Construcie frneProf. ing. Radu Alina Simona

Franele cu tambur si saboti interiori Partile componente si principiul de functionare. Datorita simplitatii lor, franele cu tambur si sabotii interiori sunt foarte raspandite la automobile. In figura 1 este reprezentata schema de principiu a franei cu tambur si saboti interiori a unei roti. Solidar cu roata 1, incarcata cu sarcina G , se afla tamburul 2, care se roteste in sensul indicat pe figura cu viteza unghiulara . Sabotii 3 sunt articulati in punctele 4 pe talerul franei care nu se roteste cu roata, fiind fix.

La apasarea pedalei 7, cama 6, prin intermediul parghiei 8, se roteste si apasa sabotii asupra tamburului 2. In aceasta situatie, intre tamburi si saboti apar forte de frecare ce vor da nastere la un moment de franare Mf, care se opune miscarii automobilului. Sub actiunea momentului Mf, in zona de contact a rotii cu drumul, ia nastere reactiunea F, indreptata in sens opus miscarii. Tot in zona de contact apare si reactiunea verticala a drumului Z. In timpul franarii, datorita frecarii ce ia nastere intre tambur si garniturile de frecare ale sabotilor, energia cinetica a automobilului se transforma in caldura.In momentul opririi apasarii asupra pedalei, arcul 5 readuce sabotii in pozitia initiala iar franarea inceteaza.

Tipuri de saboti utilizati la franele cu tambur Sabotul primar si sabotul secundar. In figura 2 sunt reprezentate fortele care actioneaza asupra unei frane cu doi saboti simetrici1 si 2, articulati la un punct comun fix 3. In timpul franarii, sabotii apasa pe tamburul 4 cu forta S, care determina reactiunile normale N1 si N2. Daca tamburul se roteste cu viteza unghiulara , fortele N1 si N2, ce apasa asupra suprafetelor de frecare, vor da nastere la doua forte de frecare F1 si F2 care, pentru saboti, au sensul din figura, iar pentru tambur sensul invers. Pentru simplificare, se considera ca atat reactiunile normale N1 si N2 cat si fortele de frecare F1 si F2 sunt aplicate la jumatatea suprafetelor de frecare.

Sabotul articulat si sabotul flotant. In functie de natura si tipul reazemului sabotilor, franele cu tambur si saboti interiori pot fi: cu saboti articulati (figura 3 a si b) si cu saboti flotanti (figura 3 c).

Tipuri uzuale de frane cu tambur si saboti interiori Frana simplex. Frana simplex are in compunere un sabot primar si unul secundar, care pot fi articulati sau flotanti. In figura 3, a, este reprezentata frana simplex la care ambii saboti 1 si 2 sunt articulati in reazemele 3 (saboti articulati). Indiferent de sensul de rotatie, unul din saboti va apasa mai mult asupra tamburului 6. Excentricele 4 si 5 servesc la reglarea jocului dintre saboti si tambur. Sabotii sunt apasati pe tambur cu forte egale S produse de actiunea lichidului sub presiune asupra pistonaselor ce se gasesc in cilindrul 7. La frana simplex din figura 3,b, actionarea sabotilor 1 si 2 ( articulati in reazemele 3 ) se face prin intermediul camei 4 cu fortele S1 si S2 . In figura 3, c este reprezentata frana simplex la care ambii saboti 4 si 5 sunt articulati la un punct comun fix 3, prin intermediul a doua parghii articulate oscilante 1 si 2 (saboti flotanti). In acest caz, in timpul functionarii, capetele interioare ale sabotilor ocupa pozitia in care intreaga lungime apasa pe tamburul 6, producandu-se o uzare mai uniforma.

Frana duplex. Frana duplex are in compunere 2 saboti primari care pot lucra ca saboti primari la rotatia intr-un singur sens (frana uni-duplex ) sau un ambele sensuri (duo-duplex). In figura 4,a este reprezentata frana duplex la care ambii saboti 1 si 2 au cate un dispozitiv de actionare: pistonul cilindrului 4 pentru sabotul 1 si pistonul cilindrului 3 pentru sabotul 2. De asemenea, fiecare sabot are un punct de articulatie propriu ( 5 si 6).

