Дисковый тормоз — это тип тормоза , в котором суппорты прижимают пары колодок к диску или «ротору» [1] для создания трения . [2] Это действие замедляет вращение вала, например оси транспортного средства , либо для уменьшения его скорости вращения, либо для удержания его в неподвижном состоянии. Энергия движения преобразуется в отходящее тепло , которое необходимо рассеять.
Дисковые тормоза с гидравлическим приводом являются наиболее часто используемым видом тормозов для автомобилей. Тем не менее, принципы дискового тормоза применимы практически к любому вращающемуся валу. Компоненты включают диск, главный цилиндр и суппорт, которые содержат по крайней мере один цилиндр и две тормозные колодки с обеих сторон диска.
Разработка дисковых тормозов началась в Англии в 1890-х годах. В 1902 году компания Lanchester Motor Company разработала тормоза, которые выглядели и работали аналогично современной дисковой тормозной системе, хотя диск был тонким, а тормозную колодку приводил в действие трос. [3] Другие конструкции не были практичными или широко доступными в автомобилях еще 60 лет. Успешное применение в самолетах началось перед Второй мировой войной. Немецкий танк «Тигр» был оснащен дисками в 1942 году. После войны технологический прогресс начался в 1949 году с четырехколесных дисковых тормозов суппортного типа на линии Crosley и некалиперного типа Chrysler. В 1950-е годы произошла демонстрация превосходства на гонке «24 часа Ле-Мана» 1953 года , которая требовала торможения с высоких скоростей несколько раз за круг. [4] Победу одержала гоночная команда Jaguar , использовавшая автомобили, оборудованные дисковыми тормозами, причем большая часть заслуги была отдана превосходным характеристикам тормозов по сравнению с соперниками, оснащенными барабанными тормозами . [4] Массовое производство началось с включения в 1949–1950 годы во все производство Crosley, а устойчивое массовое производство началось с Citroën DS 1955 года . [3]
Дисковые тормоза обеспечивают лучшее торможение, чем барабанные, поскольку диск легче охлаждается. Следовательно, диски менее склонны к износу тормозов , вызванному перегревом тормозных компонентов. Дисковые тормоза также быстрее восстанавливаются после погружения (мокрые тормоза менее эффективны, чем сухие). [4]
Большинство конструкций барабанных тормозов имеют хотя бы одну ведущую колодку, обеспечивающую сервоэффект . Напротив, дисковый тормоз не имеет эффекта самообслуживания, и его тормозная сила всегда пропорциональна давлению, оказываемому на тормозную колодку тормозной системой через любой усилитель тормозов, педаль тормоза или рычаг. Это позволяет водителю лучше «чувствовать себя» и помогает избежать неминуемой блокировки. Барабаны также склонны к «раструбу» и застреванию изношенного материала накладки внутри узла, вызывая различные проблемы с торможением.
Диск обычно изготавливается из чугуна , но в некоторых случаях может быть изготовлен из композитов, таких как армированные углерод-углеродные композиты или композиты с керамической матрицей . Это связано с колесом и осью . Чтобы замедлить колесо, фрикционный материал в виде тормозных колодок , установленный на тормозном суппорте , механически, гидравлически , пневматически или электромагнитно прижимается к обеим сторонам диска. Трение приводит к замедлению или остановке диска и прикрепленного колеса.
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 Ланчестера . Однако ограниченный выбор металлов в тот период означал, что ему пришлось использовать медь в качестве тормозной среды, действующей на диск. Плохое состояние дорог в то время, а именно пыльные и неровные колеи, означало, что медь быстро изнашивалась, что делало систему непрактичной. [3] [5]
В 1921 году мотоциклетная компания Douglas представила дисковый тормоз на переднем колесе своих спортивных моделей с верхним расположением клапанов. Запатентованное Британской исследовательской ассоциацией мотоциклов и велосипедных автомобилей, Дуглас описал это 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 одержал победу на Senior TT 1923 года . [6]
Успешное применение началось на железнодорожных пассажирских поездах, самолетах и танках до и во время Второй мировой войны. В США компания Budd представила дисковые тормоза на General Pershing Zephyr для Берлингтонской железной дороги в 1938 году. К началу 1950-х годов дисковые тормоза регулярно применялись на новом пассажирском подвижном составе. [7] В Великобритании компания Daimler использовала дисковые тормоза на своем броневике Daimler 1939 года. Дисковые тормоза, изготовленные компанией Girling , были необходимы, потому что в этом полноприводном (4×4) автомобиле планетарная главная передача была в ступицах колес и поэтому не оставляет места для обычных барабанных тормозов, установленных на ступицах . [8]
В немецкой компании Argus Motoren Герман Клауэ (1912-2001) запатентовал [9] дисковые тормоза в 1940 году. Argus поставляла колеса с дисковыми тормозами, например, для Arado Ar 96 . [10] Немецкий тяжелый танк Tiger I был представлен в 1942 году с диском Argus-Werke диаметром 55 см [11] на каждом приводном валу.
