Плавающие двухсоставные тормозные диски — все, что важно

Нельзя сказать, что тема двухсоставных тормозных дисков нова и оригинальна, но, судя по тезисам в Интернете, раскрыта не до конца. В том смысле, что основные свойства и преимущества описаны скудновато.

Итак, для затравки, стоит начать с привычных нам цельных (односоставных) дисков. Все они изготавливаются из чугуна. Не из стали, не из других волшебных сплавов – именно из чугуна. Для того, чтобы понять природу поведения дисков – необходимо понять природу этого материала. Чугун – это сплав железа и углерода: в стали его содержится до 2%, в чугуне же доля от 2% до 6%. Кроме того, углерод в чугунном сплаве присутствует в виде графита, что делает материал весьма эластичным, пригодным для выплавки разных форм и шаблонов. Поэтому чугун, на сегодня, признан лучшим продуктов для отливки болванок тормозных дисков. Ну и, разумеется, не забываем о высокой степени теплопроводности – что важно в условиях температурных нагрузок.

В контексте же производства и эксплуатации тормозов – основные плюсы выглядят так:

— легкоплавкий состав, позволяющий инженерам фантазировать на тему формы вентиляционных каналов, крепления ступичной части к полотну и т.д.

— высокая теплопроводность.

— повышенная износостойкость в сравнении со сталью

— дешевизна в производстве

Отрицательные стороны сплава:

— чугун не любит резких перепадов температур. Температура плавления чугуна 1100 градусов, и нагревом в дорожных условиях до 300-400 С сплав не испугать.

— при локальных перепадах температур в разных точках изделия – временно деформируется. После охлаждения он вновь возвращается к первоначальной форме.

А теперь рассмотрим эти свойства на практике. Колебания температур в коридоре до 400 градусов не смогут изменить структуру болванки, и вызвать сколь-нибудь значимую деформацию. В случае спокойной и средне активной езды на автомобиле диски редко выходят за пределы этих самых 400 C, и все возможные деформации будут иметь временный и обратимый эффект. В частности, диск нагревается неравномерно: температура рабочего полотна (зоны трения диск-колодка) может доходить до 500 градусов, в то время как ступичная часть болванки не превысит и 150. Все это влияет на геометрию диска в момент нагрева.

Цельный тормозной диск состоит из монолитной чугунной болванки. Известно, что чугун обладает достаточно высоким коэффициентом теплового расширения, а значит при нагреве диска обязательно будут происходить обратимые деформации. В случае с монолитным тормозным диском, где рабочее полотно неподвижно скреплено со ступичной частью (колоколом), тепловое расширение будет деформировать рабочую часть диска вокруг ступицы «зонтичным» образом, за счет разницы длин наружного и внутреннего контуров. В случае, если данная деформация происходит в условиях температурных до 350-400 С, то она имеет обратимый эффект – после охлаждения диск возвращается к норме. Однако, что делать тем, у кого манера езды держит тормоза в стрессе, доводя до 500-700 градусов?

Решением стала разработка так называемых двусоставных тормозных дисков. Основная суть – разделение классического диска на две части – рабочее полотно и ступичная часть. Такая идея позволяла облегчить вес компонента и изолировать полотно от ступицы. Но – проблема с тепловой деформацией, по сути, осталась нерешенной. Более того, обычные составные «блины», благодаря неподвижному креплению к колоколу, при нагреве, искажают площадь соприкосновения диск-колодка, уменьшая ее. Разумеется, это касается более активной езды, в зоне температур 400 и выше.

Так родилась инженерная мысль – плавающие двусоставные тормозные диски. Суть – крепление рабочего полотна к «шляпе» имеет не круглое, а овальное отверстие, в которое вкручиваются болты. Таким образом, крепящие болты имеют некоторую степень свободы, позволяя диску смещаться при тепловом расширении, и потом также возвращаться с исходную точку.

Есть и более интересный вариант – крепление полотна и ступичной части через специальные штифты. Вместо параллельной схемы там используют радиальные крепления. Из ступичной части компонента радиально торчат штифты, с противоположной стороны к которым и крепится чугунное полотно. Так, при тепловом расширении, рабочая часть как бы расползается по штифтам наружу. Такие решение штатно использует BMW, Audi.

Преимущества плавающих двухсоставных тормозных дисков.

— Практические исключение фактора деформации вследствие перегрева

— Снижение веса, а следовательно – неподрессоренных масс

— Улучшенная теплоотдача за счет направленных лопастей внутренней вентиляции

Отдельно стоит сказать о внутренней вентиляции таких компонентов. Качественный продукт обязательно будет иметь разнонаправленные вентиляционные лопасти. Здесь важно помнить, что задача этих лопаток – разгонять и выталкивать наружу горячий воздух, направляя его от ступицы к внешнему радиусу – не наоборот! Поэтому, если вы хотите получить эффективно охлаждаемый диск – стоит запомнить, что болванки будут разные для левой стороны и для правой. Соответственно, направление внутренний лопастей тоже будет зеркальным.

