Дисковый тормоз - Disc brake

Дисковый тормоз представляет собой тип тормоза , который использует суппорты сжать пары прокладок против диска или «ротора» , чтобы создать трение . 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 рассеивать.

Дисковые тормоза с гидравлическим приводом являются наиболее часто используемой формой тормозов для автомобилей, но принципы дискового тормоза применимы практически к любому вращающемуся валу. Компоненты включают диск, главный цилиндр, суппорт (который содержит цилиндр и две тормозные колодки) с обеих сторон диска.

Дизайн

Разработка дисковых тормозов началась в Англии в 1890-х годах. В 1902 году компания Lanchester Motor Company разработала тормоза, которые выглядели и работали так же, как современная дисковая тормозная система, даже несмотря на то, что диск был тонким, а трос приводил в действие тормозную колодку. Другие конструкции не были практичны и широко не использовались в автомобилях в течение следующих 60 лет. Успешное применение в самолетах началось еще до Второй мировой войны, и даже немецкий танк Tiger был оснащен дисками в 1942 году. После войны технический прогресс начал прибывать в 1949 году с суппортовыми четырехколесными дисковыми тормозами на линии Crosley и Chrysler без суппорта. В 1950-х годах в гонке « 24 часа Ле-Мана» 1953 года была продемонстрирована критическая демонстрация превосходства , когда требовалось торможение с высоких скоростей несколько раз за круг. Jaguar команда выигрывала гонки, используя дисковые тормоза , оборудованные автомобили, большая часть кредита отдается превосходной эффективности тормозов над соперниками , оборудованных барабанными тормозами . Массовое производство началось с неудачного эксперимента Crosley 1949 года, а устойчивое массовое производство началось в 1955 году Citroën DS .

По сравнению с барабанными тормозами дисковые тормоза обеспечивают лучшее торможение, поскольку диск легче охлаждается. Как следствие, диски менее подвержены выгоранию тормозов, вызванному перегревом компонентов тормоза. Дисковые тормоза также быстрее восстанавливаются после погружения (мокрые тормоза менее эффективны, чем сухие).

Большинство конструкций барабанных тормозов имеют по крайней мере одну ведущую колодку, которая дает сервоэффект . В отличие от этого, дисковый тормоз не имеет эффекта самоусиливания, и его тормозная сила всегда пропорциональна давлению, оказываемому на тормозную колодку тормозной системой через любой усилитель тормоза, педаль тормоза или рычаг. Это помогает водителю лучше «чувствовать» и помогает избежать возможной блокировки. Барабаны также склонны к «раскачиванию раструба» и улавливанию изношенного материала футеровки внутри узла, что является причиной различных проблем с торможением.

Диск обычно изготавливается из чугуна , но в некоторых случаях может быть изготовлен из композитов, таких как армированный углерод-углерод или композиты с керамической матрицей . Это связано с колесом и / или осью . Чтобы замедлить колесо, фрикционный материал в виде тормозных колодок , установленных на суппорте тормоза, прижимается механически, гидравлически , пневматически или электромагнитно к обеим сторонам диска. Из-за трения диск и прикрепленное колесо замедляются или останавливаются.

История

Ранние эксперименты

Разработка дисковых тормозов началась в Англии в 1890-х годах.

Первый автомобильный дисковый тормоз суппорта был запатентован Фредериком Уильямом Ланчестером на его заводе в Бирмингеме в 1902 году и успешно использовался на автомобилях Lanchester . Однако ограниченный выбор металлов в этот период означал, что ему пришлось использовать медь в качестве тормозной среды, действующей на диск. Плохое состояние дорог в то время, не более чем пыльные неровные дороги, означало, что медь быстро изнашивалась, что делало систему непрактичной.

В 1921 году мотоциклетная компания Douglas представила дисковый тормоз на переднем колесе своих спортивных моделей с верхним расположением клапанов. Запатентованный Британской ассоциацией исследований мотоциклов и 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 в гонке Senior TT 1923 года .

Успешное применение было начато в пассажирских поездах обтекаемых железных дорог, а также в самолетах и ​​танках до и во время Второй мировой войны. В США компания Budd Company 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. В Великобритании компания Daimler использовала дисковые тормоза на своем бронеавтомобиле Daimler 1939 года выпуска, дисковые тормоза, произведенные компанией Girling , были необходимы, потому что в этом полноприводном автомобиле (4x4) планетарная главная передача находилась в ступицах колес и поэтому не оставалось места для обычных барабанных тормозов на ступицах .

Герман Клауэ (1912-2001) в 1940 году запатентовал дисковые тормоза на немецкой компании Argus Motoren . Argus поставил колеса с дисковыми тормозами, например, для Arado Ar 96 . Немецкий тяжёлый танк Tiger I был представлен в 1942 году с 55-сантиметровыми дисками Argus-Werke на каждом ведущем валу.

Американская Crosley Hot Shot имела четырехколесные дисковые тормоза в 1949 и 1950 годах, но они быстро оказались проблемными и были удалены. Кросли вернулся к барабанным тормозам, и модификации барабанных тормозов для Hot Shots были довольно популярны. Отсутствие достаточных исследований привело к проблемам с надежностью, таким как прилипание и коррозия, особенно в регионах, где используется соль на зимних дорогах. Четырехколесные дисковые тормоза Crosley сделали специальные модели на базе Crosleys и Crosley популярными в SCCA H-Production и H-модифицированных гонках в 1950-х годах. Их превосходное торможение затрудняло их победу. Диск Crosley был разработан Goodyear- Hawley, современный суппорт «точечного» типа с современным диском, созданный на основе конструкции, применявшейся в самолетах.

Crosleys не были просто новинкой, несмотря на то, что их продавали в универмагах. Универсал Crosley 1948 года был самым продаваемым универсалом в мире.

Компания Chrysler разработала уникальную тормозную систему, которая предлагалась с 1949 по 1953 год. Вместо диска с зажимным суппортом в этой системе использовались сдвоенные расширяющиеся диски, которые трулись о внутреннюю поверхность чугунного тормозного барабана, который служил корпусом тормоза. Диски раздвигаются, создавая трение о внутреннюю поверхность барабана за счет действия стандартных колесных цилиндров . Из-за дороговизны тормоза были стандартными только на Chrysler Crown и Town and Country Newport в 1950 году. Однако они были необязательными для других Chrysler по цене около 400 долларов, в то время как весь Crosley Hot Shot продавался в розницу по 935 долларов. 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 . Диски Chrysler были «самоподдерживающимися» в том смысле, что часть тормозной энергии сама вносила вклад в тормозное усилие. Это достигалось маленькими шариками, вставленными в овальные отверстия, ведущие к тормозной поверхности. Когда диск вступает в первоначальный контакт с фрикционной поверхностью, шарики будут выталкиваться вверх по отверстиям, заставляя диски дальше друг от друга расходиться и увеличивая энергию торможения. Это обеспечивало меньшее тормозное давление, чем при использовании суппортов, предотвращало увядание тормозов, способствовало более прохладной работе и обеспечивало на треть больше поверхности трения, чем стандартные двенадцатидюймовые барабаны Chrysler. Сегодняшние владельцы считают Ausco-Lambert очень надежным и мощным, но признают его храбрость и чувствительность.

В 1953 году 50 моделей Austin-Healey 100S (Sebring) с алюминиевым кузовом , построенные в основном для гонок, были первыми европейскими автомобилями, проданными широкой публике, с дисковыми тормозами, установленными на все 4 колеса.

Первый удар в гонках

Jaguar C-Type гоночный автомобиль выиграл 1953 24 часа Ле - Мана , единственный автомобиль в гонке на использование дисковых тормозов, разработанных в Великобритании по Dunlop и первый автомобиль в Ле - Мане , когда - либо в среднем более чем на 100 миль в час. «Большие барабанные тормоза конкурентов могут сравниться с максимальной тормозной способностью дисков, но не с их огромной выносливостью».

До этого, в 1950 году, Crosley HotShot со стандартными четырехколесными дисковыми тормозами выигрывал индекс производительности в первой гонке в Себринге (6 часов, а не 12) в канун Нового года в 1950 году. специальные, популярные в SCCA H-Production и H-модифицированные гоночные автомобили в 1950-х годах. Их превосходное торможение затрудняло их победу.

Массовое производство

В 1955 году Citroën DS стал первым серийным автомобилем, в котором в серийном производстве использовались современные дисковые тормоза. Среди множества нововведений в этом автомобиле были передние дисковые тормоза с суппортом. Эти диски были установлены внутри рядом с трансмиссией и приводились в действие центральной гидравлической системой автомобиля. Эта модель была продана 1,5 миллиона единиц за 20 лет с той же системой тормозов.

Несмотря на первые эксперименты в 1902 году, проведенные британской Lanchester Motor Company , и в 1949 году американцами Chrysler и Crosley , дорогостоящая, склонная к проблемам технология не была готова к массовому производству. Попытки вскоре были прекращены.

В 1956 году последовал Jensen 541 с четырехколесными дисковыми тормозами. Triumph представил публике TR3 1956 года с дисковыми тормозами, но первые серийные автомобили с передними дисковыми тормозами Girling были выпущены в сентябре 1956 года.

Дисковые тормоза были наиболее популярны на спортивных автомобилях, когда они были впервые представлены, поскольку эти автомобили более требовательны к характеристикам торможения. В настоящее время диски 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 положений для стояночного тормоза . Поскольку передние тормоза берут на себя большую часть тормозного усилия, это может быть разумным компромиссом.

Во многих ранних версиях для автомобилей тормоза располагались на внутренней стороне карданного вала , рядом с дифференциалом , в то время как сегодня большинство тормозов расположено внутри колес. Внутреннее расположение снижает неподрессоренную массу и устраняет источник теплопередачи к шинам.

Исторически тормозные диски производились по всему миру, в основном в Европе и Америке. В период с 1989 по 2005 год производство тормозных дисков переместилось преимущественно в Китай.

В США

В 1963 году был выпущен «Студебеккер Аванти» с дисковыми тормозами. ( система Bendix была необязательной на некоторых других моделях Studebaker). Передние дисковые тормоза стали стандартным оборудованием в 1965 году на Рамблере Marlin (блоки Bendix были дополнительно на все американский Моторс " Рамблер Классического и посол моделей), а также на Ford Thunderbird , и Lincoln Continental . Дисковая тормозная система на четыре колеса была также представлена ​​в 1965 году на Chevrolet Corvette Stingray. Большинство американских автомобилей перешли с передних барабанных тормозов на передние дисковые в конце 1970-х - начале 1980-х годов.

Мотоциклы

Первыми мотоциклами, на которых использовались дисковые тормоза, были гоночные автомобили. MV Agusta была первой компанией, которая в 1965 году предложила общественности мотоцикл с передним дисковым тормозом в небольшом масштабе на своем относительно дорогом туристическом мотоцикле 600 с использованием механической тормозной системы. В 1969 году Honda представила более доступный CB750 , который имел один передний дисковый тормоз с гидравлическим приводом (и задний барабанный тормоз) и продавался в огромных количествах. Дисковые тормоза теперь распространены на мотоциклах, мопедах и даже горных велосипедах .

Тормозной диск

Тормозной диск (или ротор) - это вращающаяся часть дискового тормоза в сборе, на которую накладываются тормозные колодки. Материалом обычно является серый чугун , одна из разновидностей чугуна . Несколько различается дизайн дисков. Некоторые из них просто сплошные, а другие полые с ребрами или лопатками, соединяющими вместе две контактные поверхности диска (обычно включаемые в процесс литья). Вес и мощность автомобиля определяют потребность в вентилируемых дисках. Конструкция «вентилируемых» 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 в диске. Это сделано для лучшего рассеивания тепла , для облегчения рассеивания поверхностных вод, для уменьшения шума, для уменьшения массы или для сбыта косметики.

В дисках с прорезями врезаны мелкие каналы для удаления пыли и газа. Прорезание пазов является предпочтительным методом в большинстве гоночных условий для удаления газа и воды, а также для удаления глазури тормозных колодок. Некоторые диски имеют как отверстия, так и отверстия. Щелевые диски обычно не используются на стандартных автомобилях, потому что они быстро изнашивают тормозные колодки; однако такое удаление материала полезно для гоночных автомобилей, поскольку оно сохраняет колодки мягкими и предотвращает стеклование их поверхностей. На дороге диски с отверстиями или прорезями по-прежнему имеют положительный эффект во влажных условиях, поскольку отверстия или прорези предотвращают образование пленки воды между диском и колодками.

Двухкомпонентные диски (роторы) - это диски, центральная монтажная часть которых изготовлена ​​отдельно от внешнего фрикционного кольца. Центральная часть, используемая для установки, часто называется раструбом или шляпой и обычно изготавливается из сплава, такого как сплав 7075, и твердо анодирована для долговечной отделки. Наружное дисковое кольцо или ротор обычно изготавливается из серого чугуна, но в особых случаях может быть из стали . Происходит из Motorsport, но теперь широко используется в высокопроизводительных приложениях и послепродажных обновлениях. Двухкомпонентные диски могут поставляться в виде фиксированного узла с обычными гайками, болтами и шайбами ​​или более сложной плавающей системой, в которой приводные катушки позволяют двум частям тормозного диска расширяться и сжиматься с разной скоростью, что снижает вероятность деформации диска. перегрев. Основные преимущества двух частей диска являются экономия в критическом ун-подрессоренной массы и диссипации тепла от поверхности диска через колокол сплава (шляпы). Как фиксированные, так и плавающие варианты имеют свои недостатки и преимущества: плавающие диски склонны к дребезжанию и собирают мусор и лучше всего подходят для автоспорта, тогда как фиксированные лучше всего подходят для использования на дорогах.

Мотоциклы и скутеры

Компания Lambretta впервые представила в массовом производстве одинарный плавающий передний дисковый тормоз, заключенный в вентилируемую ступицу из литого сплава и приводимый в действие кабелем, на TV175 1962 года, за которым последовал лучший в своем классе GT200 в 1964 году. Honda CB750 1969 года. массово представила широкому кругу мотоциклистов гидравлические дисковые тормоза , вслед за менее известным MV Agusta 600 1965 года, который имел механическое включение с тросовым приводом.

В отличие от автомобильных дисковых тормозов, установленных внутри колеса, велосипедные дисковые тормоза находятся в воздушном потоке и имеют оптимальное охлаждение. Хотя чугунные диски имеют пористую поверхность, обеспечивающую превосходные тормозные характеристики, такие диски ржавеют под дождем и становятся неприглядными. Соответственно, диски мотоциклов обычно изготавливаются из нержавеющей стали, с отверстиями, пазами или волнистыми отверстиями для отвода дождевой воды. Диски современных мотоциклов, как правило, имеют плавающую конструкцию, в результате чего диск «плавает» на шпульках и может немного двигаться, что позволяет лучше центрировать диск с фиксированным суппортом. Плавающий диск также предотвращает коробление диска и снижает передачу тепла на ступицу колеса. Суппорты превратились из простых однопоршневых узлов в двух-, четырех- и даже шестипоршневые. По сравнению с автомобилями, мотоциклы , имеют более высокий центр тяжести : колесное соотношение, так что они испытывают более перенос веса при торможении. Передние тормоза поглощают большую часть тормозных сил, а задний тормоз служит в основном для балансировки мотоцикла во время торможения. Современные спортивные мотоциклы обычно имеют два больших передних диска и один задний диск гораздо меньшего размера. У особенно быстрых или тяжелых велосипедов могут быть вентилируемые диски.

Ранние дисковые тормоза (например, на ранних четверках Honda и Norton Commando ) располагали суппорты на верхней части диска, перед ползунком вилки. Хотя это улучшило охлаждение тормозных колодок, в настоящее время почти повсеместно принято размещать суппорт за ползуном (чтобы уменьшить угловой момент вилки в сборе). Задние дисковые суппорты могут быть установлены над (например, BMW R1100S ) или под (например, Yamaha TRX850 ) качающимся рычагом: низкое крепление обеспечивает чуть более низкий центр тяжести, а верхнее расположение сохраняет суппорт в чистоте и лучше защищает от дорожных препятствий. .

Одна из проблем с дисковыми тормозами мотоциклов заключается в том, что, когда мотоцикл попадает в резкий удар танка (высокоскоростные колебания переднего колеса), тормозные колодки в суппортах отталкиваются от дисков, поэтому, когда гонщик нажимает тормозной рычаг, суппорт Поршни толкают колодки к дискам, фактически не контактируя. Гонщик сразу же затормаживает сильнее, что приводит к более агрессивному давлению колодок на диск, чем при обычном торможении. Например, инцидент с Микеле Пирро в Муджелло, Италия, 1 июня 2018 года. По крайней мере, один производитель разработал систему противодействия вытеснению прокладок.

Современная разработка, особенно на вилках с перевернутой («перевернутой» или «USD») вилкой, - это радиально установленный суппорт. Хотя это модно, нет никаких доказательств того, что они улучшают тормозные характеристики и не увеличивают жесткость вилки. (При отсутствии возможности использовать скобу вилки, вилки USD могут быть лучше всего усилены передней осью увеличенного размера).

Велосипеды

Дисковые тормоза для горных велосипедов могут варьироваться от простых механических (тросовых) систем до дорогих и мощных многопоршневых гидравлических дисковых систем, обычно используемых на велосипедах для скоростного спуска . Усовершенствованные технологии привели к созданию вентилируемых дисков для использования на горных велосипедах, подобных дискам на автомобилях, которые были введены, чтобы помочь избежать потери тепла на быстрых альпийских спусках. Хотя это и менее распространено, диски также используются на шоссейных велосипедах для всепогодной езды с предсказуемым торможением, хотя иногда предпочтительнее повредить барабаны, поскольку их труднее повредить на многолюдной парковке, где диски иногда гнутся. Большинство велосипедных тормозных дисков сделаны из стали. Нержавеющая сталь предпочтительнее из-за ее антикоррозионных свойств. Диски тонкие, часто около 2 мм. В некоторых используется двухкомпонентный плавающий диск, в других - цельный металлический ротор. В велосипедных дисковых тормозах используется либо двухпоршневой суппорт, который зажимает ротор с обеих сторон, либо однопоршневой суппорт с одной подвижной колодкой, которая сначала контактирует с ротором, а затем прижимает ротор к неподвижной колодке. Поскольку в велосипедах так важна энергоэффективность, необычной особенностью велосипедных тормозов является то, что колодки убираются, чтобы устранить остаточное сопротивление при отпускании тормоза. Напротив, большинство других тормозов слегка тянут колодки при отпускании, чтобы минимизировать начальный рабочий ход.

Тяжелая техника

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 диска делает тормозное усилие гораздо более предсказуемым, поэтому пиковое тормозное усилие может быть увеличено без дополнительного риска рулевого управления или складного ножа, вызванного торможением, на сочлененных транспортных средствах. Другой вариант - дисковые тормоза меньше гаснут в горячем состоянии, а в тяжелых транспортных средствах сопротивление воздуха и качения, а также торможение двигателем являются небольшими частями общей тормозной силы, поэтому тормоза используются сильнее, чем на более легких транспортных средствах, и затухание барабанного тормоза может происходить за одну остановку. По этим причинам тяжелый грузовик с дисковыми тормозами может остановиться примерно на 120% расстояния от легкового автомобиля, а остановка с барабанами занимает около 150% расстояния. В Европе правила тормозного пути по существу требуют дисковых тормозов для тяжелых транспортных средств. В США барабаны разрешены и обычно предпочтительны из-за их более низкой закупочной цены, несмотря на более высокие общие затраты на срок службы и более частые интервалы обслуживания.

Железнодорожный и авиационный

Еще более крупные диски используются в вагонах , трамваях и некоторых самолетах . В пассажирских вагонах и легкорельсовых транспортных средствах часто используются дисковые тормоза, установленные вне 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, для надежной работы еще достаточно охлаждения. На некоторых самолетах установлен тормоз с очень небольшим охлаждением, и при остановке тормоз сильно нагревается. Это приемлемо, поскольку времени достаточно для охлаждения, а максимальная энергия торможения очень предсказуема. Если энергия торможения превышает максимальную, например, во время аварийной ситуации во время взлета, колеса самолета могут быть оснащены плавкой заглушкой, чтобы предотвратить разрыв шины. Это знаковое испытание в области авиастроения.

Автомобильное использование

Для автомобильного использования диски дисковых тормозов обычно изготавливаются из серого чугуна . SAE поддерживает спецификацию для производства 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 цепким, пока тормоз не станет горячим.

Гонки

В гоночных и высокопроизводительных дорожных автомобилях используются диски из других материалов. Усиленные карбоновые диски и колодки, вдохновленные авиационными тормозными системами, такими как те, что используются на Concorde, были представлены в Формуле-1 компанией Brabham совместно с Dunlop в 1976 году. Карбоново-карбоновые тормоза теперь используются в большинстве автоспорта высшего уровня по всему миру, снижая неподрессоренную массу и давая 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 для того, чтобы они стали действительно эффективными , необходимо достичь очень высокой рабочей температуры, поэтому они не очень подходят для использования на дорогах. Сильный нагрев этих систем виден во время ночных гонок, особенно на более коротких трассах. Нередко можно увидеть, как тормозные диски светятся красным во время использования.

Керамические композиты

Керамические диски используются в некоторых высокопроизводительных автомобилях и большегрузных транспортных средствах.

Первая разработка современных керамических тормозов была разработана британскими инженерами для TGV в 1988 году. Цель заключалась в том, чтобы уменьшить вес, количество тормозов на ось, а также обеспечить стабильное трение при высоких скоростях и любых температурах. Результатом стал керамический процесс, армированный углеродным волокном, который теперь используется в различных формах для автомобильных, железнодорожных и авиационных тормозов.

Из-за высокой термостойкости и механической прочности керамических композитных дисков они часто используются на экзотических транспортных средствах, где стоимость не является чрезмерно высокой. Они также используются в промышленных приложениях, где небольшой вес керамического диска и низкие эксплуатационные характеристики оправдывают затраты. Композитные тормоза могут выдерживать температуры, которые могут повредить стальные диски.

Композитные керамические тормоза Porsche (PCCB) - это силиконизированное углеродное волокно, способное работать при высоких температурах, снижение веса на 50% по сравнению с железными дисками (что снижает неподрессоренную массу автомобиля), значительное сокращение образования пыли, существенно увеличенные интервалы технического обслуживания и увеличенные долговечность в агрессивных средах. Установленный на некоторых из их более дорогих моделей, он также является дополнительным тормозом для всех уличных Porsche за дополнительную плату. Их можно узнать по ярко-желтой окраске алюминиевых шестипоршневых суппортов. Диски имеют внутреннюю вентиляцию, как у чугунных дисков, и перфорированы.

Механизм регулировки

В автомобильной промышленности уплотнение поршня имеет квадратное поперечное сечение, также известное как уплотнение с квадратным вырезом.

По мере того, как поршень перемещается внутрь и наружу, уплотнение тянется и растягивается на поршне, вызывая скручивание уплотнения. Уплотнение деформируется примерно на 1/10 миллиметра. Поршню разрешено двигаться свободно, но небольшое сопротивление, вызванное уплотнением, не позволяет поршню полностью вернуться в свое предыдущее положение при отпускании тормозов, и, таким образом, компенсирует слабину, вызванную износом тормозных колодок. устранение необходимости в возвратных пружинах.

В некоторых суппортах с задними дисками стояночный тормоз активирует механизм внутри суппорта, который выполняет некоторые из тех же функций.

Режимы повреждения диска

Диски обычно повреждаются одним из четырех способов: царапины, трещины, коробление или чрезмерная ржавчина. Сервисные центры иногда реагируют на любую проблему с дисками, полностью заменяя диски. Это делается в основном там, где стоимость нового диска может быть ниже, чем стоимость труда по восстановлению поверхности старого диска. С механической точки зрения в этом нет необходимости, если только диски не достигли минимальной толщины, рекомендованной производителем, что делает их использование небезопасным, или если лопасти не ржавеют серьезно (только вентилируемые диски). Большинство ведущих производителей автомобилей рекомендуют скимминг тормозного диска (США: поворот) в качестве решения для устранения бокового биения, проблем с вибрацией и шума тормозов. Процесс обработки выполняется на токарном станке с тормозом , который удаляет очень тонкий слой с поверхности диска, чтобы удалить мелкие повреждения и восстановить однородную толщину. Обработка диска по мере необходимости увеличит пробег текущих дисков на транспортном средстве.

Закончиться

Биение измеряется циферблатным индикатором на жестком фиксированном основании с наконечником, перпендикулярным торцу тормозного диска. Обычно он измеряется примерно на 1 ⁄ 2  дюйма (12,7 мм) от внешнего диаметра диска. Диск вращается. Разница между минимальным и максимальным значением на циферблате называется боковым биением. Типичные характеристики биения ступицы / диска в сборе для легковых автомобилей составляют около 0,002 дюйма (0,0508  мм ). Биение может быть вызвано либо деформацией самого диска, либо биением нижней поверхности ступицы колеса, либо загрязнением между поверхностью диска и нижней установочной поверхностью ступицы. Для определения первопричины смещения индикатора (бокового биения) требуется демонтаж диска со ступицы. Биение поверхности диска из-за биения или загрязнения поверхности ступицы обычно имеет период 1 минимум и 1 максимум за один оборот тормозного диска.

Диски можно обрабатывать, чтобы исключить колебания толщины и боковое биение. Обработка может производиться на месте (на машине) или вне машины (токарный станок). Оба метода устранят изменение толщины. Обработка на автомобиле с использованием соответствующего оборудования также может устранить боковое биение из-за неперпендикулярности поверхности ступицы.

Неправильная установка может деформировать (деформировать) диски. Стопорные болты диска (или гайки колеса / проушины, если диск зажат колесом) необходимо затягивать постепенно и равномерно. Использование пневматических инструментов для затягивания гаек с проушинами может быть плохой практикой, если только для окончательной затяжки не используется динамометрический ключ. В руководстве к автомобилю будет указана правильная схема затяжки, а также номинальный крутящий момент для болтов. Никогда не затягивайте гайки по кругу. Некоторые автомобили чувствительны к усилию, прилагаемому к болтам, поэтому затяжку следует производить динамометрическим ключом .

Часто неравномерное перемещение колодки принимают за коробление диска. Большинство тормозных дисков с диагнозом «деформация» на самом деле являются результатом неравномерного переноса материала колодок. Неравномерный перенос колодок может привести к изменению толщины диска. Когда более толстая часть диска проходит между колодками, колодки разойдутся, и педаль тормоза слегка приподнимется; это пульсация педали. Водитель может почувствовать изменение толщины, если оно составляет примерно 0,17 мм (0,0067 дюйма) или больше (на автомобильных дисках).

Изменение толщины имеет множество причин, но есть три основных механизма, которые способствуют распространению изменений толщины диска. Первое - это неправильный подбор тормозных колодок. Колодки, эффективные 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 неравномерного переноса материала является неправильная приработка комбинации колодка / диск. Для правильной обкатки поверхность диска следует обновлять (либо путем механической обработки контактной поверхности, либо путем замены диска) каждый раз при замене колодок. Как только это будет сделано, несколько раз подряд будут сильно задействованы тормоза. Это создает гладкую, ровную поверхность раздела между пэдом и диском. Если это не сделать должным образом, на тормозных колодках будет неравномерно распределено напряжение и тепло, что приведет к неравномерному, на первый взгляд случайному, отложению материала колодок. Третий основной механизм неравномерного переноса материала подушечки - это «оттиск». 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 естественна и фактически вносит основной вклад в тормозное усилие, создаваемое тормозными колодками. Однако, если автомобиль останавливается, а водитель продолжает нажимать на тормоза, колодки оставляют слой материала в форме тормозной колодки. Это небольшое изменение толщины может начать цикл неравномерного переноса подушек.

Как только диск имеет некоторый уровень вариации по толщине, неравномерное отложение колодки может ускориться, что иногда приводит к изменениям кристаллической структуры металла, из которого состоит диск. При включении тормозов колодки скользят по изменяющейся поверхности диска. Когда колодки проходят мимо более толстой части диска, они выталкиваются наружу. Нога водителя, прикладываемая к педали тормоза, естественно, сопротивляется этому изменению, и поэтому к колодкам прилагается большее усилие. В результате более толстые секции испытывают более высокие уровни нагрузки. Это вызывает неравномерный нагрев поверхности диска, что вызывает две основные проблемы. Поскольку тормозной диск нагревается неравномерно, он неравномерно расширяется. Более толстые части диска расширяются больше, чем более тонкие из-за большего количества тепла, и, таким образом, разница в толщине увеличивается. Кроме того, неравномерное распределение тепла приводит к еще большему неравномерному переносу материала колодки. В результате более толстые и горячие секции получают даже больше материала колодки, чем более тонкие секции, что способствует дальнейшему увеличению разброса толщины диска. В экстремальных ситуациях этот неравномерный нагрев может вызвать изменение кристаллической структуры материала диска. Когда более горячие части дисков достигают чрезвычайно высоких температур (1200–1300 ° F или 649–704 ° C), металл может претерпеть фазовое превращение, и углерод, растворенный в стали, может выпасть в осадок с образованием тяжелого углеродистого карбида. регионы, 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 подвергнута механической обработке, цементит внутри диска не будет изнашиваться или поглощать тепло с той же скоростью, что и окружающий его чугун, в результате чего восстанавливаются неравномерная толщина и неравномерные характеристики нагрева диска.

Рубцевание

Рубцы (США: задиры) могут возникнуть, если тормозные колодки не заменить сразу после того, как срок их службы истечет, и они будут считаться изношенными. После износа достаточного количества фрикционного материала стальная опорная пластина колодки (для приклеенных колодок) или фиксирующие заклепки колодки (для приклепанных колодок) будут касаться изнашиваемой поверхности диска, уменьшая тормозную мощность и оставляя царапины на диске. Как правило, диск с умеренными царапинами / царапинами, который удовлетворительно работал с существующими тормозными колодками, будет одинаково пригоден для использования с новыми колодками. Если рубцевание более глубокое, но не чрезмерное, его можно исправить, удалив слой поверхности диска. Это можно делать ограниченное количество раз, так как диск имеет минимальную номинальную безопасную толщину. Минимальная толщина обычно отливается в диск во время изготовления на ступице или краю диска. В Пенсильвании , где действует одна из самых строгих программ проверки безопасности автомобилей в Северной Америке, автомобильный диск не может пройти проверку на безопасность, если какой-либо зазор глубже 0,015 дюйма (0,38 мм), и его необходимо заменить, если обработка приведет к уменьшению размера диска ниже минимальная безопасная толщина.

Чтобы предотвратить образование рубцов, целесообразно периодически проверять тормозные колодки на предмет износа. Вращение шины - это логичное время для проверки, поскольку вращение должно выполняться регулярно в зависимости от времени работы автомобиля, а все колеса должны быть сняты, что обеспечивает легкий визуальный доступ к тормозным колодкам. Некоторые типы легкосплавных дисков и тормозных механизмов обеспечат достаточно свободного места для просмотра колодок, не снимая колесо. По возможности, колодки, находящиеся рядом с точкой износа, следует заменять немедленно, поскольку полный износ приводит к образованию рубцов и небезопасному торможению. Многие колодки дисковых тормозов будут включать в себя какую-то мягкую стальную пружину или язычок как часть узла колодки, который тянется за диск, когда колодка почти изношена. Это производит умеренно громкий визг, предупреждающий водителя о необходимости обслуживания. Обычно это не приводит к образованию царапин на диске, если тормоза ремонтировать быстро. Набор колодок можно рассмотреть для замены, если толщина материала колодок такая же или меньше толщины стальной основы. В Пенсильвании стандарт - 1/32 дюйма.

Растрескивание

Растрескивание ограничивается в основном просверленными дисками, которые могут образовывать небольшие трещины по краям отверстий, просверленных рядом с краем 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 решают, что средний владелец модели транспортного средства предпочтет внешний вид, не перегружая оборудование; или как функция уменьшения неподрессоренной массы тормозного узла, с инженерным предположением, что остается достаточно массы тормозного диска для поглощения гоночных температур и напряжений. Тормозной диск является теплоотводом , но потеря массы теплоотвода может быть компенсирована увеличенной площадью поверхности для отвода тепла. Небольшие микротрещины могут появиться на любом металлическом диске с поперечным отверстием как нормальный механизм износа, но в серьезном случае диск выйдет из строя. Ремонт трещин невозможен, а если трещины становятся серьезными, диск необходимо заменить. Эти трещины возникают из-за явления малоцикловой усталости в результате многократного резкого торможения.

Ржавчина

Диски обычно изготавливаются из чугуна, и некоторое количество поверхностной ржавчины является нормальным явлением. Контактная поверхность диска для тормозных колодок будет поддерживаться в чистоте при регулярном использовании, но автомобиль, который хранится в течение длительного периода, может образовывать значительную ржавчину в области контакта, которая может снизить тормозную мощность на время, пока ржавый слой снова не изнашивается. . Ржавчина также может привести к деформации диска, когда тормоза повторно активируются после хранения из-за разного нагрева между незащищенными участками, оставшимися покрытыми колодками, и ржавчиной вокруг большей части поверхности диска. Со временем на вентилируемых тормозных дисках может образоваться сильная коррозия ржавчины внутри вентиляционных отверстий, что снижает прочность конструкции и требует замены.

Суппорта

Тормозной суппорт - это узел, в котором размещаются тормозные колодки и поршни. Поршни обычно изготавливаются из пластика , алюминия или хромированной стали .

Суппорты бывают двух типов: плавающие и фиксированные. Фиксированный суппорт не перемещается относительно диска и, таким образом, менее устойчив к дефектам диска. Он использует одну или несколько пар противоположных поршней для зажима с каждой стороны диска и является более сложным и дорогим, чем плавающий суппорт.

Плавающий суппорт (также называемый «скользящим суппортом») перемещается относительно диска по линии, параллельной оси вращения диска; поршень на одной стороне диска толкает внутреннюю тормозную колодку до тех пор, пока она не соприкасается с тормозной поверхностью, затем тянет корпус суппорта с внешней тормозной колодкой, так что давление оказывается на обе стороны диска. Конструкции с плавающим суппортом (с одним поршнем) подвержены заеданию, вызванному грязью или коррозией, попадающей по крайней мере в один монтажный механизм и останавливающей его нормальное движение. Это может привести к трению колодок суппорта о диск, когда тормоз не включен, или к его включению под углом. Заедание может быть результатом нечастого использования транспортного средства, 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 топливной экономичности, чрезмерный нагрев диска или чрезмерный износ поврежденной колодки. Заедание переднего суппорта также может вызвать вибрацию рулевого управления.

Другой тип плавающего суппорта - это качающийся суппорт. Вместо пары горизонтальных болтов, которые позволяют суппорту входить и выходить прямо 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 нажимает на внутренний поршень и вращает суппорт внутрь, если смотреть сверху. Поскольку угол поворота поршня качающегося суппорта изменяется относительно диска, в этой конструкции используются клиновидные колодки, которые уже сзади снаружи и уже спереди внутри.

На ободных тормозах велосипеда также используются различные типы тормозных суппортов .

Поршни и цилиндры

Наиболее распространенная конструкция суппорта использует один поршень с гидравлическим приводом в цилиндре, хотя в высокопроизводительных тормозах используется до двенадцати. В современных автомобилях в качестве меры безопасности используются разные гидравлические контуры для приведения в действие тормозов на каждом комплекте колес . Гидравлическая конструкция также помогает увеличить тормозное усилие. Количество поршней в суппорте часто называют количеством «горшков», поэтому, если у транспортного средства есть суппорты «с шестью горшками», это означает, что каждый суппорт вмещает по шесть поршней.

Отказ тормоза может быть результатом отказа поршня втягиваться, что обычно является следствием неиспользования транспортного средства во время длительного хранения на открытом воздухе в неблагоприятных условиях. На автомобилях с большим пробегом могут протекать уплотнения поршней , которые необходимо незамедлительно устранять.

Тормозные колодки

Тормозные колодки рассчитаны на высокое трение с материалом тормозных колодок, внедренным в диск в процессе прилегания, при равномерном износе. Трение можно разделить на две части. Они бывают: адгезивные и абразивные.

В зависимости от свойств материала колодки и диска, а также конфигурации и использования, степень износа колодки и диска будет значительно различаться. Свойства, определяющие износ материала, предполагают компромисс между производительностью и долговечностью.

Тормозные колодки обычно необходимо регулярно заменять (в зависимости от материала колодок и стиля привода), а некоторые из них оснащены механизмом, который предупреждает водителей о необходимости замены, например тонким кусочком мягкого металла, который трется о диск, когда колодки слишком тонкий, вызывающий визг тормозов, мягкий металлический язычок, встроенный в материал колодки, который замыкает электрическую цепь и загорается сигнальная лампа, когда тормозная колодка становится тонкой, или электронный датчик .

Обычно дорожные автомобили имеют две тормозные колодки на каждый суппорт, а на каждый гоночный суппорт устанавливается до шести тормозных колодок с различными фрикционными характеристиками в шахматном порядке для достижения оптимальных характеристик.

Ранние тормозные колодки (и накладки ) содержали асбест , выделяющий пыль, которую нельзя вдыхать. Хотя новые колодки могут быть изготовлены из керамики, кевлара и других пластиков, следует избегать вдыхания тормозной пыли независимо от материала.

Общие проблемы

Визг

Иногда при торможении возникает громкий шум или пронзительный визг. В большинстве случаев визг тормозов вызывается вибрацией (резонансная нестабильность) компонентов тормоза, особенно колодок и дисков (так называемое силовое возбуждение ). Этот тип визга не должен отрицательно влиять на эффективность торможения. Методы включают добавление накладок для снятия фаски в точках контакта между поршнями суппорта и колодок, изоляторов (демпфирующего материала) на задней пластине колодок, тормозных прокладок между тормозными колодками и поршнями и т. Д. Все должно быть покрыто чрезвычайно высокой температурой, высокой смазка с твердыми частицами для уменьшения визга. Это позволяет металлическим деталям двигаться независимо друг от друга и тем самым устранять накопление энергии, которая может создавать частоту, которая слышна как визг тормозов, стон или рычание. Неизменно то, что некоторые пэды будут больше визжать, учитывая тип пэда и случай его использования. Колодки, обычно рассчитанные на то, чтобы выдерживать очень высокие температуры в течение продолжительных периодов времени, как правило, создают большое трение, что приводит к большему шуму во время торможения.

Холодная погода в сочетании с высокой влажностью рано утром (роса) часто усиливает визг тормозов, хотя этот визг обычно прекращается, когда накладка достигает нормальной рабочей температуры. Это сильнее влияет на колодки, предназначенные для использования при более высоких температурах. Пыль на тормозах также может вызвать 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, установив или повторно прижав тормозные колодки к тормозным дискам.

Некоторые индикаторы износа накладок, расположенные либо в виде полуметаллического слоя в материале тормозных колодок, либо с внешним «датчиком», также предназначены для того, чтобы издавать звук, когда накладку необходимо заменить. Типичный внешний датчик принципиально отличается от шумов, описанных выше (при включении тормозов), поскольку шум датчика износа обычно возникает, когда тормоза не используются. Датчик износа может издавать визг при торможении только тогда, когда он впервые начинает указывать на износ, но по-прежнему имеет принципиально другой звук и высоту звука.

Джуддер или шимми

Колебание тормоза обычно воспринимается водителем как незначительная или серьезная вибрация, передаваемая через шасси во время торможения.

Явление дрожания можно разделить на две отдельные подгруппы: горячее (или термическое ) или холодное дрожание.

Горячее дрожание обычно возникает в результате более длительного и более умеренного торможения с высокой скорости, когда автомобиль не останавливается полностью. Обычно это происходит, когда автомобилист сбрасывает скорость со скорости примерно 120 км / ч (74,6 мили в час) до примерно 60 км / ч (37,3 мили в час), что приводит к передаче сильных вибраций водителю. Эти колебания являются результатом неравномерного распределения тепла или горячих точек . Горячие точки классифицируются как концентрированные тепловые области, которые чередуются между обеими сторонами диска, что искажает его таким образом, что создает синусоидальную волнистость по его краям. Как только тормозные колодки (фрикционный материал / тормозная накладка) входят в контакт с синусоидальной поверхностью во время торможения, возникают сильные вибрации, которые могут создать опасные условия для человека, управляющего транспортным средством.

С другой стороны, холодное дрожание является результатом неравномерного износа диска или изменения толщины диска (DTV). Эти отклонения поверхности диска обычно являются результатом интенсивного использования транспортного средства на дорогах. ДТВ обычно объясняют следующими причинами: волнистостью и шероховатостью поверхности диска, перекосом оси (биением), упругим прогибом, износом и переносом фрикционного материала. Любой из этих типов потенциально может быть закреплен, обеспечив чистую монтажную поверхность с обеих сторон тормозного диска между ступицей колеса и ступицей тормозного диска перед использованием и уделив внимание отпечаткам после длительного использования, оставив педаль тормоза сильно нажатой в конце интенсивного использования. Иногда кровать во время процедуры может очистить и минимизировать ДТВ и заложить новый ровный переходный слой между колодкой и тормозным диском. Однако это не устранит горячие точки или чрезмерный износ.

Пыль

При приложении тормозной силы акт абразивного трения между тормозной колодкой и диском изнашивает как диск, так и колодку. Тормозная пыль, которая оседает на колесах, суппортах и ​​других компонентах тормозной системы, состоит в основном из материала дисков. Тормозная пыль может повредить покрытие большинства колес, если ее не смыть. Как правило, тормозные колодки, которые агрессивно истирают больше материала диска, например металлические колодки, создают больше тормозной пыли. Некоторые более эффективные колодки для использования на гусеницах или буксировке могут изнашиваться намного быстрее, чем обычные колодки, что приводит к увеличению количества пыли из-за повышенного износа тормозных дисков и тормозных колодок.

Затухание тормозов

Затухание тормоза - это явление, которое снижает эффективность торможения. Это приводит к снижению мощности торможения, и вы чувствуете, что тормоза не работают с той силой, с которой они применялись во время запуска. 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.

Патенты

• GB 190226407  Lanchester Frederick William Усовершенствования тормозного механизма механических дорожных транспортных средств 1903-10-15
• US 1721370  Boughton Edward Bishop Brake для использования на транспортных средствах 1929-07-16
• GB 365069  Рубури Джон Мередит Улучшения в механизмах управления для устройств с гидравлическим приводом и особенно тормозов для транспортных средств 1932-01-06
• GB 377478  Hall Frederick Harold Улучшения в колесных цилиндрах для гидравлических тормозов 1932-07-28
• США 1954534  Нортон Раймонд Дж. Брейк 1934-04-10
• US 1959049 Фрикционный тормоз Buus Niels Питер Вальдемар1934-05-15
• США 2028488  Эйвери Уильям Лестер Брейк 1936-02-21
• US 2084216  Poage Robert A. и Poage Marlin Z. Тормоз V-типа для автомобилей 1937-06-15
• US 2140752  La Бри Brake 1938-12-20
• DE 695921  Borgwar Carl Friedrich Wilhelm Antriebsvorrichtung mit hydraulischem Gestaenge ... 1940-09-06
• US 2366093  Forbes Джозеф А. Тормоз 1944-12-26
• US 2375855  Lambert Homer T.Многодисковый тормоз 1945-05-15
• US 2405219  Lambert Homer T. Дисковый тормоз 1946-08-06
• US 2416091  Fitch Механизм контроля давления жидкости 1947-02-12
• US 2466990  Johnson Wade C, Trishman Harry A, Stratton Edgar H. Однодисковый тормоз 1949-04-12
• US 2485032 Тормозной аппарат  Bryant1949-10-08
• US 2535763  Tucker Corp. Дисковый тормоз, управляемый давлением жидкости 1950-12-26
• US 2544849  Martin Автоматический регулятор гидравлических тормозов 1951-03-13
• US 2591793 Устройство  Дюбуа для регулировки обратного хода гидравлических средств 1952-04-08
• US 2746575  Kinchin Дисковые тормоза для дорожных и других транспортных средств 1956-05-22
• ES 195467Y  Санглас Френо-де-дискотека для мотоциклов 1975-07-16

Смотрите также

• Барабанный тормоз
• Балансировочная машина
• Прокачка тормозов
• Тормозная жидкость
• Диск-замок

использованная литература

внешние ссылки

• Использование керамики делает тормоза легкими, но дорого обходится
• Колодки для дисковых тормозов , бесплатный видеоконтент из CDX e Textbook
• Новый подход к вибрации ползуна, вызванной шероховатостью
• Оценка / объяснение системы дискового тормоза, выбора колодок и "коробления" диска
• Общие факты о тормозах для расчета передаточного числа педалей, конфигураций диск / барабан или диск / диск, а также расчеты, чтобы определить, нужны ли вам остаточные клапаны в вашей системе дискового тормоза