Американский Crosley Hot Shot имел дисковые тормоза на всех четырех колесах в 1949 и 1950 годах, но они быстро оказались неприятными и были сняты. [3] Кросли вернулся к барабанным тормозам, и модификации барабанных тормозов для Hot Shots были довольно популярны. [12] Отсутствие достаточных исследований вызвало проблемы с надежностью, такие как прилипание и коррозия, особенно в регионах, где на зимних дорогах используется соль. [12] Четырехколесные дисковые тормоза Crosley сделали Crosley и специальные модели на базе Crosley популярными в SCCA H-Production и H-модифицированных гонках в 1950-х годах. [ нужна цитата ] Благодаря превосходному торможению их было трудно победить. [ нужна цитация ] Диск Crosley был конструкции Goodyear -Hawley, современного суппорта «пятнистого» типа с современным диском, заимствованным из конструкции, использованной в самолетах. [3]
Компания Chrysler разработала уникальную тормозную систему, предлагаемую с 1949 по 1953 год. [13] Вместо диска с нажимающим на него суппортом в этой системе использовались сдвоенные расширяющиеся диски, которые терлись о внутреннюю поверхность чугунного тормозного барабана, который выполнял функцию тормозного барабана. корпус тормоза. [12] Диски раздвигаются, создавая трение о внутреннюю поверхность барабана под действием стандартных колесных цилиндров . [12] Из-за высокой стоимости тормоза были стандартными только на Chrysler Crown и Town and Country Newport в 1950 году. [12] Однако они были дополнительными на других Chrysler по цене около 400 долларов, в то время как весь Crosley Hot Shot продавался по цене 935 долларов. [12] Эта четырехколесная дисковая тормозная система была построена компанией Auto Specialties Manufacturing Company (Ausco) из Сент-Джозефа, штат Мичиган , по патентам изобретателя Х. Л. Ламберта и впервые была испытана на Plymouth 1939 года . [12] Диски Chrysler были «самоподключающимися», поскольку некоторая часть энергии торможения сама вносила вклад в тормозное усилие. [12] Это было достигнуто с помощью маленьких шариков, установленных в овальные отверстия, ведущие к тормозной поверхности. [12] Когда диск впервые соприкоснулся с поверхностью трения, шарики выталкивались в отверстия, раздвигая диски дальше и увеличивая энергию торможения. [12] Это позволило снизить тормозное давление, чем при использовании суппортов, избежать затухания тормозов, обеспечить более прохладную работу и обеспечить на треть большую поверхность трения, чем стандартные двенадцатидюймовые барабаны Chrysler. [12] Сегодняшние владельцы считают Ауско-Ламберта очень надежным и мощным, но признают его хваткость и чувствительность. [12]
В 1953 году 50 моделей Austin-Healey 100S (Sebring) с алюминиевым кузовом , построенных в первую очередь для гонок, были первыми европейскими автомобилями, проданными населению и оснащенными дисковыми тормозами, установленными на всех четырех колесах. [14]
Гоночный автомобиль Jaguar C-Type выиграл гонку « 24 часа Ле-Мана» 1953 года . Он стал единственным автомобилем в гонке, в котором использовались дисковые тормоза, разработанные в Великобритании компанией Dunlop , и первым автомобилем в Ле-Мане, когда-либо развивавшим среднюю скорость более 100 миль в час. [15] «Большие барабанные тормоза Rivals могут сравниться с дисковыми тормозами по максимальной тормозной способности, но не с их огромной выносливостью». [4]
До этого, в 1950 году, Crosley HotShot со стандартными четырехколесными дисковыми тормозами выиграл Индекс производительности в первой гонке в Себринге (шесть часов вместо 12) в канун Нового года в 1950 году .
В 1955 году Citroën DS стал первым серийным автомобилем с современными автомобильными дисковыми тормозами, в котором использовались современные автомобильные дисковые тормоза. [3] [5] [16] [17] [18] Среди многих инноваций в автомобиле были передние дисковые тормоза суппортного типа. [3] Эти диски были установлены внутри двигателя рядом с трансмиссией и приводились в действие центральной гидравлической системой автомобиля. За 20 лет этой модели было продано 1,5 миллиона единиц с той же настройкой тормозов. [3]
Несмотря на ранние эксперименты, проведенные в 1902 году британской Lanchester Motor Company и американцами Chrysler и Crosley в 1949 году , дорогостоящая и проблемная технология не была готова к массовому производству. [3] [13] Попытки вскоре были прекращены. [3] [13] [12]
В 1956 году последовал Jensen 541 с дисковыми тормозами на все четыре колеса. [3] [19] Triumph представил публике TR3 1956 года с дисковыми тормозами, но первые серийные автомобили с передними дисковыми тормозами Girling были выпущены в сентябре 1956 года. [20] Jaguar начал предлагать дисковые тормоза в феврале 1957 года на модели XK150, [21] вскоре за ними последовал спортивный седан Mark 1 [22] , а в 1959 году — большой седан Mark IX. [23]
Дисковые тормоза были наиболее популярны на спортивных автомобилях , когда они были впервые представлены, поскольку эти автомобили более требовательны к тормозным характеристикам. Диски в настоящее время стали более распространенной формой в большинстве легковых автомобилей, хотя многие (особенно легкие автомобили) используют барабанные тормоза на задних колесах для снижения затрат и веса, а также для упрощения стояночного тормоза . Поскольку на передние тормоза приходится большая часть тормозного усилия, это может быть разумным компромиссом.
Во многих ранних реализациях автомобилей тормоза располагались на внутренней стороне карданного вала , рядом с дифференциалом , тогда как сегодня большинство тормозов расположены внутри колес. Внутреннее расположение снижает неподрессоренную массу и устраняет источник передачи тепла к шинам.
Исторически тормозные диски производились по всему миру, преимущественно в Европе и Америке. В период с 1989 по 2005 год производство тормозных дисков переместилось преимущественно в Китай.
В 1963 году Studebaker Avanti стал выпускаться с дисковыми тормозами. [24] ( система Bendix была дополнительной на некоторых других моделях Studebaker [25] ). Передние дисковые тормоза стали стандартным оборудованием в 1965 году на Rambler Marlin [26] (блоки Bendix были дополнительными для всех моделей Rambler Classic и Ambassador от American Motors [27] ), а также на Ford Thunderbird , [28] и Lincoln. Континентальный . [29] Дисковая тормозная система для всех четырех колес была также представлена в 1965 году на Chevrolet Corvette Stingray. [30] Большинство автомобилей в США перешли с передних барабанных тормозов на передние дисковые тормоза в конце 1970-х и начале 1980-х годов.
Первые мотоциклы, в которых использовались дисковые тормоза, были гоночными автомобилями. MV Agusta была первой, кто предложил публике мотоцикл с передним дисковым тормозом в небольших количествах в 1965 году на своем относительно дорогом туристическом мотоцикле 600 с использованием механической тормозной системы. [31] 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. [31] Дисковые тормоза сейчас распространены на мотоциклах, мопедах и даже горных велосипедах . Ламбретта применила первые дисковые тормоза в 1962 году на модели tv175.
Тормозной диск — это вращающаяся часть узла дискового тормоза колеса, к которой прилегают тормозные колодки. Материалом обычно является серый чугун , [32] разновидность чугуна . Конструкция дисков несколько различается. Некоторые из них просто твердые, а другие имеют полые ребра или лопасти, соединяющие две контактные поверхности диска (обычно это часть процесса литья). Вес и мощность автомобиля определяют необходимость в вентилируемых дисках. [27] «Вентилируемая» конструкция дисков помогает рассеивать выделяемое тепло и обычно используется на более нагруженных передних дисках.
Диски для мотоциклов, велосипедов и многих автомобилей часто имеют отверстия или прорези. Это делается для лучшего рассеивания тепла , для облегчения рассеивания поверхностных вод, для снижения шума, для уменьшения массы или для маркетинга косметики.
Диски с прорезями имеют неглубокие каналы, выточенные в диске для удаления пыли и газа. Нанесение прорезей является предпочтительным методом в большинстве гоночных условий для удаления газа и воды, а также удаления глазури с тормозных колодок. Некоторые диски имеют как отверстия, так и прорези. Диски с прорезями обычно не используются на стандартных автомобилях, поскольку они быстро изнашивают тормозные колодки; однако такое удаление материала полезно для гоночных автомобилей, поскольку оно сохраняет колодки мягкими и предотвращает остекловывание их поверхностей. На дороге диски с отверстиями или прорезями по-прежнему оказывают положительный эффект во влажных условиях, поскольку отверстия или прорези предотвращают образование пленки воды между диском и колодками.
Двухсоставные диски представляют собой диск, в котором центральная монтажная часть диска изготовлена отдельно от внешнего фрикционного кольца. Центральную часть, используемую для установки, часто называют колоколом или шляпкой, и она обычно изготавливается из такого сплава, как сплав 7075 , и жестко анодируется для обеспечения долговечности. Наружное кольцо диска обычно изготавливается из серого чугуна , но в особых случаях может быть изготовлено из стали или углеродистой керамики . Возникло из автоспорта, но теперь широко распространено в высокопроизводительных приложениях и послепродажных обновлениях. Двухкомпонентные диски могут поставляться в виде фиксированного узла с обычными гайками, болтами и шайбами или в виде более сложной плавающей системы, в которой приводные бобины позволяют двум частям тормозного диска расширяться и сжиматься с разной скоростью, что снижает вероятность диск деформируется от перегрева. Ключевыми преимуществами двухсекционного диска являются экономия критического неподрессоренного веса и отвод тепла от поверхности диска через колпак (шляпку) из сплава. Как фиксированные, так и плавающие варианты имеют свои недостатки и преимущества: плавающие диски склонны к дребезжанию и сбору мусора и лучше всего подходят для автоспорта, тогда как фиксированные лучше всего подходят для использования на дорогах. [33]
Lambretta впервые в серийном производстве использовала одиночный плавающий передний дисковый тормоз, заключенный в вентилируемую ступицу из литого сплава и приводимый в действие тросом, на TV175 1962 года. [34] За этим последовал GT200 в 1964 году. [35] [36] [37] [38] Honda CB750 1969 года представила в больших масштабах гидравлические дисковые тормоза после MV Agusta 600 1965 года, который имел механический привод с тросовым приводом. . [31] [39]
В отличие от автомобильных дисковых тормозов, которые встроены в колесо, велосипедные дисковые тормоза находятся в потоке воздуха и имеют оптимальное охлаждение. Хотя чугунные диски имеют пористую поверхность, обеспечивающую превосходные тормозные характеристики, под дождем такие диски ржавеют и теряют внешний вид. Соответственно, диски мотоциклов обычно изготавливаются из нержавеющей стали, имеют просверленные отверстия, прорези или волнистые для отвода дождевой воды. Современные мотоциклетные диски, как правило, имеют плавающую конструкцию, при которой диск «плавает» на бобинах и может слегка перемещаться, что позволяет лучше центрировать диск при фиксированном суппорте. Плавающий диск также позволяет избежать деформации диска и снижает передачу тепла на ступицу колеса. Суппорты превратились из простых однопоршневых в двух-, четырех- и даже шестипоршневые. [40] По сравнению с автомобилями, мотоциклы имеют более высокое соотношение центра масс к колесной базе , поэтому при торможении на них приходится больший перенос веса . Передние тормоза поглощают большую часть тормозного усилия, а задний тормоз служит в основном для балансировки мотоцикла при торможении. Современные спортивные велосипеды обычно имеют два больших передних диска и одинарный задний диск гораздо меньшего размера. Особенно быстрые или тяжелые велосипеды могут иметь вентилируемые диски.
В ранних дисковых тормозах (например, на ранних моделях Honda Fours и Norton Commando ) суппорты располагались поверх диска, перед ползуном вилки. Несмотря на то, что это обеспечило лучшее охлаждение тормозных колодок, в настоящее время почти повсеместно принято размещать суппорт позади ползунка (чтобы уменьшить угловой момент вилки). Задние дисковые суппорты могут быть установлены над (например, BMW R1100S ) или под (например, Yamaha TRX850 ) качающимся рычагом: низкое крепление обеспечивает немного более низкий центр тяжести, а верхнее расположение делает суппорт более чистым и защищенным от дорожных препятствий. .
