Тормозные колодки являются компонентом дисковых тормозов, используемых в автомобильной и других областях. Тормозные колодки состоят из стальных опорных пластин с фрикционным материалом, прикрепленным к поверхности, обращенной к роторам дискового тормоза.
Тормозные колодки преобразуют кинетическую энергию транспортного средства в тепловую энергию посредством трения . Две тормозные колодки содержатся в тормозе , их фрикционные поверхности обращены к ротору. [1] Когда тормоза гидравлически задействованы, суппорт зажимает или сжимает две колодки вместе на вращающемся роторе, чтобы замедлить и остановить транспортное средство. Когда тормозная колодка нагревается из-за контакта с ротором , она переносит небольшое количество своего фрикционного материала на диск, оставляя на нем тускло-серое покрытие. Тормозная колодка и диск (теперь оба имеющие фрикционный материал) затем «прилипают» друг к другу, обеспечивая трение, которое останавливает транспортное средство.
В дисковых тормозах обычно имеется две тормозные колодки на ротор диска, они обе работают вместе. Они удерживаются на месте и приводятся в действие суппортом, прикрепленным к ступице колеса или стойке подвески . Однако гоночные суппорты могут использовать до шести колодок с различными фрикционными свойствами в шахматном порядке для оптимальной производительности. В зависимости от свойств материала, веса транспортного средства и скорости, с которой оно движется, скорость износа дисков может меняться. Тормозные колодки обычно необходимо регулярно менять (в зависимости от материала колодки). Большинство тормозных колодок оснащены методом оповещения водителя о необходимости это сделать. Распространенный метод заключается в изготовлении небольшой центральной канавки, окончательное исчезновение которой из-за износа указывает на окончание срока службы колодки. Другие методы включают размещение тонкой полоски мягкого металла в канавке таким образом, что при обнажении (из-за износа) тормоза громко визжат. В материал колодки также может быть встроена мягкая металлическая пластинка износа, которая замыкает электрическую цепь , когда тормозная колодка изнашивается, зажигая предупреждающий индикатор на панели приборов.
Концепция тормозных колодок или дисковых тормозов как альтернативы барабанным тормозам существовала, по крайней мере, еще с патента Ф. В. Ланчестера в 1902 году. [2] Однако из-за высокой стоимости и неэффективности по сравнению с барабанными тормозами они не были широко внедрены до окончания Второй мировой войны . [3] После того, как технология дисковых тормозов улучшилась, эффективность тормозов быстро превзошла эффективность барабанных тормозов. Разница в эффективности была наиболее заметно продемонстрирована в 1953 году, когда Jaguar, оснащенный тормозными колодками, выиграл гонку на выносливость «24 часа Ле-Мана» . [3] [4] Успех Jaguar обычно приписывают дисковым тормозам автомобиля, которые позволяли водителям быстрее подходить к поворотам и тормозить позже, чем их соперники, что в конечном итоге привело к его победе. Еще в 1963 году большинство автомобилей, использующих дисковые тормоза, были европейского производства, а американские автомобили переняли эту технологию в конце 1960-х годов после изобретения фиксированных суппортов, которые сделали установку более дешевой и компактной. [3]
Дисковые тормоза обеспечивают лучшую эффективность торможения по сравнению с барабанными тормозами . Они обеспечивают лучшую устойчивость к « выцветанию тормозов », вызванному перегревом тормозных колодок, а также способны быстро восстанавливаться после погружения (мокрые тормоза менее эффективны). В отличие от барабанного тормоза, дисковый тормоз не имеет эффекта самоусилителя — тормозное усилие всегда пропорционально давлению, приложенному к рычагу педали тормоза. Однако многие дисковые тормозные системы имеют сервоусилитель («Brake Booster») для уменьшения усилия водителя на педали. [ необходима цитата ]
Колодки дискового тормоза легче осматривать и заменять, чем фрикционные накладки барабанного тормоза.
Существует множество типов тормозных колодок, в зависимости от предполагаемого использования транспортного средства, от очень мягких и агрессивных (например, гоночные приложения) до более жестких, более прочных и менее агрессивных составов. Большинство производителей транспортных средств рекомендуют определенный тип тормозных колодок для своего транспортного средства, но составы можно изменить (купив колодку другой марки или заменив ее на производительную колодку из ассортимента производителя) в соответствии с личными вкусами и стилем вождения. Всегда следует проявлять осторожность при покупке нестандартных тормозных колодок, поскольку диапазоны рабочих температур могут различаться, например, производительные колодки не будут эффективно тормозить на холоде или стандартные колодки будут изнашиваться при интенсивном вождении. В автомобилях, которые страдают от чрезмерного выцветания тормозов , проблему можно свести к минимуму, установив более качественные и более агрессивные тормозные колодки.
