Состав тормозных колодок: конструкция и нагрузки

Принцип действия тормозов и роль тормозных колодок

В случае гидравлического привода нажатие на педаль тормоза передает давление на главный цилиндр. Далее усилитель дополнительно нагнетает давление тормозной жидкости при помощи поршней в главном цилиндре, а после прохождения по патрубкам ТЖ переходит к колесным цилиндрам. За счет большого давления поршни двигают колодки к барабанам или дискам.

В большинстве ТС установлены фрикционные (или механические) механизмы, которые, могут отличаться по принципу действия. Таким образом, самыми распространенными являются барабанные и дисковые тормоза.

Торможение движения колеса в случае с дисковой системой происходит за счет того, что поршни прижимают автомобильные колодки к диску. Естественно, что при отсутствии давления – элементы стремительно возвращаются в стартовое положение. В барабанной системе при приведении в действие гидравлического привода поршни расходятся.

Колодки прижимаются к барабану, вращающимся вместе с колесом. Процесс остановки происходит из-за трения барабана и накладками колодок. Стяжные пружины вернут колодки в обратное положение.

Физическую основу действия составляет преобразование энергии. Кинетическая энергия подвергается трансформации в тепловую из-за постоянного трения колодки о барабан, диск или колесную пару. При непосредственном торможении происходит необратимый процесс нагревания исполнительной пары и вбирание кинетической энергии.

Функции

Передние и задние тормозные колодки состоят из двух основных частей, это основная и фрикционная часть. Фрикционная часть соприкасается с поверхностью тормозного диска, поэтому и быстро изнашивается. В последнее время производители часто разрабатывают что-то новое для того, чтобы увеличить срок эксплуатации тормозных колодок.

Основной функцией, которую обязаны выполнять тормозные колодки, является замедление или остановка тормозного диска. Для того, чтобы справляться с этой задачей, в состав, из которого делаются передние тормозные колодки, входит много компонентов. Каждый производитель имеет свой определенный состав. Раньше производители в состав добавляли асбест. В состав он входил до тех пор, пока не выявили вредные свойства этого вещества.

Сегодня производители для того, чтобы скрепить фрикционные частицы, используют специальные составы, в основу которых входят органические вещества. Стоит учесть тот факт, что некоторые производители до сих пор в состав добавляют асбест, потому что он дешевле, чем органические вещества.

Для того, чтобы признать асбест вредным веществом, врачи производили специальные экспертизы, в ходе которых было выявлено что это вещество сильно влияет на здоровье водителя, пассажиров и пешеходов, которые движутся вдоль дороги или по пешеходному переходу. Вредны именно пары, которые выделяются из-за нагревания.

1. Шум.

Обычно первым сигналом, который отмечают автомобилисты, будут визжащие шумы при надавливании на педаль тормоза. Подобный звук вызывает небольшой датчик, встроенный в колодку именно для этого. Если этот шум слышно постоянно при торможении, есть смысл проверить тормоза, а именно колодки на степень изношенности.

Если в тормозную систему попала влага, к примеру, после дождя, небольшой слой пыли может появиться на колодках и вызвать эти же шумы при торможении. Когда звук пропадает после нескольких нажатий на тормоз, это значит, что на колодке появилась маленькая ржавчина и ее пока что не нужно менять.

2. Толщина составляет меньше 3 мм.

Можно внешне оценить деталь, чтобы определить, стоит ли их менять. Нужно осмотреть спицы шины, и заметить рельеф на роторе тормозов, если ширина колодки меньше 3 мм. Стоит учесть, что тормоза проверяет автомеханик, в особенности если со времени последней диагностики прошел значительный период времени.

3. Шум металла.

Когда слышится негромкий, глубокий звук по типу раздробления металла, это может означать, что трение затронуло уже не только колодки, но и поршни с дисками. В этом случае не нужно затягивать, а сразу ехать на СТО.

4. Шпионы.

На некоторых транспортных средствах на панели приборов имеется сигнальная лампочка, способная указать на то, когда нужно менять тормозные колодки. Необходимо почитать в инструкции к автомобилю, чтобы выяснить, есть ли в машине система, сигнализирующая о неисправности в системе торможения.

