Un frein à disque est un type de frein qui utilise les étriers pour presser des paires de plaquettes contre un disque ou un "rotor" pour créer une friction. Cette action ralentit la rotation d'un arbre, tel qu'un essieu de véhicule, soit pour réduire sa vitesse de rotation, soit pour le maintenir immobile. L'énergie du mouvement est convertie en chaleur résiduelle qui doit être dispersée.
Les freins à disque à commande hydraulique sont la forme de frein la plus couramment utilisée pour les véhicules à moteur, mais les principes d'un frein à disque sont applicables à presque tous les arbres rotatifs. Les composants comprennent le disque, le maître-cylindre, l'étrier (qui contient le cylindre et deux plaquettes de frein) des deux côtés du disque.
Cette énergie thermique génère de la chaleur, mais comme les composants principaux sont exposés à l'atmosphère, cette chaleur peut être diffusée efficacement. Cette propriété de dissipation de la chaleur réduit la décoloration des freins, phénomène dans lequel les performances de freinage sont influencées par la chaleur.
Un autre avantage des freins à disque est leur résistance à la décoloration par l'eau, qui se produit lorsque l'eau sur les freins réduit considérablement la force de freinage. Lorsque le véhicule est en mouvement, le rotor tourne à grande vitesse et ce mouvement de rotation évacue l'eau des rotors eux-mêmes, ce qui entraîne une force de freinage stable.
Les freins à disque sont généralement utilisés dans les voitures particulières, mais en raison de leurs performances stables à des vitesses plus élevées et de leur résistance à l'évanouissement des freins, ils se répandent progressivement dans le segment des véhicules utilitaires, où les freins à tambour étaient traditionnellement choisis pour leur durée de vie plus longue.
Les clients demandent de plus en plus une durée de vie plus longue et une qualité supérieure, et Akebono s'engage à y répondre en développant davantage la fiabilité du frein à disque. Il existe deux types de freins à disque.
Le "frein à disque de type à pistons opposés" a des pistons des deux côtés du rotor à disque, tandis que le "frein à disque de type flottant" a un piston d'un seul côté. Les freins à disque à étrier flottant sont également appelés freins à disque à goupille coulissante.
Le disque de frein (ou rotor) est la partie rotative de l'ensemble de frein à disque d'une roue, contre laquelle les plaquettes de frein sont appliquées. Le matériau est généralement de la fonte grise, une forme de fonte. La conception des disques varie quelque peu.
Certains sont simplement pleins, mais d'autres sont évidés avec des ailettes ou des aubes reliant les deux surfaces de contact du disque (généralement incluses dans le cadre d'un processus de coulée). Le poids et la puissance du véhicule déterminent le besoin de disques ventilés. La conception du disque « ventilé » aide à dissiper la chaleur générée et est couramment utilisée sur les disques avant les plus chargés.
Les disques pour motos, vélos et de nombreuses voitures ont souvent des trous ou des fentes découpés à travers le disque. Ceci est fait pour une meilleure dissipation de la chaleur, pour faciliter la dispersion des eaux de surface, pour réduire le bruit, pour réduire la masse ou pour commercialiser des cosmétiques.
Les disques fendus ont des canaux peu profonds usinés dans le disque pour aider à éliminer la poussière et le gaz. Le rainurage est la méthode préférée dans la plupart des environnements de course pour éliminer le gaz et l'eau et pour déglacer les plaquettes de frein. Certains disques sont à la fois percés et fendus.
Les disques fendus ne sont généralement pas utilisés sur les véhicules standard car ils usent rapidement les plaquettes de frein; cependant, cet enlèvement de matière est bénéfique pour les véhicules de course puisqu'il maintient les plaquettes souples et évite la vitrification de leurs surfaces. Sur route, les disques percés ou fendus ont toujours un effet positif en conditions humides car les trous ou fentes empêchent la formation d'un film d'eau entre le disque et les plaquettes.
Le rotor de frein (disque) qui tourne avec la roue, est serré par des plaquettes de frein (matériau de friction) montés sur l'étrier des deux côtés avec la pression du ou des pistons (mécanisme de pression) et ralentit la rotation du disque, ralentissant ainsi et arrêter le véhicule.
Les freins à disque sont similaires aux freins d'un vélo. Lorsqu'une pression est appliquée sur le levier, il tire une ficelle métallique qui serre les deux étriers ensemble, provoquant une friction entre les patins en caoutchouc et la jante métallique du pneu. La friction entre les plaquettes et le disque ralentit la voiture et le disque devient très chaud.
Lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, la puissance est amplifiée par le servofrein (système servo) et transformée en une pression hydraulique (pression d'huile) par le maître-cylindre. La pression atteint les freins sur les roues via des tubes remplis d'huile de frein (liquide de frein).
La pression délivrée pousse les pistons sur les freins des quatre roues. Les pistons pressent à leur tour les plaquettes de frein, qui sont des matériaux de friction, contre les disques de frein qui tournent avec les roues. Les plaquettes serrent les rotors des deux côtés et ralentissent les roues, ralentissant et arrêtant ainsi le véhicule.
Les principaux composants d'un frein à disque sont :
Le frein à disque ressemble beaucoup aux freins d'un vélo. Les freins de vélo ont un étrier qui presse les plaquettes de frein contre la roue. Dans un frein à disque, les plaquettes de frein serrent le rotor au lieu de la roue, et la force est transmise hydrauliquement au lieu de passer par un câble. Le frottement entre les plaquettes et le disque ralentit le disque.
Une voiture en mouvement a une certaine quantité d'énergie cinétique, et les freins doivent retirer cette énergie de la voiture pour l'arrêter. Comment les freins font-ils cela? Chaque fois que vous arrêtez votre voiture, vos freins convertissent l'énergie cinétique en chaleur générée par le frottement entre les plaquettes et le disque. La plupart des freins à disque de voiture sont ventilés.
Les freins à disque ventilés ont un ensemble d'aubes, entre les deux côtés du disque, qui pompent l'air à travers le disque pour assurer le refroidissement.
L'utilisation de freins à disque présente en fait plusieurs avantages très importants :
