Хотя современные легковые автомобили в основном оснащены одним типом тормозов — дисковыми тормозами, парк автомобилей с задними барабанными тормозами все еще довольно велик. Таким образом, проблемы, связанные с устройством барабанных и дисковых тормозов, их различиями между ними, особенностями эксплуатации, обслуживания и ремонта, остаются актуальными.
Больше не нужно убеждать даже далеких от техники водителей в необходимости поддерживать тормозную систему автомобиля в исправном состоянии. Однако при обслуживании автомобиля многие автомобилисты с удивлением обнаруживают, что передние и задние тормоза конструктивно во многом различаются, равно как и частота их обслуживания и затраты на их обслуживание.
Содержание
Общие принципы работы тормозных механизмов
Потребность в тормозах возникла, видимо, одновременно с изобретением наземного транспорта (неважно, что: велосипед, конный экипаж или автомобиль).
И принцип решения этой задачи был тот же: использование пары трения, в которой одна часть представляет собой колесо (или часть ступицы, жестко соединенную с колесом), а другая, прилегающая по профилю к колесу во-первых, это колодка (башмак, колодка, планка — терминология значения не имеет). Такие тормоза получили название ободных. А если в качестве второй детали использовалась закрытая гибкая лента, то тормоза назывались ленточными.
Что касается конструкции тормозного механизма и используемых материалов, то здесь, на разных этапах развития технологии, появилось много интересных вариантов для практического применения.
Появившиеся в начале прошлого века ленточные тормоза не получили распространения (хотя в 30-е годы ХХ века они в свое время даже превосходили по характеристикам ободные тормоза). Но ободные тормоза стали популярными в двух своих типах, названных в честь элемента, к которому прилагается тормозное усилие: барабанные тормоза и дисковые тормоза.
интересно, что дисковые тормоза были изобретены в самом начале (1902 г.), но когда использовалась пара трения металл-металл (в то время не было других подходящих материалов), невыносимый скрип, влажность на входе и грязь резко снижали эффективность торможения. Таким образом, барабанные тормоза начали применять на практике первыми.
Устройство и принцип работы барабанного тормоза
Конструкция барабанного тормоза упрощена на рисунке выше. Тормозной барабан (а точнее — бездонный барабан) жестко закреплен на колесе (ступице), так что он имеет общую с колесом ось вращения.
Вдоль внутренней боковой стенки барабана расположены две тормозные накладки (колодки), выполненные в форме полукругов. А в промежутке между уплотнениями установлен рабочий гидроцилиндр с двумя поршнями (закрепленный неподвижно относительно вращающегося колеса.
При попадании тормозной жидкости в центральную часть цилиндра под давлением рабочая часть поршней подталкивает сальники к месту установки цилиндра. Такое же движение через систему упругих стержней создается в пространстве, противоположном месту установки гидроцилиндра. В результате гильзы сильно прижимаются к вращающемуся барабану.
Возврат элементов конструкции в исходное состояние по окончании торможения осуществляется системой возвратных пружин. Расстояние между вкладышами и внутренней поверхностью барабана также регулируется регулировкой механических звеньев.
В процессе торможения происходит интенсивное тепловыделение, которое сказывается как на показателях надежности, так и на функциональных показателях рабочих тормозных механизмов. Схема теплопередачи барабанного тормоза упрощена на следующем рисунке.
Тепловой поток, создаваемый в паре трения, рассеивается в окружающую среду через внутреннюю боковую поверхность барабана (теплопроводность намного выше, чем у колодки). Учитывая разные коэффициенты теплового расширения, колодка «выдавливает» боковую поверхность барабана в окружающую среду, постоянно пытаясь увеличить зазор между колодкой и барабаном.
К материалам предъявляются повышенные требования по моменту трения барабанных тормозов.
- Тормозной барабан изготовлен из высокопрочного чугуна, износостойкого металла и к тому же относительно недорогой.
- Долгое время в качестве облицовочного материала использовались смеси, содержащие вредный для окружающей среды асбест. После запрета на асбест широко используются композитные материалы, состав которых тщательно скрывается от производителей.
О тормозных колодках мы подробно писали в этой статье.
Устройство и принцип работы дисковых тормозов
Конструкция дискового тормоза хорошо проиллюстрирована на изображении выше. Как и в барабанном тормозе, элемент, к которому прилагается тормозное усилие, диск, жестко закреплен на ступице колеса и имеет с ней общую ось вращения. Но, в отличие от барабанного тормоза, в дисковом тормозе сила прилагается не к торцу, а к боковым поверхностям тормозного диска.
На неподвижной части относительно вращающегося колеса закреплен суппорт — устройство для позиционирования рабочего гидроцилиндра и тормозных накладок и перемещения последних по направляющим в определенном диапазоне.
Колодки расположены по обе стороны от плоскости вращения диска и как бы зажимают его суппортом при торможении. На рисунке ниже показана упрощенная схема теплоотвода и теплоотвода дисковых тормозов.
В отличие от барабанных тормозов здесь тепловые потоки направлены в обратном направлении, а тепло отводится непосредственно в окружающую среду. Для более эффективного отвода тепла на поверхности тормозных дисков создается рисунок канавок и сквозных отверстий.
Материалы, из которых изготовлены рабочие поверхности дисковых тормозов, аналогичны материалам барабанных тормозов. Но, из-за повышенной нагрузки, к ним предъявляются более жесткие требования по физико-механическим характеристикам.
Работа дисковых тормозов наглядно показана на видео в конце статьи. Кроме того, авторы ролика, используя профессиональные технические средства, сравнили эффективность барабанных и дисковых тормозов.
Чем отличаются дисковые тормоза от барабанных?
Оба типа тормозов были изобретены примерно в одно и то же время (в начале 20 века), и переход от одного типа к другому происходил постепенно с развитием технологий. Фактически, использование дисковых тормозов десятилетиями затруднялось из-за отсутствия подходящего материала накладки.
Преимущества дисковых тормозов
Основные преимущества дисковых тормозов обусловлены расположением колодок и условиями работы. Противоположные тепловые потоки в диске между колодками при торможении обеспечивают равномерное расширение материала диска и «прижимают» к нему обе колодки. А прямой контакт диска с окружающей средой обеспечивает эффективную теплопередачу.
- В барабанных тормозах тепло выделяется в окружающую среду не напрямую, а через боковую поверхность барабана. Тепловое расширение этой части поверхности происходит при несимметричном сопротивлении внешней среды: изнутри покрытие «давит», а снаружи сопротивление отсутствует. Поэтому дисковые тормоза круче, чем барабанные.
- Дисковые тормоза, в отличие от барабанных, не накапливают продукты взаимодействия трущихся поверхностей. Это механические частицы, образующиеся в результате износа, и газы, которые особенно опасны, потому что, накапливаясь внутри барабана, они в некоторой степени являются смазкой в зазоре пары трения.
- Кроме того, изменения зазоров рабочей поверхности дискового тормоза, возникающие во время процесса торможения, обусловлены симметричными эффектами, и, следовательно, зазоры могут регулироваться автоматически, а в барабанных тормозах эффекты асимметричны, и поэтому также требуются дополнительные регулировки.
Современные тормозные системы, помимо механических и гидравлических, включают в себя и электронные (например, всем известную антиблокировочную тормозную систему). В то же время дисковые тормоза конструктивно гораздо лучше подходят для взаимодействия с электроникой, чем барабанные.
Преимущества барабанных тормозов
В свою очередь, часть преимуществ барабанных тормозов связана с тем, что момент трения изолирован от воздействия окружающей среды.
- В дисковых тормозах после резкого торможения и попадания автомобиля в воду открытый тормозной диск может легко деформироваться или появиться термические трещины, что приведет к разрушению. Барабанный механизм в этих случаях более защищен.
- Абразивные частицы, содержащиеся в грязи, которые проникают в пространство между дисками, хотя и выталкиваются центробежными силами во время вращения диска, значительно ускоряют процесс износа накладок по сравнению с барабанными тормозами.
- Также, несмотря на большее количество деталей, ремонт и замена барабанных тормозов требует меньше труда, чем дисковые тормоза.
Поэтому совместное использование нескольких типов тормозных систем: дисковых — передних, барабанных — задних для дешевых автомобилей вполне оправдано и по сей день.
