Дисковый тормоз
Дисковый тормоз - это тип тормоза, который использует суппорты для прижатия пар колодок к диску или "ротору"[1] для создания трения.[2] Это действие замедляет вращение вала, такого как ось транспортного средства, либо для снижения его скорости вращения, либо для удержания его неподвижным. Энергия движения преобразуется в отработанное тепло, которое необходимо рассеять.
Дисковые тормоза с гидравлическим приводом являются наиболее часто используемой формой тормоза для автомобилей, но принципы дискового тормоза применимы практически к любому вращающемуся валу. Компоненты включают диск, главный цилиндр и суппорт, который содержит по меньшей мере один цилиндр и две тормозные колодки с обеих сторон диска.
Дизайн[править]
Разработка тормозов дискового типа началась в Англии в 1890-х годах. В 1902 году Lanchester Motor Company разработала тормоза, которые выглядели и работали аналогично современной дисковой тормозной системе, несмотря на то, что диск был тонким, а тросик приводил в действие тормозную колодку.[3] Другие конструкции не были практичными или широко доступными в автомобилях еще 60 лет. Успешное применение началось в самолетах перед Второй мировой войной, и даже немецкий танк Tiger был оснащен дисками в 1942 году. После войны, в 1949 году, начался технический прогресс: на линейке Crosley появились дисковые тормоза на четыре колеса с суппортом, а на Chrysler - без суппорта. В 1950-х годах на гонке "24 часа Ле-Мана" 1953 года произошла решающая демонстрация превосходства, которая потребовала торможения на высоких скоростях несколько раз за круг. Гоночная команда Jaguar победила, используя автомобили, оснащенные дисковыми тормозами, причем большая часть заслуг была отдана более высокой производительности тормозов по сравнению с соперниками, оснащенными барабанными тормозами.Массовое производство началось с включения в 1949-1950 годах всего производства Crosley, с 1955 года началось устойчивое серийное производство Citroën DS.
По сравнению с барабанными тормозами дисковые тормоза обеспечивают лучшую эффективность торможения, поскольку диск легче охлаждается. Как следствие, диски менее подвержены замиранию тормозов, возникающему при перегреве тормозных компонентов. Дисковые тормоза также быстрее восстанавливаются после погружения (мокрые тормоза менее эффективны, чем сухие).
Большинство конструкций барабанных тормозов имеют по крайней мере один ведущий башмак, который обеспечивает сервоэффект. В отличие от этого, дисковый тормоз не имеет эффекта самосервирования, и его тормозное усилие всегда пропорционально давлению, оказываемому на тормозную колодку тормозной системой с помощью любого тормозного сервопривода, тормозной педали или рычага. Это, как правило, дает водителю лучшее "ощущение" и помогает избежать надвигающейся блокировки. Барабаны также подвержены "заглушению" и задержке изношенного материала облицовки в узле, что является причиной различных проблем с торможением.
Диск обычно изготавливается из чугуна, но в некоторых случаях может быть изготовлен из композитов, таких как армированные углерод–углеродные или керамические матричные композиты. Он соединен с колесом и /или осью. Для замедления вращения колеса фрикционный материал в виде тормозных колодок, установленных на тормозном суппорте, прижимается механически, гидравлически, пневматически или электромагнитно к обеим сторонам диска. Трение приводит к замедлению или остановке диска и прикрепленного к нему колеса.
История[править]
Ранние эксперименты[править]
Разработка дисковых тормозов началась в Англии в 1890-х годах. Первый автомобильный дисковый тормоз суппортного типа был запатентован Фредериком Уильямом Ланчестером на его заводе в Бирмингеме в 1902 году и успешно использовался на автомобилях Lanchester. Однако ограниченный выбор металлов в этот период означал, что ему пришлось использовать медь в качестве тормозной среды, воздействующей на диск. Плохое состояние дорог в то время, не более чем пыльные, неровные колеи, означало, что медь быстро изнашивалась, что делало систему непрактичной.
В 1921 году мотоциклетная компания Douglas представила дисковый тормоз на переднем колесе своих спортивных моделей с верхним расположением клапанов. Запатентованный Британской ассоциацией исследований мотоциклов и веломобилей Дуглас описал устройство как "новый клиновой тормоз", работающий на "скошенном фланце ступицы", тормоз приводился в действие тросом Боудена. Передние и задние тормоза этого типа были установлены на машине, на которой Том Шеард добился победы в старшем TT 1923 года.
Успешное применение началось на железнодорожных пассажирских поездах streamliner, а также в самолетах и танках до и во время Второй мировой войны. В США компания Budd представила дисковые тормоза на General Pershing Zephyr для железной дороги Берлингтон в 1938 году. К началу 1950-х годов дисковые тормоза регулярно применялись к новому пассажирскому подвижному составу. В Великобритании компания Daimler использовала дисковые тормоза на своем бронированном автомобиле Daimler 1939 г. Дисковые тормоза, изготовленные компанией Girling, были необходимы, поскольку в этом полноприводном автомобиле (4 ×4) эпициклическая конечная передача находилась в ступицах колес и, следовательно, не оставляла места для обычных барабанных тормозов, устанавливаемых на ступицы.[8]
В немецкой компании Argus Motoren Герман Клауэ (1912-2001) запатентовал дисковые тормоза в 1940 году. Argus поставлял колеса, оснащенные дисковыми тормозами, например, для Arado Ar 96.[10] Немецкий тяжелый танк Tiger I был представлен в 1942 году с 55-сантиметровыми дисками Argus-Werke на каждом приводном валу.
В 1949 и 1950 годах у американской Crosley Hot Shot были дисковые тормоза на четыре колеса, но они быстро оказались ненадежными и были сняты.Кросли вернулся к барабанным тормозам, и переделки барабанных тормозов для Hot Shots были довольно популярны. Отсутствие достаточных исследований привело к проблемам с надежностью, таким как залипание и коррозия, особенно в регионах, где на зимних дорогах используется соль. Четырехколесные дисковые тормоза Crosley сделали Crosleys и специальные модели на базе Crosley популярными в гонках SCCA H-Production и H-modified в 1950-х годах.[необходима цитата] Из-за превосходного торможения их было трудно превзойти. Диск Кросли был разработан Goodyear-Hawley, современным суппортом "точечного" типа с современным диском, заимствованным из конструкции, применявшейся в авиации.
Chrysler разработал уникальную тормозную систему, предлагавшуюся с 1949 по 1953 год. Вместо диска с прижимным суппортом в этой системе использовались сдвоенные расширяющиеся диски, которые терлись о внутреннюю поверхность чугунного тормозного барабана, который выполнял роль корпуса тормоза. Диски раздвигаются, создавая трение о внутреннюю поверхность барабана под действием стандартных колесных цилиндров. Из-за дороговизны тормоза были стандартными только на Chrysler Crown и Town and Country Newport в 1950 году. Однако они были опциональны на других Chryslers по цене около 400 долларов, в то время как весь Crosley Hot Shot продавался в розницу за 935 долларов. Эта четырехколесная дисковая тормозная система была создана компанией Auto Specialties Manufacturing Company (Ausco) из Сент-Джозефа, штат Мичиган, по патентам изобретателя Х.Л. Ламберта и впервые была протестирована на Плимуте 1939 года. Диски Chrysler были "самозаряжающимися" в том смысле, что часть энергии торможения сама по себе увеличивала тормозное усилие. Это достигалось маленькими шариками, установленными в овальные отверстия, ведущие к поверхности торможения. Когда диск вступает в первоначальный контакт с поверхностью трения, шарики выталкиваются вверх по отверстиям, раздвигая диски еще дальше друг от друга и увеличивая энергию торможения. Это позволило снизить тормозное давление по сравнению с суппортами, избежать затухания тормозов, способствовало более прохладному ходу и обеспечило на треть большую поверхность трения, чем стандартные двенадцатидюймовые барабаны Chrysler. Сегодняшние владельцы считают Ausco-Lambert очень надежным и мощным, но признают его хваткость и чувствительность.
В 1953 году 50 моделей с алюминиевым кузовом Austin-Healey 100S (Себринг), построенных в основном для гонок, были первыми европейскими автомобилями, проданными широкой публике с дисковыми тормозами, установленными на всех 4 колесах.
Первый удар в гонках[править]
Гоночный автомобиль Jaguar C-Type, выигравший в 1953 году 24 часа Ле-Мана, стал единственным автомобилем в гонке с дисковыми тормозами, разработанным в Великобритании Dunlop, и первым автомобилем в Ле-Мане, развившим скорость более 100 миль в час.[15] "Большие барабанные тормоза конкурентов могли сравниться с дисковыми по скорости торможения, но не по их внушительной стойкости".
До этого, в 1950 году, автомобиль Crosley HotShot со штатными дисковыми тормозами на четыре колеса выиграл Индекс производительности в первой гонке в Себринге (шесть часов вместо 12) в канун Нового 1950 года.[требуется цитирование]
Массовое производство[править]
Citroën DS был первым, в 1955 году в массовом производстве были применены современные автомобильные дисковые тормоза. Среди многих нововведений автомобиля были установлены передние дисковые тормоза суппортного типа. Эти диски были установлены внутри автомобиля рядом с коробкой передач и приводились в действие центральной гидравлической системой автомобиля. За 20 лет было продано 1,5 миллиона единиц этой модели с той же настройкой тормозов.
Несмотря на ранние эксперименты, проведенные в 1902 году британской Lanchester Motor Company и в 1949 году американцами Chrysler и Crosley, дорогостоящая, подверженная сбоям технология не была готова к массовому производству. Попытки вскоре были прекращены.
В 1956 году появился Jensen 541 с дисковыми тормозами на все колеса. Triumph представил публике TR3 1956 года выпуска с дисковыми тормозами, но первые серийные автомобили с переднедисковыми тормозами были выпущены в сентябре 1956 года. Jaguar начал предлагать дисковые тормоза в феврале 1957 года на модели XK150, вскоре за ними последовал спортивный седан Mark 1, а в 1959 году - большой седан Mark IX
Многие ранние реализации для автомобилей располагали тормоза на внутренней стороне карданного вала, рядом с дифференциалом, в то время как большинство тормозов сегодня расположены внутри колес. Внутреннее расположение уменьшает неподрессоренный вес и устраняет источник теплопередачи к шинам.
Исторически тормозные диски производились по всему миру с большой концентрацией в Европе и Америке. В период с 1989 по 2005 год производство тормозных дисков переместилось преимущественно в Китай.
В США[править]
В 1963 году был выпущен Studebaker Avanti с дисковыми тормозами. (система Bendix была дополнительной на некоторых других моделях Studebaker). Передние дисковые тормоза стали стандартным оборудованием в 1965 году на Rambler Marlin (блоки Bendix были опциональны на всех моделях American Motors Rambler Classic и Ambassador), а также на Ford Thunderbird, и Lincoln Continental.[ Четырехколесная дисковая тормозная система была также представлена в 1965 году на Chevrolet Corvette Stingray. Большинство автомобилей в США перешли с передних барабанных тормозов на передние дисковые в конце 1970-х и начале 1980-х годов.
Мотоциклы[править]
Первыми мотоциклами, в которых использовались дисковые тормоза, были гоночные автомобили. MV Agusta была первой, кто в небольшом масштабе предложил публике мотоцикл с передним дисковым тормозом в 1965 году на своем относительно дорогом туристическом мотоцикле 600, использующем механическую тормозную систему.В 1969 году Honda представила более доступный CB750, который имел один передний дисковый тормоз с гидравлическим приводом (и задний барабанный тормоз) и который продавался в огромных количествах. Дисковые тормоза в настоящее время широко распространены на мотоциклах, мопедах и даже горных велосипедах.