5. Эксплуатационный срок.

Обычно этого элемента хватает на расстояние в 45 — 50 тыс. км. Но все же точный ответ на то, на сколько может хватить колодок, зависит от модели транспортного средства и разумеется от того, кто сидит за рулем. К примеру, если автомобилист зачастую эксплуатирует автомобиль в городском режиме ему придется нажимать на тормозную педаль намного чаще, чем при поездках на загородных дорогах и скоростному шоссе. Определенный тип водителей в прямом смысле слова «ездит на тормозе», то есть нажимают на тормозную педаль намного чаще, чем другие автомобилисты. Соответственно при такой эксплуатации деталь способна износиться в разы быстрее.

Разновидности

Сегодня существует два вида передних и задних тормозных колодок, отличаются они лишь тем, из чего их делают. Есть асбестовые тормозные колодки и без асбеста. Различие их лишь в том, чтобы скрепить фрикционные элементы, в состав добавляется либо асбест, либо органические вещества.

Первый вид колодок рекомендуется заменять только в респираторе и очках для того, чтобы сохранить зрение. Не смотря на то, что это вещество такое вредное производители все равно делают изделия из него. Ведь асбест намного дешевле, чем органические вещества, в конце это отражается и на цене. Более того эти изделия покупают водители, даже не задумываясь о последствиях.

Второй вид подразумевает, что для того, чтобы закрепить все фрикционные элементы, используется металлическая стружка из мягких металлов. Они значительно дороже, чем первый тип. Обуславливается это тем, что они более термостойкие и меньше подвергаются износу. Также во время использования металлов в составе снижается шум при торможении, что является неоспоримым преимуществом.

Во время покупки колодок в магазине на коробке будет специальная маркировка, прочитав которую можно определить, из чего изготовлено изделие, и на какие условия оно рассчитано. Устройство любых тормозных колодок схоже по своей конструкции и составу.

Из маркировки можно узнать примерные сроки замены и правильные размеры тормозных колодок, при которых они могут эксплуатироваться.

Полуметаллические

Прежде всего стоит уточнить, что речь идет о фрикционном слое, которым колодки прижимаются к тормозным дискам или барабанам. Этот слой приклеен специальным термоизолирующим клеем к металлическому каркасу колодки. Также в конструкции могут присутствовать антикоррозионное покрытие, шумоизолирующий слой и датчики износа, но основной компонент здесь — именно фрикционная смесь.

Рабочий слой полуметаллических колодок делают из железного либо медного порошка, графита и связующего компонента. Процентное отношение металлов может быть произвольным — от 30 до 60 процентов. Такие колодки относительно долговечны и хорошо отводят тепло от диска, но эффективность торможения невысока. По этой причине в Европе популярны модели с невысоким содержанием металлических компонентов.

Органические

Также известны по прозвищу Non-Asbestos. Перечень материалов для фрикционного слоя чрезвычайно широк — от толченого стекла до композитных материалов. В качестве связующего звена используются разнообразные термостойкие смолы. Волокнистая структура обеспечивает высокие показатели трения, однако в результате образуется большое количество пыли и гарантируется повышенный износ как дисков, так и самих колодок.

По этой причине они хорошо подходят для активных водителей, готовых доплатить за эффективность и закрыть глаза на повышенные расходы.

Низкометаллические

Некий гибрид между органическими и металлическими, но с добавлением в органический состав железного либо медного порошка и стружки в сравнительно невысоких концентрациях. Металл обеспечивает улучшенную теплопроводность и повышает коэффициент трения. Вместе с тем, низкометаллические колодки трутся довольно шумно и этот их недостаток ограничивает им путь в высшее автомобильное общество, где на скрипящий тормозами «Бентли» смотрят с нескрываемым осуждением. Зато активные водители снова довольны.

Керамические

Обещанный хайтек из мира гоночной техники. Керамический состав обеспечивает непревзойденный коэффициент трения и при этом износоустойчив. В сочетании с керамическими дисками можно добиться весьма существенных улучшений в тормозной динамике. Но с одной оговоркой — чтобы добиться максимальной отдачи керамику придется хорошенько разогреть, иначе ее эффективность едва ли превзойдет таковую у дешевых полуметаллических изделий.

Достигается это многократным торможением «в пол», что вполне обыденно на гоночном треке и совершенно невыполнимо в пробке в дождь. По этой причине, а также из-за высокой цены их распространение на гражданской технике довольно ограничено. Зато они сохраняют работоспособность при температурах вплоть до 800-900 градусов, тогда как потолок остальных — в три раза меньше.

Для улучшения характеристик замедления при низких температурах в состав добавляют композитные волокна — они даже в ненагретом состоянии «цепляются» за поверхность диска. В результате получаются колодки с адекватными характеристиками для использования в больших городах.

Клееные колодки

В данном случае фиксация фрикционного материала осуществляется посредством клеящего состава с проникающими свойствами. Износ таких колодок происходит непосредственно до основы. Это несколько увеличивает ресурс, однако может спровоцировать повреждения тормозного диска, если не заменить их вовремя.

Заклепочные

Они отличаются наличием специальных заклепок, которыми фрикционный слой крепится к пластине. Обычно их ресурс немногим меньше, чем у клееных. С другой стороны, когда становится слышен скрип заклепок о диск – пришло время замены.

Плюсы и минусы

Керамика в тормозной системе имеет свои преимущества и недостатки.

К плюсам относятся следующие свойства:

• уменьшение неподрессоренной массы, нагрузки на подвеску машины;
• трение не сопровождается выделением пыли;
• увеличение показателей трения и эффекта торможения при высоких температурах;
• длительный срок эксплуатации.

К минусам можно отнести следующие факторы:

• высокая стоимость;
• необходим прогрев перед эксплуатацией;
• в работе появляются скрипы.

Читайте также

Несколько мифов

Популярность и распространение керамических деталей тормозной системы привели к появлению необоснованных мифов:

1. Керамические колодки оптимально подходят для спортивных болидов, так как быстро изнашивают тормозной диск. На самом деле существует любительская керамика, которая подходит для ежедневной эксплуатации. Колодки адаптированы для ежедневного использования.
2. Колодки и тормозные диски должны быть из одного материала (керамики). Но эти элементы были разработаны именно для стальных дисков.
3. Керамика быстро стирает тормозной диск. Последние испытания показали, что это утверждение ошибочно.
4. Керамические элементы тормозной системы не надежны. Исследования показали, что новые колодки не так чувствительны к высоким температурам, которые образуются при трении. Они увеличивают безопасность торможения.
5. Стоимость значительно превышает аналоги из других материалов. Большая разница была только при появлении колодок на отечественном рынке. Сейчас эти детали доступны каждому автолюбителю.

 

 

Металл или керамика?

При выборе материала для тормозных колодок следует учитывать несколько факторов: стиль вождения, а также средний скоростной режим.

Если водитель предпочитает спортивный тип управления автомобилем, с частыми, резкими нажатиями на тормоз, подойдут керамические элементы.

Для равномерного движения на средних скоростях по городу и обычным трассам достаточно будет обычных металлических деталей.

Выбирая элементы для системы торможения, следует принимать во внимание, как вы ездите и насколько быстро. Любителю скорости лучше покупать керамику. Для водителей, соблюдающих неагрессивный режим вождения, подойдут стандартные детали.

Отличия керамических тормозов

Основными элементами дисковых тормозных механизмов являются:

1. тормозной диск;
2. тормозные колодки;
3. суппорт.

В обычных тормозах суппорт и диск изготовлены из металла, а колодки (накладки) – из смеси металла с асбестом. В процессе работы тормозных колодок возникает трение, которое преобразовывается в тепло. Выделившееся тепло сильно нагревает колодки и диски, что негативно сказывается на эффективности торможения. Для снижения их нагрева тормозные диски делают вентилируемыми. Применение асбеста также позволяет выдерживать высокую температуру и поглощать тепло, которое выделяется при торможении.

Однако для действительно тяжелых условий эксплуатации этих мер не достаточно, и температурный режим работы тормозов будет выше допустимого. Поэтому производители принялись внедрять новые материалы, которые бы одинаково хорошо выдерживали температурные нагрузки и обеспечивали необходимое трение. Так появились керамические накладки тормозных колодок и керамические диски.