Наиболее важными характеристиками, которые учитываются при выборе материала тормозных колодок, являются следующие:
Другим требованием к материалу, которое следует учитывать, является сжимаемость тормозных колодок; если они слишком сжимаемы, то ход тормоза или вытеснение жидкости усилителя тормозов могут быть чрезмерными. [7] Материал тормозных колодок также должен быть пористым, чтобы минимизировать влияние воды на коэффициент трения. [7]
Асбест был добавлен в качестве обычного ингредиента в тормозные колодки после Первой мировой войны, когда скорость автомобилей начала расти, поскольку исследования показали, что его свойства позволяли ему поглощать тепло (которое может достигать 500 °F), при этом обеспечивая трение, необходимое для остановки транспортного средства. [8] Однако, поскольку серьезные опасности асбеста для здоровья в конечном итоге стали очевидными, пришлось искать другие материалы. Асбестовые тормозные колодки в основном были заменены неасбестовыми органическими материалами (NAO) в странах первого мира. [9] Сегодня материалы тормозных колодок классифицируются по одной из четырех основных категорий, а именно:
Фенолформальдегидная смола часто используется в качестве связующего вещества . Графит может служить как фрикционным материалом, так и связующим веществом. [11] Другим часто используемым фрикционным материалом является силикат циркония . [9] Итальянский производитель проводит исследования по использованию цемента в качестве дешевого и менее энергоемкого связующего вещества. [12] В таблице ниже представлен состав обычной тормозной колодки. [9]
Существуют экологические факторы, которые определяют выбор материалов для тормозных колодок. Например, законопроект SSB 6557 [13], принятый в штате Вашингтон в 2010 году, ограничивает количество меди, разрешенное к использованию во фрикционных материалах, которое в конечном итоге будет постепенно сокращено до следовых количеств из-за негативного воздействия высоких уровней меди на водную флору и фауну. Для ее замены были разработаны различные комбинации материалов, хотя прямой замены пока не существует. [14] Изучаются и другие материалы, такие как соединения, изготовленные с сурьмой.
Транспортные средства имеют разные требования к торможению. Фрикционные материалы предлагают формулы и конструкции, соответствующие конкретному применению. Тормозные колодки с более высоким коэффициентом трения обеспечивают хорошее торможение с меньшими требованиями к давлению на педаль тормоза, но имеют тенденцию терять эффективность при более высоких температурах. Тормозные колодки с меньшим и постоянным коэффициентом трения не теряют эффективность при более высоких температурах и стабильны, но требуют более высокого давления на педаль тормоза.
Тормозные колодки следует проверять по крайней мере каждые 5000 миль на предмет чрезмерного или неравномерного износа. Хотя износ тормозных колодок уникален для каждого автомобиля, обычно рекомендуется менять тормозные колодки каждые 50000 миль, [6] в то время как тормозные диски (или роторы) обычно служат дольше, требуя замены каждые 70000 миль. [15]
Неисправности тормозных колодок могут иметь множество последствий для производительности транспортного средства. В следующей таблице приведены некоторые распространенные проблемы, которые могут быть вызваны неисправностями тормозных колодок: [8]
Национальное бюро стандартов (NBS) начало испытания тормозных материалов в США в 1920 году. Затем испытательная установка была предоставлена производителям, которые хотели ее получить, чтобы они могли начать испытывать свою собственную продукцию. [16] Со временем NBS продолжило разрабатывать новые приборы и процедуры для испытания колодок и накладок, и эти стандарты в конечном итоге стали стандартами для Кодекса безопасности тормозов и испытаний тормозов Американского комитета по техническим стандартам. [16]
Тестирование SAE J661 используется для определения трения различных материалов тормозных колодок путем испытания квадратного вкладыша размером 1 дюйм (25 мм) с тормозным барабаном. Это тестирование дает значения как для горячего, так и для холодного коэффициента трения, которые затем сопоставляются с буквенными обозначениями. [7] В таблице ниже указано, какая буква соответствует каждому диапазону коэффициента трения. Примером обозначения может служить «GD», где «G» — нормальный коэффициент, а «D» — нагретый. [7]
Существуют различные системы каталогизации тормозных колодок. Наиболее часто используемой в Европе является система нумерации WVA . [17]
Система каталогизации, используемая в Северной Америке и признанная во всем мире, представляет собой стандартизированную систему нумерации деталей для тормозов и накладок сцепления, выпущенную Институтом стандартов фрикционных материалов (FMSI). Миссия FMSI заключается в том, чтобы «поддерживать и улучшать эту стандартизированную систему нумерации деталей для всех транспортных средств, используемых на шоссе в Северной Америке». [18]
Тип тормозной колодки, используемой в ободных тормозах .
{{cite book}}: CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )