Тормозные колодки являются компонентом дисковых тормозов , используемых в автомобилях и других отраслях. Тормозные колодки состоят из стальных опорных пластин с фрикционным материалом, прикрепленным к поверхности, обращенной к роторам дисковых тормозов.
Тормозные колодки преобразуют кинетическую энергию автомобиля в тепловую энергию посредством трения . В тормозной системе установлены две тормозные колодки , фрикционные поверхности которых обращены к ротору. [1] Когда тормоза срабатывают гидравлически , суппорт зажимает или сжимает две колодки вместе на вращающемся роторе, чтобы замедлить и остановить автомобиль. Когда тормозная колодка нагревается из-за контакта с ротором , она переносит небольшое количество фрикционного материала на диск, оставляя на нем тускло-серый налет. Тормозная колодка и диск (теперь оба имеют фрикционный материал) затем «прилипают» друг к другу, обеспечивая трение, которое останавливает автомобиль.
В дисковых тормозах обычно на каждый ротор диска приходится две тормозные колодки, обе они функционируют вместе. Они удерживаются на месте и приводятся в действие суппортом, прикрепленным к ступице колеса или вертикальной подвеске . Однако в гоночных суппортах может использоваться до шести колодок с различными фрикционными свойствами в шахматном порядке для достижения оптимальной производительности. В зависимости от свойств материала, веса автомобиля и скорости его движения скорость износа дисков может различаться. Тормозные колодки обычно необходимо регулярно заменять (в зависимости от материала колодок). Большинство тормозных колодок оснащены функцией оповещения водителя, когда это необходимо сделать. Распространенным методом является изготовление небольшой центральной канавки, исчезновение которой в результате износа указывает на окончание срока службы колодки. Другие методы включают размещение тонкой полоски мягкого металла в канавке так, чтобы при обнажении (из-за износа) тормоза громко визжали. В материал колодки также может быть встроена изнашиваемая пластина из мягкого металла, которая замыкает электрическую цепь , когда тормозная колодка изнашивается, зажигая сигнальную лампу на приборной панели.
Идея тормозных колодок или дисковых тормозов как альтернативы барабанным тормозам существовала, по крайней мере, еще в патенте Ф. В. Ланчестера в 1902 году. [2] Однако из-за высокой стоимости и неэффективности по сравнению с барабанными тормозами они не получили широкого распространения. до окончания Второй мировой войны . [3] Как только технология дисковых тормозов улучшилась, эффективность тормозов быстро превзошла эффективность барабанных тормозов. Разница в характеристиках наиболее заметно проявилась в 1953 году, когда Jaguar, оснащенный тормозными колодками, выиграл гонку Гран-при на выносливость « 24 часа Ле-Мана» . [3] [4] Успех Jaguar обычно приписывают дисковым тормозам автомобиля, которые позволяли водителям быстрее приближаться к поворотам и тормозить позже, чем их противники, 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 дешевле и компактнее. [3]
Дисковые тормоза обеспечивают лучшее торможение по сравнению с барабанными тормозами . Они обеспечивают лучшую устойчивость к « затуханию тормозов », вызванному перегревом тормозных колодок, а также способны быстро восстанавливаться после погружения в воду (мокрые тормоза менее эффективны). В отличие от барабанного тормоза, дисковый тормоз не имеет эффекта самосервопривода — тормозная сила всегда пропорциональна давлению на рычаг тормозной педали. Однако многие дисковые тормозные системы имеют сервоусилитель («усилитель тормозов») для уменьшения усилия водителя на педали. [ нужна цитата ]
Колодки дисковых тормозов легче проверять и заменять, чем фрикционные накладки барабанных тормозов.
Существует множество типов тормозных колодок, в зависимости от предполагаемого использования автомобиля: от очень мягких и агрессивных (например, для гоночных автомобилей) до более твердых, долговечных и менее агрессивных тормозных колодок. Большинство производителей автомобилей рекомендуют для своего автомобиля определенный тип тормозных колодок, но состав можно изменить (покупая колодки другой марки или переходя на рабочие колодки 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, колодки с рабочими характеристиками неэффективно тормозят в холодном состоянии или стандартные колодки выцветают при жесткой езде. В автомобилях, которые страдают от чрезмерного износа тормозов , проблему можно свести к минимуму, установив более качественные и агрессивные тормозные колодки.