Тормозной диск[править]
Тормозной диск - это вращающаяся часть дискового тормозного узла колеса, на которую накладываются тормозные колодки. Материалом обычно является серое железо,[32] разновидность чугуна. Конструкция дисков несколько различается. Некоторые из них просто сплошные, но другие имеют впадины с ребрами или лопастями, соединяющими две контактные поверхности диска (обычно включаемые в процесс литья). Вес и мощность автомобиля определяют потребность в вентилируемых дисках.[27] "Вентилируемая" конструкция диска помогает отводить выделяемое тепло и обычно используется на более нагруженных передних дисках.
Диски для мотоциклов, велосипедов и многих автомобилей часто имеют отверстия или прорези, прорезанные в диске. Это делается для лучшего отвода тепла, для облегчения рассеивания по поверхности воды, снижения шума, уменьшения массы или для маркетинга косметики.
Прорезные диски имеют неглубокие каналы, обработанные в диске для облегчения удаления пыли и газа. Прорезные диски являются предпочтительным методом в большинстве гоночных условий для удаления газа и воды и обезжиривания тормозных колодок. Некоторые диски имеют как просверленные, так и прорезные отверстия. Диски с прорезями обычно не используются на стандартных автомобилях, поскольку они быстро изнашивают тормозные колодки; однако такое удаление материала выгодно для гоночных автомобилей, поскольку сохраняет колодки мягкими и предотвращает остекление их поверхностей. На дороге диски с отверстиями или прорезями по-прежнему оказывают положительное влияние во влажных условиях, поскольку отверстия или прорези предотвращают образование пленки воды между диском и колодками.
Двухкомпонентные диски - это диски, в которых центральная крепежная часть диска изготавливается отдельно от внешнего фрикционного кольца. Центральная секция, используемая для крепления, часто называется раструбом или шляпкой и обычно изготавливается из сплава, такого как сплав 7075, с твердым анодированием для долговечности. Наружное дисковое кольцо обычно изготавливается из серого чугуна, но в особых случаях может быть из стали или углеродистой керамики. Возник в автоспорте, но в настоящее время широко используется в высокопроизводительных приложениях и для модернизации на вторичном рынке. Двухкомпонентные диски могут поставляться в виде неподвижной сборки с обычными гайками, болтами и шайбами или в виде более сложной плавающей системы, где приводные катушки позволяют двум частям тормозного диска расширяться и сжиматься с разной скоростью, следовательно, уменьшая вероятность деформации диска от перегрева. Ключевыми преимуществами диска, состоящего из двух частей, являются экономия критического неподрессоренного веса и отвод тепла от поверхности диска через раструб из сплава (шляпку). Как фиксированный, так и плавающий варианты имеют свои недостатки и преимущества, плавающие диски склонны к дребезжанию и скоплению мусора и лучше всего подходят для автоспорта, тогда как фиксированный лучше всего подходит для дорожного использования.
Мотоциклы и скутеры[править]
Lambretta впервые в массовом производстве применила единый плавающий передний дисковый тормоз, заключенный в вентилируемую втулку из литого сплава и приводимый в действие кабелем, на модели TV175 1962 года выпуска. За ним последовал GT200 в 1964 году. Honda CB750 1969 года выпуска широко внедрила гидравлические дисковые тормоза после модели Agusta 600 1965 года выпуска, которая имела механическое приводное устройство с тросовым приводом.
В отличие от автомобильных дисковых тормозов, которые встроены в колесо, велосипедные дисковые тормоза находятся в воздушном потоке и имеют оптимальное охлаждение. Хотя чугунные диски имеют пористую поверхность, обеспечивающую превосходные тормозные характеристики, под дождем такие диски ржавеют и приобретают неприглядный вид. Соответственно, мотоциклетные диски обычно изготавливаются из нержавеющей стали с отверстиями, прорезями или волнистой поверхностью для отвода дождевой воды. Современные мотоциклетные диски, как правило, имеют плавающую конструкцию, при которой диск "плавает" на катушках и может слегка перемещаться, обеспечивая лучшее центрирование диска с помощью неподвижного суппорта. Плавающий диск также предотвращает деформацию диска и уменьшает теплопередачу к ступице колеса. Суппорты эволюционировали от простых однопоршневых агрегатов до двух-, четырех- и даже шестипоршневых изделий. По сравнению с автомобилями, мотоциклы имеют более высокое соотношение центр масс:колесная база, поэтому они испытывают большую передачу веса при торможении. Передние тормоза поглощают большую часть тормозных усилий, в то время как задний тормоз служит главным образом для балансировки мотоцикла во время торможения. Современные спортивные велосипеды обычно имеют два больших передних диска и один задний диск гораздо меньшего размера. Особенно быстрые или тяжелые велосипеды могут иметь вентилируемые диски.
На ранних дисковых тормозах (например, на ранних моделях Honda fours и Norton Commando) суппорты располагались сверху диска, перед ползунком вилки. Хотя это позволило улучшить охлаждение тормозных колодок, в настоящее время практически повсеместно принято размещать суппорт за ползуном (для уменьшения углового момента вилки в сборе). Задние дисковые суппорты могут устанавливаться выше (например, BMW R1100S) или ниже (например, Yamaha TRX850) поворотного рычага: низкое крепление обеспечивает незначительно более низкий центр тяжести, в то время как верхнее расположение обеспечивает чистоту суппорта и лучшую защиту от дорожных препятствий.
Одна из проблем с дисковыми тормозами мотоцикла заключается в том, что когда мотоцикл попадает в сильный шлепок (высокоскоростное колебание переднего колеса), тормозные колодки в суппортах отрываются от дисков, поэтому, когда водитель нажимает на тормозной рычаг, поршни суппорта толкают колодки к дискам, фактически не вступая в контакт. Водитель немедленно тормозит сильнее, что приводит к гораздо более сильному прижатию колодок к диску, чем при обычном торможении. Например, инцидент с Микеле Пирро в Муджелло, Италия, 1 июня 2018 года. По крайней мере, один производитель разработал систему противодействия вытеснению колодок.
Современной разработкой, особенно на перевернутых ("перевернутых", или "долларовых") вилках, является радиально установленный суппорт. Хотя они и вошли в моду, нет никаких доказательств того, что они улучшают эффективность торможения и не увеличивают жесткость вилки. (За неимением опции крепления вилки, вилки USD могут быть лучше усилены за счет увеличенной передней оси)
Велосипеды[править]
Смотри также: Велосипедный тормоз § Дисковые тормоза
Дисковые тормоза для горных велосипедов могут варьироваться от простых механических (кабельных) систем до дорогих и мощных многопоршневых гидравлических дисковых систем, обычно используемых на горных гоночных велосипедах. Усовершенствованные технологии привели к созданию вентилируемых дисков для использования на горных велосипедах, похожих на автомобильные, которые используются для предотвращения перегрева на быстрых альпийских спусках. Диски, хотя и менее распространены, также используются на дорожных велосипедах для езды в любую погоду с предсказуемым торможением, хотя иногда предпочтение отдается барабанам, поскольку их труднее повредить на переполненной парковке, где диски иногда гнутся. Большинство велосипедных тормозных дисков изготавливаются из стали. Нержавеющая сталь предпочтительнее из-за ее антикоррозийных свойств. Диски тонкие, часто около 2 мм. Некоторые используют двухсекционный тип плавающего диска, другие используют цельный металлический диск. В велосипедных дисковых тормозах используется либо двухпоршневой суппорт, который зажимает диск с обеих сторон, либо однопоршневой суппорт с одной подвижной накладкой, которая сначала соприкасается с диском, а затем прижимает диск к неподвижной накладке. Поскольку энергоэффективность очень важна для велосипедов, необычной особенностью велосипедных тормозов является то, что колодки убираются для устранения остаточного сопротивления при отпускании тормоза. В отличие от этого, большинство других тормозов слегка натягивают колодки при отпускании, чтобы свести к минимуму начальный рабочий ход.
Тяжелые транспортные средства[править]
Дисковые тормоза все чаще используются на очень больших и тяжелых дорожных транспортных средствах, где ранее большие барабанные тормоза были почти универсальными. Одна из причин заключается в том, что отсутствие системы самопомощи на диске делает тормозное усилие намного более предсказуемым, поэтому пиковое тормозное усилие может быть увеличено без дополнительного риска затормозить рулевое управление или домкрат на сочлененных транспортных средствах. Другой вариант заключается в том, что дисковые тормоза меньше гаснут при нагреве, а в тяжелом автомобиле сопротивление воздуха и качению, а также торможение двигателем составляют незначительную часть общего тормозного усилия, поэтому тормоза используются жестче, чем на более легких автомобилях, и затухание барабанного тормоза может произойти за одну остановку. По этим причинам тяжелый грузовик с дисковыми тормозами может остановиться примерно через 120% расстояния, пройденного легковым автомобилем, но с барабанными тормозами остановка занимает около 150% расстояния. В Европе правила тормозного пути в основном требуют дисковых тормозов для тяжелых транспортных средств. В США барабанные тормоза разрешены и обычно являются предпочтительными из-за их более низкой покупной цены, несмотря на более высокую общую стоимость срока службы и более частые интервалы технического обслуживания.
Железнодорожный и авиационный[править]
Диски еще большего размера используются в железнодорожных вагонах, трамваях и некоторых самолетах. В пассажирских железнодорожных вагонах и легкорельсовом транспорте часто используются дисковые тормоза, расположенные за пределами колес, что помогает обеспечить свободный поток охлаждающего воздуха. В некоторых современных пассажирских железнодорожных вагонах, таких как вагоны Amfleet II, используются встроенные дисковые тормоза. Это уменьшает износ от мусора и обеспечивает защиту от дождя и снега, которые могут сделать диски скользкими и ненадежными. Однако для надежной работы все еще имеется достаточное охлаждение. На некоторых самолетах установлен тормоз с очень слабым охлаждением, и тормоз нагревается при остановке. Это приемлемо, поскольку есть достаточно времени для охлаждения, когда максимальная энергия торможения очень предсказуема. Если энергия торможения превышает максимальную, например, во время аварийной ситуации, возникающей при взлете, колеса самолета могут быть снабжены плавкой пробкой для предотвращения разрыва шины. Это важнейшее испытание в разработке самолета.
Использование в автомобилестроении[править]
Для использования в автомобилях дисковые тормозные диски обычно изготавливаются из серого железа. SAE поддерживает спецификацию на производство серого чугуна для различных применений. Для обычных легковых автомобилей и легких грузовиков спецификация SAE J431 G3000 (заменена на G10) определяет правильный диапазон твердости, химического состава, прочности на разрыв и других свойств, необходимых для предполагаемого использования. В некоторых гоночных автомобилях и самолетах для снижения веса используются тормоза с карбоновыми дисками и карбоновыми накладками. Степень износа, как правило, высока, и торможение может быть плохим или прерывистым, пока тормоз не нагреется.
Гонки[править]
В гоночных и высокопроизводительных дорожных автомобилях использовались другие материалы дисков. Усиленные карбоновые диски и колодки, вдохновленные авиационными тормозными системами, такими как те, что использовались на Concorde, были представлены в Формуле–1 Brabham совместно с Dunlop в 1976 году.[47] Карбоново-углеродное торможение в настоящее время используется в большинстве автоспортов высшего уровня по всему миру, снижая неподрессоренный вес, обеспечивая лучшие характеристики трения и улучшенные конструктивные свойства при высоких температурах по сравнению с чугуном. Карбоновые тормоза иногда применялись на дорожных автомобилях, например, французским производителем спортивных автомобилей Venturi в середине 1990-х годов, но для того, чтобы стать по-настоящему эффективными, им необходимо достичь очень высокой рабочей температуры, и поэтому они не очень подходят для использования на дорогах. Сильный нагрев, выделяемый этими системами, заметен во время ночных гонок, особенно на коротких трассах. Нередко можно увидеть, как тормозные диски светятся красным во время использования.
Керамические композиты[править]
Керамические диски используются в некоторых высокопроизводительных автомобилях и большегрузных транспортных средствах.
Первая разработка современного керамического тормоза была сделана британскими инженерами для TGV в 1988 году. Целью было уменьшить вес, количество тормозов на ось, а также обеспечить стабильное трение при высоких скоростях и любых температурах. Результатом стал процесс производства керамики, армированной углеродным волокном, который в настоящее время используется в различных формах для автомобильных, железнодорожных и авиационных тормозов.
Из-за высокой термостойкости и механической прочности керамических композитных дисков их часто используют на экзотических автомобилях, стоимость которых не является чрезмерно высокой. Они также используются в промышленности, где легкость керамического диска и неприхотливость в обслуживании оправдывают его стоимость. Композитные тормоза выдерживают температуры, которые могут повредить стальные диски.
Композитные керамические тормоза Porsche (PCCB), изготовленные из силиконизированного углеродного волокна, обладают способностью выдерживать высокие температуры, снижают вес на 50% по сравнению с железными дисками (следовательно, снижают неподрессоренный вес автомобиля), значительно снижают пылеобразование, существенно увеличивают интервалы технического обслуживания и повышают долговечность в агрессивных средах. Установленный на некоторых из их более дорогих моделей, он также является дополнительным тормозом для всех уличных Porsche за дополнительную плату. Их можно узнать по ярко-желтой окраске алюминиевых шестипоршневых суппортов. Диски с внутренней вентиляцией, очень похожие на чугунные, и с поперечным просверлением.
Механизм регулировки[править]
В автомобилестроении поршневое уплотнение имеет квадратное поперечное сечение, также известное как уплотнение с квадратным сечением.
При движении поршня внутрь и наружу уплотнение натягивается на поршень, вызывая его скручивание. Уплотнение деформируется примерно на 1/10 миллиметра. Поршню разрешено свободно выдвигаться, но небольшое сопротивление, вызванное уплотнением, не позволяет поршню полностью вернуться в прежнее положение при отпускании тормозов и, таким образом, восполняет провисание, вызванное износом тормозных колодок, устраняя необходимость в возвратных пружинах.
В некоторых задних дисковых суппортах стояночный тормоз приводит в действие механизм внутри суппорта, который выполняет некоторые из тех же функций.
Способы повреждения диска[править]
Диски обычно повреждаются одним из четырех способов: образование рубцов, трещин, деформаций или чрезмерной коррозии. Сервисные центры иногда реагируют на любую проблему с диском, полностью заменяя диски, это делается в основном в тех случаях, когда стоимость нового диска может быть фактически ниже, чем стоимость рабочей силы для восстановления старого диска. Механически в этом нет необходимости, если только диски не достигли минимальной рекомендованной производителем толщины, что сделало бы их использование небезопасным, или лопасти сильно заржавели (только вентилируемые диски). Большинство ведущих производителей транспортных средств рекомендуют скольжение тормозных дисков (в США: при повороте) в качестве решения проблем с боковым биением, вибрацией и тормозными шумами. Процесс механической обработки выполняется на тормозном токарном станке, который удаляет очень тонкий слой с поверхности диска, чтобы устранить незначительные повреждения и восстановить равномерную толщину. Обработка диска по мере необходимости позволит максимально увеличить пробег имеющихся на автомобиле дисков.
Биение[править]
Биение измеряется с помощью циферблатного индикатора на фиксированном жестком основании, наконечник которого перпендикулярен поверхности тормозного диска. Обычно измеряется около 1⁄2 дюйма (12,7 мм) от наружного диаметра диска. Диск вращается. Разница между минимальным и максимальным значением на циферблате называется боковым биением. Типичные спецификации биения ступицы / диска в сборе для легковых автомобилей составляют около 0,002 дюйма (0,0508 мм). Биение может быть вызвано либо деформацией самого диска, либо биением на нижележащей поверхности ступицы колеса, либо загрязнением между поверхностью диска и нижележащей поверхностью крепления ступицы. Определение основной причины смещения индикатора (боковое биение) требует демонтажа диска со ступицы. Биение поверхности диска из-за биения поверхности ступицы или загрязнения обычно составляет 1 минимальный и 1 максимальный периоды за оборот тормозного диска.
Диски можно подвергать механической обработке, чтобы исключить изменение толщины и боковое биение. Обработка может выполняться на месте (на автомобиле) или вне автомобиля (на настольном токарном станке). Оба метода устраняют изменение толщины. Обработка на автомобиле с использованием соответствующего оборудования также может устранить боковое биение из-за неперпендикулярности поверхности ступицы.
Неправильная установка может искривить диски. Крепежные болты диска (или гайки колеса / выступа, если диск зажат на месте колесом) должны затягиваться постепенно и равномерно. Использование пневматических инструментов для закрепления гайковертов может быть плохой практикой, если только для окончательной затяжки не используется динамометрический ключ. В руководстве по эксплуатации автомобиля будет указана правильная схема затяжки, а также номинальный крутящий момент для болтов. Гайки с выступами никогда не следует затягивать по кругу. Некоторые транспортные средства чувствительны к усилию, прилагаемому к болтам, и затягивать их следует с помощью динамометрического ключа.
Часто неравномерный перенос колодок путают с деформацией диска. Большинство тормозных дисков с диагнозом "деформация" на самом деле являются результатом неравномерного переноса материала колодок. Неравномерное перемещение колодок может привести к изменению толщины диска. Когда более толстая часть диска проходит между колодками, колодки раздвигаются и педаль тормоза слегка поднимается; это пульсация педали. Водитель может ощутить разницу в толщине, когда она составляет приблизительно 0,17 мм (0,0067 дюйма) или больше (на автомобильных дисках).
Изменение толщины имеет много причин, но есть три основных механизма, которые способствуют распространению изменений толщины диска. Первый - неправильный выбор тормозных колодок. Колодки, которые эффективны при низких температурах, например, при первом торможении в холодную погоду, часто изготавливаются из материалов, которые неравномерно разлагаются при более высоких температурах. Это неравномерное разложение приводит к неравномерному осаждению материала на тормозной диск. Другой причиной неравномерного переноса материала является неправильное соединение колодки и диска. Для правильной обкатки поверхность диска следует обновлять (либо путем механической обработки контактной поверхности, либо путем замены диска) при каждой замене колодок. После этого следует многократно сильно нажимать на тормоза. Это создает гладкую, равномерную поверхность раздела между колодкой и диском. При неправильном выполнении этого на тормозных колодках будет наблюдаться неравномерное распределение напряжения и тепла, что приведет к неравномерному, кажущемуся случайным, отложению материала колодки. Третьим основным механизмом неравномерного переноса материала на колодки является "отпечатывание материала на колодках". Это происходит, когда тормозные колодки нагреваются до такой степени, что материал начинает разрушаться и переноситься на диск. В правильно отлаженной тормозной системе (с правильно подобранными колодками) эта передача является естественной и фактически вносит основной вклад в тормозное усилие, создаваемое тормозными колодками. Однако, если автомобиль останавливается, а водитель продолжает нажимать на тормоза, как это принято в автомобилях с автоматической коробкой передач, на колодках образуется слой материала в форме тормозной колодки. Это небольшое изменение толщины может привести к неравномерному перемещению колодок.
Как только толщина диска несколько меняется, неравномерное нанесение накладок может ускориться, что иногда приводит к изменениям кристаллической структуры металла, из которого состоит диск. При торможении колодки скользят по изменяющейся поверхности диска. Когда колодки проходят мимо более толстой части диска, они выталкиваются наружу. Нога водителя, нажатая на педаль тормоза, естественно, сопротивляется этому изменению, и, следовательно, к колодкам прилагается большее усилие. В результате более толстые секции подвергаются более высокому напряжению. Это приводит к неравномерному нагреву поверхности диска, что вызывает две основные проблемы. Поскольку тормозной диск нагревается неравномерно, он также неравномерно расширяется. Более толстые участки диска расширяются сильнее, чем более тонкие, из-за того, что на них выделяется больше тепла, и, таким образом, разница в толщине увеличивается. Кроме того, неравномерное распределение тепла приводит к дальнейшему неравномерному перемещению материала колодки. В результате на более толстые и горячие секции поступает даже больше материала для колодок, чем на более тонкие и холодные секции, что способствует дальнейшему увеличению разницы в толщине диска. В экстремальных ситуациях такой неравномерный нагрев может привести к изменению кристаллической структуры материала диска. Когда более горячие участки дисков достигают чрезвычайно высоких температур (1200-1300 ° F или 649-704 ° C ), металл может подвергнуться фазовому превращению, и углерод, растворенный в стали, может выпадать в осадок с образованием областей карбида с высоким содержанием углерода, известных как цементит. Этот карбид железа сильно отличается от чугуна, из которого состоит остальной диск. Он чрезвычайно твердый, хрупкий и плохо поглощает тепло. После образования цементита целостность диска нарушается. Даже если поверхность диска обработана механической обработкой, цементит внутри диска не будет изнашиваться или поглощать тепло с той же скоростью, что окружающий его чугун, что приводит к неравномерной толщине и неравномерным характеристикам нагрева диска.
Образование рубцов[править]
Образование рубцов (в США: царапин) может произойти, если тормозные колодки своевременно не менять по истечении срока их службы и они считаются изношенными. Как только достаточное количество фрикционного материала износится, стальная опорная пластина колодки (для приклеенных колодок) или фиксирующие заклепки колодки (для клепаных колодок) будут давить на изнашиваемую поверхность диска, снижая мощность торможения и оставляя царапины на диске. Как правило, диск с умеренными царапинами, который удовлетворительно работал с существующими тормозными колодками, будет одинаково удобен и с новыми колодками. Если царапины глубже, но не чрезмерны, их можно устранить механической обработкой с поверхности диска. Это можно делать ограниченное количество раз, поскольку диск имеет минимально допустимую толщину. Минимальное значение толщины обычно заливается в диск во время изготовления на ступице или кромке диска. В Пенсильвании, где действует одна из самых строгих программ проверки безопасности автомобилей в Северной Америке, автомобильный диск не может пройти проверку безопасности, если какие-либо зазубрины глубже 0,015 дюйма (0,38 мм), и должен быть заменен, если механическая обработка уменьшит толщину диска ниже минимально безопасной.
Чтобы предотвратить образование рубцов, разумно периодически проверять тормозные колодки на предмет износа. Прокладка шин - логичное время для осмотра, поскольку прокладка должна выполняться регулярно в зависимости от времени эксплуатации автомобиля, а все колеса должны быть сняты, обеспечивая свободный визуальный доступ к тормозным колодкам. Некоторые типы легкосплавных дисков и тормозных механизмов обеспечивают достаточно свободного пространства для просмотра колодок, не снимая колеса. При необходимости колодки, которые находятся вблизи точки износа, следует немедленно заменить, поскольку полный износ приводит к образованию рубцов и небезопасному торможению. Многие дисковые тормозные колодки включают в себя своего рода мягкую стальную пружину или выступ как часть колодки в сборе, который натягивается на диск, когда колодка почти изношена. При этом издается умеренно громкий визжащий звук, предупреждающий водителя о необходимости обслуживания. Обычно это не приводит к повреждению диска, если тормоза обслуживаются своевременно. Комплект колодок может быть рассмотрен для замены, если толщина материала колодок такая же или меньше толщины стали подложки. В Пенсильвании стандартом является 1/32 ".
