Дисковые тормоза

Общие принципы работы тормозных механизмов

Потребность в тормозах возникла, по-видимому, одновременно с изобретением наземного транспорта (неважно какого: велосипеда, конной повозки или автомобиля). И принцип решения этой задачи был один и тот же: использование пары трения, в которой одна часть – колесо (или ступичная часть, жестко с колесом связанная), а другая, прилегающая по профилю к первой – накладка (башмак, колодка, планка – терминология значения не имеет)

Такие тормоза стали называть колодочными. А если в качестве второй части использовалась замкнутая гибкая лента, то тормоза назывались ленточными

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

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

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

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

Обслуживание барабанных тормозов

Проверка толщины тормозной накладки

Износ колодок барабанных тормозов можно определить через специальное отверстие, находящееся с внутренней стороны тормозного щита. Когда фрикционные накладки достигают определенной толщины, колодки необходимо менять.

Если фрикционный материал нанесен на колодку с помощью клея, то её рекомендуется менять при толщине материала в 1,6 мм. В случае размещения фрикционных накладок на заклепках замену необходимо производить, если толщина материала составляет 0,8 мм.

Изношенные колодки могут оставлять на барабанах канавки, а при их продолжительном использовании даже повредить барабан.

Конструкция дискового тормоза.

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

1. тормозной диск; 2. направляющая колодок; 3. суппорт; 4. тормозные колодки; 5. цилиндр; 6. поршень; 7. сигнализатор износа колодок; 8. уплотнительное кольцо; 9. защитный чехол направляющего пальца; 10 направляющий палец; 11. защитный кожух.

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

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

Устройство тормозной системы автомобиля

Передача усилия торможения с помощью гидравлической передачи имеет существенный недостаток – при малейшей утечке гидравлической жидкости вся система значительно теряла эффективность работы. Опытным водителям хорошо известен эффект «ватной педали», когда из-за наличия в трубопроводах пузырьков воздуха тормоза срабатывали после 7-8 нажатий на педаль.

Для увеличения надежности в современном автомобиле используется принцип двухконтурной тормозной системы. Кроме двух независимых систем трубопроводов, соединяющих попарно тормоза колес в диагональном расположении, в устройство входит:

• главный гидравлический цилиндр, в котором с помощью поршня происходит преобразование усилия от педали тормоза в давление тормозной жидкости в обоих контурах тормозной системы;
• вакуумный усилитель, значительно увеличивающий усилие от тормозной педали, благодаря чему в главном гидравлическом цилиндре развивается и передается по трубопроводам давление жидкости в 20-25Атм;
• датчики срабатывания, сигнализирующие на ЭБУ об исправности системы и включающие стоп-сигналы задних фонарей автомобиля.
• пластиковый резервуар для хранения и компенсации необходимого количества тормозной жидкости.

К сведению! Наиболее распространенной причиной выхода из строя тормозной системы является растворение и «раскисание» резиновых манжет главного и колесных цилиндров из-за использования некачественной или контрафактной тормозной жидкости. Коварство проблемы заключается в том, что эффект проявляется через дни или даже недели после замены «гидравлики».

Устройство систем тормозов постоянно совершенствуется и дополняется важными элементами. Первые факты использования новинок мы обнаруживаем в устройстве тормозных систем автомобилей иностранного производства. Давно никого не удивляет система АБС, устройство позволяет дозировано управлять усилием торможения, исключая блокировку тормозящего колеса.

Интересной новинкой в устройстве вакуумного усилителя тормоза является система BAS или система экстренного торможения. В основе устройства используется электромагнитный усилитель с системой датчиков, определяющих характер нажатия на педаль тормоза. Если скорость и нарастание усилия оценивается как экстренное, но недостаточное по «глубине», по команде датчика срабатывает электромагнит, увеличивающий усилие привода, что делает срабатывание системы более резким. Статистика подтверждает эффективность новшества – система при экстренном торможении уменьшает тормозной путь больше чем на треть.

https://youtube.com/watch?v=Av-jj8NNrv8

• Угол кастера
• Реле топливного насоса: принцип работы и способы проверки
• С какими неисправностями запрещена эксплуатация автомобиля
• Принцип работы двухзонного климат-контроля

Виды тормозных колодок

Стандартные безасбестовые тормозные колодки

Тормозные колодки, в зависимости от материала фрикционных накладок, подразделяются на следующие виды:

• асбестовые;
• безасбестовые;
• органические.

