Pedeorelha | Comment fonctionnent les étriers de frein

Vova Krasen
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Les étriers de frein sont un élément essentiel du système de freinage de votre véhicule. Les étriers de frein pressent les plaquettes de frein contre la surface du disque de frein pour ralentir ou arrêter le véhicule. Brian Sullivan / iStockphoto

Les étriers de frein sont essentiels à la capacité de votre voiture à s'arrêter et sont sans doute l'une des pièces de frein automobile les plus importantes. La plupart des voitures d'aujourd'hui ont des freins à disque, du moins pour les roues avant. Mais de nombreuses voitures et camions utilisent également des freins à disque à l'arrière. Dans un système de freinage à disque, les roues de la voiture sont fixées à des disques métalliques, ou rotors, qui tournent avec les roues. Le travail de l'étrier est de ralentir les roues de la voiture en créant une friction avec les rotors.

L'étrier de frein s'adapte sur le rotor comme une pince. À l'intérieur de chaque étrier se trouve

une paire de plaques métalliques liées avec un matériau de friction - on les appelle les plaquettes de frein. Les plaquettes de frein extérieures se trouvent à l'extérieur des rotors (vers le trottoir) et les plaquettes de frein intérieures à l'intérieur (vers le véhicule). Lorsque vous appuyez sur le frein, le liquide de frein du maître-cylindre crée une pression hydraulique sur un ou plusieurs pistons de l'étrier de frein, forçant les plaquettes contre le rotor. Les plaquettes de frein ont des surfaces à frottement élevé et servent à ralentir le rotor ou même à l'arrêter complètement. Lorsque le rotor ralentit ou s'arrête, la roue fait de même, car elles sont attachées l'une à l'autre.

-Les voitures et les camions plus anciens utilisaient des freins à tambour, où le mouvement des roues est ralenti par la friction entre un tambour rotatif et des patins de frein montés à l'intérieur du tambour. Ce frottement a provoqué une accumulation de chaleur et de gaz à l'intérieur du tambour, ce qui a souvent entraîné une perte de puissance de freinage connue sous le nom de décoloration des freins. Étant donné que les plaquettes de frein des systèmes de frein à disque sont externes au disque plutôt que contenues dans un tambour, elles sont plus facilement ventilées et la chaleur n'a pas tendance à s'accumuler aussi rapidement. Pour cette raison, les freins à tambour ont été largement remplacés dans les véhicules modernes par des freins à disque; cependant, certaines voitures moins chères utilisent encore des freins à tambour pour les roues arrière, où moins de puissance de freinage est nécessaire.

Il existe deux principaux types d'étriers: les étriers flottants (ou coulissants) et les étriers fixes. Étriers flottants se déplacer dans et hors par rapport au rotor et avoir un ou deux pistons uniquement du côté intérieur du rotor. Ce piston pousse l'étrier entier lorsque les freins sont appliqués, créant une friction des plaquettes de frein des deux côtés du rotor. Étriers fixes, comme son nom l'indique, ne bougez pas, mais disposez plutôt de pistons disposés sur les côtés opposés du rotor. Les étriers fixes sont généralement préférés pour leurs performances, mais sont plus chers que le type flottant. Certains étriers fixes haute performance ont deux ou plusieurs paires de pistons (ou "pots") disposées de chaque côté du rotor - certains ont jusqu'à six paires au total.

Des outils spéciaux sont utiles lorsque vous travaillez avec des étriers de frein, en particulier lors du remplacement des plaquettes de frein. Nous en parlerons dans la section suivante, puis discuterons des différents types d'étriers de frein disponibles pour différents types de véhicules..

Contenu

Outil d'étrier de frein
Étriers de frein de moto
Étriers de frein de camion
Étriers de frein de performance

Vous aurez peut-être besoin d'un outil d'étrier de frein pour rétracter le piston d'étrier. Cela fournira le dégagement dont vous aurez besoin pour installer les nouvelles plaquettes de frein. Lisa F. Young / iStockphoto

Les plaquettes de frein ne durent pas éternellement. Chaque fois que les plaquettes d'un système de frein à disque entrent en contact avec le rotor en rotation, elles s'usent un peu. Peu à peu, ces pièces de frein (les plaquettes) deviennent de plus en plus fines. Pour compenser cela, le piston de l'étrier émerge du cylindre creux où il réside à l'intérieur de l'étrier. Ce faisant, il pousse les plaquettes de frein usées de plus en plus vers l'intérieur vers le rotor. Finalement, les plaquettes de frein devront être remplacées par des plaquettes neuves et non portées. Malheureusement, le piston de l'étrier (qui est maintenant presque complètement déployé) rend difficile le retrait et le remplacement des plaquettes. Le piston doit être repoussé dans l'étrier.

C'est là que les outils spéciaux pour plaquettes de frein entrent en jeu. Le travail d'un outil d'étrier de frein consiste à rétracter le ou les pistons dans l'étrier afin que les plaquettes de frein puissent être facilement retirées et remplacées. Le piston ne peut pas simplement être repoussé dans l'étrier car il est fileté, comme une vis, et doit être réenroulé. Bien qu'il soit possible d'utiliser, par exemple, une paire de pinces pour ce faire, ce n'est pas recommandé . Vous pouvez également endommager le piston, l'étrier et vos mains. L'outil d'étrier de frein s'adapte typiquement sur le piston à une extrémité et a une poignée à l'extrémité opposée qui lui permet d'être tourné. En tournant, le piston est enroulé dans l'étrier.

Les étriers flottants doivent également être réparés si les broches sur lesquelles ils glissent commencent à coller. Ceci est généralement causé par la saleté ou la rouille. Lorsque cela se produit, l'étrier ne peut pas retirer complètement la plaquette de frein du rotor et la friction continue, même lorsque la pédale de frein n'est pas enfoncée. Cela peut provoquer une usure excessive du tampon, une utilisation inefficace du carburant et même une déformation du rotor si suffisamment de chaleur s'accumule.

Jusqu'à présent, la description que nous avons donnée d'un étrier de frein ne décrit pas complètement tous les modèles. Dans les pages suivantes, nous examinerons des types d'étriers plus spécialisés et verrons en quoi ils diffèrent des types plus courants..

Les étriers de frein de moto peuvent être plus petits que les étriers de frein sur d'autres véhicules, mais ils fournissent beaucoup de puissance de freinage pour les vélos relativement légers. Peter Finnie / iStockphoto

Les motos sont plus petites que les automobiles et nécessitent donc moins de puissance de freinage. Néanmoins, la capacité de ralentir ou de s'arrêter est à certains égards encore plus importante sur une moto que sur d'autres véhicules. Comment cela, vous demandez-vous? Eh bien, étant donné que le pilote n'est en grande partie pas protégé, même un petit fender-bender peut être potentiellement mortel. La prévention des accidents est essentielle lorsque vous conduisez une moto. Mais de quel type d'étriers de frein une moto a-t-elle besoin??

-La réponse est relativement simple - petite et légère. Contrairement aux étriers plus grands utilisés sur certaines voitures et camions, les étriers de frein de moto doivent être petits pour éviter d'alourdir le vélo et de gêner le cycliste. Les étriers de frein de moto sont généralement fabriqués à partir de matériaux légers tels que l'aluminium, qui a également le

avantage supplémentaire d'être antirouille. Certaines motos sont plus grandes et plus puissantes que d'autres; évidemment, ces vélos ont besoin de plus de puissance de freinage. Beaucoup plus petit,

les vélos moins puissants utilisent encore des freins à tambour, mais la plupart des vélos plus gros sont désormais équipés de freins à disque, en particulier sur la roue avant. Pour augmenter la puissance de freinage, les étriers des motos plus puissantes ont généralement plusieurs pistons. Certains ont deux ou même quatre pistons, tandis que d'autres peuvent avoir jusqu'à douze pistons dans un seul étrier. Avec leur poids relativement léger, la plupart des motos ont en fait plus de puissance de freinage que ce qui est absolument nécessaire - mais comme nous l'avons mentionné plus tôt, ce n'est pas une mauvaise idée lorsque vous roulez sur un véhicule rapide et non protégé..

Sur une moto, l'étrier avant se fixe au fourchette -- l'ensemble métallique qui maintient les roues avant et la suspension en place et supporte le guidon. Jusqu'à récemment, les étriers étaient fixés aux fourches à l'aide de boulons qui tournent perpendiculairement au rotor. Ces dernières années, avec la popularité croissante de freins à disque radiaux (une technologie qui a débuté sur les vélos de course), les étriers ont été fixés plus loin de la fourche à l'aide de boulons parallèles à la surface du rotor. Ces étriers montés radialement réduisent la quantité de vibrations dans la fourche causées par les étriers montés traditionnellement.

Parce qu'ils ont tendance à être plus exposés que les étriers d'automobile - et parce que l'étrier est probablement la plus visible de toutes les pièces de frein de moto - l'apparence d'un étrier de moto peut être importante pour de nombreux conducteurs. En fait, les peintures pour étriers de frein sont disponibles dans les magasins d'automobiles et peuvent être utilisées pour personnaliser vos étriers de moto. Bien entendu, la même peinture peut également être utilisée sur les étriers d'automobiles. Les experts déconseillent cependant de mettre du chrome sur les étriers. Aussi attrayant que cela puisse être, le chrome peut amener l'étrier à retenir la chaleur, ce qui entraînera une décoloration indésirable des freins.

Ensuite, découvrons quelles sont les caractéristiques d'un bon étrier de frein de camion.

Les gros camions ont également besoin de gros étriers de frein. Richard Scherzinger / iStockphoto

Il est indéniable: les camions et les VUS sont gros - excessivement gros, dans certains cas. Avec cette taille accrue vient un élan accru. Cela signifie que les camions et les SUV ont besoin de plus de puissance de freinage qu'une voiture. Alors, où peuvent-ils obtenir la puissance d'arrêt dont ils ont besoin? Étriers de frein de camion. La puissance d'arrêt d'un pied à coulisse est déterminée par sa force de serrage -- la quantité de force qu'il peut appliquer à la surface d'un rotor. Ceci est principalement fonction du nombre de pistons et de la surface de la plaquette de frein (là où elle entre réellement en contact avec le rotor). De toute évidence, un étrier avec une force de serrage plus élevée est capable de ralentir ou d'arrêter un véhicule plus facilement et plus rapidement qu'un étrier qui a une force de serrage plus faible..

-De nombreux camions viennent de l'usine avec des étriers flottants de base qui fournissent une puissance de serrage suffisante pour le véhicule lorsqu'il est livré au concessionnaire. Cependant, lorsque le camion est personnalisé avec des pneus plus gros et des accessoires lourds, et lorsqu'une charge importante de cargaison est embarquée, ces étriers installés en usine peuvent ne pas être assez puissants pour fournir la puissance de freinage dont le camion a besoin. Heureusement, il existe un marché secondaire important pour les étriers de camion. Selon le fabricant, un camion peut avoir des étriers qui fournissent environ 5000 millimètres carrés (7,8 pouces carrés) de surface entre les pistons et le rotor. Un étrier de rechange peut plus que doubler cette surface, fournissant la force de serrage requise par un véhicule entièrement personnalisé.

Plus que la plupart des pièces de frein, les étriers de frein de camion doivent faire face à beaucoup de chaleur. La chaleur est mauvaise pour les freins car elle peut entraîner une décoloration des freins et réduire les distances d'arrêt. Une bonne ventilation de l'étrier est essentielle pour des performances de freinage continues et constantes. De plus, une plus grande surface de disque de frein (ou disque de frein) peut également aider à répartir la chaleur sur une plus grande surface.

Les camions et les VUS ne sont pas les seuls véhicules qui nécessitent un équipement de freinage spécial; cependant, les étriers de ces véhicules lourds ont un travail difficile à effectuer. Certains pourraient même dire que les étriers de frein de camion devraient être considérés comme des étriers de frein haute performance. Dans la section suivante, nous examinerons certaines des caractéristiques que les étriers de frein haute performance peuvent offrir à d'autres véhicules.

Les voitures hautes performances ont besoin d'étriers de frein gros et solides qui peuvent ralentir ou arrêter le véhicule à des vitesses élevées. Christoph Ermel / iStockphoto

Les freins à disque ont été initialement développés pour les voitures de course. Tout le monde sait que les voitures de course se déplacent à des vitesses élevées - mais elles doivent aussi décélérer rapidement. Au début de la course, lorsque la plupart des voitures étaient équipées de systèmes de frein à tambour, la décoloration des freins a conduit à un certain nombre d'accidents sur la piste. Les systèmes de freins à disque étaient mieux ventilés et, par conséquent, réduisaient une partie du stress lié à la course et à la chaleur excessive

l'accumulation peut entraîner - à son tour, réduire (mais pas éliminer) la décoloration des freins. Avec le temps, ces puissants freins se sont répercutés sur des véhicules moins axés sur les performances. Maintenant, on les trouve même sur la plupart des voitures économiques. Néanmoins, les voitures haute performance restent un marché majeur pour des freins meilleurs et plus puissants, et des variations sur la conception de base de l'étrier de frein aident ces freins à fournir une puissance de freinage supérieure.

Il y a certaines limites à ce que les freins du véhicule et ses étriers peuvent faire pour arrêter un véhicule; bien qu'ils puissent arrêter les roues, c'est à la puissance de préhension des pneus de faire le reste, et des pièces de frein améliorées ne peuvent pas aider au-delà d'un certain point. Cependant, il existe plusieurs manières d'améliorer (et ont été) les étriers de frein. Certaines caractéristiques communes des étriers de frein de performance comprennent:

Pistons plus gros -- Plus les pistons sont grands et plus la zone sur laquelle ils entrent en contact avec les plaquettes de frein est grande, plus ils exercent de force de serrage sur le rotor..
Plus de pistons -- Les étriers de frein flottants bas de gamme ont un seul piston, du côté intérieur. Les étriers fixes bas de gamme ont une seule paire de pistons, flanquant le disque du rotor. Les étriers haute performance peuvent avoir plusieurs broches ou paires de broches, montées sur les côtés opposés du rotor. Les modèles à six pistons sont de plus en plus courants et même les modèles à 12 pistons ne sont pas inconnus. L'augmentation du nombre de pistons permet également d'augmenter la force de serrage de l'étrier.
Moins de rétention de chaleur -- En un sens, vos freins peuvent être considérés comme un dispositif permettant de convertir le mouvement en chaleur. Au fur et à mesure que le véhicule ralentit, toute cette énergie cinétique doit aller quelque part et la majeure partie finit sous forme de chaleur. Si vous voulez voir les choses d'une autre manière, tout ce frottement entre les plaquettes de frein et le rotor génère de la chaleur de la même manière que frapper une allumette génère de la chaleur. Si trop de chaleur s'accumule, les freins commencent à s'estomper ou deviennent moins efficaces. Ainsi, plus les étriers de frein sont ventilés, meilleurs sont leurs performances. De plus, plus la surface du disque de frein est grande, plus la chaleur est répartie.
Étriers à alésage différentiel -- Lorsque la surface du rotor s'échauffe, la force de serrage des pistons doit être augmentée pour éviter la décoloration des freins. Si l'étrier a plusieurs pistons (ou plusieurs paires de pistons), la surface du rotor de frein est initialement chauffée par les pistons poussant contre la plaquette de frein sur le bord d'attaque de l'étrier, ce qui rend la surface du rotor plus chaude lorsqu'elle tourne vers les pistons plus près. jusqu'au bord de fuite de l'étrier. Par conséquent, cela aide si les pistons plus proches du bord arrière de l'étrier sont plus grands. Les étriers à alésage différentiel utilisent des pistons plus petits à l'avant, des pistons plus grands vers l'arrière.

Toutes ces technologies peuvent augmenter la puissance de freinage fournie par un étrier. Pour les voitures plus petites qui ne sont généralement pas conduites à des vitesses élevées, cette puissance de freinage supplémentaire n'est pas vraiment nécessaire. Cependant, plus un véhicule est rapide et puissant, plus il bénéficiera d'étriers hautes performances.

Il n'est pas nécessaire de s'arrêter maintenant. La page suivante contient beaucoup plus d'informations sur le freinage, les étriers de frein et d'autres sujets connexes - suivez simplement les liens.

Plus de liens intéressants

Continental Corporation
Freins R Us
La Bible du frein

Sources:

CadillacFAQ.com. "Comment changer mes propres plaquettes de frein?" (12 novembre 2008) http://www.cadillacfaq.com/faq/answers/bpadchange/index.html
Carley, Larry. «Étriers de frein chargés». AA1Car.com. 2004. (12 novembre 2008) http://www.aa1car.com/library/2004/bf20426.htm
Continental Corporation. "Les étriers à double glissement avec disque de frein composite offrent des performances de freinage optimales avec un confort fascinant." 6/8/2006. (12 novembre 2008) http://www.conti-online.com/generator/www/com/en/continental/portal/themes/ press_services / press_releases / products / automobile_systems / pr_2006_06_08_ twin_sliding_calipers_en.html
Tyagi, Parshant. "Analyse par éléments finis de la conception innovante des étriers de frein de course." Décembre 2006. (12 novembre 2008) http://soar.wichita.edu/dspace/bitstream/10057/1181/1/t07057.pdf