Как изготавливают тормозные диски
Будни 9:00-20:00, Выходные 10:00-18:00
- О Субару
- О Subaru
- Статьи о Субару
- Двигатели Субару
- КУЗОВНОЙ РЕМОНТ
- ДИАГНОСТИКА
- ПОКРАСКА
- РЕМОНТ ПОДВЕСКИ
- УСТАНОВКА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
- СХОД РАЗВАЛ
- РЕМОНТ ДВИГАТЕЛЯ
- ПРОМЫВКА ИНЖЕКТОРА
- ЭЛЕКТРИКА АВТОМОБИЛЯ
- УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ЧИСТКА ФОРСУНОК
- РЕМОНТ МКПП, АКПП
- ОБСЛУЖИВАНИЕ КОНДИЦИОНЕРА
- ПЛАНОВОЕ ТЕХОБСЛУЖИВАНИЕ
- ПРОГРАММИРОВАНИЕ БЛОКОВ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
- ЗАМЕНА РЕМНЯ ГРМ
- ШУМОИЗОЛЯЦИЯ КУЗОВА
- РЕМОНТ РУЛЕВОЙ РЕЙКИ
- РЕМОНТ ФАР СУБАРУ
- Главная
- О Субару
- Статьи о Субару
- Устройство тормозных дисков
Тормозные диски и их устройство
Тормозные диски, как и тормозная система в целом, играют наиважнейшую роль в устройстве автомобиля, так как динамика и скоростные качества современных железных коней очень возросли и требуют повышенных технических характеристик. Перед тормозным диском стоит несколько задач, поглощение кинетической энергии движущегося автомобиля и рассеивание ее в окружающую среду, при этом происходит нагрев диска, который связан с преобразованием данной энергии. Поэтому второй задачей тормозного диска является правильное рассеивание этого тепла и охлаждение тормозной системы, вследствие чего тормозные диски с повышенными характеристиками имеют вентиляционные каналы. В связи с этим диски подразделяются на два виды, вентилируемые и не вентилируемые. Невентилируемые диски изготовлены из сплошной пластины, на которую может быть нанесена перфорация и насечки, или слоты. Вентилируемые тормозные диски состоят из пары пластин, между которыми имеются полости. Здесь также могут присутствовать насечки и перфорация.
Перфорированные тормозные диски могут быть изготовлены как методом сквозной перфорации, так и методом заглубленной, или глухой, перфорации. Сквозная перфорация отличается высокой эффективностью в вопросе охлаждения рабочей поверхности диска и отвода газов вместе с продуктами выгорания. Однако этот подход снижает прочностные характеристики диска. Заглубленная перфорация отличается от сквозного варианта тем, что диск сверлят не насквозь. Это позволяет снизить вероятность растрескивания диска и, вместе с тем, эффективно отводить образовавшиеся в результате работы газы от пятна контакта.
В основном вентилируемые диски устанавливаются на передней оси автомобиля, но если речь идет о высоких скоростях и интенсивных торможениях, то и на задней оси без таких дисков не обойтись. Устройство вентилируемого диска представляет собой два железных блина соединенных перемычками таким образом, что внутри него образуются каналы, по которым циркулирует охлаждающий воздух, т.е. в процессе вращения колеса он работает как центробежный насос. Это решение приводит как к снижению массы диска, так и улучшению его теплоотдачи.
Тормозные вентилируемые диски бываю трех видов:
· с прямолинейными каналами
· со спиралевидными каналами
· с хаотичными каналами
Два последних вида дисков значительно быстрее охлаждаются при вращении колеса с высокими скоростями. Спиралевидные диски за счет увеличения насосных свойств спиральных каналов по сравнению с прямолинейными, а хаотические за счет увеличения турбулизации (завихрения) движущегося внутри каналов воздуха, что увеличивает теплоотдачу и, следовательно, скорость снижения температуры.
Не маловажным фактором качественной работы тормозного диска является его устойчивость к так называемому короблению или, проще говоря, нарушению формы его рабочей поверхности, следствием чего становится увеличение осевого биения диска, передаваемое на руль и тормозную педаль. Для начала рассмотрим причину деформации диска под действием температуры.
Как правило, обычный тормозной диск представляет собой обод, выполненный в одно целое с колоколом П-образного сечения. При нагреве диск, напоминающий в разрезе шляпу, условно стремится вывернуться «наизнанку» за счет разницы длин наружного и внутреннего диаметра. У внутреннего она больше, следовательно, и линейное тепловое расширение также больше. Это приводит к тому, что у «шляпы» приподнимаются поля. Именно череда таких подъемов и опусканий при остывании и приводит к деформации диска. Чем диск массивней, тем меньше он склонен к термическим деформациям. С целью уменьшения вероятности коробления дисков их изготавливают, как правило, из легированного серого перлитного чугуна с мелкодисперсной структурой. Такой чугун имеет хороший коэффициент трения при работе в паре с тормозной колодкой и внутреннюю эластичность, в отличие от стали, которая более склонна к образованию т.н. прижогов и появлению термических трещин. Однако следует помнить, что серые чугуны склонны к отбелу, т.е. к местному, резкому увеличению твердости, что по мере эксплуатации приведет к тем же явлениям, что и коробление диска. Поэтому не следует после сильного нагрева диска сразу останавливаться на длительное время.
На сегодняшний день широкую популярность получили диски с перфорацией и канавками. Если попытаться разобраться в их достоинстве, то следует посмотреть на рабочую пару диск с тормозной колодкой. При торможении происходит нагрев диска и колодки, а из колодки начинают выделяться газы, так что их отвод крайне важен, особенно в тормозах, работающих в предельных режимах, так как газы могут снижать эффективность тормозной системы, создавая подобие воздушной подушки. Канавки и отверстия способствуют удалению воды, грязи, пыли, что также направлено на повышение эффективности торможения в условиях дождя и иных не благоприятных условиях.
Что касается канавок или слотов, то они выполняют еще одну роль, а именно очистку тормозных колодок. При работе на больших нагрузках тормозные колодки очень быстро покрываются тонким слоем нагара – выгоревшего и отработанного фрикционного материала. Если его не снять принудительно, нагар превращается в смазку снижая тормозной коэффициент. Канавки и шлицы срезают этот отработанный слой, обновляя колодку. Перфорация диска также позволяет увеличить темп его охлаждения и снижает вес тормозного диска. На спортивных дисках канавки и перфорацию выполняют направленными, поэтому нельзя путать диски для правого и левого колеса. Всегда смотрите инструкцию при установке. Тем не менее, всегда бывают нюансы, если нет указания направления, не забывайте смотреть на направление вентиляционных каналов внутри диска, воздух всегда должен по принципу центробежной силы выходить наружу от ступицы колеса, а не захватывать его, но это применимо для спиралевидных каналов.
К недостаткам применения канавок относится более интенсивный износ колодок. Что касается перфорации, то следует помнить: сквозные отверстия приводят к ослаблению прочности конструкции ротора, т.к. они являются концентраторами напряжений и вокруг них начнут образовываться тепловые трещины. Такие диски боятся быстрых перепадов температуры, например, например активных торможений в дождливую погоду.
ИЗ ЧЕГО СДЕЛАНЫ ТОРМОЗНЫЕ ДИСКИ?
На первый взгляд тормозной диск представляет из себя подготовленный и хорошо обработанный кусок металла. Но это не так.
В действительности тормозные диски изготавливают из чугуна. А что такое чугун?
Чугун — это уже не просто металл, а определенный сплав металлов. Основа представляет собой сплав железа с углеродом, который добавляется в виде цементита и графита. Углерод необходим для придания твердости, хотя и снижает пластичность. Добавляют кремний, марганец, серу и фосфор.
Тут необходимо понимать основную задачу тормозных дисков и принцип их работы.
Тормозные колодки зажимают диск с двух сторон и тормозят движение. Визуально просто, но с точки зрения взаимодействия элементов тормозной системы дело обстоит сложнее. Принцип их действия — усилие сжатия и трение.Там, где усиливается трение увеличивается температура, а температура увеличивается не только в паре колодка-диск, но и ситема — тормозная жидкость и далее.
Если мы посмотрим на конструкцию тормозного диска, то увидим, что он чем-то напоминает летающую тарелку. Перегрев или резкое охлаждение приводит к тому, что края этой «тарелки» то приподнимаются вверх, то опускаются вниз.
То есть рабочая поверхность деформируется и коробится.Снижается эффективность торможения и возникают различные биения, которые (в случае, если деформация все-таки происходит) мы обычно ощущаем на руле или педали тормоза.
Поэтому основная задача чугунного сплава из которого сотоит тормозной диск — это способность выдерживать высокие температуры и резкое охлаждение. Обладать твердостью и пластичностью.
Конечно, конструкция тормозного диска и всей системы в целом направлена на максимальный отвод тепла, как одной из главных проблем. Но это уже вопрос отдельного разговора и следующей статьи.
В дополнение прмерная структура тормозного диска в цифрах:
Для Чугуна с индексом G3000
Тип материала: НТ230
Усилие на разрыв: ob 230N/mm2
Твердость: HB187-241
Фосфидно евдектический сплав и цементит не более 3%
Структура: тонко слоистая со стальным отливомТаблица состава:
Из чего сделаны?
На сегодня основным материалом для производства тормозных дисков является легированный чугун, в составе которого вместе с основными компонентами — железом и углеродом, специально введены легирующие элементы, придающие ему прочность, износостойкость, жароупорность, коррозионную стойкость. В зависимости от дальнейшей области применения, легированные чугуны классифицируют по химическому признаку — алюминиевый, никелевый, хромистый. Наилучшими показателями для тормозных дисков обладает алюминиевый чугун (серый чугун — СЧ), он используется как жаростойкий материал для работы в агрессивных средах при повышенных температурах, важно отметить, что используется серый чугун с выделенным пластинчатым графитом (ЧПГ) – именно такой сплав обладает высокой износостойкостью, малой чувствительностью к концентраторам напряжений.
Также ЧПГ имеет высокую демпфирующую способность и прекрасно гасит вибрации. Именно серый чугун обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с чугуном других типов, благодаря этому, тормозной диск, не смотря на внешнюю простоту, имеет довольно сложную конфигурацию, а внутри тела диска располагаются прямые или разнонаправленные вентилируемые каналы. Тормозные диски UBS серии Orange и серии Performance изготовлены из серого чугуна марки GG-20 (СЧ-20). Для дополнительной защиты от коррозии, производители дорогих брендов тормозных дисков покрывают свою продукцию различными антикоррозийными составами, либо окрашивают порошковыми красками. Тормозные диски UBS серии Performance покрыты антикоррозийным составом GEOMET, который нанесён на всю поверхность диска, в том числе внутри вентилируемых каналов, где особенно важно обеспечить максимальную проходимость воздушных потоков, которые часто ухудшаются с течением времени из-за коррозийных наростов.
Однако, чугун, не смотря на свои преимущества и удобства в производстве, также имеет и недостатки, которые особенно критичны там, где правят бал высокие скорости и мощные моторы – это мир супер-каров. От чрезмерных температурных перегрузок, диски из чугуна будут передавать избыточное тепло на ступицу, что приведёт к быстрому износу данного узла. Также в погоне за скоростью, производители спортивных автомобилей стараются максимально уменьшить вес, поэтому применение чугунных дисков здесь также будет под вопросом. Чтобы решить эти две проблемы, автопроизводители начали применять карбон при производстве тормозных дисков, а первопроходцами в этом направлении стали болиды Формулы-1, более того, применение карбоновых дисков позволило увеличить диапазон температурных перегрузок до 1000-1300˚С, но из-за очень высокой стоимости ($5-8тыс. за комплект из 2шт.), карбоновые тормоза так и остаются привилегированным продуктом. А также, для их эффективной работы, требуется обязательный прогрев поверхности диска.
В альтернативу карбоновым тормозным дискам, производители разработали керамические композиционные тормозные диски, которые изготавливаются многоступенчатым способом и по заявлениям производителей живут в 60 раз дольше классических чугунных дисков. Основным материалом таких дисков является комбинация кремния (керамики), углеволокна и синтетических смол. Данные диски, как и карбоновые, обладают легким весом, повышенной прочностью, но при этом не требуют прогрева. Цены на такие диски всё так же высоки, как, в общем-то, и все узлы и расходные материалы в любом супер-каре.
Тормозные диски HPB. Конструкция, технология изготовления.
Тормозные диски HPB изготавливаются из легированного чугуна марки FC30, с добавками (Cr, Ni, Mo), по технологии предварительной термообработки заготовок, имитирующей условия предельных термонагрузок. Эта технология позволяет выявить большую часть возможных неравномерных статических напряжений в материале, проявляющихся в виде изменения заданной геометрии — коробления диска, сводя к минимуму возможность появления данного негативного процесса в готовом продукте.
Больший диаметр тормозного диска, увеличивает эффективный радиус приложения тормозного момента, позволяя поднять максимальную тормозную мощность, развиваемую системой. От эффективного радиуса, напрямую зависит площадь охвата рабочих поверхностей, являющихся одним из основных показателей возможностей диска по рассеиванию тепловой энергии.
Тормозные диски HPB имеют увеличеную толщину, это поднимает теплоёмкость и увеличивает устойчивость к нарушению геометрии (короблениям) при больших нагрузках. Улучшает охлаждение, за счёт повышения площади обдуваемой поверхности внутренних каналов вентиляции диска.
Направленные каналы вентиляции, по сравнению с традиционной прямой конструкцией, значительно повышают интенсивность прокачки воздуха по ним, улучшая теплоотдачу. Спиральная конструкция каналов более равномерно распределяет механические напряжения в диске, увеличивая ресурс и уменьшая вероятность образования трещин.
Алюминиевый центр тормозного диска, снижает вес, улучшает теплоотвод, уменьшает термические напряжения в диске. Термическое напряжение в диске вызывается разницей температур диск-центральная часть, алюминиевый центр компенсирует эту разницу коэффициентов расширения материалов.
Фиксированная конструкция диска рассчитана на температурный режим до 500°С, рекомендуется для городского использования.
В случае использования «плавающей конструкции» диска, рекомендуемой для применения в режимах предельных нагрузок (на гоночном треке), позволяет полностью снять термо-напряжения относительно центральной части и предотвратить передачу избыточного тепла на ступичный подшипник. Обеспечивая нормальную работу и увеличенный ресурс этих деталей в самых жёстких условиях.
Тормозные диски с проточками.
Проточки на рабочих поверхностях диска помогают отводить из зоны контакта колодки мелкие частицы износа и газовую фракцию (продукт разложения связующих смол, входящих в состав фрикционного материала тормозной колодки, эффект появляющийся при высоких температурах и приводящий к резкому падению коэффициента трения). Проточка, работая как газоотводный канал, предотвращает снижение эффективности торможения и расширяет границы режима работы колодок.
Кроме своих основных функций, поскольку глубина проточки составляет 1мм., она служит отличным визуальным индикатором предельного износа диска.
Перфорированные тормозные диски.
Перфорация диска, выполняя все те же функции по газоотводу, что и проточки, увеличивает площадь обдуваемой поверхности диска, улучшая охлаждение. При круглогодичной эксплуатации улучшает очистку диска от влаги и грязи.
Тормозные диски с волнистым краем.
Специалисты High Performance Brakes успешно разработали и создали тормозную систему с новым дизайном: тормозные диски в комплектах имеют волнистую кромку.
Преимущество тормозных систем с «волнистыми» дисками заключается не только в необычном дизайне и особой эстетике, но также в положительных технических характеристиках. Благодаря необычной волнистой форме, такой ротор имеет меньший вес по сравнению с классическим круглым диском, а значит, снижаются и неподрессоренные массы и общие нагрузки на подвеску автомобиля.
Таким образом, тормозные системы HP-Brakes с «волнистыми» дисками способствуют снижению нагрузок на обеих осях автомобиля, повышают общий ресурс тормозов при прежней высокой эффективности и износостойкости.