialmente quello di convertire l'energia cinetica del veicolo in energia termica attraverso l'attrito , ottenendo così la decelerazione o l'arresto del veicolo. L'intero processo è realizzato attraverso la struttura meccanica del sistema frenante e il principio della tribologia in coordinazione. Nello specifico si articola nei seguenti passaggi fondamentali: 1. Trasmissione del segnale di frenatura e amplificazione della forza
Quando il conducente preme il pedale del freno, la forza meccanica del pedale viene trasmessa alla pompa del freno. Il pistone all'interno della pompa freno viene compresso, spingendo il liquido dei freni a fluire nelle linee dei freni sigillate. Per un sistema di frenatura idraulico, il liquido dei freni trasmette uniformemente la pressione alle pinze dei freni di ciascuna ruota. Per i sistemi di frenatura pneumatici (utilizzati principalmente nei veicoli pesanti come camion e autobus), l'aria compressa viene utilizzata per spingere il pistone della pinza.
Questo processo sfrutterà il principio della leva e le caratteristiche di pressione dei sistemi idraulici/pneumatici per amplificare più volte la minore forza sul pedale applicata dal conducente per soddisfare la potente forza richiesta per la frenata.
2. Il contatto e l'adesione tra pastiglie e dischi freno
Il pistone all'interno della pinza freno si estende verso l'esterno sotto pressione, spingendo le pastiglie freno su entrambi i lati della pinza (suddivise in pastiglie freno interne ed esterne), facendole aderire rapidamente alla superficie del disco freno che ruota in sincronia con la ruota.
La superficie di attrito della pastiglia del freno premerà completamente contro il disco del freno. A questo punto il divario tra i due viene eliminato ed si entra nella fase di frenatura per attrito.
3. La generazione di calore per attrito raggiunge il consumo di energia cinetica
Quando il materiale di attrito della pastiglia entra in contatto con il disco del freno, genererà una forte forza di attrito. Questa forza di attrito impedirà la rotazione del disco del freno e il disco del freno è collegato rigidamente alla ruota, ostacolando così la rotazione della ruota.
Durante questo processo, l'energia cinetica del movimento dell'auto viene convertita in energia termica attraverso l'attrito e il calore viene dissipato nelle pastiglie dei freni, nei dischi dei freni e nell'aria circostante. Quando l'energia cinetica di un veicolo viene continuamente consumata, la sua velocità diminuirà gradualmente fino all'arresto completo.
4. Rilascio e ripristino del freno
Quando il conducente rilascia il pedale del freno, la pressione nella pompa freno viene rilasciata e la pressione nelle tubazioni dei freni diminuisce. La molla di ripristino all'interno della pinza freno riporta il pistone nella sua posizione originale, creando un nuovo spazio tra le pastiglie e i dischi freno. L'effetto di attrito scompare e le ruote ritornano allo stato di rotazione libera, completando così il processo di frenatura.
Supplementare: fattori chiave che influenzano l'effetto frenante
Le prestazioni dei materiali di attrito: il coefficiente di attrito dei materiali di attrito delle pastiglie dei freni determina direttamente l'entità della forza frenante. La resistenza alle alte temperature può impedire che il coefficiente di attrito cali bruscamente alle alte temperature (cioè "dissolvenza termica"), garantendo la stabilità della frenata continua.
L'adattamento tra pastiglie e dischi freno: maggiore è l'area di accoppiamento e più uniforme è la pressione, più stabile è l'effetto frenante. Pertanto, la precisione della lavorazione delle pastiglie dei freni e la progettazione delle pinze sono di vitale importanza.
Efficienza di dissipazione del calore: se il calore generato durante la frenata non può essere dissipato in tempo, la temperatura delle pastiglie e dei dischi dei freni sarà troppo elevata. Ciò non solo riduce le prestazioni di frenata, ma può anche accelerare l'usura delle pastiglie dei freni e persino portare a guasti alla frenata.