Одна из проблем с дисковыми тормозами мотоциклов заключается в том, что когда мотоцикл попадает в сильный удар по баку (высокоскоростное колебание переднего колеса), тормозные колодки в суппортах отталкиваются от дисков, поэтому, когда водитель нажимает на тормозной рычаг, Поршни суппорта прижимают колодки к дискам, фактически не вступая в контакт. Водитель сразу тормозит сильнее, из-за чего колодки прижимаются к диску гораздо агрессивнее, чем при обычном торможении. Например, инцидент с Микеле Пирро в Муджелло, Италия, 1 июня 2018 года. [41] По крайней мере, один производитель разработал систему противодействия выталкиванию колодок.
Современной разработкой, особенно для перевернутых («перевернутых» или «USD») вилок, является радиально установленный суппорт. Несмотря на то, что они модны, нет никаких доказательств того, что они улучшают эффективность торможения и не повышают жесткость вилки. (Из-за отсутствия распорки вилки вилка USD может быть лучше усилена за счет увеличенной передней оси). [ нужна цитата ]
Велосипедные дисковые тормоза могут варьироваться от простых механических (тросовых) систем до дорогих и мощных многопоршневых гидравлических дисковых систем, обычно используемых на велосипедах для скоростного спуска . Усовершенствованная технология привела к созданию вентилируемых дисков для использования на горных велосипедах , аналогичных тем, что используются на автомобилях, которые помогают избежать перегрева при быстрых спусках по горам. Хотя диски и менее распространены, они также используются на дорожных велосипедах для всепогодной езды с предсказуемым торможением, хотя иногда предпочтение отдается барабанам, поскольку их труднее повредить на переполненной парковке, где диски иногда повреждаются. Большинство велосипедных тормозных дисков изготовлены из стали. Нержавеющая сталь предпочтительна из-за ее антикоррозийных свойств. [42] Диски тонкие, часто около 2 мм. Некоторые используют плавающий диск, состоящий из двух частей, другие используют цельный цельный металлический диск. В дисковых тормозах велосипеда используется либо двухпоршневой суппорт, который зажимает диск с обеих сторон, либо однопоршневой суппорт с одной подвижной колодкой, которая сначала контактирует с диском, а затем прижимает диск к неподвижной колодке. [43] Поскольку энергоэффективность очень важна для велосипедов, необычной особенностью велосипедных тормозов является то, что колодки убираются, чтобы устранить остаточное сопротивление при отпускании тормоза. [ требуются разъяснения ] Напротив, большинство других тормозов слегка тянут колодки при отпускании, чтобы свести к минимуму начальный рабочий ход. [ нужны разъяснения ]
Дисковые тормоза все чаще используются на очень больших и тяжелых дорожных транспортных средствах, где раньше большие барабанные тормоза были почти универсальными. Одна из причин заключается в том, что отсутствие самопомощи в диске делает тормозное усилие гораздо более предсказуемым, поэтому пиковое тормозное усилие может быть увеличено без увеличения риска рулевого управления или складывания автомобиля из-за торможения на сочлененных транспортных средствах. Другой вариант заключается в том, что дисковые тормоза меньше ослабевают при нагревании, а в тяжелых транспортных средствах сопротивление воздуха, сопротивление качению и торможение двигателем составляют малую часть общей тормозной силы, поэтому тормоза используются более интенсивно, чем на более легких транспортных средствах, и затухание барабанных тормозов может произойти за одну остановку. По этим причинам тяжелый грузовик с дисковыми тормозами может остановиться примерно на 120% пути легкового автомобиля, а с барабанными тормозами остановка занимает около 150% пути. [44] В Европе правила тормозного пути по существу требуют использования дисковых тормозов для тяжелых транспортных средств. В США использование барабанов разрешено и обычно предпочтительнее из-за более низкой закупочной цены, несмотря на более высокую общую стоимость срока службы и более частые интервалы обслуживания. [ нужна цитата ]
Диски еще большего размера используются в железнодорожных вагонах , трамваях и некоторых самолетах . В пассажирских железнодорожных вагонах и легкорельсовом транспорте часто используются дисковые тормоза, расположенные снаружи колес, что помогает обеспечить свободный поток охлаждающего воздуха. В некоторых современных пассажирских вагонах, таких как вагоны Amfleet II , используются внутренние дисковые тормоза. Это снижает износ от мусора и обеспечивает защиту от дождя и снега, которые делают диски скользкими и ненадежными. Тем не менее, охлаждения по-прежнему достаточно для надежной работы. На некоторых самолетах тормоза установлены с очень слабым охлаждением, и при остановке тормоза нагреваются. Это приемлемо, поскольку времени на охлаждение достаточно, а максимальная энергия торможения вполне предсказуема. Если энергия торможения превышает максимальную, например, во время аварийной ситуации, возникшей при взлете, колеса самолета могут быть оснащены плавкой вставкой [45] для предотвращения разрыва шины. Это знаковое испытание в развитии самолетов. [46]
Для использования в автомобилях диски дисковых тормозов обычно изготавливаются из серого чугуна . [32] SAE поддерживает спецификации на производство серого чугуна для различных применений . Для обычных автомобилей и легких грузовиков спецификация SAE J431 G3000 (замененная 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 дисками из углеродного волокна и колодками из углеродного волокна. Скорость износа, как правило, высока, а торможение может быть плохим или резким, пока тормоза не нагреются.
В гоночных и высокопроизводительных дорожных автомобилях используются другие материалы дисков. Усиленные карбоновые диски и колодки, вдохновленные авиационными тормозными системами, такими как те, которые используются на Concorde , были представлены в Формуле-1 компанией Brabham совместно с Dunlop в 1976 году . вес , что обеспечивает лучшие фрикционные характеристики и улучшенные структурные свойства при высоких температурах по сравнению с чугуном. Углеродные тормоза иногда применялись на дорожных автомобилях, например, французским производителем спортивных автомобилей Venturi в середине 1990-х годов, но им необходимо достичь очень высокой рабочей температуры , прежде чем они станут по-настоящему эффективными, и поэтому они не очень подходят для дорожного использования. Чрезмерное нагревание, выделяемое этими системами, заметно во время ночных гонок, особенно на более коротких трассах. Нередко можно увидеть, как тормозные диски светятся красным во время использования.
Керамические диски используются в некоторых высокопроизводительных автомобилях и тяжелых транспортных средствах.
Первая разработка современных керамических тормозов была разработана британскими инженерами для TGV в 1988 году. Целью было уменьшить вес и количество тормозов на ось, а также обеспечить стабильное трение на высоких скоростях и при любых температурах. Результатом стал керамический процесс, армированный углеродным волокном , который сейчас используется в различных формах для автомобильных, железнодорожных и авиационных тормозов.
Благодаря высокой термостойкости и механической прочности керамические композитные диски часто используются на экзотических автомобилях , где стоимость не является непомерно высокой. [48] Их также можно найти в промышленности, где легкий вес керамических дисков и неприхотливость в обслуживании оправдывают их стоимость. Композитные тормоза могут выдерживать температуры, которые могут повредить стальные диски.
Композитные керамические тормоза Porsche (PCCB) представляют собой силиконизированное углеродное волокно, устойчивое к высоким температурам, вес на 50 % меньше, чем у железных дисков (следовательно, снижается неподрессоренная масса автомобиля), значительное снижение пылеобразования, существенно увеличенные интервалы технического обслуживания и повышенная стойкость в агрессивных средах. Этот тормоз можно найти на некоторых из более дорогих моделей, а также он является дополнительным тормозом для всех уличных Porsche за дополнительную плату. Их можно узнать по ярко-желтой окраске алюминиевых шестипоршневых суппортов. Диски имеют внутреннюю вентиляцию, как и чугунные, и просверлены поперечными отверстиями. [ нужна цитата ]
В автомобильной промышленности уплотнение поршня имеет квадратное поперечное сечение, также известное как уплотнение с квадратным вырезом.
Когда поршень движется внутрь и наружу, уплотнение тянется и растягивается на поршне, вызывая его скручивание. Уплотнение деформируется примерно на 1/10 миллиметра. Поршень может свободно двигаться, но небольшое сопротивление, вызванное уплотнением, не позволяет поршню полностью втянуться в предыдущее положение при отпускании тормозов, и таким образом компенсирует провисание, вызванное износом тормозных колодок. устраняя необходимость в возвратных пружинах. [49] [50]
В некоторых задних дисковых суппортах стояночный тормоз активирует механизм внутри суппорта, который выполняет некоторые из тех же функций.
Диски обычно повреждаются одним из четырех способов: образованием рубцов, растрескиванием, короблением или чрезмерным ржавлением. Сервисные центры иногда реагируют на любую проблему с дисками, полностью заменяя диски. Это делается в основном в тех случаях, когда стоимость нового диска может быть ниже, чем стоимость рабочей силы по восстановлению поверхности старого диска. С механической точки зрения в этом нет необходимости, если только диски не достигли минимальной рекомендованной производителем толщины, что делает их использование небезопасным, или если лопасти не сильно подвержены ржавчине (только вентилируемые диски). Большинство ведущих производителей автомобилей рекомендуют скимминг тормозных дисков (США: поворот) в качестве решения проблем бокового биения, вибрации и шума тормозов. Процесс обработки выполняется на токарно-тормозном станке , который снимает очень тонкий слой с поверхности диска, чтобы счистить мелкие повреждения и восстановить равномерную толщину. Обработка диска по мере необходимости позволит максимально увеличить пробег имеющихся дисков на автомобиле.
Биение измеряется с помощью циферблатного индикатора на фиксированном жестком основании, кончик которого перпендикулярен поверхности тормозного диска. Обычно он измеряется примерно на 1/2 дюйма ( 12,7 мм) от наружного диаметра диска. Диск вращается. Разница между минимальным и максимальным значением на циферблате называется боковым биением. Типичные характеристики биения узла ступицы/диска для легковых автомобилей составляют около 0,002 дюйма (0,0508 мм ). Биение может быть вызвано либо деформацией самого диска, либо биением нижней поверхности ступицы колеса, либо загрязнением между поверхностью диска и посадочной поверхностью нижележащей ступицы. Для определения первопричины смещения индикатора (бокового биения) необходима разборка диска со ступицы. Биение торца диска из-за биения или загрязнения торца ступицы обычно имеет период 1 минимум и 1 максимум за один оборот тормозного диска.
Диски могут быть обработаны для устранения разницы в толщине и бокового биения. Обработка может производиться на месте (на автомобиле) или вне автомобиля (на токарном станке). Оба метода устранят разницу в толщине. Обработка на автомобиле с использованием соответствующего оборудования также может устранить боковое биение из-за неперпендикулярности поверхности ступицы.
Неправильная установка может деформировать диски. Болты крепления диска (или гайки крепления колеса/проушины, если диск прижат к колесу) необходимо постепенно и равномерно затягивать. Использование пневматических инструментов для затягивания гаек с проушинами может быть плохой практикой, если для окончательной затяжки не используется динамометрический ключ. В руководстве по эксплуатации автомобиля указана правильная схема затяжки, а также номинальный момент затяжки болтов. Гайки с проушинами никогда не следует затягивать по кругу. Некоторые автомобили чувствительны к усилию, приложенному к болтам, поэтому затягивание следует производить динамометрическим ключом .
Часто неравномерную передачу пэдов путают с деформацией диска. [51] Большинство тормозных дисков, диагностированных как «деформированные», являются результатом неравномерного переноса материала колодок. Неравномерный перенос колодок может привести к изменению толщины диска. Когда более толстая часть диска проходит между колодками, колодки раздвигаются и педаль тормоза слегка приподнимается; это пульсация педали. Изменение толщины может ощущаться водителем, когда оно составляет примерно 0,17 мм (0,0067 дюйма) или больше (на автомобильных дисках).
Изменение толщины имеет множество причин, но три основных механизма способствуют распространению изменений толщины диска. Во-первых, это 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 отложению материала на тормозном диске. Другой причиной неравномерной передачи материала является неправильная приработка комбинации колодка/диск. Для правильной обкатки поверхность диска следует обновлять (путем механической обработки контактной поверхности или заменой диска) каждый раз при замене колодок. Как только это будет сделано, тормоза сильно нажимаются несколько раз подряд. Это создает гладкую и ровную поверхность контакта между колодкой и диском. Если это не будет сделано должным образом, тормозные колодки будут испытывать неравномерное распределение нагрузки и тепла, что приведет к неравномерному, кажущемуся случайным, отложению материала колодок. Третий основной механизм неравномерного переноса материала подушечки – это «импринтинг подушечки». Это происходит, когда тормозные колодки нагреваются до такой степени, что материал начинает разрушаться и переходить на диск. В правильно обкатанной тормозной системе (с правильно подобранными колодками) эта передача является естественной и вносит основной вклад в тормозное усилие, создаваемое тормозными колодками. Однако если автомобиль останавливается, а водитель продолжает тормозить, как это принято в автомобилях с автоматической коробкой передач , на колодках образуется слой материала по форме тормозной колодки. Это небольшое изменение толщины может положить начало циклу неравномерного переноса контактной площадки.
Как только диск имеет некоторую разницу в толщине, неравномерное осаждение колодок может ускориться, что иногда приводит к изменениям в кристаллической структуре 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, нажимающая на педаль тормоза, естественным образом сопротивляется этому изменению, и поэтому к колодкам прикладывается большее усилие. В результате более толстые секции подвергаются более высокому уровню напряжения. Это вызывает неравномерный нагрев поверхности диска, что вызывает две основные проблемы. Поскольку тормозной диск нагревается неравномерно, он также неравномерно расширяется. Более толстые секции диска расширяются больше, чем более тонкие, из-за большего нагревания, и, таким образом, разница в толщине увеличивается. Кроме того, неравномерное распределение тепла приводит к дальнейшей неравномерной передаче материала колодки. В результате более толстые и горячие секции получают даже больше материала колодок, чем более тонкие и холодные секции, что способствует дальнейшему увеличению разницы в толщине диска. В экстремальных ситуациях 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 тяжелого углерода карбида. области, известные как цементит . Этот карбид железа сильно отличается от чугуна, из которого состоит остальная часть диска. 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 и поглощать тепло с той же скоростью, что и окружающий его чугун, что приводит к возвращению неравномерной толщины и нагревательных характеристик диска.
Рубцы (США: задиры) могут возникнуть, если тормозные колодки не заменяются своевременно, когда срок их службы подходит к концу и они считаются изношенными. Как только фрикционный материал изнашивается, стальная опорная пластина колодки (для приклеенных колодок) или заклепки фиксатора колодки (для клепаных колодок) будут прилегать к изнашиваемой поверхности диска, снижая тормозную мощность и создавая царапины на диске. Как правило, диск с умеренными царапинами или царапинами, который удовлетворительно работал с существующими тормозными колодками, будет одинаково пригоден для использования с новыми колодками. Если рубцы более глубокие, но не чрезмерные, их можно устранить путем механической обработки слоя поверхности диска. Это можно сделать только ограниченное количество раз, поскольку диск имеет минимальную номинальную безопасную толщину. Минимальное значение толщины обычно заливается в диск во время изготовления на ступице или на краю диска. В Пенсильвании , где действует одна из самых строгих программ проверки безопасности автомобилей в Северной Америке, автомобильный диск не может пройти проверку безопасности, если какая-либо царапина глубже 0,015 дюйма (0,38 мм), и его необходимо заменить, если механическая обработка приведет к уменьшению размера диска. ниже минимальной безопасной толщины.
Чтобы предотвратить образование рубцов, целесообразно периодически проверять тормозные колодки на предмет износа. Замена шин является логичным моментом для проверки, поскольку ротация 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 устройств обеспечивают достаточно открытого пространства, чтобы можно было увидеть колодки, не снимая колесо. Если это возможно, колодки, находящиеся вблизи точки износа, следует заменять немедленно, поскольку полный износ приводит к образованию рубцов и небезопасному торможению. Многие колодки дисковых тормозов включают в себя какую-то пружину из мягкой стали или язычок тормоза как часть узла колодки, который тянет диск, когда колодка почти изношена. При этом издается умеренно громкий визг, предупреждающий водителя о необходимости обслуживания. Обычно это не приводит к повреждению диска, если тормоза обслуживаются своевременно. Комплект колодок можно рассмотреть для замены, если толщина материала колодок равна или меньше толщины стальной основы. В Пенсильвании стандарт составляет 1/32 дюйма.
Растрескивание в основном ограничивается просверленными дисками, на которых могут образовываться небольшие трещины по краям отверстий, просверленных вблизи края диска, из-за неравномерной скорости расширения диска в тяжелых условиях эксплуатации. Производители, которые используют перфорированные диски в качестве OEM, обычно делают это по двум причинам: внешний вид, если они определяют, что средний владелец модели автомобиля предпочтет внешний вид, не подвергая при этом чрезмерную нагрузку на оборудование; или как функция уменьшения неподрессоренной массы тормозного узла, при инженерном предположении, что остается достаточно массы тормозного диска, чтобы выдерживать гоночные температуры и нагрузки. Тормозной диск представляет собой теплоотвод , но потерю массы теплоотвода можно компенсировать увеличением площади поверхности для отвода тепла. Небольшие микротрещины могут появиться на любом перфорированном металлическом диске как нормальный механизм износа, но в тяжелых случаях диск выйдет из строя. Ремонт трещин невозможен, и если трещины становятся серьезными, диск необходимо заменить. Эти трещины возникают из-за явления малоцикловой усталости в результате многократного резкого торможения. [52]
Диски обычно изготавливаются из чугуна, и определенное количество поверхностной ржавчины является нормальным. Область контакта диска с тормозными колодками будет поддерживаться в чистоте при регулярном использовании, но на автомобиле, хранящемся в течение длительного периода, в области контакта может образоваться значительная ржавчина, что может снизить тормозную мощность на некоторое время, пока ржавый слой снова не сотрется. . Ржавчина также может привести к деформации диска при повторном включении тормозов после хранения из-за разницы в нагреве нержавеющих участков, оставшихся покрытыми колодками, и ржавчины вокруг большей части поверхности диска. Со временем на вентилируемых тормозных дисках внутри вентиляционных щелей может образоваться сильная ржавчина, что поставит под угрозу прочность конструкции и потребует замены. [53]
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 и фиксированные. Неподвижный суппорт не перемещается относительно диска и, следовательно, менее устойчив к несовершенствам диска. В нем используется одна или несколько пар противоположных поршней для зажима с каждой стороны диска, и он более сложен и дорог, чем плавающий суппорт.
Плавающий суппорт (также называемый «скользящим суппортом») перемещается из стороны в сторону диска по линии, параллельной оси вращения диска; поршень на одной стороне диска толкает внутреннюю тормозную колодку до тех пор, пока она не коснется тормозной поверхности, затем тянет корпус суппорта с внешней тормозной колодкой, так что давление оказывается на обе стороны диска. Конструкции с плавающим суппортом (однопоршневым) подвержены залипанию, вызванному попаданием грязи или коррозии хотя бы в один монтажный механизм и прекращением его нормального движения. Это может привести к тому, что колодки суппорта будут тереться о диск, когда тормоз не задействован или включается под углом. Залипание может быть результатом нечастого использования автомобиля, выхода из строя уплотнения или резинового защитного чехла, допускающего попадание мусора, высыхания смазки в монтажном механизме и последующего проникновения влаги, приводящего к коррозии, или некоторой комбинации этих факторов. Последствия могут включать снижение эффективности использования топлива, сильный нагрев диска или чрезмерный износ затронутой колодки. Залипший передний суппорт также может вызвать вибрацию рулевого управления.
Другой тип плавающего суппорта — качающийся суппорт. Вместо пары горизонтальных болтов, которые позволяют суппорту двигаться прямо внутрь и наружу относительно кузова автомобиля, в качающемся суппорте используется один вертикальный шарнирный болт, расположенный где-то за осевой линией оси. Когда водитель нажимает на тормоз, тормозной поршень толкает внутренний поршень и вращает весь суппорт внутрь, если смотреть сверху. Поскольку угол наклона поршня качающегося суппорта изменяется относительно диска, в этой конструкции используются колодки клиновидной формы, которые уже сзади снаружи и уже спереди внутри.
В ободных тормозах велосипедов также используются тормозные суппорты различных типов .
В наиболее распространенной конструкции суппорта используется один поршень с гидравлическим приводом внутри цилиндра, хотя в высокопроизводительных тормозах их может быть целых двенадцать. В современных автомобилях в качестве меры безопасности используются разные гидравлические контуры для приведения в действие тормозов на каждой паре колес . Гидравлическая конструкция также помогает увеличить тормозное усилие. Количество поршней в суппорте часто называют количеством «горшков», поэтому, если автомобиль имеет «шестипоршневые» суппорты, это означает, что в каждом суппорте находится шесть поршней.
Отказ тормоза может возникнуть в результате невозможности втягивания поршня, что обычно является следствием неиспользования автомобиля при длительном хранении на открытом воздухе в неблагоприятных условиях. На автомобилях с большим пробегом могут течь сальники поршней , что необходимо своевременно устранять.
Тормозные колодки рассчитаны на высокое трение , при этом материал тормозных колодок внедряется в диск в процессе притирки и при этом изнашивается равномерно. Трение можно разделить на две части. Они бывают: клеевые и абразивные.
В зависимости от свойств материала колодки и диска, а также конфигурации и использования скорость износа колодки и диска будет значительно различаться. Свойства, определяющие износ материала, включают компромисс между производительностью и долговечностью.
Тормозные колодки обычно необходимо заменять регулярно (в зависимости от материала колодок и стиля вождения), а некоторые из них оснащены механизмом, предупреждающим водителей о необходимости замены, например, тонким кусочком мягкого металла, который трётся о диск при замене колодок. слишком тонкая, вызывающая визг тормозов, мягкий металлический язычок, встроенный в материал колодки, который замыкает электрическую цепь и зажигает сигнальную лампу, когда тормозная колодка становится тонкой, или электронный датчик .
Обычно дорожные автомобили имеют две тормозные колодки на каждый суппорт, а на каждый гоночный суппорт устанавливается до шести тормозных колодок с различными фрикционными свойствами в шахматном порядке для достижения оптимальных характеристик.