Если говорить о качестве самого чугуна таких дисков, то здесь все достаточно прозаично: серый чугун, хорошо известный по классическим тормозам. Качество отливки и последующей балансировки – это уже вопрос каждого производителя.

Ну и о больном вопросе. Является ли двухсоставной плавающий диск гарантией того, что его не «поведет»? А вот тут нужно разобраться – кому шашечки, а кому ехать. Говоря о тормозах – нас, по сути, беспокоит их полноценная работоспособность и комфорт управления. Поэтому деформированы диски или нет – нас волнует лишь когда мы ощущаем биение в руле. В том смысле, если диски и будут иметь фактическое отклонение, например, в 0,07, но вибраций ощущаться не будет, то – проблема ли это?

В связи с этим, говоря о тормозных дисках – стоит разделять причины вибраций. А их, собственно две: искривление тормозного диска и изменение его толщины, из-за наслоения подгоревших остатков колодки. Плавающие тормозные диски позволяют избежать только первой причины. Вибрации, причиной которых становится изменение толщины – могут появиться с той же вероятностью, что и на цельных дисках. Правда, с оговоркой: плавающие диски способны гасить большее отклонение в осевом биении, нежели монолитные – до 0,1 мм. Иллюстрация очень красочно отображает ситуацию с нагретыми тормозными дисками и процессом передачи частиц верхнего слоя колодки на поверхность диска. В самых жарких точках диска температура около 500 С. В случае резкого охлаждения — эти фрагменты колодки останутся на поверхности в спеченном виде, и в дальнейшем, в таком же режиме перегрева образуют островки цементита.

Тем не менее, двухсоставные плавающие диски – прекрасное решение для любителей острой езды и трековых нагрузок.

Какие бывают тормозные диски. Классификация и отличия дисков

Раньше диски изготавливались из обычного чугуна. Затем производители научились применять чугун с высоким содержанием углерода, что улучшило технические характеристики. Потом стали использоваться сплавы разных металлов: магния, хрома, никеля, ванадия, кобальта и многих других.

*Чугунный тормозной барабан

Лучшие тормозные диски изготавливаются из карбона и керамики. Они отличаются невероятной прочностью, устойчивостью к огромным температурам и чрезвычайно малым весом. Увы, без недостатков тоже не обошлось. Тут и высокая цена, и пригодность к использованию только при высоких нагрузках (т. е. если вы водите авто в неагрессивном стиле, придется порядочно разогревать диски). Керамика и карбон — оптимальный выбор для дорогих спорткаров и гоночных болидов.

*Карбоно-керамический тормозной диск BMW M6

Основная классификация дисков

В самом широком смысле тормозные диски подразделяются на 2 вида.

1. Невентилируемые. Представляют собой однородную пластину (с отверстиями или без), на которой могут находиться улучшающие вентиляцию насечки.
2. Вентилируемые. Изготавливаются из двух пластин, отделенных одна от другой полостями. На поверхности также могут располагаться перфорация и насечки.

Перфорация тоже бывает разной:

1. Сквозная. Отличается эффективным охлаждением, отводит большое количество рабочих газов и продуктов сгорания. Недостаток — уменьшение прочности изделия.
2. Заглубленная. Также именуется «глухим отверстием». Диск в этом случае сверлится не насквозь, что сохраняет его прочность. Эффективность отведения рабочих газов не так велика, как в прошлом варианте, зато надежность впечатляет. На диске долго не появятся трещины.

Составные или цельные?

Диски бывают цельными и составными. Цельные изготавливаются методом литья и представляют собой единый кусок металла, который подвергается обработке для получения нужной формы. Составные варианты сделаны из ступицы и кольца. Ступица изготовлена из сплава на основе алюминия, кольцо – из чугуна или стали. Компоненты скрепляются болтами.

Какой вариант лучше? Составные диски более востребованы благодаря следующим преимуществам:

• небольшой вес;
• удобство использования;
• устойчивость к деформации;
• лучшее отведение тепла – приспособление быстрее охлаждается;
• используется более эффективная вентиляционная система, что улучшает отвод газов и продуктов сгорания.

Вдобавок, составные диски дешевле в эксплуатации. Если износилось кольцо, достаточно его заменить – ступицы приходят в негодность медленнее.

Есть ли достоинства у цельных дисков? Сейчас они используются только на старых автомобилях. Эксперты рекомендуют ставить такие изделия на задние тормоза машин с маломощными двигателями. Благодаря этому удается эффективнее избавляться от продуктов износа.

Как выбирать тормозные диски?

Делать выбор нужно, исходя из особенностей автомобиля, вашей манеры езды и поверхности, по которой планируется двигаться.

Самый простой и дешевый вариант – невентилируемые тормозные диски. Сейчас практически не используются. Для улучшения их характеристик на поверхность наносятся углубления (слоты), также возможно применение перфорации. Если использовать сквозную перфорацию, машиной с такими дисками можно управлять в довольно агрессивном стиле.

*невентилируемый тормозной диск

Вентилируемые диски более качественные. Вентиляционные каналы могут быть разными – от их особенностей зависит эффективность и стоимость изделия. В дешевых вариантах используются прямые радиальные каналы, которые расположены от центра к краям. Назначение этих дисков – установка в машины со средними нагрузками, которыми управляют в относительно неагрессивном стиле. Если вы планируете ездить быстро и часто останавливаться, лучше выбрать что-нибудь другое. Возможно улучшение характеристик нанесением слотов или перфорации.

*вентилируемый тормозной диск

Радиальные диски — улучшенная разновидность вентилируемых вариантов. В них вентиляционные каналы имеют круговое расположение – начинаясь от центра, они закручиваются к задней части машины. Благодаря этому воздушный поток, попадая в диски, раскручивается и более эффективно охлаждает составные части. Назначение таких дисков – установка на спорткары. Если вы предпочитаете быструю езду с частыми остановками, можно выбрать этот вариант. Его стоимость выше, чем у описанных ранее. На поверхности находится перфорация, возможно наличие слотов.

*радиальные тормозные диски

«Лапа кенгуру» – название специфического типа воздушных каналов. Диск, изготовленный по этому принципу, оснащен большим количеством перепонок, что положительно влияет на интенсивность воздействия воздуха и не снижает надежность изделия. Недостаток – редкость таких дисков. Они запатентованы компанией DBA (Австралия) и не выпускаются ни кем иным.

*тормозной диск «Лапа Кенгуру»

Итоги:

Лучшие варианты — карбоновые и керамические диски. Их стоимость весьма высока – за комплект карбоновых вариантов требуют сумму, за которую можно купить машину среднего класса. Для обычного автовладельца такие изделия не годятся. Не только из-за стоимости, но и из-за того, что рабочий диапазон у карбона начинается там, где он заканчивается у других материалов. Выбирать эти изделия нужно только тем, кто ценит действительно высокую скорость.

Керамика по многим показателям удобнее карбона. Коэффициент трения у этого материала намного ниже, но есть другие преимущества: долгий срок службы (300 000 км), невосприимчивость к коррозии, сопротивляемость самым высоким температурам. Устойчивость к механическим нагрузкам впечатляет. Вес – примерно на 50% меньше, чем у чугунных дисков, а значит, нагрузка на подвеску гораздо меньше. Эффективность торможения в горячем состоянии — выше всяких похвал.

Недостатки: «холодная» керамика не слишком хорошо останавливает машину – металлические варианты в таких условиях намного лучше. Керамические диски не рекомендуется использовать в местах с суровыми зимами – они теряют часть преимуществ. Наконец, цена намного выше, чем у любых других вариантов. Такие изделия устанавливаются на автомобили Ferrari, Porsche, а также на «заряженные» автомобили Subaru семейства WRX (подробнее в статье) и им подобные.

… и напоследок

Посмотрите крайне важное, полезное и очень актуальное видео о способах торможения. Узнайте как правильно тормозить при возникновении аварийных ситуаций на скользкой дороге..

---

Предложние от ДОЛАВТО

Если Вы нуждаетесь в диагностике или замене тормозных дисков или всей системы, а также если Вы затрудняетесь с выбором запчастей — обратитесь в наш автосервис! Опытные специалисты проконсультируют и выполнят работы по ремонту тормозной системы.

« Как выполнить полировку фар самостоятельно Самые распространенные поломки Subaru Forester »

Возврат к списку статей

Типы тормозных дисков | MotorMania

На чтение 5 мин. Просмотров 450 Опубликовано 9 января 2016

В нашей статье мы расскажем о типах тормозных дисков.

Дисковые тормоза на сегодняшний день являются самым эффективным вариантом тормозных механизмов. Именно поэтому они уже давно вытеснили барабанные тормозные механизмы из самых популярных сегментов мирового автомобильного рынка. Задние барабанные тормоза можно ещё встретить в бюджетном В классе. В данной статье мы расскажем о типах тормозных дисков и о том, как они эволюционировали.

Эффективность дисковых тормозов

Производители тормозных систем для автомобилей давно уже поняли, что дисковый тормозной механизм намного эффективнее позволяет затормозить автомобиль. Да, к достоинствам дисковых тормозов можно отнести тот факт, что сжимание чугунного тормозного диска можно производить с очень высоким усилием, при этом он не сломается. Мощность такой тормозной системы будет ограничена только прочностью тормозного суппорта и самой тепловой нагрузкой, которая будет переходить на тормозной диск. В борьбе с тепловой нагрузкой и началась эволюция дисковых тормозов. Производители начали разрабатывать новые технологии отвода тепла с тормозных дисков. Именно благодаря этому и появились вентилируемые дисковые тормоза, диски с насечками, перфорированные тормозные диски. Верхом эволюции можно считать керамические дисковые тормоза с перфорацией.

Основные типы тормозных дисков

К основным типам тормозных дисков можно отнести следующие:

— Простой тип тормозного диска,

— Вентилируемые тормозные диски

— Тормозные диски с перфорацией,

— Составные тормозные диски,

— Плавающие тормозные диски,

— Тормозные диски из композитных материалов.

Все эти типы тормозных дисков появлялись вместе с эволюцией тормозных систем. Как уже было сказано выше, на эволюцию тормозных дисков повлияли методы борьбы с тепловой нагрузкой и отвода тепла из тормозных дисков.

Вентилируемые тормозные диски имеют внутренние радиальные каналы, которые позволяют увеличить поверхность для отвода тепла.

Вентилируемые тормозные диски

Улучшить охлаждение тормозного диска можно только двумя путями. Для этого необходимо либо увеличить площадь тормозного диска, либо снабдить его принудительной вентиляцией. Известно, что сам тормозной диск при вращении будет создавать непрерывный воздушный поток по всей своей поверхности. Этот поток и будет удалять тепловую энергию. Однако для тормозной системы очень важна скорость удаления тепловой энергии с поверхности тормозного диска. Именно поэтому возникли технологии принудительной вентиляции тормозных дисков.

Вы не поверите, но обычный вентилируемый диск с внутренними радиальными каналами получают в пять раз увеличенную площадь охлаждения и имеет в пять раз большую тормозную мощность. Второй технологией по увеличению площади охлаждения является перфорация тормозных дисков. Кроме того, перфорация позволяет улучшить очистку тормозного диска от прижимаемых колодок. Правда, перфорация диска снижает его ресурс. Именно поэтому перфорация не всегда применяется даже в спорте. У большинства автомобилей из популярных сегментов рынка спереди установлены вентилируемые тормозные диски, а сзади – простые тормозные диски. С увеличением размера колёсных дисков растёт и величина тормозных дисков. Это связано с тем, что тормозную мощность диска можно увеличить с помощью увеличения его диаметра. Здесь все просто: чем больше диаметр разного диска, тем больше площадь охлаждения, а также скорость вращения в зоне соприкосновения с колодками. Соответственно, соприкосновение колодок будет более эффективным при больших тормозных дисках.

Составные тормозные диски

Составные тормозные диски пришли в автомобилестроение из автоспорта. Производители стремились облегчить тормозные диски. Однако рабочая поверхность тормозного диска, к которой прикасаются тормозные колодки, обязательно должна быть выполнена из чугуна. Именно поэтому было решено делать двухсоставные тормозные диски, состоящие из тонкой внешней чугунной части и центральной части, выполненной из лёгких сплавов.

Отдельным видом составных тормозных дисков являются плавающие диски. Известно, что при нагреве тормозной диск начинает увеличиваться. От этого падает эффективность тормозной системы, и мы чувствуем биение по педали тормоза. Чтобы убрать проблему биения по педали тормоза, производители придумали плавающие тормозные диски, у которых чугунная внешняя часть будет при нагревании слегка сдвигаться. Соответственно, у плавающего тормозного диска его мощность не будет быстро снижаться после нескольких торможений. Тормозная мощность у плавающих дисков в среднем на 30 % выше, чем у дисков обычной конструкции.

Тормозные диски из композитных материалов

Эволюция тормозных дисков привела к тому, что при производстве начали использовать композитные материалы, которые могут работать при крайне высоких температурах порядка 1000 градусов Цельсия. Такими материалами стали углеволокно, металлокерамика и биметаллы. Стоит отметить, что углеводородное волокно и металлокерамика намного дороже обычных дисков.

Производитель спортивных автомобилей BMW комплектует с завода свои модели перфорированными тормозными дисками.

Достоинством тормозных дисков из углеволокна и металлокерамики можно отнести следующее:

— На 50 процентов меньше масса по сравнению с чугунным диском;

— Рабочая температура такого диска составляет более 1100 градусов;

— Высокая износостойкость композитных материалов на основе SiC-матрицы;

— Тормозной диск из композитных материалов не коробится, соответственно, отсутствует «прихватывание».

 

[su_youtube_advanced url=»https://www.youtube.com/watch?v=FQdPaOu_CC0″]

 

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.

 

при копировании материалов сайта обязательна ссылка на источник

HPB