Frana duo-duplex prezinta particularitatea ca ambii saboti lucreaza cu efect de autoamplificare ( saboti primari) indiferent de sensul de rotatie. La franare, pistoanele din cilindrii 5 si 6 ( figura 4, b) apasa sabotii 1 si 2 pe tamburul 4, iar acestia, sub actiunea fortelor de frecare, se deplaseaza pe directia de rotatie. Daca sensul de rotatie este cel indicat pe figura, atunci sabotul 1, sub actiunea pistonului cilindrului 6 si a fortei de frecare, se va sprijini pe opritorul 3. In acelasi timp sabotul 2, sub actiunea pistonului cilindrului 5 si a fortei de frecare, se va sprijini pe opritorul 3. La rotatia in sens invers, sabotul 1 se va sprijini in opritorul 3, iar sabotul 2 in opritorul 3.

Frana servo. Frana servo sau frana de amplificare are doi saboti primari, sabotul posterior fiind actionat de sabotul anterior. Datorita fortelor de frecare dintre sabotul anterior si tambur, forta de actionare a sabotului posterior este mai mare in comparatie cu forta de actionare a sabotului anterior. In acest fel, momentul de franare se mareste substantial. In cazul in care sabotii sunt primari numai la mersul inainte, frana poarta denumirea de uni-servo, iar in cazul in care sabotii sunt primari pentru ambele sensuri de mers, frana este intalnita sub numele de duo-servo. Frana servo este utilizata la unele autoturisme de capacitate cilindrica mare, deoarece cu o forta nu prea mare la pedala asigura un moment de franare mare, fara un servo mecanism auxiliar.

In figura 5,a , este reprezentata frana uni-servo utilizata la rotile puntii din fata la unele autocamioane. Sabotul 4 este articulat la partea superioara in reazemul 2 si este actionat de sabotul 3 , prin intermediul dispozitivului 8 de reglare a jocului. Datorita fortelor de frecare dintre sabotul 3 ( actionat de pistonul cilindrului 6) si tamburul 1 , forta cu care este actionat sabotul 4 este mai mare decat forta cu care este actionat sabotul 3. De asemenea si momentul de franare va fi mai mare.

Frana duo-servo- se caracterizeaza prin faptul ca fiecare sabot il actioneaza pe celalalt cu efect de servo actiunea, in functie de sensul de rotatie, ambii saboti lucrand ca saboti primari. Sabotii 3 si 4 ( figura 5 , b ) sunt legati in serie si actionati de la un cilindru hidraulic. La franare, sabotii se deplaseaza in sensul de rotatie pana cand unul dintre ei ajunge cu capatul superior in opritorul 2. In functie de sensul de rotatie sabotul 3 actioneaza sabotul 4 prin intermediul dispozitivului de reglare 8 sau sabotul 4 actioneaza sabotul 3.

2.1.2. Franele cu disc Extinderea utilizarii franelor cu disc la automobile se explica prin numeroasele avantaje pe care le prezinta in raport cu franele cu tambur, cele mai importante fiind: posibilitatea maririi suprafetelor garniturilor de frecare; distributia uniforma a presiunii pe suprafetele de frecare si, drept consecinta, uzarea uniforma a garniturilor si necesitatea reglarii mai rare a franei; suprafata mare de racire si conditii bune pentru evacuarea caldurii; stabilitate in functionare la temperaturi joase si ridicate; echilibrarea fortelor axiale si lipsa fortelor radiale;posibilitatea functionarii cu jocuri mici intre suprafetele de frecare, ceea ce permite sa se reduca timpul de intrare in functiune a franei;inlocuirea usoara a garniturilor de frecare; realizeaza reglarea automata a jocului dintre suprafetele de frecare printr-o constructie mai simpla; nu produc zgomot in timpul franarii. Franele cu disc pot fi de tip deschis sau inchis. Cele de tip deschis se utilizeaza mai ales la autoturisme, pe cand cele de tip inchis in special la autocamioane si autobuze.

Frana cu disc deschisa. Frana cu disc deschisa, reprezentata in figura 6 este compusa din discul 2, montat pe butucul rotii 3 si din cadrul (suportul ) 5 in care se gasesc pistoanele, prevazute cu garniturile de frictiune 1. Cadrul monobloc se monteaza flotant sau fix pe de talerul franei. In cazul de fata, cadrul este fixat rigid si prevazut cu doi cilindrii de actionare.

Frana cu disc inchisa. Acest tip de frana, fata de rana cu disc deschisa prezinta avantajul undei bune protejari impotriva patrunderii apei si murdariei, putand fi usor ermetizata. Aceste frane pot fi cu sau fara efect servo. In figura 7 este reprezentata frana cu disc inchisa, cu servo efect, utilizata la automobile. Ea se compune din carcasa 5, fixata pe butucul rotii, discurile 1 si 2 ( cu garnituri de frictiune), bilele 3 si cilindrii de actionare 4. In timpul franarii, discurile de frictiune 1 si 2 sunt apasate pe carcasa rotitoare 5. Corpul cilindrului de lucru este fixat pe discul 2, iar tija pistonului se reazama pe discul 1. La franare, cand discul 1 se deplaseaza in raport cu discul 2, bilele 3 se deplaseaza pe planurile inclinate in partea mai ingusta a sentuletelor, distantand discurile si obligandu-le sa apese cu garniturile de frictiune pe carcasa rotitoare 5. Corpul cilindrului de lucru este fixat pe discul 2, iar tija pistonului se reazama pe discul 1. La franare, cand discul 1 se deplaseaza in raport cu discul 2, bilele 3 se deplaseaza pe planurile inclinate in partea mai ingusta a sentuletelor, distantand discurile si obligandu-le sa apese cu garniturile de frictiune pe carcasa rotitoare. Frana este prevazuta cu un dispozitiv de reglare automata a jocului dintre suprafetele de franare.

Sistemul de franare este unul din cele mai importantecare intra in componenta unui autovehicul. Indiferent detara de origine,producator, model, toateautomobilele trebuie sa aiba un sistem de franare care sa le asigure o oprire eficienta si in siguranta deplina, atat pentru automobil si pasagerii sai, cat si pentru ceilalti participanti la trafic, fie ei pietoni saualte autovehicule Sistemul de franare este compus in general din pompa centrala de frana,servofrana si franele cu disc, pentru rotile anterioare, respectiv franele cu tambur, pentru rotile posteroare.In functie de puterea motorului, automobilul poate fi echipat cu frane cu disc si la rotile posterioare .Sistemul hidraulic de franare este compus in general din doua circuite,care functioneaza in diagonala. Adica un circuit actioneaza franele fata dreapta/spate stanga si celalalt actioneaza franele fata stanga/spate dreapta.Prin aceasta, in cazul defectari unui circuit de exemplu din cauza neetanseitatii,automobilul poate fi franat prin intermediul celui de-al doilea circuit de franare,nefiind afectata stabilitatea acestuia pe traiectoria de deplasare.Presiunea pentru ambele circuite de franare este creata in pompa centrala de frana tandem, prin intermediul pedalei de frana

Rezervorul de lichid de frana, care este dispus in compartimentul motorului,deasupra pompei centrale de frana, alimenteaza intregul sistem de franare cu lichid de frana. Servofrana la modelele cu motoare pe benzina utilizeaza o parte din vacuumul creat de motor in colectorul de aspiratie. La actionarea pedalei de frana,forta de apasare este amplificata,prin intermediul unor supape. Deoarece Ia modelele cu motoare Diesel nu exista depresiune in colectorul de aspiratie, o pompa de vacuum montata in partea posterioara a chiuloasei creeaza depresiunea necesara functionarii servofranei. Pompa de vacuum este antrenata de catre arborele cu came. Franele anterioare cu disc sunt dotate cu etrieri mobili. In acest caz, pentru apasarea placutelor de frana pe disc este necesar un singur piston.La frana posterioara cu disc exista doi etrieri ficsi. Pentru apasarea placutelor de frana. in cazul etrierului fix, este nevoie de doua pistoane

Frana de mana este actionata prin intermediul unor cabluri si actioneaza asupra rotilor posterioare.La modelele cu frane cu disc la puntea posterioara,sunt montate tambururi de frana suplimentare in discurile de frana pentru frana de mana. Acest lucru este necesar deoarece frana cu disc nu se dovedeste a fi o frana de stationare eficienta,frana de mana neavand efect la o viteza mai mare de 50 km/h. In functie de echipare,modelele de autoturisme pot fi echipate si cu sistemul de antiblocaj a rotilor la franare (ABS). Sistemul ABS (engleza anti-lock braking system sau germana Antiblockiersystem) este un sistem pentru vehicule motorizate ce previne blocarea rotilor in timpul franarii. Aceasta prezinta doua avantaje: permite soferului sa pastreze controlul directiei si scurteaza distanta de franare Istoric Compania germana Robert Bosch GmbH (cunoscuta, mai popular, drept Bosch) dezvolta tehnologia ABS din anii 1930, dar primele automobile de serie care sa foloseasca sistemul electronic Bosch au fost disponibile in 1978. Au aparut prima data pentru camioane si limuzine nemtesti Mercedes-Benz. Ulterior sistemele au fost portate si pentru motociclete. Initial, sistemele ABS au fost dezvoltate pentru aeronave. Unul din primele sisteme a fost Maxaret al companiei Dunlop, prezentat in anii 1950, si inca in uz pe unele modele de aeronave. Acesta a fost un sistem complet mecanic. A fost utilizat si pe automobile in anii 1960 (masina de curse Ferguson P99, Jensen FF si masina experimentala Ford Zodiac cu tractiune integrala) dar pentru automobile s-a dovedit scump si nu a fost in totalitate de incredere.

Un sistem ABS tipic e compus dintr-o unitate centrala electronica, patru senzori de viteza (unul pentru fiecare roata) si doua sau mai multe valve hidraulice pe circuitul de franare. Unitatea electronica monitorizeaza constant viteza de rotatie a fiecarei roti. Cand detecteaza ca una din roti se roteste mai incet decat celelalte (o conditie ce o va aduce in starea de blocare), misca valvele pentru a scadea presiunea in circuitul de franare, reducand forta de franare pe roata respectiva. Eficienta Pe suprafetele cu aderenta mare, uscate sau ude, majoritatea masinilor echipate cu ABS obtin distante de franare mai bune (mai scurte) decat cele fara ABS. Un sofer cu abilitati medii pe o masina fara ABS ar putea, printr-o franare cadentata, sa atinga performantele unui sofer incepator pe o masina cu ABS. Totusi, pentru un numar semnificativ de soferi, ABS imbunatateste distantele de franare in varii conditii. Tehnica recomandata pentru soferi intr-o masina echipata cu ABS, intr-o situatie de urgenta, este sa se apese pedala de frana pana la fund si sa se ocoleasca eventualele obstacole. In asemenea situatii, ABS va reduce semnificativ sansele unui derapaj si pierderea controlului, mai ales cu masinile grele. Pe zapada si macadam, ABS-ul mareste distantele de franare. Pe aceste suprafete, rotile blocate s-ar adanci si ar opri automobilul mai repede, dar ABS-ul previne acest lucru. Unele modele de ABS reduc acest efect marind timpul de ciclare, lasand astfel rotile sa se blocheze in mod repetat, pentru perioade scurte de timp. Avantajul ABS-ului pe aceste suprafete este imbunatatirea controlului masinii, si nu franarea, desi pierderea controlului pe astfel de suprafete ramane totusi posibila. Odata activat, ABS-ul va face ca pedala sa pulseze. Unii soferi, simtind acest efect, reduc apasarea pe pedala si astfel maresc distanta de franare. Aceasta contribuie la marirea numarului de accidente. Din acest motiv unii constructori au implementat sisteme de asistenta la franare ce mentin forta de franare in situatii de urgenta. Controlul tractiunii Echipamentul ABS poate fi folosit si pentru a implementa controlul tractiunii la accelerarea unui autovehicul. Daca, la accelerare, cauciucul pierde aderenta solului, ABS-ul poate detecta situatia si poate aplica franele pentru a reduce accelerarea pentru recapatarea aderentei. Constructorii vand de obicei aceasta ca pe o optiune separata, chiar daca infrastructura controlului tractiunii este in mare parte impartita cu cea a ABS-ului. Versiuni mai sofisticate pot controla acceleratia si frana simultan, rezultand ceea ce Continental Teves si Bosch numesc Electronic Stability Control, respectiv Electronic Stability Program