Первые тормозные колодки (и накладки ) содержали асбест , образующий пыль, которую нельзя вдыхать. Хотя новые колодки могут быть изготовлены из керамики, кевлара и других пластиков, следует избегать вдыхания тормозной пыли независимо от материала.
Иногда при нажатии на тормоза возникает громкий шум или пронзительный визг. Чаще всего встречается на старых автомобилях и тех, которые были произведены или приобретены некоторое время назад. Большая часть визга тормозов возникает из-за вибрации (резонансной нестабильности) тормозных компонентов, особенно колодок и дисков (так называемое силовое возбуждение ). Этот тип визга не должен отрицательно влиять на эффективность торможения. Методы включают в себя добавление накладок с фаской в точки контакта между поршнями суппорта и колодками, приклеивание изоляторов (амортизирующий материал) к задней пластине колодки, тормозные прокладки между тормозной колодкой и поршнями и т. д. Все это должно быть покрыто чрезвычайно высокой температурой. , смазка с высоким содержанием твердых частиц, помогающая уменьшить визг. Это позволяет деталям, соединяющим металл с металлом, двигаться независимо друг от друга и тем самым устранять накопление энергии, которая может создавать частоту, которую можно услышать как визг, стон или рычание тормозов. Естественно, некоторые колодки будут визжать сильнее, в зависимости от типа колодки и варианта ее использования. Колодки, которые обычно рассчитаны на то, чтобы выдерживать очень высокие температуры в течение длительного периода времени, обычно вызывают сильное трение, что приводит к большему шуму при торможении. [54]
Холодная погода в сочетании с высокой утренней влажностью (росой) часто усиливает визг тормозов, хотя визг обычно прекращается, когда накладки достигают нормальной рабочей температуры. Это сильнее влияет на колодки, предназначенные для использования при более высоких температурах. Пыль на тормозах также может вызывать визг, а имеющиеся в продаже средства для чистки тормозов предназначены для удаления грязи и других загрязнений. Колодки без надлежащего количества переносимого материала также могут визжать, это можно исправить путем притирки или повторной притирки тормозных колодок к тормозным дискам.
Некоторые индикаторы износа накладок, расположенные либо в виде полуметаллического слоя внутри материала тормозных колодок, либо с внешним «датчиком», также предназначены для визга, когда накладки подлежат замене. Типичный внешний датчик принципиально отличается от шумов, описанных выше (при торможении), поскольку шум датчика износа обычно возникает, когда тормоза не используются. Датчик износа может издавать только визг при торможении, когда он впервые начинает указывать на износ, но это все равно принципиально другой звук и высота. [54] [55]
Дрожание тормозов обычно воспринимается водителем как вибрация от незначительной до сильной, передаваемая через шасси во время торможения. [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64]
Феномен дрожания можно разделить на две отдельные подгруппы: горячее (или тепловое ) или холодное дрожание.
Горячая дрожь обычно возникает в результате более длительного и умеренного торможения с высокой скорости, когда автомобиль не полностью останавливается. [65] Обычно это происходит, когда автомобилист снижает скорость со 120 км/ч (74,6 миль в час) до примерно 60 км/ч (37,3 миль в час), что приводит к передаче сильной вибрации водителю. Эти вибрации являются результатом неравномерного распределения тепла или горячих точек . Горячие точки классифицируются как концентрированные тепловые области, которые чередуются между обеими сторонами диска и искажают его таким образом, что вокруг его краев возникает синусоидальная волнистость. Когда 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. [66] [67] [68] [69]
Холодное дрожание, с другой стороны, является результатом неравномерного износа диска или изменения толщины диска (DTV). Эти изменения поверхности диска обычно являются результатом интенсивного использования автомобиля на дорогах. DTV обычно связывают со следующими причинами: волнистостью и шероховатостью поверхности диска, [70] несоосностью биения осей , упругим прогибом, износом и переносом фрикционного материала. [58] [69] [71] Любой тип потенциально можно исправить, обеспечив чистую монтажную поверхность по обе стороны тормозного диска между ступицей колеса и ступицей тормозного диска перед использованием и уделив внимание отпечаткам после длительного использования, оставив тормоз. педаль сильно нажата в конце интенсивного использования. Иногда в ходе процедуры можно очистить и минимизировать ДТВ и уложить новый ровный переносной слой между колодкой и тормозным диском. Однако это не устранит точки перегрева или чрезмерное биение .
При приложении тормозного усилия в результате абразивного трения между тормозной колодкой и диском изнашивается как диск, так и колодка. Тормозная пыль, оседающая на колесах, суппортах и других компонентах тормозной системы, состоит в основном из материала дисков. [72] Тормозная пыль может повредить отделку большинства колес, если ее не смыть. [73] Как правило, тормозные колодки, которые агрессивно стирают больше материала диска, например металлические колодки, создают больше тормозной пыли. Некоторые более эффективные колодки для использования на гусеничных дорогах или для буксировки могут изнашиваться гораздо быстрее, чем обычные колодки, что приводит к образованию большего количества пыли из-за повышенного износа тормозного диска и тормозных колодок. [54]
Затухание тормозов – это явление, которое снижает эффективность торможения. Это приводит к снижению мощности торможения, и вы чувствуете, что тормоза не применяются с той силой, с которой они были приложены во время трогания с места. Это происходит из-за нагрева тормозных колодок. Нагретые тормозные колодки выделяют газообразные вещества, которые покрывают пространство между диском и тормозными колодками. Эти газы нарушают контакт между тормозными колодками и диском и, следовательно, снижают эффективность торможения. [74]
СМИ, связанные с дисковыми тормозами, на Викискладе?
