Что такое дисковые тормоза

Диаметр, вентиляция и композиты: эволюция дисковых тормозов

Вы наверняка не раз читали про суперкрутые гоночные корчи с композитными вентилируемыми шестипоршневыми 18-дюймовыми дисковыми тормозами по кругу. В целом понятно, что перечисление этих регалий говорит о способности очень быстро и эффективно тормозить. Ну а в деталях?

Дисковые тормоза давно вытеснили все остальные варианты тормозных механизмов, и только редкие барабанные еще пытаются что-то им противопоставить на бюджетных легковушках и тяжелой технике. Но со временем сами дисковые тормоза стали разнообразнее: менялись материалы и устройство дисков и суппортов, равно как и размеры. Что же, попробуем разобраться в их эволюции. И в ее смысле.

Коротко о плюсах дисков

Своим успехом дисковые тормозные механизмы обязаны двум факторам. Во-первых, простоте создания большого усилия – сжимать чугунный диск можно очень сильно, и он не согнется, не сломается и не потеряет своих характеристик. А раз усилие сжатия велико, то и тормозная мощность будет ограничена только прочностью суппорта и тепловой нагрузкой на сам диск.

Во-вторых, собственно, хорошей способностью к восприятию этой самой тепловой нагрузки, или, другими словами, хорошими способностями к охлаждению. Пока диск вращается, он создает непрерывный поток воздуха на своей поверхности, эффективно удаляющий тепло и продукты износа.

Помимо двух этих основных факторов, нашлось и множество второстепенных вроде простоты создания авторегулировки тормозов, точности и «прозрачности» усилий, малой массы тормозного механизма, удобства компоновки со ступицей, простоты обслуживания и прочих. Хотя без первых двух они были бы не столь важны.

А первые два фактора можно охарактеризовать в сумме одним словом – это «мощность». Именно мощность тормозных механизмов при малой массе стала тем, что сделало их успешными. Это способствовало созданию все более и более мощных тормозов, способных без ухудшения характеристик переносить многочисленные торможения с большой скорости.

Зачем нужно усложнять диск?

На первом этапе усовершенствования дисковых тормозов постарались улучшить в первую очередь именно способность к охлаждению, чтобы дополнительно снизить риск перегрева при затяжных или частых торможениях. В дальнейшем именно желание увеличить тепловую мощность тормозов будет толкать конструкторов все к новым и новым решениям.

Диск нельзя нагревать бесконечно – материалы банально теряют прочность, колодки «горят», уплотнения суппорта разрушаются, в общем, греть диски ради большей теплоотдачи нельзя, нужно «держать» температуру и охлаждать.

Вентиляция

Обеспечить лучшее охлаждение диску можно двумя путями: либо увеличивая его площадь (об этом чуть позже), либо введя вентиляцию. За счет создания внутренних радиальных каналов внутри диска площадь охлаждения увеличилась в пять-шесть раз, и во столько же раз увеличилась мощность.

Еще немного увеличить площадь охлаждения позволяет перфорация, и она же чуть улучшает очистку диска при прижатии колодок. К сожалению, усложнение конструкции диска дальше маловероятно и ограничено теплопроводностью чугуна. По сути, почти все современные тормозные механизмы выполнены именно по этой схеме: передние – практически всегда вентилируемые, но без перфорации – она ослабляет диск, снижает его ресурс и применяется нечасто.

Увеличение диаметра

Теперь вернемся к размерам. Увеличивая диаметр диска, мы решаем две проблемы. Во-первых, при этом возрастает площадь охлаждения, а во-вторых – тормозной момент и одновременно скорость вращения диска в зоне трения колодок. Тормозная мощность «размазывается» по площади, уменьшается нагрев. Появляется возможность уменьшить давление прижатия колодок, а значит, снижаются требования к фрикционным материалам и повышается удобство пользования тормозами.

Путь увеличения площади хороший, если бы не одна проблема: внешний диаметр диска всегда ограничен размером колеса. Примерно до 19 дюймов увеличение диаметра колесного диска еще может быть оправдано улучшением управляемости, но дальше гигантомания идет во вред. Прежде всего – из-за того, что критически вырастает неподрессоренная масса, страдает комфорт и, как ни странно, управляемость автомобиля. Да и слишком большой диск быстрее коробится. Эту проблему можно было бы решить утолщением диска, но тогда вырастет масса, а она, как мы поняли, и так уже велика. Но конструкторская мысль нашла выход из положения.

Составные диски

По сути, рабочей зоной тормозных колодок является только внешний край тормозного диска. Использовать всю его площадь просто не нужно – тормозное усилие зависит не от площади контакта колодок. При увеличении площади улучшается модуляция и уменьшается износ накладок, но площадь можно сохранить, увеличив только «длину» колодки, а не ее «высоту». Это значит, что вместо большого и тяжелого сплошного диска можно использовать лишь сравнительно тонкое кольцо максимального диаметра.

Конструктивно проблему можно было решить двумя способами. Традиционный заключается в том, что можно выполнить центральную часть тормозного диска из легкого сплава и прикрепить к ней чугунное кольцо, по которому будут работать колодки.

Второй вариант – прикрепить чугунное кольцо к легкосплавному колесному центру изнутри. Соответственно, и тормозной суппорт тогда будет охватывать тормозное кольцо изнутри, а не снаружи. Второе решение не очень-то прижилось, разве что владельцы ЗАЗ Таврия помнят сей конструктив, да знатоки железнодорожной техники вспомнят локомотивы с подобными тормозными механизмами.

А вот более классическая конструкция диска с легкосплавным центром завоевала мир гоночных и спортивных автомобилей. Составные тормозные диски позволяют экономить по несколько килограмм массы на каждом колесе и к тому же дешевле в эксплуатации – внутренняя сложная легкосплавная часть зачастую не требует замены, меняется лишь простое по конфигурации наружное кольцо из чугуна или другого материала с похожими свойствами.

Плавающие диски

Следующим логичным шагом по пути улучшения стало создание «плавающих» тормозных дисков. Не бойтесь, ни о каком водяном охлаждении речи не пойдет, впрыск воды остается для дисковых тормозов крайне экзотической технологией. Суть куда проще: крепление центральной части такого составного тормозного диска позволяет внешней чугунной части при расширении немного сдвигаться. Тем самым уменьшаются нагрузки, которые возникают из-за разницы в коэффициенте расширения у разных металлов и разнице температур между центральной частью и тормозным кольцом.

А раз нет риска коробления, то можно допустить прогрев диска до большей температуры без риска критического перегрева. Кроме того, улучшаются условия прилегания колодок, и тормоза заработают в полную силу при большей нагрузке. Такой диск может иметь мощность на все 20–30% выше, чем у «жесткой» конструкции, при незначительном, в общем-то, усложнении.

Композитные материалы

При создании составных дисков открылось еще одно направление в развитии тормозных механизмов. Увеличить теплоотдачу можно еще и повышением температуры тормозов, но тогда придется заменить на что-то, умеющее работать при температурах под тысячу градусов. Кандидаты нашлись быстро: в первую очередь это биметаллические диски, металлокерамика и углеволокно.

Биметаллические диски позволяли получить выигрыш в массе, но по совокупности характеристик не получили выигрыша в сравнении с поверхностно упрочненным чугуном, так что эта тюнинговая экзотика почти не встречается. А вот материалы на основе углерод-углеродной, керамической и метал-керамической матрицы прижились, несмотря на очень высокую цену относительно чугуна.

Причин сразу несколько. Во-первых, по сравнению с чугуном композитные материалы имеют в несколько раз меньшую плотность, а значит, на 50-75 % снижается масса диска. Рабочая температура выше 1 100 градусов для них не является проблемой, причем температура поверхности может доходить до 1 400 градусов, поэтому теплоотдача вырастает примерно в полтора-два раза в сравнении с чугуном.

Во-вторых, волокнистые композиты на основе SiC-матрицы обладают очень высокой износостойкостью – такие диски практически «вечные», даже если учитывать особенности эксплуатации в гоночных автомобилях. Чаще всего они выходят из строя не из-за износа поверхности, а из-за разрушения точек крепления и расслоений, свойственных композитам.

В-третьих, у композитных дисков полностью отсутствуют «прихватывания» – точки локального изменения поверхности диска под воздействием высокой температуры и материала колодок.

Именно такие диски можно сделать наибольшего размера, к тому же вдвое увеличив мощность тормозных механизмов. Так почему же композитные материалы до сих пор не вытеснили чугун? Минусы проявились тоже достаточно быстро. Высокая стоимость является очевидным недостатком, но по сути сильно зависит от технологии производства, при появлении массового спроса в автомобилестроении шансы на ее снижение довольно велики. Сами материалы, на самом деле, не столь дороги.

