Тормозная колодка
Тормозные колодки являются компонентом дисковых тормозов, используемых в автомобилях и других отраслях. Тормозные колодки состоят из стальных опорных пластин с фрикционным материалом, прикрепленным к поверхности, обращенной к роторам дисковых тормозов.
Функция
[ редактировать ]Тормозные колодки преобразуют кинетическую энергию автомобиля в тепловую энергию посредством трения . установлены две тормозные колодки В тормозной системе , фрикционные поверхности которых обращены к ротору. [1] Когда тормоза срабатывают гидравлически , суппорт зажимает или сжимает две колодки вместе на вращающемся роторе, чтобы замедлить и остановить автомобиль. Когда тормозная колодка нагревается из-за контакта с ротором , она переносит небольшое количество фрикционного материала на диск, оставляя на нем тускло-серый налет. Тормозная колодка и диск (теперь оба имеют фрикционный материал) затем «прилипают» друг к другу, обеспечивая трение, которое останавливает автомобиль.
В дисковых тормозах обычно на каждый ротор диска приходится две тормозные колодки, обе они функционируют вместе. Они удерживаются на месте и приводятся в действие суппортом, прикрепленным к ступице колеса или вертикальной подвеске . Однако в гоночных суппортах может использоваться до шести колодок с различными фрикционными свойствами в шахматном порядке для оптимальной производительности.В зависимости от свойств материала, веса автомобиля и скорости его движения скорость износа дисков может различаться. Тормозные колодки обычно необходимо регулярно заменять (в зависимости от материала колодок). Большинство тормозных колодок оснащены функцией оповещения водителя, когда это необходимо сделать. Распространенным методом является изготовление небольшой центральной канавки, исчезновение которой в результате износа указывает на окончание срока службы колодки. Другие методы включают размещение тонкой полоски мягкого металла в канавке так, чтобы при обнажении (из-за износа) тормоза громко визжали. В материал колодки также может быть встроена изнашиваемая пластина из мягкого металла, которая замыкает электрическую цепь , когда тормозная колодка изнашивается, и загорается сигнальная лампа на приборной панели.
История
[ редактировать ]Идея тормозных колодок или дисковых тормозов как альтернативы барабанным тормозам существовала, по крайней мере, еще в патенте Ф.В. Ланчестера в 1902 году. [2] Однако из-за высокой стоимости и неэффективности по сравнению с барабанными тормозами они широко не применялись до окончания Второй мировой войны . [3] Когда технология дисковых тормозов улучшилась, эффективность тормозов быстро превзошла эффективность барабанных тормозов. Разница в производительности наиболее заметно проявилась в 1953 году, когда Jaguar, оснащенный тормозными колодками, выиграл гонку «24 часа Гран-при Ле-Мана» на выносливость. [3] [4] Успех Jaguar обычно приписывают дисковым тормозам автомобиля, которые позволяли водителям быстрее приближаться к поворотам и тормозить позже, чем их соперники, что в конечном итоге привело к победе Jaguar. Еще в 1963 году большинство автомобилей, в которых использовались дисковые тормоза, были европейского производства, а американские автомобили переняли эту технологию в конце 1960-х годов после изобретения фиксированных суппортов, которые сделали установку дешевле и компактнее. [3]
Технология
[ редактировать ]Преимущества дискового тормоза
[ редактировать ]Дисковые тормоза обеспечивают лучшее торможение по сравнению с барабанными тормозами . Они обеспечивают лучшую устойчивость к « затуханию тормозов », вызванному перегревом тормозных колодок, а также способны быстро восстанавливаться после погружения в воду (мокрые тормоза менее эффективны). В отличие от барабанного тормоза, дисковый тормоз не имеет эффекта самосервопривода — тормозная сила всегда пропорциональна давлению, оказываемому на рычаг тормозной педали. Однако многие дисковые тормозные системы имеют сервоусилитель («усилитель тормозов») для уменьшения усилия водителя на педали. [ нужна ссылка ]
Колодки дисковых тормозов легче проверять и заменять, чем фрикционные накладки барабанных тормозов.
Типы
[ редактировать ]
Существует множество типов тормозных колодок, в зависимости от предполагаемого использования автомобиля: от очень мягких и агрессивных (например, для гоночных автомобилей) до более твердых, долговечных и менее агрессивных тормозных колодок. Большинство производителей автомобилей рекомендуют для своего автомобиля определенный тип тормозных колодок, но состав можно изменить (покупая колодки другой марки или переходя на высокопроизводительные колодки из ассортимента производителя) в соответствии с личными вкусами и стилем вождения. Всегда следует проявлять осторожность при покупке нестандартных тормозных колодок, поскольку диапазоны рабочих температур могут различаться, например, колодки с рабочими характеристиками неэффективно тормозят в холодном состоянии или стандартные колодки выцветают при жесткой езде. В автомобилях, которые страдают от чрезмерного износа тормозов , проблему можно свести к минимуму, установив более качественные и агрессивные тормозные колодки.
Материалы
[ редактировать ]Наиболее важными характеристиками, которые учитываются при выборе материала тормозных колодок, являются следующие:
- Способность материала противостоять выцветанию тормозов, вызванному повышением температуры, которую материал будет испытывать в результате преобразования кинетической энергии в тепловую. [5] [6]
- Влияние влаги на тормоза ослабевает. Все тормоза рассчитаны на то, чтобы выдерживать хотя бы временное воздействие воды. [5] [6]
- Способность быстро восстанавливаться после повышенной температуры или влажности и демонстрировать примерно одинаковый уровень трения на любом этапе процесса сушки или охлаждения. [5] [6]
- Коэффициент трения современных тормозных колодок должен быть достаточно низким, чтобы предотвратить блокировку колес, но достаточно высоким, чтобы обеспечить достаточную тормозную способность. Коэффициенты трения обычно составляют от 0,3 до 0,5 для материалов тормозных колодок. [6]
- В жертву приносится способность противостоять износу из-за трения, но не до такой степени, чтобы износ ротора происходил быстрее, чем тормозной материал. [5] [6]
- Способность материала обеспечивать плавный и равномерный контакт с ротором или барабаном вместо материала, который ломается на куски или вызывает ямки, вмятины или другие повреждения контактирующей поверхности. [5] [6]
- Способность применять соответствующую силу трения при бесшумной работе. [6]
Еще одно требование к материалу, которое учитывается, — насколько сжимаемы тормозные колодки; если они слишком сжимаемые, ход тормоза или объем жидкости в усилителе тормозов могут быть чрезмерными. [7] Материал тормозных колодок также должен быть пористым, чтобы минимизировать влияние воды на коэффициент трения. [7]
Асбест был добавлен в качестве обычного ингредиента в тормозные колодки после Первой мировой войны, когда скорость автомобилей начала увеличиваться, поскольку исследования показали, что его свойства позволяют ему поглощать тепло (которое может достигать 500 ° F), сохраняя при этом трение, необходимое для остановки автомобиля. транспортное средство. [8] Однако, поскольку серьезная опасность асбеста для здоровья со временем начала становиться очевидной, необходимо было найти другие материалы. В странах первого мира асбестовые тормозные колодки в значительной степени были заменены безасбестовыми органическими (НАО) материалами. [9] Сегодня материалы тормозных колодок подразделяются на одну из четырех основных категорий:
- Неметаллические материалы — они изготавливаются из комбинации различных синтетических веществ, связанных в композит, в основном в виде целлюлозы , арамида , ПАН и спеченного стекла . Они бережно относятся к роторам, но производят изрядное количество пыли, поэтому имеют короткий срок службы.
- Полуметаллические материалы – синтетика, смешанная с различными пропорциями чешуек металлов. Они тверже, чем неметаллические колодки, более устойчивы к выцветанию и служат дольше, но за счет повышенного износа ротора/барабана, который в этом случае необходимо заменить раньше. Для создания тормозного момента им также требуется большее усилие срабатывания, чем неметаллическим колодкам.
- Полностью металлические материалы – эти колодки используются только в гоночных автомобилях и состоят из спеченной стали без каких-либо синтетических добавок. Они очень долговечны, но требуют больше усилий для замедления автомобиля и более быстрого износа роторов. Они также имеют тенденцию быть очень громкими.
- Керамические материалы . Состоящие из глины и фарфора, соединенных с медными хлопьями и нитями, они представляют собой хороший компромисс между долговечностью металлических подушечек, сцеплением и устойчивостью к выцветанию синтетических материалов. Однако их принципиальным недостатком является то, что в отличие от трех предыдущих типов, несмотря на наличие меди (обладающей высокой теплопроводностью), керамические колодки, как правило, плохо отводят тепло, что со временем может привести к тому, что колодки или другие компоненты торможения система деформируется. [5] Однако, поскольку керамические материалы делают звук торможения настолько громким, что звук торможения не слышен человеческому слуху, они кажутся исключительно тихими. [10]
фенолформальдегидную смолу часто используют В качестве связующего вещества . Графит может служить как фрикционным материалом, так и связующим веществом. [11] Другим широко используемым фрикционным материалом является силикат циркония . [9] Итальянский производитель проводит исследования по использованию цемента в качестве дешевого и менее энергоемкого вяжущего вещества. [12] В таблице ниже показано устройство обычной тормозной колодки. [9]
| Составляющая | % по весу |
| Уайтинг (Мел) | 31.6 |
| Бронзовый порошок | 15 |
| Графит | 10 |
| Вермикулит | 16 |
| Фенольная смола | 16 |
| Стальные волокна | 6 |
| Резиновые частицы | 5 |
| «Фрикционная пыль» | 5 |
| Песок | 3 |
| Арамидные волокна | 2 |
Существуют факторы окружающей среды, которые определяют выбор материалов тормозных колодок. Например, купюра SSB 6557. [13] принятый в штате Вашингтон в 2010 году, ограничивает количество меди, разрешенное к использованию в фрикционных материалах, которое в конечном итоге будет постепенно прекращено до следовых количеств из-за негативного воздействия высоких уровней меди на водную флору и фауну. Для его замены были разработаны различные комбинации материалов, однако прямой замены пока нет. [14] Изучаются и другие материалы, например, соединения сурьмы.
Транспортные средства имеют разные требования к торможению. Фрикционные материалы имеют формулы и конструкции, адаптированные для конкретного применения. Тормозные колодки с более высоким коэффициентом трения обеспечивают хорошее торможение при меньшем давлении на педаль тормоза, но имеют тенденцию терять эффективность при более высоких температурах. Тормозные колодки с меньшим и постоянным коэффициентом трения не теряют эффективности при более высоких температурах и стабильны, но требуют более высокого давления на педаль тормоза.
Техническое обслуживание и устранение неполадок
[ редактировать ]Тормозные колодки следует проверять не реже, чем каждые 5000 миль на предмет чрезмерного или неравномерного износа. Хотя износ тормозных колодок уникален для каждого автомобиля, обычно рекомендуется заменять тормозные колодки каждые 50 000 миль. [6]
Неисправности тормозных колодок могут иметь множество последствий для работы автомобиля. В следующей таблице представлены некоторые распространенные проблемы, которые могут быть вызваны неисправностью тормозных колодок: [8]
| Проблема | Возможная причина |
|---|---|
| Торможение требует ненормальной силы на педали тормоза | Изношенные тормозные колодки, загрязненная тормозная жидкость, неисправный тормозной суппорт, неисправный главный цилиндр, потеря вакуума, потеря тормозной жидкости. |
| Автомобиль уводит в сторону при торможении | Неисправен тормозной суппорт, засор в гидравлической системе, накладки тормозных колодок загрязнены маслом или тормозной жидкостью, тормозные колодки не заменяются парами, тормозная колодка установлена неправильно, |
| Плохая эффективность торможения | Накладки тормозных колодок, пропитанные водой, маслом или тормозная жидкость; Перегретые накладки тормозных колодок, изношенные тормозные колодки, неисправный главный цилиндр, утечка тормозной жидкости, воздух в тормозной жидкости, неправильно отрегулированные тормозные колодки, кипящая тормозная жидкость. |
| Чувствительное торможение | Неправильные накладки тормозных колодок; Замасленные накладки тормозных колодок, неисправный дозирующий клапан, неправильно отрегулированный толкатель главного цилиндра. |
| Шумное торможение (скрежет или визг). при торможении) | Сильно изношенные тормозные колодки, тормозные колодки установлены неправильно, неисправна или отсутствует прокладка тормозной колодки, индикатор износа тормозных колодок. |
| Вибрация при торможении | Загрязненные роторы или колодки, деформированные роторы, некруглые барабаны, активация ABS |
Тестирование материалов
[ редактировать ]Национальное бюро стандартов (NBS) начало испытания тормозных материалов в США в 1920 году. Затем испытательную установку передали производителям, которым они были нужны, чтобы они могли начать тестировать свою собственную продукцию. [15] Со временем NBS продолжал разрабатывать новые инструменты и процедуры для тестирования колодок и накладок, и эти стандарты в конечном итоге стали стандартами для Кодекса безопасности Американского комитета по инженерным стандартам для тормозов и испытаний тормозов. [15]
Испытание SAE J661 используется для определения трения тормозных колодок из различных материалов путем испытания квадратной втулки диаметром 1 дюйм (25 мм) с тормозным барабаном. В результате этого испытания получаются значения коэффициентов трения как в горячем, так и в холодном состоянии, которые затем сопоставляются с буквенными обозначениями. [7] В таблице ниже указано, какая буква соответствует каждому диапазону коэффициента трения. Примером обозначения может быть «GD», где «G» — нормальный коэффициент, а «D» — нагретый. [7]
| Буквенное обозначение коэффициентов трения | |
| С | <0,15 |
| Д | от 0,15 до 0,25 |
| И | от 0,25 до 0,35 |
| Ф | от 0,35 до 0,45 |
| Г | от 0,45 до 0,55 |
| ЧАС | >0,50 |
| С | несекретный |
Каталогизация
[ редактировать ]Существуют разные системы каталогизации тормозных колодок. Наиболее часто используемой системой в Европе является система нумерации WVA . [16]
Система каталогизации, используемая в Северной Америке и признанная во всем мире, представляет собой стандартизированную систему нумерации деталей для тормозов и накладок сцепления, выпущенную Институтом стандартов на фрикционные материалы (FMSI). Миссия FMSI заключается в том, чтобы «поддерживать и совершенствовать эту стандартизированную систему нумерации деталей для всех дорожных транспортных средств, используемых в Северной Америке». [17]
Картриджные тормозные колодки
[ редактировать ]Тип тормозных колодок, используемых в ободных тормозах .
См. также
[ редактировать ]- Тормозная накладка
- Тормозная колодка
- Индикатор износа тормозов
- Торможение двигателем
- Электромагнитный тормоз
- Список автозапчастей
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хендерсон, Боб; Хейнс, Джон Х. (1994). «Дисковые тормоза». Руководство Haynes по автомобильным тормозам . Хейнс Северная Америка. стр. 1–20.
- ^ Ньюкомб, Т.П. (1989). Техническая история автомобиля . Сперр, RT Бристоль, Англия: А. Хилгер. ISBN 0852740743 . OCLC 18984114 .
- ^ Перейти обратно: а б с Мама, Гийс, 1949- (2014). Эволюция автомобильной техники: справочник . Уоррендейл, Пенсильвания. ISBN 9780768080278 . OCLC 883510695 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Тремейн, Дэвид. (2009). Наука о дизайне Формулы 1: экспертный анализ анатомии современного автомобиля Гран-при (3-е изд.). Спаркфорд, Северная Каролина Йовил, Сомерсет, Великобритания: Haynes Pub. ISBN 9781844257188 . OCLC 430838880 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Клифф Оуэн (21 июня 2010 г.). Сегодняшний техник: Учебное пособие по автомобильным тормозным системам и руководство по ремонту . Cengage Обучение. стр. 27–28. ISBN 978-1-4354-8655-3 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Нанни, MJ (Малкольм Джеймс) (1998). Автомобильная техника . Общество инженеров автомобильной промышленности. (3-е изд.). Уоррендейл, Пенсильвания: SAE. ISBN 0768002737 . ОСЛК 40160726 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Лимперт, Рудольф. (1999). Конструкция тормозов и безопасность (2-е изд.). Уоррендейл, Пенсильвания: Общество инженеров автомобильной промышленности. ISBN 1560919159 . OCLC 40479691 .
- ^ Перейти обратно: а б Крауз, Уильям Гарри (1971). Автомобильное шасси и кузов: конструкция, эксплуатация и обслуживание (4-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 007014690X . OCLC 136535 .
- ^ Перейти обратно: а б с Эльмаракби, Ахмед. (2013). Усовершенствованные композитные материалы для автомобильной промышленности: структурная целостность и ударопрочность . Хобокен: Уайли. ISBN 9781118535271 . ОСЛК 861080217 .
- ^ Оуэн, 2010, стр. 162.
- ^ Запись о тормозных колодках ( Bremsbelag ) на Kfz-Tech.de
- ↑ Эссе исследовательского проекта Cobra — Тормоз будущего сделан из цемента , февраль 2015 г. в: Ingenieur.de
- ^ Ограничение использования определенных веществ в тормозных фрикционных материалах.
- ^ Рампин, Илария; Занон, Маттео; Эчеберрия, Джон; Лорето, Антонио Ди; Мартинес, Анемайте (19 мая 2014 г.). «Разработка тормозных колодок из низкоуглеродистой стали для легковых автомобилей» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Перейти обратно: а б Винзель, Ли (2016). «Добродетель через ассоциацию: Национальное бюро стандартов, автомобилей и политической экономии, 1919–1940» . Предприятие и общество . 17 (4): 809–838. дои : 10.1017/eso.2015.61 . S2CID 156230896 .
- ^ «Система нумерации WVA» . Архивировано из оригинала 13 июля 2014 г. Проверено 5 октября 2009 г.
- ^ «Институт стандартов фрикционных материалов» . fmsi.org .