Дисковые и барабанные тормоза, отличия.
• Автопроизводители пытаются постепенно избавиться от барабанных тормозов и устанавливать вместо них более производительные, дисковые. А Вы знаете, какие еще есть отличия между дисковыми и барабанными тормозами, и почему последние все еще актуальны и устанавливаются на машины 2014 года выпуска?
— Преимущество дисковых тормозов перед барабанными:
— Тормозной путь автомобиля с дисковыми тормозами короче на 20%. Причем, чем выше будет скорость, тем больше разница. Главная причина в том, что продукты износа колодок остаются внутри барабана и попадая на поверхности трения и ухудшает сцепление и контакт между поверхностями трения. Кроме этого, давление на колодки внутри барабана существенно ниже, чем у дисковых, т.к. слишком сильное давление в цилиндрах может «порвать» барабан.
— Барабанные тормоза сильнее нагреваются. Связана это с тем, что в отличии от дисковых тормозов поверхности трения у барабанных не обдуваются воздухом. В результате барабан расширяется, расстояние до колодок увеличивается и педаль приходится продавливать сильнее.
— Дисковым тормозам требуется меньше времени для срабатывания механизмов.
— Снижение неподрессоренных масс.
— Дисковые тормоза проще и дешевле в обслуживании.
— При использовании задних дисковых тормозов нет необходимости регулярно подтягивать ручник.
Проблемы при попадании влаги внутрь барабана в зимнее время.
В случае разрушении колодок внутри барабана возникает большая вероятность вклинивания колес.
+ Плюсы барабанных тормозов
— Защита от грязи. Колодки находятся в замкнутом пространстве, поэтому грязь от передних колес им не страшна.
— Большой срок службы. Ресурс колодок внутри барабанов может доходить до 100 тыс., а иногда и больше.
— При перепаде температур (раскаленный тормозной диск попадает в воду) тормозной диск может потрескаться, и дальнейшая его эксплуатация уже не возможна. В случае использования барабанных — повреждений не будет, придется лишь какое-то время поработать педалью тормоза, чтобы отчистить барабан от влаги.
• Почему до сих пор используют барабанные тормоза?
Барабанные или дисковые тормоза имеют свои плюсы и минусы. Очевидно, что дисковые тормоза более современные и имеют больше преимуществ, но почему тогда барабанные тормоза все еще актуальны? Главная причина — снижение стоимости обслуживания автомобиля. На что смотрит покупатель, когда выбирается свой будущий авто? Конечно на стоимость владения! Поэтому уменьшая эту цифру производители рассчитывают привлечь больше покупателей.
• Кроме этого, барабанные тормоза применяются на небольших машинах А-класса, которым просто не нужны высокоэффективные тормоза. А раз так, зачем тогда ставить дисковые, которые требуют более частого, регулярного обслуживания.
Какие тормоза лучше: дисковые или барабанные?
Основная роль при торможении автомобиля лежит на тормозных механизмах. Они за счет сил трения замедляют вращения колес.
Рабочая тормозная система легкового автомобиля состоит из двух основных составляющих – привода, который обеспечивает передачу и увеличение усилия, и исполнительных механизмов, установленных на каждом колесе. В их задачу входит преобразование усилия в силу трения.
Типы тормозных механизмов и особенности конструкции
На легковых авто распространён только один тип привода – гидравлический, рабочих механизмов – два типа:
От первого типа постепенно отказываются в пользу второго ввиду определенных особенностей. На автомобилях может быть разная компоновка исполнительных механизмов: только дисковые (встречается все чаще), все барабанные (остались только на грузовых авто), комбинированная (на передней оси – дисковые, сзади – барабанные).
Барабанный тип
Состоит вся конструкция из подвижных и неподвижных элементов. Основным из подвижных является барабан, выполненный в виде чаши. Он установлен на оси (через подшипники), что обеспечивает легкость вращения. К нему крепится колесо, при движении оба они крутятся с одной скоростью.
Неподвижной частью выступает щит, зафиксированный на ступице. К этому щиту прикручены гидравлический цилиндр с поршнями и опора колодок.
Тормозные колодки изготовлены в виде полумесяцев. Для увеличения сил трения на внешней стороне их закреплены фрикционные накладки.
Вершинами колодки упираются в поршни цилиндра и опоры. В таком положении они фиксируются стяжными пружинками и прижимами. Поверх этих колодок располагается барабан.
Функционирует такой механизм просто: при нажатии на тормозную педаль рабочая жидкость под давлением поступает в цилиндр механизма. Создаваемое давление выталкивает поршни из цилиндра. Поскольку на них опираются вершины колодок, то перемещение поршней сопровождается их расхождением. Из-за этого колодки накладками прижимаются к внутренней рабочей поверхности чаши, и между ними возникает трение, которое замедляет скорость вращения барабана вместе с колесом. После отпускания педали давление в цилиндре падает и пружины стягивают колодки в исходную позицию. Происходит растормаживание колеса.
Видео: Барабанные или дисковые тормоза. Что лучше? Просто о сложном
Дисковые тормоза
В дисковых механизмах применяется иная конструкция. У нее основным рабочим элементом выступает диск, установленный на ступице. Тормозные колодки (в виде пластин) с фрикционными накладками располагаются по бокам диска.
Поверх этого установлен суппорт с рабочим цилиндром. На некоторых авто использовался суппорт с двумя поршнями, каждый из которых воздействовал на колодку.
Но чаще применяется однопоршневая конструкция суппорта, но при этом для обеспечения прижима обеих колодок его сделали подвижным.
Работает этот механизм так: при возникновении давления поршень выходит и прижимает к боковой рабочей поверхности диска одну колодку. При этом возникает противодействующее усилие, из-за которого суппорт смещается на направляющих и начинает корпусом прижимать вторую колодку. За счет этого перемещения достигается равномерное распределение усилия прижима.
Как видно, оба механизма используют разные способы получения трения, в первом случае для срабатывания механизма нужно колодки развести, а во втором – прижать.
Так какие лучше и какие у них недостатки?
По сравнению с дисковым вариантом, у барабанного преимуществ не так уж и много:
- Закрытая конструкция исключает попадание грязи между элементами трения, из-за чего служат они дольше.
- Барабан — массивный элемент, поэтому он «не боится» резких перепадов температуры.
- В барабанных механизмах легче организовать механическую блокировку колес (стояночный тормоз). Для этого достаточно установить дополнительный рычаг, перемещение которого обеспечит разведение колодок и удержание их.
- Большая площадь контакта накладок с диском (за счет увеличенных габаритных размеров) обеспечивает высокое тормозное усилие.
Что касается недостатков, то их у барабанных тормозов тоже немало, причем многие из них переплетаются с достоинствами:
- из-за закрытой конструкции продукты износа рабочих поверхностей не отводятся и попадают между трущимися поверхностями, снижая силу трения;
- трение сопровождается сильным нагревом, который в барабанном механизме в недостаточной мере отводится. Из-за этого барабан расширяется (поскольку он металлический), и для создания должного прижима водитель дожимает тормозную педаль, иначе эффективность торможения снизится;
- неравномерный износ колодок. Поршни не способны равномерно прижать их, поэтому контактируют они с барабаном не всей площадью;
- ряд составных элементов находится в закрытом пространстве, поэтому при разрушении отколовшимся частям деваться некуда. Они могут попасть между колодками и барабаном, что приведет к блокировке механизма.
Видео: Тормоза дисковые и барабанные: плюсы и минусы
Положительные качества дисковых тормозов:
- Высокая эффективность (на 20% выше, чем у барабанных). И здесь свою роль тоже играет тепловое расширение. Диск от нагрева расширяется, что увеличивает силы трения без дополнительного воздействия на колодки.
- Открытая конструкция хорошо вентилируемая, обеспечивает отвод тепла.
- Продукты износа удаляются и не попадают на трущиеся поверхности, добавляют эффективность работе механизма.
- Попадающая на диск влага тоже удаляется с поверхности.
- Колодки прижимаются к диску всей рабочей поверхностью.
Но и без недостатков тоже не обошлось. У дисковых тормозов они такие:
- диск чувствителен к резким перепадам температуры. Интенсивное торможение с последующим заездом в лужу становится причиной коробления (нарушения геометрии рабочих поверхностей);
- износ колодок и дисков становится причиной частого проведения технического обслуживания с заменой расходников;
- сложность использования дисковых механизмов для организации стояночного тормоза;
- грязь, попадая на рабочие поверхности, обеспечивает интенсивный износ.
Если рассматривать компоновки механизмов на авто, то комбинированная является пока самой оптимальной. Дисковые обладают высокой эффективностью, а барабанные не требуют частого обслуживания. Поэтому такую компоновку используют очень многие производители для автомобилей бюджетной и средней ценовой категории. Но барабанные механизмы постепенно вытесняются дисковыми.
Диаметр, вентиляция и композиты: эволюция дисковых тормозов
Вы наверняка не раз читали про суперкрутые гоночные корчи с композитными вентилируемыми шестипоршневыми 18-дюймовыми дисковыми тормозами по кругу. В целом понятно, что перечисление этих регалий говорит о способности очень быстро и эффективно тормозить. Ну а в деталях?
Дисковые тормоза давно вытеснили все остальные варианты тормозных механизмов, и только редкие барабанные еще пытаются что-то им противопоставить на бюджетных легковушках и тяжелой технике. Но со временем сами дисковые тормоза стали разнообразнее: менялись материалы и устройство дисков и суппортов, равно как и размеры. Что же, попробуем разобраться в их эволюции. И в ее смысле.
Коротко о плюсах дисков
Своим успехом дисковые тормозные механизмы обязаны двум факторам. Во-первых, простоте создания большого усилия – сжимать чугунный диск можно очень сильно, и он не согнется, не сломается и не потеряет своих характеристик. А раз усилие сжатия велико, то и тормозная мощность будет ограничена только прочностью суппорта и тепловой нагрузкой на сам диск.
Во-вторых, собственно, хорошей способностью к восприятию этой самой тепловой нагрузки, или, другими словами, хорошими способностями к охлаждению. Пока диск вращается, он создает непрерывный поток воздуха на своей поверхности, эффективно удаляющий тепло и продукты износа.
Помимо двух этих основных факторов, нашлось и множество второстепенных вроде простоты создания авторегулировки тормозов, точности и «прозрачности» усилий, малой массы тормозного механизма, удобства компоновки со ступицей, простоты обслуживания и прочих. Хотя без первых двух они были бы не столь важны.
А первые два фактора можно охарактеризовать в сумме одним словом – это «мощность». Именно мощность тормозных механизмов при малой массе стала тем, что сделало их успешными. Это способствовало созданию все более и более мощных тормозов, способных без ухудшения характеристик переносить многочисленные торможения с большой скорости.
Зачем нужно усложнять диск?
На первом этапе усовершенствования дисковых тормозов постарались улучшить в первую очередь именно способность к охлаждению, чтобы дополнительно снизить риск перегрева при затяжных или частых торможениях. В дальнейшем именно желание увеличить тепловую мощность тормозов будет толкать конструкторов все к новым и новым решениям.
Диск нельзя нагревать бесконечно – материалы банально теряют прочность, колодки «горят», уплотнения суппорта разрушаются, в общем, греть диски ради большей теплоотдачи нельзя, нужно «держать» температуру и охлаждать.
Вентиляция
Обеспечить лучшее охлаждение диску можно двумя путями: либо увеличивая его площадь (об этом чуть позже), либо введя вентиляцию. За счет создания внутренних радиальных каналов внутри диска площадь охлаждения увеличилась в пять-шесть раз, и во столько же раз увеличилась мощность.
Еще немного увеличить площадь охлаждения позволяет перфорация, и она же чуть улучшает очистку диска при прижатии колодок. К сожалению, усложнение конструкции диска дальше маловероятно и ограничено теплопроводностью чугуна. По сути, почти все современные тормозные механизмы выполнены именно по этой схеме: передние – практически всегда вентилируемые, но без перфорации – она ослабляет диск, снижает его ресурс и применяется нечасто.
Увеличение диаметра
Теперь вернемся к размерам. Увеличивая диаметр диска, мы решаем две проблемы. Во-первых, при этом возрастает площадь охлаждения, а во-вторых – тормозной момент и одновременно скорость вращения диска в зоне трения колодок. Тормозная мощность «размазывается» по площади, уменьшается нагрев. Появляется возможность уменьшить давление прижатия колодок, а значит, снижаются требования к фрикционным материалам и повышается удобство пользования тормозами.
Путь увеличения площади хороший, если бы не одна проблема: внешний диаметр диска всегда ограничен размером колеса. Примерно до 19 дюймов увеличение диаметра колесного диска еще может быть оправдано улучшением управляемости, но дальше гигантомания идет во вред. Прежде всего – из-за того, что критически вырастает неподрессоренная масса, страдает комфорт и, как ни странно, управляемость автомобиля. Да и слишком большой диск быстрее коробится. Эту проблему можно было бы решить утолщением диска, но тогда вырастет масса, а она, как мы поняли, и так уже велика. Но конструкторская мысль нашла выход из положения.
Составные диски
По сути, рабочей зоной тормозных колодок является только внешний край тормозного диска. Использовать всю его площадь просто не нужно – тормозное усилие зависит не от площади контакта колодок. При увеличении площади улучшается модуляция и уменьшается износ накладок, но площадь можно сохранить, увеличив только «длину» колодки, а не ее «высоту». Это значит, что вместо большого и тяжелого сплошного диска можно использовать лишь сравнительно тонкое кольцо максимального диаметра.
Конструктивно проблему можно было решить двумя способами. Традиционный заключается в том, что можно выполнить центральную часть тормозного диска из легкого сплава и прикрепить к ней чугунное кольцо, по которому будут работать колодки.
Второй вариант – прикрепить чугунное кольцо к легкосплавному колесному центру изнутри. Соответственно, и тормозной суппорт тогда будет охватывать тормозное кольцо изнутри, а не снаружи. Второе решение не очень-то прижилось, разве что владельцы ЗАЗ Таврия помнят сей конструктив, да знатоки железнодорожной техники вспомнят локомотивы с подобными тормозными механизмами.
А вот более классическая конструкция диска с легкосплавным центром завоевала мир гоночных и спортивных автомобилей. Составные тормозные диски позволяют экономить по несколько килограмм массы на каждом колесе и к тому же дешевле в эксплуатации – внутренняя сложная легкосплавная часть зачастую не требует замены, меняется лишь простое по конфигурации наружное кольцо из чугуна или другого материала с похожими свойствами.
Плавающие диски
Следующим логичным шагом по пути улучшения стало создание «плавающих» тормозных дисков. Не бойтесь, ни о каком водяном охлаждении речи не пойдет, впрыск воды остается для дисковых тормозов крайне экзотической технологией. Суть куда проще: крепление центральной части такого составного тормозного диска позволяет внешней чугунной части при расширении немного сдвигаться. Тем самым уменьшаются нагрузки, которые возникают из-за разницы в коэффициенте расширения у разных металлов и разнице температур между центральной частью и тормозным кольцом.
А раз нет риска коробления, то можно допустить прогрев диска до большей температуры без риска критического перегрева. Кроме того, улучшаются условия прилегания колодок, и тормоза заработают в полную силу при большей нагрузке. Такой диск может иметь мощность на все 20–30% выше, чем у «жесткой» конструкции, при незначительном, в общем-то, усложнении.
Композитные материалы
При создании составных дисков открылось еще одно направление в развитии тормозных механизмов. Увеличить теплоотдачу можно еще и повышением температуры тормозов, но тогда придется заменить на что-то, умеющее работать при температурах под тысячу градусов. Кандидаты нашлись быстро: в первую очередь это биметаллические диски, металлокерамика и углеволокно.
Биметаллические диски позволяли получить выигрыш в массе, но по совокупности характеристик не получили выигрыша в сравнении с поверхностно упрочненным чугуном, так что эта тюнинговая экзотика почти не встречается. А вот материалы на основе углерод-углеродной, керамической и метал-керамической матрицы прижились, несмотря на очень высокую цену относительно чугуна.
Причин сразу несколько. Во-первых, по сравнению с чугуном композитные материалы имеют в несколько раз меньшую плотность, а значит, на 50-75 % снижается масса диска. Рабочая температура выше 1 100 градусов для них не является проблемой, причем температура поверхности может доходить до 1 400 градусов, поэтому теплоотдача вырастает примерно в полтора-два раза в сравнении с чугуном.
Во-вторых, волокнистые композиты на основе SiC-матрицы обладают очень высокой износостойкостью – такие диски практически «вечные», даже если учитывать особенности эксплуатации в гоночных автомобилях. Чаще всего они выходят из строя не из-за износа поверхности, а из-за разрушения точек крепления и расслоений, свойственных композитам.
В-третьих, у композитных дисков полностью отсутствуют «прихватывания» – точки локального изменения поверхности диска под воздействием высокой температуры и материала колодок.
Именно такие диски можно сделать наибольшего размера, к тому же вдвое увеличив мощность тормозных механизмов. Так почему же композитные материалы до сих пор не вытеснили чугун? Минусы проявились тоже достаточно быстро. Высокая стоимость является очевидным недостатком, но по сути сильно зависит от технологии производства, при появлении массового спроса в автомобилестроении шансы на ее снижение довольно велики. Сами материалы, на самом деле, не столь дороги.
Источник https://www.drive2.ru/b/1868957/
Источник https://avtocity365.ru/chto-vybrat-rejtingi-avtotovarov/kakie-tormoza-luchshe-diskovye-ili-barabannye/
Источник https://www.kolesa.ru/article/diametr-ventiljacija-i-kompozity-jevoljucija-diskovyh-tormozov-2016-01-07
