Μάθημα : ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ

6.4 Είδη συστημάτων πέδησης

6.4.1 Μηχανικά φρένα

Τα ενεργά μέρη στο σύστημα φρένων,

εκείνα δηλαδή που περιλαμβάνουν τις

επιφάνειες τριβής, είναι, κατά κανόνα,

οι σιαγόνες μαζί με τα τύμπανα (τα-

μπούρα), ή τα πλακίδια (τακάκια) με

τους δίσκους, ανάλογα βέβαια με το

είδος του συστήματος πέδησης.

Είναι φανερό ότι, όσο πιο κοντά στους

τροχούς βρίσκονται οι επιφάνειες τρι-

βής, τόσο λιγότερο θα καταπονηθεί

το σύστημα μετάδοσης της κίνησης,

που περιλαμβάνεται μεταξύ τροχών

και φρένων, από τις μεγάλες δυνάμεις

που δημιουργούνται κατά το φρενά-

ρισμα. Για το λόγο αυτό, τόσο τα τύ-

μπανα όσο και οι δίσκοι τοποθετούνται

στο εσωτερικό της ζάντας του τροχού,

με τον οποίο και συνδέονται, μέσω του

κινούμενου τμήματος του άξονα, ενώ

οι σιαγόνες και τα πλακίδια συνδέονται

με το ακίνητο τμήμα του άξονα.

Στο Σχ.6.1 παρουσιάζεται μία απλή

μορφή συγκροτήματος φρένων ενός

τροχού, που αποτελείται από το τύ-

μπανο με τις σιαγόνες του.

Οι σιαγόνες, λοιπόν, είναι στερεωμέ-

νες με ένα πείρο (F) στο «πλάτυσμα»

ή φορέα του συγκροτήματος των φρέ-

νων (Μ) (πλάκα ή κιθάρα) του άξονα.

Μπορούν, όμως, «να ανοίγουν και να

κλείνουν» ελισσόμενες γύρω από αυ-

τόν τον πείρο (F).

Τα άνω άκρα των σιαγόνων συγκρα-

τούνται με ένα ελατήριο (R), που ονο-

μάζεται ελατήριο επαναφοράς, και

κρατούνται σε μικρή απόσταση από το

τύμπανο (Τ), ενώ βρίσκονται σε επαφή

με το έκκεντρο (Α). Το έκκεντρο αυτό,

π έ δ η σ η ς

Σχ.6.1 Σχηματική διάταξη μηχανικού

συστήματος πέδησης.

που βρίσκεται ανάμεσα στις σιαγόνες

και είναι στερεωμένο με άξονα πάνω

στο ίδιο πλάτυσμα (Μ), [όπου στερεώ-

νεται και ο πείρος (F)], μπορεί να στρα-

φεί ελεύθερα με ένα μοχλό - στον οποίο

καταλήγει η δύναμη του οδηγού - και

να ανοίγει, έτσι, τις σιαγόνες, οι οποί-

ες έρχονται σε επαφή με το τύμπανο

(Τ) του τροχού και ακινητοποιώντας το,

ακινητοποιούν τους τροχούς Ε, οπότε

ακινητοποιείται και το αυτοκίνητο.

Στα μηχανικά συστήματα πέδησης, η

μεταφορά της σχετικής δύναμης, την

οποία ασκεί ο οδηγός μέχρι τις σιαγό-

νες, γίνεται με μοχλούς και ελκυστήρες

(ντίζες ή συρματόσχοινα). Στο Σχ. 6.2

φαίνεται μια τέτοια διάταξη που χρη-

347Σ υ σ τ ή μ α τ α Α υ τ ο κ ι ν ή τ ο υ I

Σχ.6.2 Μηχανικό σύστημα πέδησης.

Σχ.6.3 Λειτουργία χειρόφρενου σε απλή

διάταξη φρένων (τύμπανου - σι-

αγόνων) τύπου Σίμπλεξ.

σιμοποιόταν στα πρώτα αυτοκίνητα,

σύμφωνα με την οποία, η εξασκού-

μενη δύναμη στο πεντάλ των φρένων

φθάνει τελικά στους αντίστοιχους μο-

χλούς ενεργοποίησης των εκκέντρων,

τα οποία ανοίγουν τις σιαγόνες.

Θα πρέπει να σημειωθεί, εδώ, ότι τα

μηχανικά συστήματα πέδησης, που

ενεργοποιούνταν με τη χρήση - πίεση

του ποδόπληκτρου (πεντάλ φρένου)

στα πρώτα αυτοκίνητα, δεν υπάρχουν

πλέον, αφού τα μηχανικά αυτά συστή-

ματα που χρησιμοποιούνται στα σύγ-

χρονα αυτοκίνητα, αφορούν μόνον τις

διατάξεις των χειρόφρενων.

348Σ ύ σ τ η μ α π έ δ η σ η ς

Σχ.6.4 Γενική διάταξη χειρόφρενου.

1. Μοχλός ενεργοποίησης χειρό-

φρενου μαζί με την οδοντωτή κα-

στάνια. 2. Ντίζα χειρόφρενου με

τις σχετικές αρθρώσεις. 3. Συρ-

ματόσχοινα. 4. Βάση στήριξης.

