Como funcionam as pinças de freio

Pinças de freio são uma parte vital do sistema de frenagem do seu veículo. As pinças de freio comprimem as pastilhas de freio contra a superfície do rotor do freio para desacelerar ou parar o veículo. Brian Sullivan / iStockphoto

Pinças de freio são essenciais para a capacidade de parar do seu carro e são indiscutivelmente uma das peças de freio de automóveis mais importantes. A maioria dos carros hoje tem freios a disco, pelo menos nas rodas dianteiras. Mas muitos carros e caminhões agora também usam freios a disco na parte traseira. Em um sistema de freio a disco, as rodas do carro são presas a discos de metal, ou rotores, que giram junto com as rodas. O trabalho do calibrador é diminuir a velocidade das rodas do carro criando atrito com os rotores.

A pinça do freio se ajusta ao rotor como uma braçadeira. Dentro de cada compasso está

um par de placas de metal ligadas com material de fricção - são chamadas pastilhas de freio. As pastilhas de freio externas estão do lado de fora dos rotores (em direção ao meio-fio) e as pastilhas de freio internas do lado de dentro (em direção ao veículo). Quando você pisa no freio, o fluido de freio do cilindro mestre cria pressão hidráulica em um ou mais pistões na pinça de freio, forçando as pastilhas contra o rotor. As pastilhas de freio têm superfícies de alto atrito e servem para desacelerar o rotor ou até mesmo pará-lo completamente. Quando o rotor desacelera ou para, o mesmo acontece com a roda, porque eles estão ligados um ao outro.

-Carros e caminhões mais antigos usavam freios a tambor, onde o movimento das rodas é retardado pelo atrito entre um tambor giratório e sapatas de freio montadas dentro do tambor. Este atrito causou o acúmulo de calor e gases dentro do tambor, o que muitas vezes resultou em uma perda de potência de frenagem conhecida como freio fade. Como as pastilhas de freio em sistemas de freio a disco são externas ao disco e não contidas em um tambor, elas são ventiladas com mais facilidade e o calor não tende a se acumular tão rápido. Por esta razão, os freios a tambor foram amplamente substituídos nos veículos modernos por freios a disco; no entanto, alguns carros mais baratos ainda usam freios a tambor nas rodas traseiras, onde menos força de parada é necessária.

Existem dois tipos principais de calibradores: calibradores flutuantes (ou deslizantes) e calibradores fixos. Pinças flutuantes mova-se para dentro e para fora em relação ao rotor e tenha um ou dois pistões apenas no lado interno do rotor. Este pistão empurra toda a pinça quando os freios são aplicados, criando atrito das pastilhas de freio em ambos os lados do rotor. Calipers fixos, como o nome indica, não se mova, mas sim tenha os pistões dispostos em lados opostos do rotor. Os cursores fixos são geralmente preferidos por seu desempenho, mas são mais caros do que os flutuantes. Alguns calibradores fixos de alto desempenho têm dois ou mais pares de pistões (ou "potes") dispostos em cada lado do rotor - alguns têm até seis pares no total.

Ferramentas especiais são úteis ao trabalhar com pinças de freio, especialmente ao substituir as pastilhas de freio. Falaremos sobre isso na próxima seção e, em seguida, discutiremos os diferentes tipos de pinças de freio disponíveis para diferentes tipos de veículos.

Conteúdo

1. Ferramenta de pinça de freio
2. Pinças de freio de motocicleta
3. Pinças de freio de caminhão
4. Pinças de freio de desempenho

Você pode precisar de uma ferramenta de pinça de freio para retrair o pistão da pinça. Isso fornecerá a folga necessária para instalar as novas pastilhas de freio. Lisa F. Young / iStockphoto

As pastilhas de freio não duram para sempre. Cada vez que as pastilhas em um sistema de freio a disco entram em contato com o rotor giratório, elas se desgastam um pouco. Gradualmente, essas peças de freio (as pastilhas) ficam cada vez mais finas. Para compensar isso, o pistão no calibrador emerge do cilindro oco onde reside dentro do calibrador. Ao fazer isso, ele empurra as pastilhas de freio desgastadas cada vez mais para dentro em direção ao rotor. Eventualmente, as pastilhas de freio precisarão ser substituídas por pastilhas novas e não usadas. Infelizmente, o pistão da pinça (que agora está quase totalmente estendido) dificulta a remoção e substituição das almofadas. O pistão precisa ser empurrado de volta para a pinça.

É aqui que entram as ferramentas especiais para pastilhas de freio. O trabalho de um ferramenta de pinça de freio é retrair o pistão ou os pistões de volta na pinça para que as pastilhas de freio possam ser facilmente removidas e substituídas. O pistão não pode ser simplesmente empurrado para dentro da pinça porque é rosqueado, como um parafuso, e precisa ser enrolado de volta. Embora seja possível usar, digamos, um alicate para fazer isso, não é recomendado . Você pode danificar o pistão, a pinça e as mãos também. A ferramenta da pinça de freio normalmente se encaixa sobre o pistão em uma extremidade e tem uma alça na extremidade oposta que permite que ela seja girada. À medida que gira, o pistão é enrolado de volta na pinça.

Pinças flutuantes também precisam de manutenção se os pinos nos quais deslizam começarem a prender. Isso geralmente é causado por sujeira ou ferrugem. Quando isso acontece, a pinça não consegue retrair totalmente a pastilha de freio do rotor e o atrito continua, mesmo quando o pedal do freio não está sendo pressionado. Isso pode causar desgaste excessivo na almofada, ineficiência no uso de combustível e até mesmo empenamento do rotor se houver aquecimento suficiente.

Até este ponto, a descrição que demos de uma pinça de freio não descreve totalmente todos os modelos. Nas páginas a seguir, veremos tipos mais especializados de cursores e veremos como eles diferem dos tipos mais comuns.

As pinças de freio da motocicleta podem ser menores do que as pinças de freio de outros veículos, mas fornecem bastante força de frenagem para as bicicletas relativamente leves. Peter Finnie / iStockphoto

As motocicletas são menores que os automóveis e, portanto, precisam de menos força de frenagem. No entanto, a capacidade de desacelerar ou parar é, em alguns aspectos, ainda mais importante em uma motocicleta do que em outros veículos. Como assim, você pode perguntar? Bem, uma vez que o motorista está totalmente desprotegido, mesmo um pequeno pára-choque pode ser potencialmente fatal. A prevenção de acidentes é crítica quando você está dirigindo uma motocicleta. Mas de que tipo de pinça de freio uma motocicleta precisa?

-A resposta é relativamente simples - pequena e leve. Ao contrário das pinças maiores usadas em alguns carros e caminhões, as pinças de freio da motocicleta devem ser mantidas pequenas para evitar sobrecarregar a moto e atrapalhar o piloto. As pinças de freio da motocicleta são comumente feitas de materiais leves, como o alumínio, que também tem o

vantagem adicional de ser à prova de ferrugem. Algumas motocicletas são maiores e mais potentes do que outras; obviamente, essas bicicletas precisam de mais poder de parada. Muitos menores,

bicicletas menos potentes ainda usam freios a tambor, mas a maioria das motos maiores agora tem freios a disco - especialmente na roda dianteira. Para aumentar o poder de parada, pinças em motocicletas mais potentes geralmente têm vários pistões. Alguns têm dois ou até quatro pistões, enquanto outros podem ter até doze pistões em um único compasso. Com seu peso relativamente leve, a maioria das motocicletas realmente tem mais poder de frenagem do que o absolutamente necessário - mas, como mencionamos anteriormente, isso não é uma má ideia quando você está andando em um veículo rápido e desprotegido.

Em uma motocicleta, o compasso frontal se conecta ao garfo -- o conjunto de metal que mantém as rodas dianteiras e a suspensão no lugar e suporta o guidão. Até recentemente, os calibradores eram presos aos garfos por meio de parafusos que correm em ângulos retos com o rotor. Nos últimos anos, com a crescente popularidade de freios a disco radiais (uma tecnologia que começou nas bicicletas de corrida), as pinças foram presas mais longe do garfo por meio de parafusos que correm paralelos à superfície do rotor. Essas pinças montadas radialmente reduzem a quantidade de vibração no garfo causada por pinças montadas tradicionalmente.

Como eles tendem a ser mais expostos do que as pinças de automóveis - e como a pinça é provavelmente a mais notável de todas as peças do freio da motocicleta - a aparência de uma pinça de motocicleta pode ser importante para muitos pilotos. Na verdade, as tintas para pinças de freio estão disponíveis em lojas de automóveis e podem ser usadas para personalizar as pinças de sua motocicleta. Obviamente, a mesma tinta também pode ser usada em pinças de automóveis. Os especialistas desaconselham colocar cromo nas pinças. Por mais atraente que seja, o cromo pode fazer com que a pinça retenha calor, o que produzirá desbotamento indesejado do freio.

A seguir, vamos descobrir quais características fazem para uma boa pinça de freio de caminhão.

Caminhões grandes também precisam de pinças de freio grandes. Richard Scherzinger / iStockphoto

Não há como negar: caminhões e SUVs são grandes - excessivamente grandes, em alguns casos. Com esse tamanho aumentado, vem um impulso maior. Isso significa que caminhões e SUVs precisam de mais potência de frenagem do que um carro. Então, onde eles podem obter a potência de parada necessária? Pinças de freio de caminhão. O poder de parada de um calibrador é determinado por seu força de aperto -- a quantidade de força que pode aplicar à superfície de um rotor. Isso é principalmente uma função do número de pistões e da área da superfície da pastilha de freio (onde ela realmente entra em contato com o rotor). Obviamente, um calibrador com uma força de aperto maior é capaz de desacelerar ou parar um veículo mais fácil e rápido do que um calibrador que tem uma força de aperto menor.

-Muitos caminhões vêm de fábrica com pinças flutuantes básicas que fornecem força de fixação suficiente para o veículo quando ele é entregue à concessionária. No entanto, quando o caminhão é personalizado com pneus maiores e acessórios pesados, e quando uma carga substancial de carga é trazida a bordo, essas pinças instaladas de fábrica podem não ser potentes o suficiente para fornecer a força de frenagem de que o caminhão precisa. Felizmente, existe um mercado de reposição substancial para pinças de caminhão. Do fabricante, um caminhão pode ter pinças que fornecem cerca de 5.000 milímetros quadrados (7,8 polegadas quadradas) de área de superfície entre os pistões e o rotor. Um calibrador de reposição pode mais do que dobrar essa área de superfície, fornecendo a força de aperto necessária para um veículo totalmente personalizado.

Mais do que a maioria das peças de freio, as pinças de freio de caminhão precisam lidar com muito calor. O calor é ruim para os freios porque pode levar ao enfraquecimento do freio e reduzir as distâncias de parada. Uma boa ventilação na pinça é essencial para um desempenho de freio consistente e contínuo. Além disso, uma superfície maior do rotor do freio (ou disco do freio) também pode ajudar a espalhar o calor por uma área maior.

Caminhões e utilitários esportivos não são os únicos veículos que requerem equipamentos especiais de freio; no entanto, as pinças nesses veículos pesados ​​têm um trabalho difícil de executar. Alguns podem até dizer que as pinças de freio do caminhão devem ser consideradas pinças de freio de alto desempenho. Na próxima seção, veremos alguns dos recursos que as pinças de freio de alto desempenho podem oferecer a outros veículos.

Os carros de alto desempenho precisam de pinças de freio grandes e fortes que podem reduzir ou parar o veículo em altas velocidades. Christoph Ermel / iStockphoto

Os freios a disco foram desenvolvidos originalmente para carros de corrida. Todos sabem que os carros de corrida se movem em alta velocidade - mas também precisam desacelerar rapidamente. Nos primeiros dias das corridas, quando a maioria dos carros era equipada com sistemas de freio a tambor, o enfraquecimento do freio causava vários contratempos na pista. Os sistemas de freio a disco foram melhor ventilados e, como resultado, reduziram parte do estresse causado pelas corridas e pelo calor excessivo

o acúmulo pode causar - por sua vez, reduzindo (mas não eliminando) o enfraquecimento do freio. Com o tempo, esses freios potentes foram se transformando em veículos menos orientados para o desempenho. Agora, eles são encontrados até mesmo na maioria dos carros econômicos. No entanto, os carros de alto desempenho ainda são um mercado importante para freios melhores e mais potentes, e variações no design básico da pinça de freio ajudam esses freios a fornecer poder de parada superior.

Existem certas limitações para o quanto os freios do veículo e suas pinças podem fazer para parar um veículo; embora possam ser capazes de parar as rodas, cabe à força de aderência dos pneus fazer o resto, e peças de freio aprimoradas não podem ajudar além de um certo ponto. No entanto, existem várias maneiras pelas quais as pinças de freio podem ser (e têm sido) aprimoradas. Alguns recursos comuns encontrados em pinças de freio de desempenho incluem: 

• Pistões maiores -- Quanto maiores são os pistões, e quanto maior a área sobre a qual eles entram em contato com as pastilhas de freio, mais força de fixação eles têm no rotor.  
• Mais pistões -- Pinças de freio flutuantes low-end têm um único pistão, no lado interno. Pinças fixas low-end têm um único par de pistões, flanqueando o disco do rotor. Pinças de alto desempenho podem ter vários pinos ou pares de pinos, montados em lados opostos do rotor. Os modelos de seis pistão são cada vez mais comuns e mesmo os modelos de 12 pistão não são desconhecidos. Aumentar o número de pistões também serve para aumentar a força de aperto do calibrador.  
• Menor retenção de calor -- Em certo sentido, seus freios podem ser vistos como um dispositivo para converter movimento em calor. À medida que o veículo diminui a velocidade, toda essa energia cinética tem que ir para algum lugar e a maior parte acaba em calor. Se você quiser ver as coisas de outra forma, todo aquele atrito entre as pastilhas de freio e o rotor gera calor da mesma forma que riscar um fósforo gera calor. Se muito calor se acumular, os freios começam a enfraquecer ou se tornam menos eficazes. Portanto, quanto melhor ventiladas as pinças de freio, melhor seu desempenho. Além disso, quanto maior a superfície do rotor do freio, mais o calor é espalhado. 
• Pinças de furo diferencial -- Conforme a superfície do rotor se aquece, a força de aperto dos pistões deve ser aumentada para evitar o enfraquecimento do freio. Se a pinça tiver vários pistões (ou vários pares de pistões), a superfície do rotor do freio é inicialmente aquecida pelos pistões que empurram contra a pastilha de freio na borda de ataque da pinça, tornando a superfície do rotor mais quente quando ela gira de volta para os pistões mais próximos para a borda posterior do compasso de calibre. Portanto, ajuda se os pistões próximos à borda traseira do compasso de calibre forem maiores. Pinças de diâmetro diferencial usam pistões menores na frente, pistões maiores na parte traseira.

Todas essas tecnologias podem aumentar a potência de frenagem fornecida por um calibrador. Para carros menores que normalmente não são dirigidos em altas velocidades, esse poder de frenagem extra não é realmente necessário. No entanto, quanto mais rápido e poderoso for um veículo, mais ele se beneficiará de pinças de alto desempenho.

Não há necessidade de parar agora. A próxima página está carregada com muito mais informações sobre freios, pinças de freio e outros tópicos relacionados - basta seguir os links.

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• Continental Corporation
• Freios R Us
• A Bíblia do Freio

Fontes:

• CadillacFAQ.com. "Como faço para mudar minhas próprias pastilhas de freio?" (12 de novembro de 2008) http://www.cadillacfaq.com/faq/answers/bpadchange/index.html
• Carley, Larry. "Pinças de freio carregadas." AA1Car.com. 2004. (12 de novembro de 2008) http://www.aa1car.com/library/2004/bf20426.htm
• Continental Corporation. "Pinças de deslizamento duplo com disco de freio composto proporcionam desempenho de frenagem ideal com conforto fascinante." 6/8/2006. (12 de novembro de 2008) http://www.conti-online.com/generator/www/com/en/continental/portal/themes/ press_services / press_releases / products / electrical_systems / pr_2006_06_08_ twin_sliding_calipers_en.html
• Tyagi, Parshant. "Análise de elementos finitos de design inovador de pinças de freio de corrida." Dezembro de 2006. (12 de novembro de 2008) http://soar.wichita.edu/dspace/bitstream/10057/1181/1/t07057.pdf