Источник

Как работает тормозной диск и чем он лучше барабана: разбираемся вместе с Ferodo

Злые языки людей недалеких или просто медлительных быстро окрестили «тормозами». И, надо сказать, очень зря. Не только с точки зрения этики, но с точки зрения техники: тормоз – штука сложная, умная и очень быстрая. Конечно, в начале своего развития тормоза действительно были примитивными, малоэффективными и не очень надежными, но за сотню лет своей истории они сильно изменились.

Немного истории ​

Необходимость в тормозах появилась практически сразу после изобретения колеса, однако предки пару тысяч лет назад не стали торопить события и долго ездили на колесницах без тормозов в нашем привычном понимании. Однако к появлению карет тормоза уже поспели: это были механизмы, воздействующие непосредственно на колесо. Колодка, прижимаемая рычагом к внешней поверхности колеса, не могла эффективно остановить конный экипаж, но помочь лошадям была вполне способна. Но тут изобрели резиновые шины, и механизм с прижимом колодки к колесу ушел на пенсию. По крайней мере, в дорожном транспорте: сегодня механизмы с внешним прижимом успешно работают на железной дороге, хотя и там альтернатив им хватает. На обычных же дорогах кареты обзавелись ленточными тормозами: барабан на оси останавливался тормозной лентой, натягиваемой рычагом. Однако эффективность такой схемы тоже быстро была признана недостаточной, так что инженеры продолжили работать над изобретением новых механизмов.

Результатом этой работы стали два фундаментальных механизма, которые работают в автомобилях по сей день: барабанный и дисковый тормоз. Появились они практически одновременно, в самом начале 20 века, однако на первых порах барабанные механизмы захватили лидерство. Дело было не только в авторитете Вильгельма Майбаха, который установил на изобретенный им автомобиль барабанные тормоза, и Луи Рено, который запатентовал конструкцию с полукруглыми колодками. Барабанные тормоза были проще, а разработка фрикционных материалов способствовала их популяризации. Ключевым этапом в развитии фрикционных материалов стало создание тормозных накладок на основе асбеста и фенолформальдегидных смол, и сделала это в 1902 году компания Ferodo. В общем, начало века стало по-настоящему отправной точкой в развитии тормозных систем.

Однако дисковым механизмам потребовалось время, чтобы догнать барабаны и стать популярными. На ранних этапах у них было больше проблем, чем преимуществ: не было подходящего материала для изготовления дисков, в отсутствие усилителей система с механическим приводом требовала большего усилия по сравнению с барабанной, и даже гидравлический привод не решил вопрос из-за отсутствия нормальной тормозной жидкости. В общем, вопросов было больше, чем ответов, поэтому поначалу применение дисковых тормозов было эпизодическим. Одним из пионеров их применения был Уильям Ланчестер, но и он на тот момент не смог сделать дисковые механизмы конкурентным преимуществом своих машин. К примеру, на автомобилях Lanchester в начале 20 века диски из-за ограниченного выбора материалов были бронзовыми, что не способствовало их износостойкости. Однако полученный им патент все же стимулировал не только его самого к продолжению работы над совершенствованием дисковых тормозов.

Реальное развитие дисковая схема получила спустя еще 25-30 лет. К тому моменту был отработан гидравлический привод, а для снижения усилия на педали до приемлемого был внедрен вакуумный усилитель. Правда, в 30-е годы вакуумный усилитель в основном внедрялся на американские машины с барабанными тормозами, поскольку те все еще были дешевле и проще в производстве. Однако грядущий переход от барабанов к дискам уже был осязаем и неизбежен. Правда, в потребительском сегменте его сильно задержала Вторая мировая война. В военное время дисковым тормозам, разумеется, тоже уделяли внимание, однако они применялись и совершенствовались на танках и самолетах, а не на легковых машинах. Ну а после войны, на рубеже 40-х и 50-х, такие механизмы начали впервые появляться и на серийных автомобилях.

Разумеется, развитие дисковых тормозов сопровождалось совершенствованием конструкции и материалов. Помимо вакуумных усилителей и более эффективной тормозной жидкости, которая не закипала при торможении, важным этапом был переход к чугуну в качестве материала изготовления тормозных дисков. Причем серый чугун стал настолько эффективным решением, что применяется и поныне в подавляющем большинстве автомобилей. Чугун, правда, не решил полностью старые проблемы. Если охлаждение удалось улучшить за счет отливки вентилируемых тормозных дисков, то коррозия, пусть и внешняя, осталась верным спутником дисковых тормозов. О коррозии мы, впрочем, еще поговорим – а пока перейдем от древней истории к современной и вспомним, как эффективность дисковых тормозов выросла в последние десятилетия.

От чего зависит эффективность дисковых тормозов?

После получения практически идеального рецепта из нормальных чугунных дисков, качественных колодок и стойкой к перегревам тормозной жидкости на основе полиэтиленгликоля и его эфиров, развитие дисковых тормозных систем пошло в основном по экстенсивному пути. Переход к вентилируемым дискам состоялся быстро, ведь охлаждение было одной из ключевых задач повышения эффективности тормозов. А вот дальше начался поиск идеального баланса между диаметром тормозного диска, его конструкцией, материалом его изготовления и устройством тормозного механизма. Ведь с учетом того, что чугунный диск весьма прочен, отлично держит нагрузки и хорошо рассеивает тепло, на него можно и нужно хорошо давить. И здесь на сцену вышли многопоршневые конструкции. Тут все тоже несложно: если базовый тормозной механизм с плавающей скобой предусматривает наличие всего одного поршня, который давит на диск и прижимает к нему колодки с обеих сторон, то увеличение числа поршней и, соответственно, площади колодок позволяет повысить эффективность торможения без значительного увеличения диаметра самого диска. А это условие куда важнее, чем может показаться: ведь чугунный диск немало весит, так что повышение эффективности тормозов исключительно за счет увеличения площади диска – путь практически тупиковый из-за неоправданного роста неподрессоренных масс.

В борьбе за неподрессоренные массы родились не только многопоршневые механизмы, но и составные диски. Ведь тормозной диск фактически состоит из двух частей: ротора, на который давят колодки, и центральной части, которая крепится к ступице. При этом работа по созданию тормозного усилия ложится главным образом на ротор, да и охлаждать нужно именно его. А вот на материале центральной части можно и нужно сэкономить килограмм-другой. В этом, собственно, и состоит суть составных дисков, в которых центральная часть выполнена из более легкого материала вроде алюминиевого сплава, а ротор, прикрепленный к ней винтами или заклепками, – из традиционного чугуна.

Следующим шагом здесь стала замена чугуна на более легкие материалы, такие как углеродное волокно и керамика. Казалось бы, вот он – новый прорыв, ведь карбон-керамические тормоза можно делать сколь угодно большими из-за их небольшой массы, а их износостойкость и термостойкость лишь укрепляют веру в прогресс. Однако на практике оказалось, что диски из углеродного композита хороши лишь при экстремальных нагрузках, когда рабочие температуры переваливают за тысячу градусов. В гражданских же условиях «холодные» тормоза работают гораздо менее эффективно, и в основном именно эта зависимость эффективности от температуры ограничивает их применение на массовых машинах.

Таким образом, главным материалом тормозных дисков потребительского уровня остается высокопрочный чугун с шаровидным графитом, а основной фокус делается на качестве изготовления и эффективности охлаждения. Важными в этих условиях становятся технологии производства: качество сырья и литья, чистовая обработка поверхностей, а также отработанная процедура стендового и практического тестирования для контроля качества. Все это доступно крупным производителям тормозных компонентов с большим опытом и историей производства – таким, как Ferodo. Именно Ferodo, как мы помним, более века назад дала толчок к развитию тормозных систем своими разработками в области фрикционных материалов. А сегодня продукция Ferodo является частью обширного ассортимента, предлагаемого подразделением DRiV корпорации Tenneco. Компания выпускает полный ассортимент тормозных компонентов, включая диски, колодки, суппорты, гидроцилиндры и шланги тормозной системы, тормозные жидкости и многое другое.

А теперь на секундочку вернемся к коррозии, о которой мы говорили выше. Для чугунных дисков окисление – проблема все же не эксплуатационная, а эстетическая: чтобы чугунный диск съела ржавчина, потребуется не один десяток лет, а вот поверхностная коррозия появляется на нем уже спустя несколько месяцев, особенно в условиях агрессивной среды вроде дорожной химии. И у Ferodo есть решение этого эстетического вопроса: диски с технологией Coat+, имеющие цинк-алюминиевое гальваническое покрытие для защиты диска от коррозии. Эта технология надежно защищает от коррозии не только ступичную часть диска, но и внутренние каналы охлаждения, обеспечивая требуемую эффективность отвода тепла при торможении. То есть жизнь владельцев красивых машин, которые уделяют внимание мелочам и не любят видимые внешние дефекты, становится немного проще: диски с технологией Coat+ сохраняют свой изначальный внешний вид долгие годы – при условии правильной эксплуатации и, конечно же, ухода.

Заключение

Завершая разговор о тормозах, обычно говорят об их важности, о том, что экономить на них, как и на шинах, нельзя, а также о том, что тормоза – это главное условие безопасности. Хорошие колодки – не просто те, что не скрипят. Хорошие диски – не просто те, что вышли с завода ровными и круглыми, а те, что выполнены из качественного материала, имеют эффективное охлаждение и, соответственно, не деформируются при активной эксплуатации. Конечно, даже покоробленные диски в ряде случаев можно проточить, но чудес обычно не бывает: если они испортились раз, то испортятся и второй. Мы с этими прописными истинами, разумеется, согласны, а потому рассказываем не только о теории, но и о выборе качественной продукции – такой, как Ferodo. Уж если этому бренду более 120 лет и специалисты Ferodo разрабатывали и производили детали тормозной системы и для повозок в далеком 1897 году, и делают это сейчас для современных автомобилей, то в тормозах они разбираются однозначно.

Источник

Дисковые тормоза: основные характеристики, преимущества и особенности

Дисковые тормоза известны давно. Они хорошо себя зарекомендовали и на сегодняшний день используются очень широко. Но обо всем по-порядку.

В настоящее время существует два типа тормозных систем – барабанные и дисковые. Впервые тормозные механизмы дискового типа применили в конце 40-х годов XX в., а с 70-х барабанные тормоза на передних колесах заменили на дисковые на всех автомобилях.

В данной статье будет дано подробное описание дисковых тормозов, их преимущество перед барабанными аналогами, а также приведено описание составных частей данной тормозной системы (суппорт, тормозной диск, защитный экран). Кроме того, описаны преимущества и недостатки разных типов дисковых тормозов.

Преимущества дисковых тормозов перед барабанными

К преимуществам дисковых тормозов по сравнению с барабанными можно отнести следующие их качества:

Рис. 1 Тепловое расширение барабанного и дискового тормоза

При нагревании тепловое расширение тормозного барабана — увеличение внутреннего диаметра — приводит к увеличению хода педали тормоза или к деформации барабана, которая может вызвать резкое снижение тормозного действия (рис. 1). Тормозной диск, в свою очередь, представляет собой плоскую деталь, его температурное расширение происходит в сторону фрикционного материала, поэтому сжатие диска не может вызвать деформации, достаточной для того, чтобы повлиять на тормозные характеристики. К тому же центробежная сила отбрасывает загрязняющие материалы от тормозного диска наружу.

На рисунке 2 показано, почему дисковый тормоз охлаждается лучше барабанного. Охлаждающий воздух начинает охлаждать тормозной барабан только после того, как теплота, выделяющаяся при торможении, проходит через его стенки, в то время как трущиеся поверхности дискового тормоза открыты для доступа воздуха. Теплопередача от тормозного диска к воздуху начинается сразу после применения тормозов.

Рис. 2 Принцип охлаждения барабанных и дисковых тормозов

Возможность регулировки дисковых тормозов является еще одним их преимуществом. Проекция дисковых тормозов такова, что после каждого применения они саморегулируются из-за малого зазора между колодками и тормозным диском.

Устройство дискового тормоза

2 — тормозные колодки;

3 — прижимной рычаг суппорта;

5 — ось прижимного рычага;

6 — направляющая колодок;

7 — суппорт тормоза;

9 — штуцеры для удаления воздуха;

10 — тормозные шланги.

Основными деталями дисковых тормозов являются суппорт, тормозной диск, колодки, защитный экран. Рассмотрим эти элементы тормозной системы подробнее.

Дисковые тормоза разделяют на одно- и многодисковые. Самая большая и тяжелая их часть — это тормозной диск. Механизм работы однодисковых тормозов сводится к тому, что тормозные колодки с фрикционным материалом при торможении зажимают один тормозной диск. Многодисковые тормоза, применяющиеся обычно в авиации, имеют несколько вращающихся тормозных дисков, разделенных неподвижными дисками (статорами). На тормозном щите многодисковых тормозов расположены гидравлические цилиндры и поршни, которые управляют тормозными колодками и при выдвижении зажимают тормозные диски и статоры. Многодисковые тормоза полностью состоят из металла, а состав однодисковых тормозов включает органический и металлический фрикционный материал.

Материалом тормозного диска, как и тормозного барабана, обычно является чугун. Чугун обладает хорошей износоустойчивостью и хорошими фрикционными свойствами, имеет высокую твердостью и прочность при высоких температурах; он легко поддается механической обработке, и его стоимость относительно низка.

Размер тормозного диска равен его наружному диаметру и общей толщине поперечного сечения между двумя рабочими поверхностями. Диаметр тормозного диска обычно ограничивается размерами колеса, а вентилируемый тормозной диск всегда толще сплошного. Для дискового тормоза это общая площадь контакта с двумя тормозными колодками при одном повороте диска.

Большое значение отношения площади охвата на тонну автомобиля в хорошо спроектированных тормозах означает высокую эффективность тормозной системы. Площадь охвата дискового тормоза — это площадь трения тормозных колодок на обеих сторонах тормозного диска. Таким образом, более точно использовать Rp вместо Rr, однако поскольку в большинстве тормозов оба радиуса практически равны, для удобства расчета используется Rr, который легче измерить.

Тормозной диск прикрепляется к проставке, а та, в свою очередь, — к ступице колеса или фланцу моста. Проставка обеспечивает более долгий путь для передачи тепла от трущейся поверхности тормозов к колесным подшипникам, что позволяет поддерживать их температуру достаточно низкой. Проставки серийных автомобилей обычно изготавливаются из чугуна как одно целое с тормозным диском, а проставки гоночных автомобилей делаются как отдельная деталь из алюминиевого сплава. Недостатком проставок из алюминиевого сплава является более высокая, чем у чугуна, теплопроводность, что приводит к большему нагреву колесных подшипников.

Вентилируемые дисковые тормоза

Тормозной диск может быть сплошным или с вентиляционными каналами внутри него. В легких автомобилях обычно используются сплошные тормозные диски. Вентилируемые тормозные диски с радиальными охлаждающими каналами применяют на тяжелых автомобилях, требующих установки дисков максимально возможных больших размеров.

Мощные гоночные автомобили оснащены вентилируемыми тормозными дисками, при этом могут иметь место различия в толщине их боковых стенок. Чтобы температура на каждой стороне тормозного диска была одинаковой, на многих тормозах болидов ближайшая к колесу сторона тормозного диска тоньше, чем противоположная. Колесо сопротивляется прохождению охлаждающего воздуха к наружной рабочей поверхности тормозного диска, что делает ее более горячей, чем внутренняя сторона, поэтому большая толщина плохо охлаждаемой наружной поверхности тормозного диска способствует выравниванию температур их нагрева.

Тормозные диски гоночных автомобилей зачастую имеют криволинейные охлаждающие каналы, которые повышают эффективность действия воздушного потока. Тормозные диски для левой и правой сторон авто не взаимозаменяемы из-за криволинейности вентиляционных каналов. Тормозной диск с криволинейными вентиляционными отверстиями или наклонными прорезями для эффективной работы должен вращаться в определенном направлении. Правильное направление вращения по отношению к вентиляционным отверстиям и прорезям показано на схеме.

Типичные значения удельной площади охвата тормозов представлены в таблице для типичных автомобилей 1981/82 годов выпуска.

Типичные значения удельной площади охвата тормозов на тонну массы автомобиля

Мощные автомобили имеют более высокие значения этого показателя по сравнению с экономичными седанами.

Возможные неполадки дисковых тормозных систем

При частом интенсивном торможении на вентилируемых тормозных дисках появляются трещины. Причина этого — термические напряжения и давление тормозных колодок на тонкие металлические стенки в каждом охлаждающем канале. Термические напряжения в тормозном диске с литой или прикрепленной болтами проставкой вызываются в месте их соединения из-за того, что температура тормозного диска в этом месте выше, чем температура проставки.

Наружная часть тормозного диска при его нагреве расширяется сильнее, чем холодная проставка. Это приводит к тому, что тормозной диск деформируется и изгибается, появляется его конусность, которая приводит к неравномерному износу тормозных накладок. Постоянно повторяясь, расширение и стягивание тормозного диска вызывают появление трещин. Опора каждой стороны вентилируемого тормозного диска и эффективное его охлаждение снижают вероятность появления трещин на нем.

Тормозные барабаны и тормозные диски спроектированы таким образом, чтобы противостоять самому тяжелому варианту появления термического напряжения при каждом применении тормозов, но многократные применения тормозов могут вызвать усталостные трещины. Если тормоза используются в режиме резкого торможения, необходимо чаще их проверять.

Суппорты дисковых тормозов

Рассмотрим подробнее устройство суппортов. Суппорты дисковых тормозов включают тормозные колодки и гидравлические тормозные цилиндры с поршнями, которые прижимают колодки к тормозному диску. Принцип работы всех суппортов дисковых тормозов одинаков: когда водитель нажимает на педаль тормоза, под давлением тормозной жидкости поршни перемещают тормозные колодки, которые зажимают тормозной диск.

Суппорты легковых автомобилей обычно изготовлены из относительно дешевого высокопрочного серого чугуна с шаровым графитом. Однако они достаточно тяжелые. Гоночные или вообще мощные автомобили обычно оснащены суппортами из алюминиевого сплава, их масса почти в два раза меньше чугунных.

Типы суппортов, их особенности

Существуют два основных типа суппортов — фиксированные и плавающие.

Рис. 4 Отличия суппортов разного типа

Фиксированные суппорты имеют большее число поршней (два или четыре), они больше по размеру и тяжелее плавающих суппортов. При работе в тяжелых условиях они допускают большее число экстренных торможений до наступления перегрева суппорта.

Плавающий суппорт перемещается в противоположном движению поршня направлении. Поскольку плавающий суппорт имеет поршень только на внутренней стороне тормозного диска, весь суппорт может смещаться внутрь, чтобы наружная тормозная колодка могла прижаться к тормозному диску. Плавающие суппорты меньше подвержены утечкам и износу, так имеют меньше движущихся деталей и уплотнений.

Фиксированные суппорты чаще всего применяют на гоночных автомобилях, а плавающие — на серийных.

Рис. 5 Тормозной диск с плавающим суппортом

Достоинством плавающих суппортов является легкость применения механического стояночного тормоза, так как в конструкции с одним тормозным цилиндром он легко управляется тросом, в то время как в фиксированных суппортах с поршнями на обеих сторонах тормозного диска это сделать сложнее. Недостатком плавающих суппортов является то, что они могут вызывать неравномерный износ тормозных колодок из-за перемещения самого суппорта.

Возможные неполадки суппортов

Рис. 6 Варианты деформации

Рис. 7 Суппорты с одним и двумя поршнями

Особенности эксплуатации дисковых тормозных систем

Для защиты внутренней рабочей стороны тормозного диска от попадания грязи и воды устанавливаются защитные экраны. Такое приспособление по своей конструкции напоминает тормозной щит барабанных тормозов. Защитные экраны оказывают сопротивление прохождению охлаждающего воздуха к тормозному диску, поэтому обычно не устанавливаются на дисковые тормоза гоночных автомобилей.

Что касается фрикционного материала дисковых тормозов, то он обычно приклеивается к боковой поверхности тормозных колодок, изготовленных из стального листа. Тормозные колодки продаются с уже прикрепленными тормозными накладками, повторно они не используются.

Нагрузка от тормозной колодки обычно не накладывается непосредственно на поршень в тормозном суппорте. На многих автомобилях между поршнем и тормозной колодкой устанавливаются противоскрипные шайбы, предназначенные для уменьшения шума, возникающего при вибрировании или дребезжании колодки по тормозному диску.

Подводя итоги

Мы рассмотрели устройство дисковых тормозных систем, особенности, преимущества, сильные и слабые стороны разных их типов. Из всего вышесказанного нетрудно сделать выводы о том, каким должна быть максимально эффективная тормозная система для гоночных автомобилей.

И помните, качественные дисковые тормоза — это в первую очередь ваша безопасность. Учитывайте это при выборе подходящего варианта тормозной системы для своего авто.

Источник