Στο Σχ.6.3 φαίνεται μία τυπική διάταξη

χειρόφρενου (τύμπανου - σιαγόνων),

τύπου «Σίμπλεξ», για τους οπίσθιους

τροχούς, που είναι και υποχρεωτική

αλλά και αναγκαία για μικρά επιβατικά

αυτοκίνητα. Σημειώνεται εδώ, ότι για τα

βαριά οχήματα (φορτηγά κ.λπ.), η δι-

άταξη του χειρόφρενου μπορεί να έχει

πρόσθετη ενισχυτική υποβοήθηση, η

οποία εφαρμόζεται σε όλους τους τρο-

χούς του οχήματος.

Η εντολή ενεργοποίησης του χειρό-

φρενου δίνεται από τον ίδιο το μοχλό

του, ο οποίος μέσω της ντίζας και του

συρματόσχοινου, αλλά και μέσω του

βραχίονα ενεργοποίησης ή έντασης,

συνδέεται με την οπίσθια δευτερεύου-

σα (δεξιά) σιαγόνα του τροχού (βλ. και

Σχ. 6.4). Ταυτόχρονα, μέσω της συν-

δετικής ράβδου εκτόνωσης, η εντολή

ενεργοποίησης μεταφέρεται και στην

εμπρόσθια πρωτεύουσα (αριστερή)

σιαγόνα.

Έτσι, με την έλξη του μοχλού του χει-

ρόφρενου, ανοίγουν και οι δύο σιαγό-

νες του καθενός από τους οπίσθιους

349Σ υ σ τ ή μ α τ α Α υ τ ο κ ι ν ή τ ο υ I

Σχ.6.5 Αρχή λειτουργίας του υδραυλικού συστήματος φρένων.

τροχούς μόνον και ακινητοποιούν το

αυτοκίνητο όταν αυτό δεν κινείται, ή

έχουν τη δυνατότητα να το φρενάρουν

χωρίς την παρέμβαση του κανονικού

υδραυλικού συστήματος, στην περί-

πτωση, βέβαια, που δεν επενεργούν

τα υδραυλικά του φρένα, αλλά και

ανεξάρτητα από αυτά. Στο Σχ.6.4 πα-

ρουσιάζεται μία γενική διάταξη του χει-

ρόφρενου, που ενεργεί στους οπίσθι-

ους τροχούς, και η οποία αρχίζει από

το μοχλό του χειρόφρενου και φθάνει

στην άκρη των συρματόσχοινων, που

συνδέονται με το συγκρότημα των σια-

γόνων των φρένων.

6.4.2 Υδραυλικά φρένα (τύπου

τύμπανου - σιαγόνων)

Είναι γνωστό από τη Φυσική ότι, όταν

έχουμε υγρό μέσα σε κλειστά και συ-

γκοινωνούντα δοχεία και το πιέσουμε

σε κάποιο σημείο, η πίεση μεταδίδεται

εξίσου σε όλα τα σημεία της επιφά-

νειάς του. Αυτός είναι ο Νόμος του Πα-

σκάλ και σ’ αυτόν στηρίζεται η λειτουρ-

γία των υδραυλικών πιεστηρίων, των

υδραυλικών γρύλλων κ.λπ.

Σ’ αυτόν ακριβώς το Νόμο στηρίζεται

και η λειτουργία του υδραυλικού συστή-

ματος των φρένων του αυτοκινήτου.

350Σ ύ σ τ η μ α π έ δ η σ η ς

Κεντρικός κύλινδρος

F1 1000N

Κύλινδροι τροχών: F2 = 4000N

1000N 1000N 1000N 1000N

s

4.s

Σχ.6.6 Εφαρμογή του Νόμου του Πασκάλ σε υδραυλικό σύστημα πέδησης απλο-

ποιημένης μορφής.

Έτσι, η διάταξη του Σχ. 6.5 (α) περιλαμ-

βάνει δύο κυλίνδρους, τον C1 και C2, οι

οποίοι επικοινωνούν μεταξύ τους με ένα

σωλήνα Τ. Στους κυλίνδρους έχουν το-

ποθετηθεί αντίστοιχα έμβολα. Το έμβο-

λο του κυλίνδρου C1 έχει επιφάνεια 1

cm2, ενώ του κυλίνδρου C2 5 cm2. Εάν

στην επιφάνεια του εμβόλου του κυλίν-

δρου C1 (Σχ.6.5 (β), ασκηθεί μία δύναμη

F=10N (Νιούτον) και το μετακινήσει κατά

απόσταση S = 5 cm, τότε η ποσότητα

αυτή του υγρού (των 5 cm3) καταθλί-

βεται στον κύλινδρο C2,

με αποτέλεσμα

να μεταθέτει το έμβολο του κυλίνδρου

κατά απόσταση 1 cm, δεδομένου ότι η

επιφάνειά του είναι 5 cm2

. H πίεση που

ασκεί το έμβολο στον κύλινδρο C1 είναι

10 N/1cm2 = 1 Bar και μεταφέρεται αναλ-

λοίωτη στην επιφάνεια του εμβόλου του

κυλίνδρου C2. Επειδή, όμως, η πίεση

αυτή ασκείται σε επιφάνεια 5 cm2

, ωθεί

το έμβολο προς τα επάνω με μία δύνα-

μη F = 10N/cm2 X 5 cm2 = 50N.

Έτσι, δημιουργείται ένας πολλαπλασι-

αστής φυσικού μεγέθους, που είναι η

δύναμη, με αποτέλεσμα στην προκει-

μένη περίπτωση, αυτή να πενταπλασι-

άζεται.

Στο Σχ. 6.6 παρουσιάζεται μία διάταξη

με έναν κεντρικό κύλινδρο που τροφο-

δοτεί 4 κυλίνδρους τροχών. Πιο συ-

γκεκριμένα, το έμβολο του κεντρικού

κυλίνδρου, καθώς και καθένα από τα

έμβολα των κυλίνδρων των τροχών,

έχουν επιφάνεια 1 cm2. Εάν στο έμβο-

λο του κεντρικού κυλίνδρου ασκηθεί

δύναμη F1 = 1000 N, τότε αναπτύσ-

σεται μία πίεση επάνω του 1000 Ν/

cm2 (= 100 Bar). Έστω, ότι το έμβολο

μετατίθεται κατά διάστημα 4S (εάν S

= 1cm, τότε μετατίθεται κατά 4 cm). H

πίεση αυτή των 100 Bar μεταβιβάζεται

αναλλοίωτη μέσω της σωλήνωσης σε

καθένα από τους κυλίνδρους και μετα-

θέτει το αντίστοιχο έμβολό τους κατά

απόσταση S = 1cm. Έτσι, σε κάθε ένα

351Σ υ σ τ ή μ α τ α Α υ τ ο κ ι ν ή τ ο υ I

Ποδόπληκτρο (πεντάλ) φρένων

Σωλήνωση Κεντρικός κύλινδρος

Μοχλός χειρόφρενου

Συρματόσχοινο

Τύμπανο

Σιαγόνα

Κύλινδρος τροχού

Επένδυση τριβής

(φερμουίτ)

Ελατήριο

επαναφοράς

σιαγόνων

Σχ.6.7 Εφαρμογή του Νόμου του Πασκάλ σε υδραυλικό σύστημα φρένων.

από τα έμβολα ασκείται δύναμη 1.000

Ν, εφόσον δεχθήκαμε ότι η επιφάνεια

του κάθε εμβόλου είναι 1 cm2. Συνολι-

κά, δηλαδή, και στα 4 έμβολα ασκείται

μία δύναμη F2 = 1000N ⋅ 4 = 4000N.

Έχουμε, λοιπόν, ένα σύστημα πολλα-

πλασιαστή δύναμης, με αποτέλεσμα η

δύναμη που εφαρμόστηκε στο έμβολο

του κεντρικού κυλίνδρου να αυξηθεί

κατά 4 φορές, συνολικά, στα έμβολα

των κυλίνδρων των τροχών.

Το σύστημα αυτό (Σχ. 6.7) αποτελείται:

α) Από ένα κεντρικό κύλινδρο, μέσα

στον οποίο κινείται ένα έμβολο, που

συνδέεται μέσω βάκτρου (ράβδου) με

το ποδόπληκτρο της πέδης (πεντάλ

φρένων), και β) Από τέσσερις άλλους

κυλίνδρους, που επικοινωνούν με τον

κεντρικό μέσω σωληνώσεων. Οι κύ-

λινδροι αυτοί ονομάζονται κύλινδροι

των τροχών και αντιστοιχούν στους

τέσσερις τροχούς, ενώ ο καθένας τους

έχει δύο έμβολα, τα οποία βρίσκονται

ανάμεσα στις σιαγόνες των φρένων

κάθε τροχού. Όλοι οι κύλινδροι και οι

συνδετικοί τους σωλήνες είναι γεμάτοι

με υγρό.

Ο κεντρικός κύλινδρος ονομάζεται

εντολοδότης κύλινδρος, ενώ οι κύλιν-

δροι των τροχών εντολοδόχοι κύλιν-

δροι («κυλινδράκια»).

Έτσι, αν πιεσθεί το πεντάλ των φρέ-

νων, η πίεση (δύναμη ανά τετραγωνικό

εκατοστό), που θα δημιουργηθεί μέσα

στον κεντρικό κύλινδρο από την κίνη-

ση του εμβόλου, θα μεταδοθεί αμέσως

(ακαριαία) στα έμβολα των κυλίνδρων

των τροχών. Τότε, οι σιαγόνες υποχω-

ρούν και έρχονται σε επαφή με το τύ-

μπανο του τροχού. Εκεί δημιουργείται

τριβή από την επαφή αυτή, με αποτέ-

λεσμα η κινητική ενέργεια του αυτοκι-

352Σ ύ σ τ η μ α π έ δ η σ η ς

νήτου να μετατρέπεται σε θερμότητα

και, ταυτόχρονα, να επιτυγχάνεται το