Треск[править]
Растрескивание ограничено в основном просверленными дисками, на которых могут образовываться небольшие трещины по краям отверстий, просверленных вблизи края диска, из-за неравномерной скорости расширения диска в условиях тяжелых условий эксплуатации. Производители, которые используют просверленные диски в качестве OEM-производителей, обычно делают это по двум причинам: внешний вид, если они решают, что среднестатистический владелец модели автомобиля предпочтет внешний вид, не придавая чрезмерного значения оборудованию; или как функция уменьшения неподрессоренного веса тормозного узла, исходя из инженерного предположения, что массы тормозного диска остается достаточно, чтобы выдерживать гоночные температуры и нагрузки. Тормозной диск является теплоотводом, но потеря массы теплоотвода может быть компенсирована увеличением площади поверхности для отвода тепла. На любом металлическом диске с поперечным просверливанием могут появиться небольшие трещины, являющиеся нормальным механизмом износа, но в тяжелых случаях диск выйдет из строя катастрофически. Ремонт трещин невозможен, и если трещины становятся серьезными, диск необходимо заменить. Эти трещины возникают из-за явления малой циклической усталости в результате многократного резкого торможения.
Ржавление[править]
Диски обычно изготавливаются из чугуна, и некоторое количество поверхностной ржавчины является нормальным явлением. При регулярном использовании зона контакта тормозных колодок с диском поддерживается в чистоте, но при длительном хранении автомобиля в зоне контакта может образоваться значительная ржавчина, которая может снизить мощность торможения на некоторое время, пока слой ржавчины снова не сотрется. Ржавчина также может привести к деформации диска, когда тормоза повторно активируются после хранения из-за разницы в нагреве между не проржавевшими участками, оставшимися покрытыми колодками, и ржавчиной по большей части поверхности диска. Со временем на вентилируемых тормозных дисках может развиться сильная ржавчина внутри вентиляционных отверстий, что снижает прочность конструкции и требует замены.
Суппорты[править]
Тормозной суппорт - это узел, в котором находятся тормозные колодки и поршни. Поршни обычно изготавливаются из пластика, алюминия или хромированной стали.
Суппорты бывают двух типов: плавающие или неподвижные. Неподвижный суппорт не перемещается относительно диска и, следовательно, менее устойчив к дефектам диска. Он использует одну или несколько пар противоположных поршней для зажима с каждой стороны диска и является более сложным и дорогим, чем плавающий суппорт.
Плавающий суппорт (также называемый "скользящим суппортом") перемещается относительно диска по линии, параллельной оси вращения диска; поршень на одной стороне диска толкает внутреннюю тормозную колодку до тех пор, пока она не войдет в контакт с тормозной поверхностью, затем тянет корпус суппорта вместе с внешней тормозной колодкой, так что давление оказывается на обе стороны диска. Конструкции с плавающим суппортом (однопоршневые) подвержены заеданию, вызванному попаданием грязи или коррозии по крайней мере в один монтажный механизм и остановкой его нормального движения. Это может привести к трению колодок суппорта о диск, когда тормоз не включен или включается под углом. Заедание может быть результатом нечастого использования автомобиля, выхода из строя уплотнителя или резинового защитного кожуха, допускающего попадание мусора, высыхания смазки в крепежном механизме и последующего проникновения влаги, приводящего к коррозии, или некоторой комбинации этих факторов. Последствия могут включать снижение топливной экономичности, чрезмерный нагрев диска или чрезмерный износ поврежденной колодки. Заедающий передний суппорт также может вызывать вибрацию рулевого управления.
Другим типом плавающего суппорта является качающийся суппорт. Вместо пары горизонтальных болтов, которые позволяют суппорту перемещаться прямо внутрь и наружу соответственно кузову автомобиля, в поворотном суппорте используется один вертикальный поворотный болт, расположенный где-то за осевой линией оси. Когда водитель нажимает на тормоза, тормозной поршень нажимает на внутренний поршень и поворачивает весь суппорт внутрь, если смотреть сверху. Поскольку угол наклона поршня качающегося суппорта изменяется относительно диска, в этой конструкции используются клиновидные колодки, которые более узкие сзади снаружи и более узкие спереди внутри.
Различные типы тормозных суппортов также используются на велосипедных ободных тормозах.
Поршни и цилиндры[править]
В наиболее распространенной конструкции суппорта используется один поршень с гидравлическим приводом внутри цилиндра, хотя в высокопроизводительных тормозах используется целых двенадцать. Современные автомобили используют различные гидравлические схемы для приведения в действие тормозов на каждой паре колес в качестве меры безопасности. Гидравлическая конструкция также помогает увеличить тормозное усилие. Количество поршней в суппорте часто называют количеством "горшков", поэтому, если в автомобиле установлены суппорты с шестью горшками, это означает, что в каждом суппорте находится по шесть поршней.
Отказ тормозов может быть вызван неспособностью поршня втягиваться, что обычно является следствием неиспользования автомобиля во время длительного хранения на открытом воздухе в неблагоприятных условиях. На автомобилях с большим пробегом уплотнения поршней могут протекать, что необходимо незамедлительно устранить.
Тормозные колодки[править]
Основная статья: Тормозная колодка
Тормозные колодки рассчитаны на высокое трение, при этом материал тормозных колодок встраивается в диск в процессе постельного белья при равномерном износе. Трение можно разделить на две части. Они бывают: адгезивные и абразивные.
В зависимости от свойств материала как колодки, так и диска, а также конфигурации и использования, степень износа колодок и дисков будет значительно различаться. Свойства, определяющие износ материала, предполагают компромиссы между производительностью и долговечностью.
Тормозные колодки обычно необходимо регулярно заменять (в зависимости от материала колодок и стиля вождения), а некоторые из них оснащены механизмом, который предупреждает водителей о необходимости замены, таким как тонкий кусочек мягкого металла, который трется о диск, когда колодки слишком тонкие, вызывая визг тормозов, мягкий металлический язычок, встроенный в материал колодки, который замыкает электрическую цепь и загорается сигнальная лампа, когда тормозная колодка становится тонкой, или электронный датчик.
Как правило, дорожные транспортные средства имеют по две тормозные колодки на суппорт, в то время как на каждом гоночном суппорте устанавливается до шести колодок с различными фрикционными свойствами в шахматном порядке для оптимальной производительности.
Первые тормозные колодки (и накладки) содержали асбест, образующий пыль, которую не следует вдыхать. Хотя новые колодки могут быть изготовлены из керамики, кевлара и других пластмасс, следует избегать вдыхания тормозной пыли, независимо от материала.
Распространенные проблемы[править]
Визг[править]
Иногда при нажатии на тормоза возникает громкий шум или пронзительный визг. В основном это происходит на старых автомобилях и тех, которые были произведены или приобретены некоторое время назад. Большая часть визга тормозов вызвана вибрацией (резонансной нестабильностью) компонентов тормоза, особенно колодок и дисков (известной как возбуждение, связанное с усилием). Этот тип визга не должен негативно влиять на эффективность торможения. Методы включают добавление накладок с фаской в точках контакта между поршнями суппорта и колодками, связующие изоляторы (демпфирующий материал) к задней панели колодки, тормозные прокладки между тормозной колодкой и поршнями и т.д. Все они должны быть покрыты высокотемпературной смазкой с высоким содержанием твердых частиц, чтобы уменьшить скрип. Это позволяет соединяемым между собой деталям двигаться независимо друг от друга и тем самым устранять накопление энергии, которая может создавать частоту, слышимую как визг тормозов, стон или рычание. Естественно, что некоторые колодки будут скрипеть сильнее, учитывая тип колодки и случай ее использования. Колодки, обычно рассчитанные на то, чтобы выдерживать очень высокие температуры в течение длительного времени, как правило, создают большое трение, что приводит к увеличению шума при торможении.
Холодная погода в сочетании с высокой влажностью раннего утра (росой) часто ухудшает скрип тормозов, хотя скрип обычно прекращается, когда прокладка достигает обычной рабочей температуры. Это сильнее влияет на колодки, предназначенные для использования при более высоких температурах. Пыль на тормозах также может вызывать скрип, и коммерческие средства для чистки тормозов предназначены для удаления грязи и других загрязнений. Колодки без надлежащего количества передаточного материала также могут скрипеть, это можно исправить, постелив или переставив тормозные колодки на тормозные диски.
Некоторые индикаторы износа накладок, расположенные либо в виде полуметаллического слоя внутри материала тормозной колодки, либо с внешним "датчиком", также предназначены для подачи звукового сигнала, когда накладка подлежит замене. Типичный внешний датчик принципиально отличается от шумов, описанных выше (при торможении), потому что шум датчика износа обычно возникает, когда тормоза не используются. Датчик износа может издавать визг при торможении только тогда, когда он впервые начинает указывать на износ, но это все равно принципиально иной звук и высота звука.
Вибрация или шимми[править]
Тряска тормозов обычно воспринимается водителем как незначительные или сильные вибрации, передаваемые через шасси во время торможения.
Явление дрожания можно разделить на две отдельные подгруппы: горячее (или термическое) или холодное дрожание.
Сильная тряска обычно возникает в результате более длительного и умеренного торможения с высокой скорости, когда транспортное средство не останавливается полностью. Обычно это происходит, когда автомобилист снижает скорость со 120 км / ч (74,6 миль / ч) до 60 км / ч (37,3 миль / ч), что приводит к сильной вибрации, передаваемой водителю. Эти вибрации являются результатом неравномерного распределения тепла, или горячих точек. Горячие точки классифицируются как области концентрированного нагрева, которые чередуются между обеими сторонами диска и деформируют его таким образом, что по краям образуется синусоидальная волнистость. Как только тормозные колодки (фрикционный материал / тормозная накладка) соприкасаются с синусоидальной поверхностью во время торможения, возникают сильные вибрации, которые могут создать опасные условия для человека, управляющего транспортным средством.
С другой стороны, холодная тряска является результатом неравномерного износа дисков или изменения толщины диска (DTV). Эти изменения поверхности диска обычно являются результатом интенсивного использования дороги транспортным средством. DTV обычно приписывается следующим причинам: волнистость и шероховатость поверхности диска, смещение биения оси, прогиб упругости, износ и перемещение фрикционного материала. Любой тип потенциально можно исправить, обеспечив чистоту монтажной поверхности с обеих сторон тормозного диска между ступицей колеса и ступицей тормозного диска перед использованием и уделив внимание образованию отпечатков после длительного использования, оставив педаль тормоза сильно нажатой в конце интенсивного использования. Иногда во время процедуры можно очистить и свести к минимуму DTV и уложить новый ровный слой между колодкой и тормозным диском. Однако это не устранит горячие точки или чрезмерное биение.
Пыль[править]
При приложении тормозного усилия в результате абразивного трения между тормозной колодкой и диском происходит износ как диска, так и колодки. Тормозная пыль, которая оседает на колесах, суппортах и других компонентах тормозной системы, состоит в основном из материала диска. Тормозная пыль может повредить отделку большинства колес, если ее не смыть. Как правило, тормозная колодка, которая агрессивно стирает больше материала диска, такого как металлические накладки, создает больше тормозной пыли. Некоторые высокопроизводительные колодки для гусеничного использования или буксировки могут изнашиваться намного быстрее, чем обычные колодки, тем самым вызывая больше пыли из-за повышенного износа тормозного диска и колодок.
Затухание тормозов[править]
Замирание тормозов - это явление, которое снижает эффективность торможения. Это приводит к снижению мощности торможения, и вы чувствуете, что тормоза нажимаются не с той силой, с какой они нажимались во время запуска. Это происходит из-за нагрева тормозных колодок. Нагретые тормозные колодки выделяют некоторые газообразные вещества, которые покрывают пространство между диском и тормозными колодками. Эти газы нарушают контакт между тормозными колодками и диском и, следовательно, снижают эффективность торможения.