Meloci.ru

Как устроен тормозной диск

Тормоза дисковые и барабанные: отличия, плюсы и минусы

Хотя современные легковые автомобили оснащаются преимущественно одним типом тормозов – дисковыми, парк машин с задними барабанными тормозами всё ещё достаточно велик. Поэтому вопросы, связанные с устройством как барабанных, так и дисковых тормозов, их отличиями друг от друга, особенностями эксплуатации, обслуживания и ремонта остаются актуальными.

В необходимости содержать в исправном состоянии тормозную систему автомобиля давно уже не требуется убеждать даже далёких от техники водителей. Однако при техобслуживании машины многие автолюбители с удивлением обнаруживают, что конструктивно передние и задние тормозные устройства во многом отличаются, как разнятся и периодичность, и затраты на их обслуживание.

Общие принципы работы тормозных механизмов

Потребность в тормозах возникла, по-видимому, одновременно с изобретением наземного транспорта (неважно какого: велосипеда, конной повозки или автомобиля).

И принцип решения этой задачи был один и тот же: использование пары трения, в которой одна часть – колесо (или ступичная часть, жестко с колесом связанная), а другая, прилегающая по профилю к первой – накладка (башмак, колодка, планка – терминология значения не имеет). Такие тормоза стали называть колодочными. А если в качестве второй части использовалась замкнутая гибкая лента, то тормоза назывались ленточными.

Что же касается конструкции тормозного механизма и используемых материалов, то здесь на разных этапах развития технологии возникало множество интересных для практического применения вариантов.

Ленточные тормозные механизмы, появившиеся в начале прошлого века широкого распространения не получили (хотя в 30-х годах двадцатого столетия одно время даже превосходили по характеристикам колодочные). А вот колодочные тормоза приобрели широкое распространение в двух своих видах, получивших название по наименованию элемента, к которому прикладывается тормозное усилие: барабанные и дисковые тормоза.

Интересно, что вначале (1902 год) были изобретены дисковые тормоза, но при использовании пары трения металл-металл (других подходящих материалов тогда не было) возникал непереносимый скрип, к тому же попадание влаги и грязи резко снижало эффективность торможения. Поэтому практическое применение получили первыми именно барабанные тормоза.

Устройство и принцип работы барабанного тормоза

Конструкция барабанных тормозов упрощённо изображена на рисунке выше. Тормозной барабан (если быть точными – барабан без дна) жестко крепится к колесу (ступице), так, что имеет с колесом общую ось вращения.

Вдоль боковой внутренней стенки барабана расположены две тормозные накладки (колодки), выполненные в виде полуокружностей. А в промежутке между накладками установлен (закреплённый неподвижно по отношению к вращающемуся колесу) рабочий гидроцилиндр с двумя поршнями.

При поступлении тормозной жидкости под давлением в среднюю часть цилиндра рабочая часть поршней раздвигает накладки в месте установки цилиндра. Такое же перемещение через систему пружинных тяг создается в разрыве противоположном месту установки гидроцилиндра. В итоге накладки с усилием прижимаются к вращающемуся барабану.

Возврат элементов конструкции в исходное состояние по окончании торможения осуществляется за счет системы возвратных пружин. Регулировка зазора между накладками и внутренней поверхностью барабана производится также за счёт регулировки механических тяг.

В процессе торможения происходит интенсивное выделение тепла, которое влияет и на показатели надёжности и на функциональные показатели работающих тормозных механизмов. Схема теплообмена барабанных тормозов упрощённо представлена на следующем рисунке.

Тепловой поток, образующийся в паре трения, через внутреннюю боковую поверхность барабана (теплопроводность значительно выше, чем у накладки) рассеивается в окружающей среде. С учётом различных коэффициентов теплового расширения, накладка «выдавливает» боковую поверхность барабана в окружающую среду, постоянно стремясь увеличить зазор между накладкой и барабаном.

К материалам в паре трения барабанных тормозов предъявляются повышенные требования.

