Новости

Все о тормозных дисках

29 Февраля 2016

Все о тормозных дисках
Тормозные диски только на первый взгляд имеют простую конструкцию. На самом деле создание данных компонентов тормозного узла требует огромных сил от инженеров и технологов, а также немалых финансовых затрат.

Тормозные механизмы легковых автомобилей и коммерческого транспорта работают по принципу гашения кинетической энергии, которая, как известно из курса физики, напрямую связана с массой транспортного средства и квадратом скорости, с которым двигается машина. То есть, чем тяжелее авто и выше скорость, с которой он перемещается, тем мощнее (эффективнее) должна быть тормозная система. Ее исполнительные механизмы обязаны с определенным (весьма существенным) запасом по мощности трансформировать кинетическую энергию в тепловую. Происходит это за счет трения фрикционов тормозных колодок о рабочие поверхности диска. Величина силы трения будет зависеть как от создаваемого исполнительными механизмами усилия прижима фрикционов колодок к дискам, так и от свойств материала фрикционных накладок и собственно диска. Различного рода вспомогательные тормозные системы, созданные на основе гидравлических или электромагнитных агрегатов, – «интардер», «ретардер», а также моторные (декомпрессионные) тормоза, в расчет не принимаем, так как принцип их действия кардинально отличается от того, который реализован в тормозных механизмах основной тормозной системы. Кроме того, ни один из вспомогательных тормозных механизмов не обладает мощностью, которую развивает основная тормозная система. Также отличается и агрегатная база основных тормозных механизмов и вспомогательных агрегатов. В частности, ни у «ретардеров», ни у «интардеров» в конструкции нет тормозных дисков и фрикционных колодок в классическом понимании данных компонентов.

01.jpg02.jpg

Производители тормозных систем в обязательном порядке проводят
их испытания и, в том числе, снимают характеристики пар трения
диск – фрикцион колодки  
Классический пример вентилируемого тормозного диска
с перфорацией и канавками для улучшения очистки
контактных поверхностей   

Кстати, а откуда вообще в автомобиль пришли дисковые тормозные механизмы? Ведь, как мы знаем, еще совсем недавно основным для большинства транспортных средств был барабанный тормоз. Сейчас, увы, сложно сказать, кто первым придумал дисковый тормозной механизм и описал принцип его расчета. Тем более что его прообраз уже достаточно давно применялся в гусеничной технике, а именно, в бортовых фрикционах, которые обеспечивали подтормаживание гусеницы левого или правого борта и, соответственно, поворот гусеничной машины вправо или влево.


03.jpg04.jpg
Расширители колеи (кольцо на ступице) не только
меняют плечо обкатки, но и приводят к изменению
нагрузки на ступичный подшипник
Колесные диски не должны препятствовать вентиляции
тормозных узлов. В противном случае произойдет
перегрев дисков и колодок

Но вернемся к тормозным дискам, которые являются героями нашего материала. Они могут иметь как цельную, так и сборную конструкцию, изготавливаться из разных материалов, в том числе и из композитных, о чем мы поговорим чуть позже. Пока же скажем, что тормозные диски есть ответственные детали тормозного механизма, которые располагаются в узле строго соосно ступице колеса. В большинстве случаев тормозной диск выполняется в виде обода «сидящего на ступице» и по внешнему виду напоминает шляпу с прямыми полями. Заметим, что существуют и иные конструкции дисков, представляющие собой кольцо, закрепленное в колоколе, который в свою очередь крепится центральной частью к ступице. В последнем случае тормозная скоба охватывает диск не снаружи, а изнутри. Такая конструкция позволяет существенно уменьшить габаритные размеры тормозного узла и обеспечить применение на автомобиле колес небольшого посадочного диаметра, скажем на 12 или 13 дюймов. При этом габариты тормозного механизма, который будет размещен внутри колеса, будут максимально возможными и, при прочих равных условиях, тормозной механизм будет развивать наибольший тормозной момент. Из недостатков тормозных механизмов с внутренней скобой отметим недостаточно эффективное в некоторых режимах торможения охлаждение тормозного узла набегающим потоком воздуха. Ведь с одной стороны (внешней) тормозной диск и колодка закрыты «колоколом». По сути, очень слабо обдуваются набегающим потоком воздуха. Окна, выполненные в колоколе, проблему решают лишь частично. Кроме того, данный тип тормозных узлов более сложен в обслуживании и ремонте, так как для замены только тормозных колодок приходится демонтировать диск и колокол, к которому он крепится, в то время как привычная конструкция тормозного узла предусматривает для данной операции всего лишь поднятие тормозной скобы относительно одного из ее креплений. В связи с этим мы будем рассматривать тормозные диски, применяемые в традиционной конструкции тормозного узла.


05.jpg
Большинство вентилируемых тормозных дисков имеют лопатки, ориентированные радиально.
Данные диски являются универсальными и могут монтироваться на любую сторону  

Традиционная конструкция дискового тормоза, при своей простоте начинает преподносить проблемы конструкторам уже при штатном режиме разогрева деталей. Так, при увеличении температуры тормозного диска (процесс торможения) происходит изменение его геометрии, а именно, изгибание обода наружу. Почему это происходит? А потому, что тормозной диск имеет разную длину наружного и внутреннего контуров. И пусть она не так велика, но этой «дельты» достаточно, чтобы под воздействием теплового расширения металла (нагрев и охлаждение) происходило отклонение обода в одну и другую сторону. Чтобы данного явления не происходило, конструкторы искусственно выравнивают длину контуров, например, вводя в конструкцию диска галтели строго рассчитанного радиуса. Данные элементы выполняются с внешней стороны диска. Возникает резонный вопрос: а не проще ли вовсе отсоединить диск от ступичной части? Тем самым мы изначально убираем саму проблему разной длины наружного и внутреннего контуров, а значит, и ликвидируем явление температурного коробления диска. Такие конструкции, к слову, существуют и в достаточно большом количестве. Однако, убежав от одной проблемы, в последнем случае конструкторы столкнулись с другой. Так, у сборного тормозного диска все его составляющие: ступичная часть, обод, крепежные элементы, должны быть изготовлены из материалов, имеющих определенным образом подобранный коэффициент термического расширения. То есть задача, решаемая конструкторами, усложняется. Тем более, когда речь идет о составных, сборных дисках, стоит помнить, что их обод и ступица изготавливаются из разных материалов. 


06.jpg
Типичный пример разгильдяйства – тормозной диск задней оси изношенный до критического значения.
Поверхность имеет глубокие кольцевые канавки. Сколько торможений нужно для аварийного разрушения?   

Чтобы добиться требуемого результата и компенсировать разницу в термическом расширении разнородных металлов, конструкторы изобрели механизмы крепления, дающие дискам подвижность. Речь идет о так называемых плавающих дисках. Как следует из названия, суть данного типа крепления заключена в том, что между ступичной частью и собственно диском нет жесткой механической связи. Благодаря этому диск имеет подвижность в осевом направлении на величину нескольких десятых долей миллиметра. Каждый из производителей тормозных дисков, в гамме продукции которого имеются сборные конструкции, добивается подвижности диска и компенсации теплового расширения материалов своим методом. Одним из самых оптимальных конструктивных решений ряд экспертов считают такое: в окна строго определенной формы, выполненные в тормозном диске (внутренней его части), вставляются специальные крепежные элементы – бобины. У последних имеются боковые лыски, которые жестко закреплены на ступице. Также часто встречаемой конструкцией является зеркальная описанной выше. Окна под бобины выполнены в ступичной части, а диск закрепляется к бобинам жестко, посредством высокопрочных болтов. Существуют конструкции и вовсе без жесткого крепления бобин. Идем дальше. Применительно к разборным дискам справедливо их деление на правые и левые. То есть при монтаже необходимо соблюдать направление вращения диска. Что касается материалов, из которых их изготавливают, то в большинстве случаев это серый чугун, который может быть легирован рядом химических элементов. Совсем небольшую долю дисков представляют конструкции, изготовленные из композитных материалов. Например, в мире автоспорта и тюнинга известны диски, выполненные из металлокерамики или вовсе из материалов с содержанием кевлара. Диски из композитных материалов отличаются малым весом и непревзойденной стойкостью к воздействию высоких температур. А именно такие запредельные тепловые режимы являются нормой для спортивных болидов или тюнингованных суперкаров.


07.jpg08.jpg
Сборные конструкции могут иметь разные варианты крепления
диска к ступичной части. При всех своих достоинствах
сборные тормозные диски боятся грязи, которая негативно
влияет на механизмы соединения 
Производители тормозных систем для коммерческих
автомобилей также экспериментируют со сборными
тормозными дисками. Однако такие диски хороши
для чистых европейских автобанов,
а не для российских направлений 

Рабочие поверхности тормозных дисков могут быть абсолютно ровными и гладкими или же иметь разные канавки, углубления и так далее. Часто конструкторы применяют такие конструктивные элементы, как перфорация – сквозные отверстия с зенковкой. Популярны и канавки различной формы и глубины, как правило, не более двух миллиметров. Назначение данных элементов – повышение эффективности отвода из зоны контакта диска с тормозной колодкой влаги, которая может попасть на диск при движении по мокрой дороге или проезде лужи. Также канавки и отверстия позволяют уменьшить влияние на процесс торможения газов, которые выделяются при трении фрикциона о поверхность диска. И, разумеется, любая полость в диске способствует отводу из зоны трения продуктов износа. Количество отверстий перфорации подбирается таким образом, чтобы сохранить прочность диска. Любые отверстия, даже идеально круглой формы, есть концентраторы напряжения. Что касается канавок, то они могут быть выполнены в виде как симметричного, так и ассиметричного рисунка. Иметь замкнутый контур или представлять собой отдельные «риски», кривые и так далее. Часто характер рисунка свидетельствует о необходимости соблюдать ориентацию диска (левый или правый). Правильная ориентация диска требуется и в случае если радиально расположенные лопатки (речь идет о вентилируемых дисках) имеют некоторый наклон для лучшего «прокачивания» воздуха. Справедливости ради отметим, что таких дисков относительно немного. 


09.jpg010.jpg
Лучше всего приобретать компоненты тормозной системы 
комплектом – колодки + диски.  Так обеспечиваются максимальная
совместимость  деталей и наилучшие характеристики торможения  
Подшипники ступиц могут быть заменяемыми,  а могут быть
и интегрированными. В последнем случае  внутренняя часть ступицы
является внешней  обоймой подшипника  

В основном все диски имеют универсальную конструкцию, позволяющую устанавливать их на любую из сторон. Да и в производстве универсальные диски существенно выгоднее, так как под них нужна одна- единственная литиевая форма. Примечательно, что ступичная часть, на которой закреплен обод, является универсальной и подходит под любую сторону. На ступицу приходится высокая нагрузка, как механическая, так и тепловая. Одним из лучших материалов для ее изготовления является высококачественный авиационный алюминий. Такие сплавы обладают не только малой массой, но и завидной прочностью. Также не забудем упомянуть то, что ступица из алюминия позволяет более эффективно рассеивать тепло. А это означает, что ступичные подшипники будут работать в оптимальном тепловом режиме. И, конечно же, уменьшая вес тормозного диска, конструкторы снижают и неподрессоренные массы автомобиля, что благотворно сказывается на эффективности работы и ресурсе ходовой части автомобиля. Казалось бы, у сборных дисков сплошные преимущества. Но это не совсем так. Конструкторы до сих пор решают задачу: как защитить от грязи механизмы крепления дисков к ступицам. Ведь именно грязь может как лишить крепежные элементы подвижности, так и подобно абразиву истирать их, увеличивая люфт. Вот вам и ответ на вопрос, почему сборные тормозные диски массово не применяют на серийно-собираемых автомобилях. Такие конструкции в основном монтируются на тюнинговые машины и авто, предназначенные для кольцевых гонок. Разумеется, сборные тормозные диски могут применяться и на машинах бизнес-класса. И, конечно же, камнем преткновения на пути к сборочному конвейеру для сборных тормозных дисков является их высокая стоимость.


011.jpg
Пример тормозного диска с равномерным износом рабочей поверхности. Радиальные риски и канавки имеют
 незначительную глубину. Однако и к такой поверхности новые колодки должны притираться 

Рынок дисков

До недавнего времени в материалах, затрагивающих обслуживание тормозных систем, мы в основном говорили о тормозных колодках. Сегодня, пользуясь случаем, приведем некоторые цены на тормозные диски для популярных на российском рынке легковых автомобилей. Так, оригинальные передние тормозные диски в упаковке General Motors на микролитражку Daewoo Matiz с распространенным мотором рабочим объемом 0,8 литра обойдутся примерно по 1800 рублей. На фоне предложения от таких брендов, как Brembo (1700 руб.), TRW и Otto Zimmermann (1600 руб.), LPR и Bosch (1500 руб.), Ferodo и Sangsin (1200 руб.), оригинал оценивается неоправданно дорого. Поэтому обязательно поищите замену «родным» деталям из продукции компаний перечисленных выше. Самыми же доступными из имевшихся в наличии дисков оказались Optimal (1000 руб.) и Fenox (900 руб.). Предупреждаем, что легко и просто заменить тормозные диски на корейском «малыше» не получится. Для этого придется демонтировать поворотные кулаки и разбирать ступичные узлы. При этом под замену пойдут весьма не дешевые ступичные подшипники, а также сальники. То есть, расходы на замену тормозных дисков вырастут значительно и не только на стоимость дополнительных запасных частей (подшипники + сальники + смазка), но и на оплату труда мастеров автосервиса. Так, замена одного тормозного диска выльется в 2,5 тысячи рублей. А поскольку меняют их парами, то оплатить придется все пять тысяч «деревянных». В общем, замена дисков на Daewoo Matiz по самому минимуму (работа + запасные части) обойдется тысяч в десять рублей. Если принять к рассмотрению автомобиль Citroen C3 (от 2009 года), то оригинальные тормозные диски в упаковке Citroen/Peugeot для данной модели потянут примерно по 3300 рублей за штуку. Как и водится, альтернатива обойдется существенно дешевле. Например, аналог от Mintex нам предложили всего за полторы тысячи в национальной валюте. В те же деньги уложитесь, если найдете в продаже продукцию ABS. На четверть тысячи дороже торговались запасные части от Delphi. 


012.jpg
Вентилируемый тормозной диск в разрезе. Как видим, для улучшения съема тепла воздух проходит не по прямой,
а по сложной траектории. Такие тормозные диски позволяют тормозам работать стабильно
даже при высоких тепловых нагрузках 

Примерно по 2100 в национальной валюте на прилавках были выставлены интересующие нас запасные части от таких брендов, как NK и Bosch. Если подниматься по ценовой лестнице вверх, то очередную остановку делаем у прилавков магазинов, торгующих продукцией EGT (2200 руб.). Всего на пару сотен «деревянных» дороже торговались диски Remsa (2400 руб.). А за две с половиной тысячи в национальной валюте нам предложили продукцию TRW. Если увеличить предельную цену до 2700 рублей, то можно присмотреться и к дискам Brembo. Можно поискать запасные части от Textar. За тормозные диски от этой фирмы с вас возьмут на сотню дороже (2800 руб.). Самыми же дорогими среди искомых автокомпонентов оказались диски Ate с прайсом в 3200 рублей. То есть по цене фактически сравнимой с оригиналом. Для контраста примем к рассмотрению стоимость запасных частей для немецкого автомобиля Volkswagen Golf VI 1.6 (от 2008 года выпуска). Оригинальный диск от VAG для обозначенной выше модели авто потянет на 3,5 тысячи в национальной валюте. Аналог от Jp Group оценивался в полторы тысячи «деревянных». Вариант от Delphi нам был предложен за 1700 рублей. На сотню дороже торговались диски Febi и SWAG (1800 руб.). Золотой серединой можно считать автокомпоненты Bosch за которые торговцы просили 1900–2000 рублей. Довольно бойко торговля предлагала диски Textar с вполне вменяемым прайсом 2200 руб. Две с половиной тысячи в национальной валюте просили за продукцию TRW и LPR, а аналог от Brembo был оценен всего на сотню дороже. Венчали же ценовой Олимп среди «неоригинала» тормозные диски компании Ate. За них просили в среднем по 3000 в национальной валюте.

 
Короткая ссылка на новость: http://autozap.biz/~IIQio