Наиболее важными характеристиками, которые учитываются при выборе материала тормозных колодок, являются следующие:
Еще одно требование к материалу, которое учитывается, — это насколько сжимаемы тормозные колодки; если они слишком сжимаемые, ход тормоза или объем жидкости в усилителе 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 увеличиваться, поскольку исследования показали, что его свойства позволяют ему поглощать тепло (которое может достигать 500 ° F), сохраняя при этом трение, необходимое для остановки автомобиля. транспортное средство. [8] Однако, поскольку серьезная опасность асбеста для здоровья в конечном итоге начала становиться очевидной, необходимо было найти другие материалы. В странах первого мира асбестовые тормозные колодки в значительной степени были заменены безасбестовыми органическими (НАО) материалами. [9] Сегодня материалы тормозных колодок подразделяются на одну из четырех основных категорий, а именно:
В качестве связующего вещества часто используют фенолформальдегидную смолу . Графит может служить как фрикционным материалом, так и связующим веществом. [11] Другим широко используемым фрикционным материалом является силикат циркония . [9] Итальянский производитель проводит исследования по использованию цемента в качестве дешевого и менее энергоемкого вяжущего вещества. [12] В таблице ниже показано устройство обычной тормозной колодки. [9]
Существуют факторы окружающей среды, которые определяют выбор материалов тормозных колодок. Например, законопроект SSB 6557 [13] , принятый в штате Вашингтон в 2010 году, ограничивает количество меди, разрешенное к использованию в фрикционных материалах, которое в конечном итоге будет постепенно прекращено до следовых количеств из-за негативного воздействия высоких уровней меди на водная жизнь. Для его замены были разработаны различные комбинации материалов, однако прямой замены пока нет. [14] Другие материалы, такие как соединения сурьмы, изучаются.
Транспортные средства имеют разные требования к торможению. Фрикционные материалы имеют формулы и конструкции, адаптированные для конкретного применения. Тормозные колодки с более высоким коэффициентом трения обеспечивают хорошее торможение при меньшем давлении на педаль тормоза, но имеют тенденцию терять эффективность при более высоких температурах. Тормозные колодки с меньшим и постоянным коэффициентом трения не теряют эффективности при более высоких температурах и стабильны, но требуют более высокого давления на педаль тормоза.
Тормозные колодки следует проверять не реже, чем каждые 5000 миль на предмет чрезмерного или неравномерного износа. Хотя износ тормозных колодок уникален для каждого автомобиля, обычно рекомендуется заменять тормозные колодки каждые 50 000 миль. [6]
Неисправности тормозных колодок могут иметь множество последствий для работы автомобиля. В следующей таблице представлены некоторые распространенные проблемы, которые могут быть вызваны неисправностями тормозных колодок: [8]
Национальное бюро стандартов (NBS) начало тестирование тормозных материалов в США в 1920 году. Затем испытательную установку передали производителям, которым они были нужны, чтобы они могли начать тестировать свою собственную продукцию. [15] Со временем NBS продолжал разрабатывать новые инструменты и процедуры для тестирования колодок и накладок, и эти стандарты в конечном итоге стали стандартами для Кодекса безопасности Американского комитета по инженерным стандартам для тормозов и испытаний тормозов. [15]
Испытание SAE J661 используется для определения трения тормозных колодок из различных материалов путем испытания квадратной втулки диаметром 1 дюйм (25 мм) с тормозным барабаном. В результате этого испытания получаются значения коэффициентов трения как в горячем, так и в холодном состоянии, которые затем сопоставляются с буквенными обозначениями. [7] В таблице ниже указано, какая буква соответствует каждому диапазону коэффициента трения. Примером обозначения может быть «GD», где «G» — нормальный коэффициент, а «D» — нагретый. [7]
Существуют разные системы каталогизации тормозных колодок. Наиболее часто используемой системой в Европе является система нумерации WVA . [16]
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 на фрикционные материалы (FMSI). Миссия FMSI заключается в том, чтобы «поддерживать и совершенствовать эту стандартизированную систему нумерации деталей для всех дорожных транспортных средств, используемых в Северной Америке». [17]
Тип тормозных колодок, используемых в ободных тормозах .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )