Тормозная колодка автомобиля конструкция
Тормозные колодки: состав, свойства и особенности
Колодки — основной элемент тормозной системы. Задача колодки — остановить тормозной диск или барабан (и, соответственно, колесо) за счет силы трения.
Необходимую силу трения обеспечивают фрикционные материалы с высоким коэффициентом трения, оптимальными показателями вязкости и твердости — чтобы диски и сами колодки изнашивались равномерно и не быстро.
Первые тормозные колодки были деревянными и использовались на телегах и каретах. Работали они от ручного привода исключительно за счет физической силы кучера и силы трения. Такое приспособление было абсолютно бесполезным в дождь или снег.
Позже деревянные колодки заменили металлическими с фрикционными накладками из кожи.
В 1902 году Луи Рено представил тормоза с колодками внутри полых барабанов. Фрикционные накладки делали из асбеста. Позже от асбеста отказались, т.к. он очень вреден для органов дыхания человека.
Из чего состоит тормозная колодка
Современные тормозные колодки — это многослойный «пирог», где каждый компонент выполняет свою функцию. В среднем колодка состоит из 5-ти слоев:
1. Фрикционный материал — обеспечивает трение.
2. Шумопоглощающий слой.
3. Адгезивный материал — обеспечивает сцепление рабочего слоя с металлической основой.
4. Несущая стальная пластина.
5. Демпфер.
Компаунды тормозных колодок
В состав фрикционного слоя входит до 20-ти компонентов. Многие производители разрабатывают уникальную рецептуру фрикционных смесей, улучшающих определенные свойства колодок.
На современном рынке представлены три основных вида колодок:
— металлсодержащие — в основе до 65% металлических компонентов, отлично выдерживают высокие температуры, но плохо работают в мороз, агрессивны к дискам и суппортам, быстро изнашиваются;
— органические — в основе углеродистые материалы + кевлар, бронзовая стружка, стекловолокно и т.д., усиленные стальной стружкой. Мягкие, тихие, но при этом очень “грязные” и недолговечные. Требуют докатки для формирования рабочего слоя;
— керамические — сочетают преимущества металлических и органических колодок, износостойкие, отлично работают в условиях влажности, щадят тормозные диски, хорошо отводят тепло, но очень дорогие.
Как выбрать тормозные колодки?
Чтобы правильно выбрать и купить тормозные колодки, вы должны учитывать, как и где вы ездите, какой у вас автомобиль, тип тормозного механизма.
Для неспешной езды по городу не подходят спортивные колодки, а для трека не годится мягкая органика. Конечно, производители указывают на упаковке и самих колодках необходимые характеристики, но на всякий случай понимать, что вы покупаете, бывает полезно.
Тормозная колодка автомобиля конструкция
Хотя и говорят, мол, тормоза придумали трусы, но вряд ли Вы захотите садиться за руль автомобиля, не будучи уверенными в том, что успешно доедете до пункта назначения. И одной из важнейших компонент безопасного движения являются тормозные колодки, устройство и особенности работы которых должен знать любой уважающий себя автомобилист.
Тормозная колодка — это тот элемент, который создает отрицательное ускорение за счет взаимодействия с поверхностью тормозного диска или колеса. Ее расположение наглядно показывает следующее фото:
Разумеется, инженерная мысль за более чем столетнюю историю автомобилестроения придумала немало вариаций этой запчасти.
А вот с материалом фрикционных накладок производители не перестают экспериментировать. Еще два десятка лет назад наиболее распространенным решением был асбест, однако сегодня его уже почти и не встретишь на новых автомобилях. Используемых материалов и их комбинации довольно много, однако их можно разбить на несколько крупных групп:
Также стоит отметить различие между передними и задними тормозными колодками. Разница между ними обусловлена тем, что при торможении легкового автомобиля нагрузка на передние колеса выше примерно в три раза, соответственно установленный спереди механизм должен быть более массивным. Насколько именно передние колодки будут крупнее, сказать нельзя, все зависит от конкретной модели автомобиля, но, как правило, визуально отличить их не составляет труда:
Более того, на многих современных автомобилях устанавливаются различные тормозные механизмы. Это может быть сочетание барабанного устройства сзади и дисковых тормозов спереди, а люксовые модели имеют на всех колесах дисковые тормоза, но на передней оси устанавливается вентиляционный механизм.
Первые признаки выхода из строя тормозных колодок и некоторые советы по выбору им замены
Во время работы наибольшему износу подвергаются фрикционные накладки, однако далеко не всегда имеется возможность напрямую контролировать их состояние. Современные автомобили, как правило, имеют датчик износа данной детали и могут своевременно информировать водителя о назревающих неприятностях, но ведь далеко не все ездят на новинках автопрома, да и электроника может отказать через пару-тройку холодных сезонов.
Одним из ранних косвенных признаков может служить незначительное, но постоянное снижение уровня тормозной жидкости. Куда более явным сигналом является появление характерного скрежещущего звука, который возникает из-за того, что фрикционная накладка износилась и металлическая основа начала соприкасаться с тормозным диском. Медлить больше нельзя, необходимо отправляться в автомагазин или открывать соответствующий раздел каталога нашего интернет-гипермаркета. Как бы Вы ни поступили, следует иметь в виду несколько общих положений:
Состав тормозных колодок: конструкция и нагрузки
Тормозные колодки – наиболее важный элемент тормозной системы. Именно от них зависит эффективность работы тормозов. Хорошие, правильные колодки будут не только долго и надежно выполнять свои функции, но и сохранят тормозной диск или барабан целым и невредимым долгие годы. Наоборот, плохие, некачественные колодки могут испортить тормозной диск, проделав в нем глубокие канавы, и т. д.
Тормозные колодки бывают разными. Причем речь идет не о конструкции и дизайне, а в первую очередь о материале фрикционных накладок, которые собственно и осуществляют торможение. Фрикционных смесей на сегодня существует превеликое множество. У каждой фирмы своя рецептура и свои ингредиенты. В состав смеси могут входить 15 и более различных компонентов. Их пропорции четко выдержаны. Любое изменение доли того или иного компонента может существенно изменить свойства будущих тормозных накладок, вплоть до их полной неработоспособности.
Основа фрикционной смеси – армирующий компонент. Именно от него зависит прочность, термостойкость и стабильность тормозных свойств изделия. В последние годы сложились устойчивые виды фрикционных изделий, получивших свое название, именно основываясь на их армирующем компоненте. Выделяются асбестовые, безасбестовые и органические (на основе органических волокон) компоненты.
Первые, как видно из названия, в качестве армирующего элемента используют асбест. Вредность этого материала для человека уже стала притчей во языцех. Во многих руководствах по ремонту и обслуживанию автомобилей говорится, что менять асбестосодержащие тормозные колодки и даже снимать колеса (если у вас такие тормоза) необходимо предельно осторожно, заблаговременно позаботившись о защите органов дыхания и зрения.
Безасбестовые представляют собой фрикционный материал, в котором роль армирующего компонента выполняют иные составляющие. Это может быть стальная вата, медная, латунная стружка, различные полимерные композиции и т. д. В бюджетных колодках производители используют смесь органических и неорганических волокон, балансируя между коэффициентом трения, изностойкостью и конечной ценой колодки. Если речь идет о дорогих колодках, хотя и предназначенных для дорожных автомобилей, то производители могут включать гранулы мягких металлов и искусственного графита, кевларовых и карбоновых волокон, таким образом увеличивая термостабильность фрикционного материала.
Самые современные на данный момент фрикционные материалы выполняют на основе органических волокон. У таких колодок наилучшие тормозные свойства. Недаром именно они устанавливаются на современные болиды Формула-1, где нагрузки на тормоза (по меркам городских автомобилей) просто запредельные. Ведь им приходится за считанные секунды или даже доли секунды снижать скорость машины с 300 до 60 км/ч. К сожалению, как и любых высокотехнологичных и наукоемких изделий, стоимость таких колодок доступна лишь таким «денежным» видам автоспорта.
И еще раз вспомним о тепле. Колодки также должны охлаждаться, но, в отличие от дисков, они как раз должны не пропускать тепло через себя. Нагреваясь, сами, они обязательно начнут греть рабочие тормозные цилиндры, а они, в свою очередь, тормозную жидкость, и если она закипит, тормоза перестанут работать, со всеми вытекающими последствиями. Вот почему столь важно обеспечить тепловой барьер между фрикционными накладками и металлической основой тормозной колодки.
Нагрузки на передние и задние тормозные колодки
При торможении передние тормозные колодки испытывают основную нагрузку, поэтому они изнашиваются быстрее задних тормозных колодок. Часто приходится слышать, что пока поменяешь задние тормозные колодки, износишь три раза передние тормозные колодки. В принципе, соотношение 1:3 верное.
Многие производители ставят на передние и задние тормозные колодки специальные устройства, предупреждающие об износе этого компонента. Они бывают механические и электронные. В первом случае изношенная задняя или передняя тормозная колодка начинает неприятно скрипеть. Во втором – в случае износа передней или задней тормозной колодки на панели приборов зажигается специальный индикатор.
При замене тормозных колодок лучше поменять все колодки. Например, если вы меняете задние тормозные колодки, то поменяйте колодки сразу на обоих задних колесах. В случае передних тормозных колодок поступайте аналогично. Это позволит избежать ситуации, когда новые и уже износившиеся колодки будут по-разному тормозить колеса, отчего автомобиль будет терять в управляемости.
Фрагменты статьи Ю.Буцкого и В.Карпицкого “О тормозных колодках потребителю – только факты”
Физика безопасности
Фрикционная накладка- важнейшая деталь тормозной колодки. Основные ее задачи- получение необходимых сил трения в процессе торможения и обеспечение стабильности коэффициента трения при изменении скорости вращения тормозного диска и давления в системе. Естественное желание изготовителей автомобилей (как, впрочем, и разработчиков и производителей тормозных накладок)- получение коэффициента трения, близкого к константе при любых условиях эксплуатации. Выполнить это требование нелегко, о чем свидетельствует весь мировой опыт. Можно говорить лишь о поиске оптимального сочетания свойств накладки.
Большинство современных тормозных накладок имеет коэффициент трения 0,35-0,45. Почему так? Чем плохи значения 0,28 или, положим, 0,55? С первой цифрой все понятно: заниженные фрикционные свойства приводят к увеличению времени торможения и тормозного пути, что отрицательно сказывается на безопасности. А хороши ли высокие фрикционные свойства? На первый взгляд — да. Но только на первый. На деле же увеличение коэффициента трения сужает диапазон воздействий на педаль от начала торможения до блокировки колес. И начинаются неприятности.
Судите сами: блокировка приводит к скольжению или юзу. Это недопустимо, как минимум, по двум причинам. Во-первых, ухудшаются устойчивость и управляемость автомобиля. Ведь сцепление колес с дорогой становится одинаковым во всех направлениях — что в курсовом, что в боковом. Во-вторых, увеличивается тормозной путь, поскольку сцепление с дорогой при скольжении колес значительно меньше, чем при качении.
Поэтому при высоком коэффициенте трения накладок требуется осторожность в «топтании педали», определенные навыки вождения и быстрая реакция. Особо опасны дороги, где чередуются участки с хорошим и плохим сцеплением колеса. Например, асфальт, гололед, асфальт, снег, снова гололед и это тянется на много километров. Или так: слева асфальт, а справа, ближе к обочине, жидкая грязь. В подобных ситуациях на машинах без ABS торможение может привести к потере управляемости и непредсказуемым последствиям. Такие случаи особенно опасны в условиях интенсивного движения с высокой скоростью.
О конструкции: взаимодействие осей
В подавляющем большинстве случаев на передней и задней осях автомобиля устанавливаются разные тормозные механизмы. Секрет прост: осям требуется неодинаковая эффективность торможения. Сегодня на многих легковых автомобилях и легких грузовиках наиболее распространена система Д-Б — то есть с дисковыми механизмами на передней оси и барабанными — на задней. Тормозные накладки в этих схемах различны — и по технологии изготовления и по набору компонентов фрикционной композиции. Однако они должны правильно взаимодействовать, то есть иметь согласованные фрикционные характеристики.
Напомним, что опережающая блокировка колес передней оси нарушает управляемость автомобиля, а опережающая блокировка колес задней оси приводит к потере устойчивости, провоцируя занос и опрокидывание. Поэтому эффективность торможения каждой из осей должна находиться строго в своих рамках — это и есть основа безопасности. Коэффициент трения зависит от давления между накладкой и контртелом (диском или барабаном), от скорости и, конечно, от температуры.
Более стабильными являются дисковые тормозные механизмы. Они в меньшей степени теряют эффективность с ростом указанных факторов. Кроме того, им не так страшно попадание воды, масла и грязи на поверхности трения. А вот накладки барабанных тормозов более капризны. Многие знакомы с ситуацией, когда после форсирования большой лужи барабанные тормозные механизмы просто-напросто перестают работать. При интенсивном пользовании тормозами эффективность торможения каждой из осей автомобиля изменяется — причем (внимание!) не пропорционально друг другу. Отсюда видно, сколь легко может быть нарушено правильное взаимодействие передних и задних механизмов в процессе торможения.
Из чего и как делают тормозные колодки
Тормозные колодки считаются одним из главнейших компонентов тормозной системы автомобиля, так как во многом они отвечают за ее эффективность. Между тем мы довольно часто стремимся к экономии, приобретая для ТО вместо оригинальных деталей либо контрафакт, либо вовсе фальсификат. Не вдаваясь в разницу между этими терминами, можно сказать лишь одно: даже при аккуратной езде многие водители рискуют жизнями – своей и пассажиров. А что будет, если потребуется экстренное торможение, от которого ввиду огромного количества машин с неопытными или неадекватными людьми никто не застрахован? Ответ ясен, и винить в таких случаях нужно только себя.
И напротив, брендовые диски или барабаны – это стабильные характеристики, которые гарантируют не только минимальный тормозной путь, но и сохранность этих компонентов на протяжении долгих лет. Чтобы убедиться в правоте этих слов, достаточно более-менее подробно узнать, как делают тормозные колодки на конвейерах мировых лидеров автопрома. Впрочем, начать полное изучение этого вопроса следует с истории развития данных элементов тормозной системы.
Историческая справка
Изначально тормозные колодки изготавливались из дерева, причем с дисками и барабанами они контактировали с помощью системы рычагов. Такая архаичная по нынешним меркам конструкция практиковалась еще на конных повозках, а в автомобилестроении она нашла применение по той простой причине, что машины в то время не отличались большой мощностью моторов. Вдобавок «самоходные кареты» той поры были легкими, что также не требовало хороших тормозов.
Поскольку прогресс не стоял на месте, со временем автомобили стали оснащаться «многолошадными» двигателями. Соответственно, модернизации подвергалась и тормозная система, частью которой являлись «остановочные башмаки». Причем предпочтение конструкторы отдавали барабанам, а не более продуктивным дискам. И только в конце ХХ века дисковая система взяла верх, поэтому к тормозным колодкам стали предъявлять еще более повышенные требования.
Виды тормозных колодок
Из какого материала делают тормозные колодки, зависит от вида этих деталей, хотя по своей конструкции они практически не отличаются. В первом случае для скрепления фрикционных элементов некоторые производители по-прежнему добавляют в спецсоставы асбест, хотя тот при нагреве уже давным-давно признан вредным для человека. Именно по этой причине данный тип колодок менять следует в очках и респираторе. Почему до сих пор используется этот канцероген? Как всегда, из-за экономии – себестоимость производства снижается в разы.
Во втором типе деталей в основном применяется мягкая металлическая стружка, которая значительно дороже. Однако использование безопасных материалов – лишь одно из преимуществ более современной технологии. Ведь такие фрикционные элементы менее подвержены износу и практически не снижают своих тормозных свойств при высоких температурах. Вдобавок они способствуют снижению шума во время выполнения своей функции. Отличить один вид колодок от другого можно по маркировке на коробке: там указано, для каких условий предназначено изделие и из чего изготовлено.
Технологическая цепочка изготовления
Колодка при всей ее важности по конструкции весьма несложна: есть лишь металлический каркас, прикрепленная к ней фрикционная часть и некоторые второстепенные компоненты.
Каркас. Разумеется, вначале на заводе изготавливается основа детали – для этого применяется процесс рубки листового металлопроката на гидравлических или механических прессах. Далее формируются отверстия для датчиков, спецпазы, на которые можно «навешать» аксессуары и пр. Иногда в производстве задействован метод лазерной резки, однако преимущественно он применяется на зарубежных предприятиях.
Фрикционная смесь. Ее главная задача при производстве «гражданских» автомобилей состоит в стабильности коэффициента трения. То есть, этот показатель должен не меняться даже при сильном нагреве этого элемента тормозной системы. Многие производители маркируют свою продукцию специальным кодом: так, индекс FF на упаковке означает, что коэффициент трения – а он должен быть в определенном диапазоне – сохраняется не только на холодной и средненагретой колодке, но и горячей. Чтобы проверить, соответствуют ли заявленные потребительские свойства действительности, на заводах проводят процедуру тестирования. В отдельных случаях контроль осуществляют сторонние организации научного типа.
Состав фрикционной смеси напрямую влияет на стабильность и теплоотвод колодок, поэтому процентное соотношение в ней разных компонентов считается коммерческой тайной. Однако никто не скрывает, что в микс сегодня входят наполнители (бариты и мелы), синтетические и рубленые металлические волокна, модификаторы трения и пр.
Из чего делают тормозные колодки для авто, во многом зависит от самого производителя. Если он согласен на дополнительные затраты, то в смесь добавляется дорогой кевлар. Правда, кевлар кевлару рознь: если на некоторых российских заводах массово применяется «первичный», а потому дорогой материал, то на других предприятиях в ход идет «вторичный», который является продуктом переработки списанных бронежилетов. Однако и в первом, и во втором случае на упаковке можно гордо написать «кевлар» – такой рекламный ход позволяет существенно повысить цену на конечный продукт.
Наконец, еще одним очень важным компонентом фрикционной смеси считается так называемая пыль трения. Частично данную функцию выполняют металлические волокна, однако уже давным-давно доказано, что измельченная скорлупа орехов кешью в не меньшей степени способствует эффективному торможению. И когда все компоненты смеси собраны, они загружаются в миксер и смешиваются, чтобы после процесса отстаивания попасть на участок прессования.
Процесс прессования по степени своей важности не уступает этапу создания фрикционного состава. Однако начинается он с предпроизводственной подготовки каркасов колодок, с которых методом дробеструйной очистки удаляются заусенцы и окалины. Затем на основу детали наносится термостойкий клей, и только потом начинается непосредственно формирование тормозной накладки.
Фрикционная смесь засыпается в пресс-формы, сверху располагается каркас колодки, и пресс приступает к работе. Процедура прессования может быть «горячей» или «холодной». Второй вариант более продуктивен и менее затратен, однако в технологию включается дополнительное звено – запекание в печи при температуре до 280°. В ходе этого процесса может возникнуть обильное газообразование и коробление накладок из-за наличия фенольной смолы, чего при «горячем» прессовании не происходит.
С другой стороны, «горячий» метод требует четкого контроля температуры и нескольких «подпрессовок». Кроме того, технология предполагает использование дорогого оборудования и разработку оптимальной компьютерной программы, которая зачастую является ноу-хау компании-производителя. Однако в любом случае на выходе фрикционщики получают изделие очень высокого качества, которое не обходится без процедуры термостабилизации.
Термостабилизация. Она проводится по специальной программе в автоматическом режиме и включает в себя множество циклов нагревания и остывания колодки в печи. В зависимости от требуемых свойств детали на это требуется 8-12 ч. Например, как делают тормозные колодки для коммерческого транспорта? Нужна повышенная температура, о которой сигнализируют датчики, и больше времени для термостабилизации. Если какой-то из параметров не выдерживается, печь без вмешательства человека отключается и отправляет информацию об этом в управляющую систему. И только после процедуры наладки оборудования и внесения корректив в программу процесс запускается вновь.
Зачем вообще нужен этап термостабилизации? Чтобы произошло окончательное спекание смол и сформировалась рабочая часть колодки. Только после этого они могут считаться почти готовыми к использованию. Как показывает практика, для приработки этих деталей достаточно всего лишь 20-30 циклов торможений в стандартном режиме езды. Никто из специалистов не скрывает, что покрытие, создаваемое по вышеописанной технологии, получается очень дорогим. Именно поэтому его можно встретить только на «премиальных» деталях, у которых накладки имеют цветное покрытие. Более дешевый и распространенный вариант заключается в «ударном» нагреве контактного сегмента колодки до очень высоких температур. Так называемый «скорчинг» куда более дешев, однако он явно не идет на пользу фрикционному материалу. Соответственно, заменять этот элемент тормозной системы приходится почти в 2 раза чаще. Хотя это не отменяет того факта, что вместо одного «премиального» комплекта можно купить два по одной и той же цене, и при своевременном проведении ТО ездить с высокой степенью безопасности.
Механическая обработка. Данный этап не требует задействования дорогого оборудования и эксклюзивного программного обеспечения. Он заключается в формировании размера колодки в соответствии с рекомендации автопроизводителей, создании скосов для снижения шумовой нагрузки. Кроме того, на механическом участке делаются пропилы, которые нужны для отвода истершегося фрикционного материала.
Покрасочные работы. Нанесение антикоррозионного покрытия проходит почти автоматически в печах конвейерного типа. Используемый материал – полимерная краска, метод – порошковое напыление. Этот этап занимает порядка 40-45 минут, после которых изделие может считаться почти готовым – осталось лишь смонтировать аксессуары и промаркировать колодки на участке комплектации.
Комплектация – это установка пружин, противошумных пластин, датчиков износа, маркировка готовой продукции. В финале тормозные колодки запечатываются в вакуумную пленку и упаковываются в коробки для отправки на склад готовой продукции. Однако в автомагазины эти детали попадут лишь после процедуры тестирования – она обязательна для каждой отдельно взятой партии изделий.
Тестирование. Обычно современные производители автозапчастей стремятся иметь в составе производства собственную технологическую лабораторию, где конечная продукция подвергается строгим испытаниям. Тесты проводятся самые разнообразные: проверяется коэффициент трения, температурные изменения толщины накладок, их сжимаемость, прочность на отрыв от каркаса и т. д. И только после успешно проведенных испытаний партия данных деталей может считаться готовой к отгрузке потребителю.
По поводу барабанов и дисков
С тем, как делают тормозные колодки, мы более-менее разобрались. Как и с тем, что они входят в конструкцию любой тормозной системы. Однако очень часто приходится слышать вполне закономерный вопрос: почему барабанный тип тормозов всегда устанавливается сзади, а дисковый – спереди?
Ответ лежит практически на поверхности. Все дело в массе автомобиля, которая при торможении смещается на переднюю часть. Если бы на ней стояли барабаны, то передок бы «клевал» с наклоном вперед и вниз, в то время как задняя часть машины, наоборот, поднималась бы. При такой ситуации риск опрокидывания автомобиля вырастает в разы… Именно поэтому основную тяжесть торможения должны принимать дисковые тормоза – они более эффективны, надежны, и быстрее реагируют на нажатие педали.