  • Тормозной барабан изготавливается из высокопрочного чугуна – металла износостойкого и, к тому же, относительно дешёвого.
  • В качестве материала накладки долгое время использовались смеси, содержащие вредный для окружающей среды асбест. После запрета асбеста широко используются композитные материалы, состав которых тщательно скрывается производителями.

Подробно о тормозных колодках мы писали в этой статье.

Устройство и принцип работы дисковых тормозов

Конструкция дисковых тормозов хорошо показана на рисунке выше. Так же, как и в барабанном тормозе, элемент к которому прикладывается тормозное усилие – диск, жёстко закреплён на ступице колеса и имеет с ним общую ось вращения. Но, в отличие от барабанного, в дисковом тормозе усилие прикладывается не к торцевой, а к боковым поверхностям тормозного диска.

На неподвижной относительно вращающегося колеса части закреплён суппорт – устройство для размещения рабочего гидроцилиндра и тормозных накладок, и перемещения последних по направляющим в заданном диапазоне.

Накладки расположены с двух сторон относительно плоскости вращения диска и как бы клещами зажимают его при торможении. На следующем рисунке представлена упрощённая схема выделения и рассеивания тепла в дисковых тормозах.

В отличие от барабанных тормозов тепловые потоки здесь направлены встречно, а отвод тепла происходит сразу в окружающую среду. Для более эффективного отвода тепла на поверхности тормозных дисков создают рисунок из канавок и сквозные отверстия.

Материалы, из которых изготавливают рабочие поверхности дисковых тормозов, аналогичны материалам для тормозов барабанных. Но, в связи с большей нагруженностью, они должны отвечать более жестким требованиям по физико-механическим характеристикам.

Наглядно работа дисковых тормозов показана на видео в конце статьи. Также авторы видеоматериала с помощью профессиональных технических средств сравнили эффективность барабанных и дисковых тормозных механизмов.

Чем отличаются дисковые тормоза от барабанных?

Оба типа тормозов были изобретены приблизительно в одно время (начало 20-го века) и вытеснение одного типа другим происходило постепенно, по мере развития технологий. На самом деле, использование дисковых тормозов несколько десятков лет сдерживалось отсутствием подходящего материала для изготовления накладки.

Читать еще:  Как крепиться тормозной диск на велосипеде

Преимущества дисковых тормозов

Основные преимущества дисковых тормозов обусловлены схемой расположения накладок и условиями работы. Встречные тепловые потоки в диске между накладками в процессе торможения обеспечивают равномерное расширение материала диска и «поджатие» к нему обеих накладок. А непосредственный контакт диска с окружающей средой обеспечивает эффективный теплообмен.

  • В барабанных тормозах выделение тепла в окружающую среду происходит не напрямую, а через боковую поверхность барабана. Тепловое расширение этой части поверхности происходит при несимметричном сопротивлении внешней среды: с внутренней стороны «поджимает» накладка, а с внешней сопротивление отсутствует. Таким образом, охлаждение дисковых тормозов происходит лучше, чем барабанных.
  • Кроме того, возникающие в процессе торможения изменения в зазорах рабочих поверхностей у дисковых тормозов обусловлены симметричными воздействиями и поэтому зазоры могут саморегулироваться, а в барабанных тормозах воздействия асимметричные и поэтому со временем требуются дополнительные регулировки.
  • В дисковых тормозах в отличие от барабанных не скапливаются продукты взаимодействия трущихся поверхностей. Это механические частицы, образующиеся вследствие износа и газы, которые особенно опасны тем, что скапливаясь внутри барабана, являются в какой-то степени смазкой в зазоре пары трения.

Современные тормозные системы помимо механической и гидравлической систем включают ещё и электронную (например, хорошо всем известная антиблокировочная система тормозов). При этом конструктивно дисковые тормоза значительно лучше приспособлены для сопряжения с электроникой, чем барабанные.

Преимущества барабанных тормозов

В свою очередь часть достоинств барабанных тормозов обусловлена тем, что пара трения изолирована от воздействий окружающей среды.

  1. В дисковых тормозах после интенсивного торможения и попадания автомобиля в воду открытый тормозной диск легко может деформироваться или в нем могут появиться термические трещины, ведущие к разрушению. Барабанный механизм в таких случаях более защищен.
  2. Попадающие в зазор между дисками абразивные частицы, содержащиеся в грязи, хоть и отбрасываются центробежными силами при вращении диска, но существенно ускоряют процесс износа накладок по сравнению с барабанными тормозами.
  3. Кроме того, несмотря на большее количество деталей, ремонт и замена барабанных тормозов требует меньших трудозатрат, чем дисковых.

Таким образом, комбинированное применение разных видов тормозных систем: дисковые – передние, барабанные – задние для бюджетных автомобилей вполне оправдано и по настоящее время.

Плюсы и минусы дисковых и барабанных тормозов

Дисковые тормоза.

У автомобилей нового поколения дисковые тормоза устанавливаются на переднюю ось. Но бывают случаи установки дисковых тормозов на все колеса.

Дисковой тормоз служит для снижения скорости движения автомобиля. Очень распространен дисковой тормоз-однопоршневый с плавающим суппортом. Рассмотрим более подробно этот тип тормоза.

Конструкция дискового тормоза.

Тормоз состоит из тормозных колодок, суппорта с поршнем, ротора. Такой тип тормоза схож с тормозом велосипедов. В них тормозные колодки прижимаются к колесам. Они сжимают ротор и действие происходит гидравлическим путем без помощи кабеля. Диск уменьшает ход автомобиля благодаря трению колодок и диска.

1. тормозной диск;

2. направляющая колодок;

4. тормозные колодки;

7. сигнализатор износа колодок;

8. уплотнительное кольцо;

9. защитный чехол
направляющего пальца;

10 направляющий палец;

11. защитный кожух.

Когда автомобиль движется, вырабатывается кинетическая энергия. Тормоза гасят эту энергию и машина останавливается. Каким образом это происходит? Во время торможения автомобиля, от трения колодок и дисков образуется кинетическая энергия. Она превращается в тепло, вследствии чего дисковые тормоза нагреваются. По этой причине большинство тормозных дисков изготавливают вентилированными.

Вентилированные дисковые тормоза обладают лопастями. Такие лопасти находятся между сторонами диска и прогоняют воздух сквозь диск. Таким образом происходит охлаждение.

Саморегулирующие тормоза.

Саморегулирующийся тормоз – однопоршневый дисковый тормоз с плавающей скобой. Суппорт может скользить в разные стороны. При работе тормоза он двигается к центру. При отсутствии пружины колодки соприкасаются с ротором. Это важно! Поршни в тормозах больше чем поршни, находящиеся в главном цилиндре. Предположив, что тормозные поршни уходили в цилиндры, то педаль тормоза пришлось бы нажимать неоднократно.

Не так давно автомобили изготавливают с двух и четырех поршневым суппортом. Один или два поршня на каждой стороне ротора вымещает колодку с каждой стороны. Конструкция не совсем дешевая и надежная. От этого пришлось отказаться.

Ручной тормоз.

Если основная система торможения отказывает в автомобиле с дисковыми тормозами, то приводится в работу ручной тормоз. Для этого используют трос.

Бывают автомобили, у которых на всех колесах имеется барабанный тормоз. Его можно активировать с помощью аварийной тормозной системы. Он приводится в работу только тросом. Бывают и другие автомобили, у них есть рычаг, поворачивающий винт или приводящий в действие кулачок., который давит на поршень дискового тормоза.

Сервисное обслуживание тормозов.

При обслуживании тормоза, меняют колодки. На тормозных колодках имеется индикатор износа. При стирании фрикционного материала, индикатор износа взаимодействует с диском. Появляется резкий звук. Он предупреждает о времени замены колодок. Через смотровое отверстие в суппорте можно определить сколько фрикционного материала осталось на колодках.

Бывает, что на тормозных поверхностях ротора образуются повреждения, чаще всего канавки. Такое случается когда изношенная колодка находится достаточно долго в автомобиле. Роторы подвержены и деформации. Это можно определить по дрожанию или вибрации тормозов во время остановки. Обе проблемы решаются способом механической обработки ротора. Часть материала удаляется, восстанавливается плоская и гладкая поверхность. Замена колодок происходит только при повреждении или деформации. Слишком частая полировка роторов может привести к уменьшению ее срока службы. Эта манипуляция сильно стирает материал. С каждой полировкой роторы тормоза становятся более тонкими. В инструкции от производителя можно найти информацию по минимальной допустимой толщине тормозных роторов.

Какой дисковой тормоз подойдет для велосипеда.

При увеличение бюджета – выбор становится очень широким. До сих пор существует конкуренция между очень хорошими дисковыми тормозами для велосипеда и средне-хорошей гидравликой. В обоих случаях есть достоинства и недостатки.

Если человек не может контролировать техническое состояние велосипеда постоянно, подойдет хорошая гидравлика. Механика требует к себе большего внимания.

  • Модуляция и тактильное ощущение лучше у гидравлики чем у механики.
  • Надежность у обоих вариантов одинаковая, но только в случае покупки качественной гидравлики.
  • При диагностике неисправности лучше проявляется проблема у механики.
  • Износ колодок в грязи. Специалисты ставят плюс механике.

Дисковые тормоза

Дисковые тормозные механизмы – сейчас их установка на автомобили стала привычным явлением, а любой автоконцерн стремится оборудовать такой системой все свои модели, не исключая и бюджетные. При этом всего полвека назад такие тормоза были редкостью и только начинали входить в автомобильный мир.

Терминология

Дисковые тормозные механизмы предназначены для остановки или снижения скорости движения транспортного средства, а также для предотвращения самопроизвольного движения автомобиля. Это происходит за счет прижимания тормозных колодок к наружным плоскостям диска.

История возникновения и развития

Появление

Технология не нова – изобретена она была примерно в одно время с барабанными механизмами. Некоторое время дисковые тормоза использовались и в XIX веке. Однако запатентовал их в 1902 году британский изобретатель Фредерик Уильям Лачестер. Они показали неплохую эффективность, но их широкому распространению мешало то, что колодки производились из меди.

Это приводило к 2-м неприятным факторам:

  • Быстрый износ – медные колодки очень быстро стирались, а это означало необходимость их частой замены;
  • Скрип – шумность также мешала внедрению разработки. Визг меди о колесные диски был просто невыносим.

Кроме того, важным фактором, который ограничивал применение дисковых тормозов, был состав тормозных жидкостей того времени. Они производились на основе касторового масла (растительное) или спиртов, из-за чего закипали в самом гидроприводе во время сильного нагревания колодок и дисков. Как следствие, образовывались паровые пробки, а педаль тормоза часто «проваливалась», что приводило к авариям.

Итог – в первой половине века такие тормоза не устанавливались, так как малая мощность машин позволяла барабанным механизмам эффективно справляться с задачей остановки автомобиля. Только в 40-х годах дисковыми тормозами начали комплектоваться гоночные модели.

50-е годы

Однако в конце 50-х годов ситуация кардинально изменилась, так как автомобили становились мощнее и тяжелее. Особенно заметна эта тенденция была в США, где началось массовое создание «Мускул каров». Эти модели оснащались двигателями с огромной мощностью – по 300-500 л. с. и обладали ураганной динамикой. Кроме того, резко выросла масса автомобилей, что было спровоцировано, в первую очередь, соображениями безопасности.

Это привело к тому, что стандартных, барабанных тормозов стало просто «не хватать». При торможении тяжелых машин на высокой скорости они перегревались, что приводило к увеличению тормозного пути.

Кроме того, в эти годы начали выпускаться новые типы тормозных жидкостей, основанные на этиненгликоле. Они обладали гораздо большей температурой кипения и отлично подходили для использования в тормозных системах с дисковыми тормозами.

Развитие

Именно из-за указанных выше факторов внимание снова акцентировалось на дисковых тормозах. Однако поначалу их устанавливали лишь на переднюю ось, оставляя на задней традиционные барабаные тормоза. Но уже во второй половине 60-х начался переход к дисковым тормозам на обоих осях. Пионером стал итальянский концерн Fiat, создавший доступную для большинства модель Fiat 124, оснащенную дисковыми тормозными механизмами.

После этого начался массовый переход на эту технологию, хотя многие компании на бюджетных моделях оставляли барабанные тормоза.

Настоящее время

Сейчас подавляющее большинство моделей (даже бюджетных) оснащаются тормозами дискового типа. Конечно, барабанные не канули в лету – они до сих пор ставятся на некоторые авто, но только в базовых комплектациях.

Типы дисковых тормозов

Материал

  • Чугунные – эти диски самые простые и дешевые, а еще чугун обладает хорошими фрикционными свойствами, но при нагреве он быстро коррозирует.
  • Нержавеющая сталь – их стойкость к ржавчине на порядок выше, но фрикционные качества заметно хуже. А это заставляет увеличивать размер.
  • Карбон – такая продукция обладает отменными качествами в отношении тормозной динамики, он вообще не ржавеет, а еще легко переносит перепады температуры.
  • Керамические диски – еще совсем недавно подобные устройства ставились исключительно на гоночные автомобили. Причина тому – высокая цена. Сейчас ими начинают комплектовать и серийные модели бизнес класса.

Керамические диски отличаются отменными показателями стойкости к перегреву, что обеспечивает не только качественную тормозную динамику, но также и огромный ресурс. Некоторые колодки в таких устройствах снабжены специальными электронными датчиками, которое сигнализируют на приборную панель о минимальном остаточном ресурсе колодок.

Вентилируемые – они характеризуются наличием 2-х фрикционных поверхностей, между которыми находятся перемычки, позволяющие воздуху циркулировать между дисками. Кроме того, фрикционную поверхность нередко делают перфорированной, что ускоряет процесс охлаждения.

Еще встречаются дисковые тормоза с электрическим или пневматическим приводом.

Достоинства

В сравнении с барабанными тормозными механизмами, дисковые обладают рядом преимуществ:

  • стоимость – такая конструкция дешевле в производстве;
  • габариты – дисковые тормоза компактнее;
  • малый вес – подобные конструкции легче барабанных;
  • эффективность – благодаря плоской поверхности диска, колодки прижимаются к его площади равномерно, даже несмотря на меньшую их площадь, если сравнивать с барабанными;
  • охлаждение – по причине того, что воздух может циркулировать между диском и колодками, они быстрее охлаждаются;
  • самоочищение – во время вращения диска грязь с него просто отлетает, тогда как в барабанных устройствах выработка колодок и пыль скапливаются внутри барабана;
  • стабильность эксплуатационных характеристик.

Таким образом, существенные преимущества дисковых тормозов привели к их широкому распространению.

Система дисковых тормозов

Одним из важных элементов у авто можно назвать дисковый тормозной механизм. Если окунуться в историю, то можно понять, что тормозная система не всегда была дисковой. Изначально использовалась барабанная система. Лишь в 1902 году Уильям Ланчестер запатентовал дисковый тип тормоза. С этого патента стала усовершенствоваться тормозная система. Хотя она была известна задолго до начала двадцатого века.

История развития дисковой тормозной системы

С появлением авто инженеры стали работать над тормозной системой. Уже в начале двадцатого века стало ясно, что лучше всего использовать дисковую систему. Так как она имеет целый ряд преимуществ. Но из-за неимения нужных материалов конструкция быстро изнашивалась, к тому же колодки издавали ужасный шум при торможении. Поэтому лишь после пятидесятых годов двадцатого века с появлением новых материалов смогли устранить существенные недостатки дисковой системы.