Керамика изготавливается по следующей технологии: под давлением металлическая стружка в определенной пропорции смешивается с керамикой. Затем смесь запекается при высокой температуре. А итогом всего является керамический тормоз, обладающий высокой температурной стойкостью и другими полезными свойствами. К ним можно отнести:

• снижение вибрации и шумов;
• обеспечение постоянных коэффициентов трения в разных температурных диапазонах;
• более бережное отношение колодок к дискам за счет замены железосодержащих сплавов на медные.

На данный момент выпускается несколько модификаций керамических тормозов, рассчитанных на определенный стиль езды: street, sport, extreme. Первые подходят для повседневной езды, вторые предназначены для мощных спортивных автомобилей, которые могут ездить как по дорогам общего пользования, так и по гоночной трассе, а третьи устанавливаются только на гоночные автомобили, участвующие в соревнованиях, и не могут использоваться на обычных дорогах.

Плюсы и минусы керамических тормозов

Начнем с преимуществ керамических тормозов, часть из которых уже была перечислена в предыдущем пункте:

1. Снижают неподрессоренную массу и нагрузку на подвеску за счет того, что керамический диск легче металлического.
2. При трении практически не выделяется пыль.
3. Увеличивают коэффициент трения и эффективность торможения в нагретом до высоких температур состоянии.
4. Высокий срок эксплуатации керамических дисков за счет того, что они не содержат в своем составе сплав железа.

Переходим к минусам керамических тормозов:

1. Высокая цена по сравнению с обычными тормозами.
2. Требуют прогрева перед работой.
3. При работе могут издавать скрип, который устраняется добавлением металлических примесей в состав дисков.

Что выбрать?

Делая выбор между керамикой и металлом, следует учитывать особенности эксплуатации автомобиля, а также стиль вождения конкретного автолюбителя. Керамические колодки оптимальны для агрессивного вождения, при котором требуется частое или резкое торможение. В этих условиях керамические колодки могут значительно сократить тормозной путь. Это могут быть спортивные или дорогие автомобили, которые двигаются с высокой скоростью при любых дорожных условиях.

Для движения по городским и проселочным дорогам достаточно будет металлических колодок. Высокая цена керамики не оправдывает ее применение в этих условиях.

Разновидности тормозных накладок

По назначению накладки бывают для тормозных механизмов:
барабанных;
дисковых.
Накладки для барабанных тормозных механизмов выполнены в виде дугообразной пластины, наружный радиус которой равен внутреннему радиусу барабана. Устанавливаются в каждом колесном тормозном механизме по две штуки.
Накладки в виде плоских серпообразных пластины используют для дисковых тормозов.
По месту монтажа:
установка в колесных тормозных механизмах;
установка в механизме стояночного тормоза.

Материалы изготовления накладок

Изготавливают накладки тормозных колодок из смеси полимеров, асбестов и других веществ. Раствор включает в себя множества различных компонентов. В качестве основы выступает либо асбест, либо полимер.
Поэтому все эти накладки делятся на две большие категории: асбестовые и безасбестовые.
Асбестовые
В основе изделия – асбестовые волокна, в частности хризотил-асбест. Он используется в качестве каркаса, скрепляя и удерживая остальные составляющие. Изделия получаются мягкими, но отличаются высоким коэффициентом трения. Значительно снижают износ тормозного механизма.
Безасбестовые
В качестве основного компонента используются полимеры или минеральные волокна. Более жесткие и шумные, по сравнению с асбестовыми. Но являются менее вредными для окружающей среды.
В качестве дополнительных компонентов каждый производитель использует разные материалы: металлическую стружку, каучук, керамику, медь, полимеры.
Состав смеси постоянно дорабатывается, меняется процентное соотношение компонентов. Производители держат в секреты собственные рецепты и разработки.
Наше предприятие производит фрикционные накладки тормозных колодок как из асбестовых, так и безасбестовых материалов.

Маркировка тормозных колодок

Чтобы мы смогли разобраться в типах фрикционного материала, не прибегая к лабораторным исследованиям, производитель маркирует колодки по нескольким параметрам — по типу использования, по составу фрикционной смеси, по максимальной рабочей температуре.

Маркировка по рабочей температуре