Первые очень вредны для организма, поэтому чтобы поменять такие колодки, нужно  соблюдать все меры безопасности.

В безасбестовых колодках роль армирующего компонента могут выполнять стальная вата, медная стружка и другие элементы. Стоимость и качество колодок будут зависеть от их составляющих элементов.

Наилучшими тормозными свойствами обладают колодки, сделанные на основе органических волокон, но и стоимость их будет высока.

Пластинчатый тормоз

В тормозных механизмах которые характеризуются осевым нажатием, то усилие, которое необходимо для получения тормозного момента, действует вдоль оси тормозного вала. Конические и дисковые тормоза относятся именно к этой категории.

Особенностью дисковых (пластинчатых) тормозов с осевым нажатием является то, что их поверхность трения располагается на торце. Для того чтобы уменьшить удельное и осевое давление, в таких тормозах предусматривается установка нескольких дисков. С валом и тормозным кожухом они связаны поочерёдно.

Фиксация ряда дисков пластинчатых тормозах осуществляется в неподвижных корпусах, на шпонках, со скольжением. При этом второй ряд дисков с тормозным валом связан точно таким же образом. Когда обе группы дисков сжимаются силой, то между ними за счет возникновения силы трения создается тормозной момент.

Принцип работы дискового тормоза

Общий принцип торможения автомобиля основывается на взаимодействии тормозных колодок с тормозными дисками, в результате трения которых кинетическая энергия вращения колес преобразуется в тепловую энергию. Автомобиль в итоге замедляется и безопасно останавливается под полным контролем со стороны водителя.

Изначально тормозной диск представлял собой металлическую пластину, принудительно обдуваемую для охлаждения дискового тормозного механизма. Других средств теплоотвода не было. Позже специалисты выяснили, что качественно реализованный теплоотвод способен снизить температуру поверхности диска в процессе торможения и одновременно повысить эффективность тормоза. Для решения этой задачи на рабочей поверхности дискового тормоза проделали отверстия и подвели отдельные вентиляционные каналы.

Кроме этих каналов для дополнительного охлаждения используются определенные, чаще всего спицевые колесные диски и специальные воздухозаборники, размещаемые в передних элементах корпуса автомобиля — в бампере, передних крыльях, диффузорах. Благодаря перфорации также облегчается ремонт и очистка тормозных дисков от грязи и пыли. На эффективность дисковых тормозов влияет качество притирки колодок к дискам. Как правило, для правильной их приработки необходимо проехать первые 500-1000 км, во время которых не следует резко тормозить и подолгу нажимать на педаль тормоза.

Работа дискового тормоза подразумевает значительные нагрузки на тормозной диск, поверхность которого из-за постоянного трения и высоких температур со временем изнашивается. Диск становится тоньше, на его рабочей поверхности появляются неровности. Все это может привести к неприятным последствиям и последующему ремонту дискового тормоза. Износ же тормозных колодок происходит гораздо быстрее, а, значит, и менять их приходится намного чаще.

Стиль езды водителя значительно влияет на скорость износа элементов дисковых тормозов. Если водитель часто прибегает к интенсивному торможению после разгона, колодки и диски испытывают повышенные нагрузки, быстро изнашиваются и выходят из строя.

Существуют и другие причины быстрого износа дисковых тормозов, не зависящие от манеры вождения. Износ тормозного диска зависит также от качества используемых колодок и от их состава. Выбирать качественные изделия для ремонта намного проще, чем определять состав как самих колодок, так и тормозных дисков. У каждого производителя этих элементов этот состав свой, к тому же он полностью засекречен — в этом и заключается вся сложность. Тем не менее, зачастую тормозные колодки и диски не совместимы друг с другом. Несовместимость проявляется в неэффективном торможении, в появлении посторонних неприятных шумов и в преждевременном износе тормозного диска.

Ремонт тормозных дисков или их полная замена необходимы в следующих случаях:

• диск деформирован (как результат, возникновение вибрации и снижение эффективности торможения);
• образование глубоких борозд и бортиков на всей рабочей поверхности диска;
• уменьшение толщины диска до критических значений (1-3 мм);
• иные повреждения тормозного диска, ухудшающие эффективность торможения.

На иллюстрации: трещина в тормозном диске (1); появление бортика (2); образование борозд и неровностей на поверхности диска вследствие его неравномерного износа (3).

Плюсы и минусы разных конструкций тормозных дисков

Каждый задавался вопросом, что хорошего в вентилируемых дисках или в чем преимущество роторов с просверленными в них отверстиями? Позвольте нам все объяснить…

Все мы знаем основную функцию и принцип работы дисковых тормозов. Суппорт толкает одну или несколько колодок, прижимая их к диску, тем самым вызывая трение и замедление вращения вала, к которому присоединен тормозной ротор. Но несмотря на то, что работа всех тормозных систем построена на этом едином принципе, используемые для работы части с течением времени и в зависимости от применения транспортного средства могут значительно меняться.

Различаться может материал тормозных колодок, есть множество типов суппортов – для дорожных автомобилей одни, для спортивных машин – другие, третьи для гиперкаров и так далее. Различными могут быть даже тормозные диски.

Итак, темой сегодняшнего разговора станут типы и классификация тормозных дисков, а также их различия:

Виды и устройство вспомогательной тормозной системы

Вспомогательная тормозная система может быть представлена в виде следующих вариантов:

• моторный или горный тормоз;
• гидравлический тормоз-замедлитель;
• электрический тормоз-замедлитель.

Моторный тормоз

Заслонка горного тормоза

Моторный тормоз (он же «горный») представляет собой специальную воздушную заслонку, установленную в выпускной системе двигателя автомобиля.  Также в его состав входят дополнительные механизмы ограничения подачи топлива и поворота заслонки, вызывающие дополнительное сопротивление.

При торможении водитель заслонку переводит в закрытое положение, а топливный насос высокого давления — в положение ограниченной подачи топлива в двигатель. Выпуск воздуха из цилиндров через выпускную систему становится невозможным. Двигатель глушится, но вращение коленчатого вала не прекращается.

В процессе выталкивания воздуха через выпускные отверстия поршень испытывает сопротивление, за счет чего замедляется вращение коленчатого вала. Таким образом тормозной момент передается на трансмиссию и далее к ведущим колесам автомобиля.

Гидравлический тормоз-замедлитель

Устройство гидравлического тормоза-замедлителя представляет собой:

• корпус;
• два лопастных колеса.

Гидравлический тормоз-замедлитель

Лопастные колеса установлены в отдельном корпусе друг напротив друга на небольшом расстоянии. Между собой они жестко не связаны. Одно колесо, соединенное с корпусом тормоза, установлено неподвижно. Второе устанавливается на вале трансмиссии (например, карданном) и вращается вместе с ним. Корпус наполняется маслом для создания сопротивления вращению вала. Принцип работы данного устройства напоминает гидромуфту, только здесь крутящий момент не передается, а наоборот рассеивается, переходя в тепло.

Если гидравлический тормоз-замедлитель устанавливается перед коробкой передач, то он может обеспечить несколько стадий интенсивности торможения. Чем ниже передача, тем, соответственно, эффективнее торможение.

Электрический тормоз-замедлитель

Аналогично функционирует электрический тормоз-замедлитель, который состоит из:

• ротора;
• обмоток статора.

Электрический тормоз-замедлитель

Данный тип тормоза-замедлителя на автомобиле с механической  трансмиссией расположен в отдельном корпусе. Ротор замедлителя соединен с карданным валом либо с любым другим валом трансмиссии, а неподвижные обмотки статора закреплены в корпусе.

В результате подачи напряжения на обмотки статора появляется магнитное силовое поле, которое препятствует свободному вращению ротора. Возникающий тормозной момент,подобно гидрозамедлителю, подводится к ведущим колесам транспортного средства через трансмиссию.

На прицепах и полуприцепах при необходимости также может устанавливаться тормоз-замедлитель как электрического, так и гидравлического типа. На этот случай одна из осей должна быть выполнена с полуосями, между которыми и будет установлен замедлитель.

Особенности эксплуатации и ремонта дисковых тормозов автомобиля

Дисковая тормозная система включает в себя тормозной диск и суппорт с одним или несколькими рабочими цилиндрами. Тормозные суппорты в общем случае могут быть плавающими и фиксированными. Крепление плавающего суппорта осуществляется напрямую к поворотному кулаку либо к специальному кронштейну при помощи направляющих пальцев. С одной стороны этого суппорта расположены рабочие поршни либо только один поршень.

При нажатии на педаль тормоза усилие передается тормозной жидкости, а затем поршню, прижимающему в итоге внутреннюю колодку к диску. Упираясь в тормозной диск, поршень дает возможность суппорту перемещаться вместе с наружной колодкой.

Фиксированный суппорт имеет другую конструкцию. Им в обязательном порядке снабжаются все транспортные средства — от легкового автомобиля до самолета. Данный суппорт, имеющий поршни с обеих сторон, жестко крепится к поворотному кулаку. Развиваемое в дисковом тормозе усилие способно полностью затормозить машину массой 2 т со скорости 100 км/ч на расстоянии 35 м. Таким образом, в сравнении с плавающими, фиксированные механизмы создают гораздо большее усилие, но и стоимость их значительно выше. К тому же фиксированный суппорт обладает довольно приличный массой. Но если первостепенное значение имеет быстрое и эффективное торможение, выбор делается именно в пользу фиксированного механизма.

Ремонт суппорта любого типа связан с одинаковыми проблемами. И в том, и в другом случае суппорт постоянно контактирует с водой и грязью, из-за чего возможно разрушение имеющихся в поршнях уплотнительных манжет. Это может привести к заклиниванию поршня в суппорте дискового тормоза. Для замены предлагаются готовые комплекты для ремонта со специальной смазкой, устойчивой к высоким температурам.

Тормозные колодки считаются расходным материалом. Они состоят из металлической пластины и наклеенной на нее фрикционной накладки. Хотя существующие в продаже колодки могут различаться размерами и формой, их функция всегда одинакова. Фрикционные накладки изготавливаются, как правило, из керамики и углеволокна.

Современные автомобили снабжаются датчиком износа, который крепится на одной из внутренних тормозных колодок. Датчик представляет собой обыкновенную пружину. По мере истирания колодки эта пружина в конце концов начинает соприкасаться с тормозным диском, издавая неприятный скрип и предупреждая о необходимости ремонта дискового тормоза.

Сами тормозные диски в наиболее дешевом исполнении изготавливаются из чугуна. Для бюджетного автомобиля типа Hyundai Accent в стандартных условиях эксплуатации это вполне приемлемый вариант. Чугунные диски имеют характерные недостатки — они изнашиваются и коробятся. Износ, иногда неравномерный, возникает вследствие трения.

На поверхности диска со временем образуются тонкие борозды, создаваемые абразивным трением мелких частиц пыли. Нужно в данном случае смотреть на глубину этих борозд. Если глубина превышает нормативное значение, диск потребуется протачивать, а в случае невозможности ремонта — производить замену диска.

Коробление возникает в результате перепада температур: нагрев и расширение материала диска при торможении и остывание при отпущенной педали тормоза. Плавный и незначительный процесс нагрева-остывания не оказывает сильного негативного воздействия. Длительное же и при этом резкое торможение и последующее охлаждение диска, например, брызгами воды из лужи, приводит к необратимой деформации (короблению). В дальнейшем торможение с таким диском будет вызывать вибрации. Если коробление не критическое, деформированный тормозной диск можно выровнять.

Контуры

Недостатком гидравлической системы является вероятность пробоя магистрали, в результате жидкость вытекает, и рабочий тормоз перестает работать.

Чтобы исключить вероятность полного отказа тормозов, система разделена на две независимые друг от друга части – контуры. Для этого всего лишь потребовалось сделать главный цилиндр двухпоршневым. Каждый из поршней выталкивает жидкость в магистраль, соединяющую только два тормозных механизма. Одна секция главного цилиндра, два механизма и трубопроводы, соединяющие их, и образуют контур. На некоторых авто один контур идет на передние колеса, а второй – на задние. Но чаще применяется диагональная компоновка, в которой в контур входит одно переднее и одно заднее колесо, расположенные с разных сторон.

Виды контурных систем

Применение независимых контуров позволяет замедлять движение даже с пробитой магистралью. В этом случае отказывают только два рабочих механизма, остальные же продолжают работать.

Барабанные и дисковые тормоза

Барабанный тормозной механизм (рис. 4) состоит из:

• тормозного щита,
• тормозного цилиндра,
• двух тормозных колодок,
• стяжных пружин,
• тормозного барабана.

Схема работы барабанного тормозного механизма

1 – тормозной барабан; 2 – тормозной щит; 3 – рабочий тормозной цилиндр; 4 – поршни рабочего тормозного цилиндра; 5 – стяжная пружина; 6 – фрикционные накладки; 7 – тормозные колодки

Тормозной щит жестко крепится на балке заднего моста автомобиля, а на щите, в свою очередь, закреплен рабочий тормозной цилиндр. При нажатии на педаль тормоза поршни в цилиндре расходятся и начинают давить на верхние концы тормозных колодок. Колодки в форме полуколец прижимаются своими накладками к внутренней поверхности круглого тормозного барабана, который при движении автомобиля вращается вместе с закрепленным на нем колесом. Торможение колеса происходит за счет сил трения, возникающих между накладками колодок и барабаном. Когда же воздействие на педаль тормоза прекращается, стяжные пружины оттягивают колодки на исходные позиции.

Преимущества барабанных тормозов:

• низкая стоимость, простота производства;
• обладают эффектом механического самоусиления. Благодаря тому, что нижние части колодок связаны друг с другом, трение о барабан передней колодки усиливает прижатие к нему задней колодки. Этот эффект способствует многократному увеличению тормозного усилия, передаваемого водителем, и быстро повышает тормозящее действие при усилении давления на педаль.

Дисковый тормозной механизм (рис.5) состоит из:

• суппорта,
• одного или двух тормозных цилиндров,
• двух тормозных колодок,
• тормозного диска.

Схема работы дискового тормозного механизма

1 – наружный рабочий цилиндр (левого) тормоза; 2 – поршень; 3 – соединительная трубка; 4 – тормозной диск переднего (левого) колеса; 5 – тормозные колодки с фрикционными накладками; 6 – поршень; 7 – внутренний рабочий цилиндр переднего (левого) тормоза

Суппорт закреплен на поворотном кулаке переднего колеса автомобиля. В нем находятся два тормозных цилиндра и две тормозные колодки. Колодки с обеих сторон «обнимают» тормозной диск, который вращается вместе с закрепленным на нем колесом. При нажатии на педаль тормоза поршни начинают выходить из цилиндров и прижимают тормозные колодки к диску. После того, как водитель отпустит педаль, колодки и поршни возвращаются в исходное положение за счет легкого «биения» диска. Дисковые тормоза очень эффективны и просты в обслуживании. Даже новичку замена тормозных колодок в этих механизмах доставляет мало хлопот.

Преимущества дисковых тормозов:

• при повышении температуры характеристики дисковых тормозов довольно стабильны, тогда как у барабанных снижается эффективность
• температурная стойкость дисков выше, в частности, из-за того, что они лучше охлаждаются
• более высокая эффективность торможения позволяет уменьшить тормозной путь
• меньшие вес и размеры
• повышается чувствительность тормозов
• время срабатывания уменьшается
• изношенные колодки просто заменить, на барабанных приходится предпринимать усилия на подгонку колодок, чтобы одеть барабаны
• около 70% кинетической энергии автомобиля гасится передними тормозами, задние дисковые тормоза позволяют снизить нагрузку на передние диски

Диск с прорезями

Эти прорези на диске пытаются решить все ту же проблему с отведением газов, только по-другому. Шлицы или пазы на поверхности диска позволяют газам своевременно отводиться, но у такого дизайна есть иные преимущества.

Скребущие по поверхности тормозных колодок края углублений способны очищать тормозную поверхность от грязи, также увеличивая зацепление при соприкосновении с краями борозд. Минусом безусловно является активный износ колодок. И, наконец, как и просверленные диски, они выглядят просто очень красивыми.

Конструкции паза могут значительно различаться, одними из самых своеобразных борозд можно назвать «J»-образные крючки (на фото выше), которые предназначены для того же удаления твердых частиц и отведения газов, но с минимальной вибрацией диска во время торможения. При этом, выглядят они еще лучше.