С появлением легкового автомобиля все чаще и чаще можно было услышать о дисковых тормозах. К тому же в середине двадцатого века у авто развились лошадиные силы, он стал ездить намного быстрее, но вот останавливать машину весом уже в две тонны, летящую на скорости под сто километров в час, стало сложно. Тут и задумались над тем, чтобы установить передние дисковые тормоза.

Такая проблема остро встала перед Соединенными Штатами Америки. Так как именно там гнались за лошадиными силами. Производитель устанавливал на авто все мощнее и мощнее мотор, чтобы обогнать по скорости конкурентов. Но барабанная тормозная система уже не могла справляться с такой мощью, как триста лошадиных сил.

Поэтому было решено воспользоваться той системой тормозов, которая устанавливалась на самолеты и на гоночные авто. Сначала это были только передние тормоза, в то время как сзади устанавливалась барабанная система. Но в семидесятые появились и задние дисковые тормоза, которые обеспечивали более комфортное торможение и безопасную езду автомобиля. Примером такой машины можно назвать «Фиат 124», первое авто, на котором помимо передних были и задние дисковые тормоза.

Как осуществляется работа дисковых тормозов

Конструкция дисковых тормозов у автомобиля располагается обычно спереди, но уже есть авто, на которых используются и задние дисковые тормоза, то есть по кругу. Что такое дисковый тормоз? Без него тормозная система не срабатывала бы. Поэтому именно это устройство гарантирует полную остановку автомобиля в считанные секунды, даже того, который двигался на большой скорости.

Где располагается тормозная система? Она находится в непосредственной близости с колесами. Состоит она из:

  • тормозных колодок,
  • суппорта, имеющего поршень,
  • ротора, который устанавливается впритык к ступице.

Как и велосипедная система, автомобиль имеет тормозные колодки, которые при замедлении прижимаются к колесу. Только в случае с авто они прижимаются не к самому колесу, а к ротору, устройство которого уже обеспечивает торможение. Используется не механический, а гидравлический путь системы, а не как у велосипеда, где используется кабель. Когда колодки и диск трутся о ротор, машина останавливается.

Когда автомобиль движется, то у него вырабатывается больше количество кинетической энергии. Поэтому эти энергии должны ее гасить. Только после ее погашения автомобиль остановится. Как же тормозное устройство это делает? Тут принцип работы такой:

  • сначала вы нажимаете на педаль,
  • после чего переводится кинетическая энергия в тепловую, которая вырабатывается в результате трения дисков о ротор,
  • автомобиль останавливается.

Естественно, что при трении выделяется много тепла, поэтому чтобы тормоза не перегрелись, используется вентиляция роторов. По обеим его сторонам располагаются лопасти, которые гонят воздух прямо через него, охлаждая диск.

Преимущества и недостатки данной системы

Говоря о преимуществах, хочется отметить, что роторное устройство тормоза перегревается меньше, так как идет лучшее охлаждение циркулирующим воздухом. Также устройство защищено от попадания грязи и воды, так как есть место, где они скапливаются. К тому же при быстром вращении диска газ и металлическая пыль разлетается мгновенно, что защищает устройство от быстрого износа.

Как видим, принцип работы таков, что электромагнитный тормоз, сжимая диск и ротор, останавливает автомобиль. Получается, что задние дисковые тормоза, которые все чаще появляются на новых моделях автомашин, обеспечивают более быструю и надежную остановку. Особенно подобное устройство важно в местах, где необходимо резко тормозить автомобиль.

Так как устройство находится в непосредственной близости с дорогой, причем оно ничем не прикрыто, а из-за абразивных свойств грязи оно может быстро выйти из строя. В этом случае придется менять целое устройство, которое представляет задние дисковые тормоза. Ротор тоже со временем стирается. В этом недостаток.

Как видим, принцип работы в том, чтобы остановить машину. Поэтому электромагнитный тормоз рекомендуется часто проверять на наличие царапин и выемок.

Заключение

Подводя итоги, можно смело говорить о преимуществах данной системы. Автомобили, оборудованные таким механизмом, демонстрируют отличную управляемость и безопасность.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector