В дисковых тормозных механизмах, в отличие от барабанных, трущаяся поверхность находится снаружи, что обеспечивает намного более быстрое охлаждение. Самое большое отличие дискового тормоза от барабанного - трение создается путем зажатия вращающегося диска между двумя тормозными колодками (см. иллюстрацию). Диск зажимается между колодками, поэтому единственная часть, которая могла деформироваться, это суппорт, но суппорт имеют очень жесткую конструкцию. Результат - очень эффективный тормоз.
1.33. Конструкция переднего дискового тормозного механизма (показам скользящий суппорт)
Коэффициент торможения
При торможении, естественная реакция автомобиля -кивок вперед, поэтому тормоза на передних колесах должны быть мощнее, чем на задних.
Путем увеличения площади трения и диаметра цилиндра на передних тормозах (будь то дисковые или барабанные, не имеет значения) достигается увеличение мощности тормоза.
У современных автомобилей отношение тормозного усилия равно 60% на передних колесах и 40% на задних колесах (это еще одна причина того, почему на большинстве автомобилей спереди применяются дисковые тормозные механизмы). При тяжелом торможении это отношение может стать еще более разбалансированным благодаря клапану регулировки давления (или регулирующему клапану давления), который ограничивает давление на задних тормозах, предупреждая их блокировку.
На современных автомобилях дисковые тормоза применяются по крайней мере на передних колесах. Так как при торможении вес смещается к передней части автомобиля, важно спереди иметь более мощные тормоза -они делают основную работу.
Дисковые тормозные механизмы имеют следующие преимущества по сравнению с барабанными:
- а) Меньшее сопротивление к нагреву - дисковые тормоза быстрее рассеивают тепло, так как воздухом обдувается большая площадь поверхности торможения. При нагревании увеличивается толщина диска, и это положительно сказывается на эффективности торможения (в барабанных тормозах при нагревании барабан расширяется и деформируется).
- b) Сопротивление к воде - при вращении диска вода сбрасывается с него.
- с) Выше надежность - благодаря зажиму, меньше вероятность срыва.
- d) Более легкое обслуживание - чаще всего колодки в дисковых тормозах легче заменить, чем в барабанных.
- е) Меньше вес.
- f) Дешевле.
Основные компоненты дискового тормоза
Тормозной диск - Прикреплен к ступице и вращается вместе с колесом. Толщина и диаметр диска определяют количество тепла, которое он может поглотить и рассеять. Некоторые диски для улучшения охлаждения имеют вентилируемую конструкцию.
Тормозные колодки - Состоят из стальной опорной пластины, к которой с помощью заклепок или клея прикреплена фрикционная накладка. Состав накладки аналогичен применяемому в колодках барабанного тормоза.
Суппорт тормоза - Компонент, который прижимает колодки к диску. Имеет U-образную форму, и охватывает диск и колодки. Суппорт содержит по крайней мере один гидравлический цилиндр, который преобразовывает давление в механическую энергию. Суппорты могут иметь до четырех поршней, или даже больше. Суппорт прикреплен к кронштейну, который болтами прикручен к поворотному кулаку, или к основе, собранной в единый узел с шарниром.
Устройство
Существуют три основных конструкции дисковых тормозных механизмов, определяемых расположением суппорта, который может быть жестко закрепленный, плавающий или скользящий.
Жесткозакрепленный суппорт - Суппорт прикреплен к поворотному кулаку (или к кронштейну, прикрепленному к шарниру) и неподвижен (см. иллюстрации). В этой конструкции используются минимум два противостоящих поршня - по одному на каждую колодку. Некоторые жесткозакрепленные суппорты используют четыре поршня (два на колодку), а некоторые даже три поршня (большой поршень в одной половине суппорта и два меньших - в другой половине).
1.34. Типичный жестко закрепленный суппорт в разрезе: 1. Уплотнение поршня; 2. Поршень; 3. Пылезащитный чехол; 4. Стопорное кольцо пылезащитного чехла; 5. Канал передачи жидкости; 6. Суппорт (внешняя половина); 7. Штуцер прокати; 8. Болт (скрепляет половины суппорта); 9. Крепежная скоба; 10. Тормозная колодка; 11. Штуцер прокачки; 12. Поджимная пружина тормозной колодки; 13. Крепежный штифт колодки; 14. Суппорт (внутренняя половина)
1.35. Компоненты жесткозакрепленного суппорта с тремя поршнями: 1. Суппорт; 2. Внешние поршни; 3. Внутренние поршни; 4. Уплотнения поршней; 5. Пылезащитный чехол; 6. Уплотнение поршня; 7. Пылезащитный чехол; 8. Тормозная холодка; 9. Крепежный штифт колодки; 10. Скоба; 11. Штуцер прокачки; 12. Пылезащитный колпачок; 13. Монтажная шайба; 14. Поджимная пружина тормозной колодки
При нажатии на тормозную педаль, давление от главного цилиндра передается к поршням, которые стоят против тормозных колодок, зажимающих диск. Суппорт не двигается. Тормозные колодки обычно закрепляются штифтом (или штифтами).
Жесткозакрепленные суппорты чаще всего состоят из двух отлитых частей, содержащих в себе гидравлические поршни. Половины скреплены вместе болтами, между ними имеются каналы, соединяющие одну половину с другой. В других конструкциях, части соединяются вместе трубкой.
В некоторых жесткозакрепленных суппортах за поршнями имеются пружины, чуть прижимающие поршни к диску. Колодки фактически трутся о диск, но без давления. Результат - мгновенное торможение без чрезмерного хода педали.
Плавающий суппорт - Поршень (иногда два) используется только с одной стороны суппорта (см. иллюстрацию). Суппорт установлен на направляющих штифтах, которые могут двигаться во втулках назад-вперед. По мере возрастания гидравлического давления позади поршня суппорта, поршень толкает колодку, прижимая ее к диску. При этом внутренняя часть суппорта отталкивается от диска, одновременно внешняя сторона суппорта прижимает внешнюю колодку к другой стороне диска (см. иллюстрацию). Результат - мощный зажим без использования многочисленных поршней.
1.36. Компоненты типичного плавающего суппорта с одним поршнем
1.37. В плавающем суппорте, поршень не только толкает колодку к диску, но также прижимает внешнюю колодку к диску (аналогично работает скользящий суппорт)
Другое преимущество плавающего суппорта - способность поглощать пульсации, вызванные перепадом толщины рабочей части диска (биение). На жестко закрепленном суппорте, исковерканный диск будет слегка отталкивать поршни при каждом обороте диска. При торможении это будет передаваться через тормозную гидросистему к педали, которая будет пульсировать под ногой водителя. В плавающем креплении, суппорт будет двигаться назад и вперед вместе с колодками, поглощая почти все пульсации в педали.
Внешняя колодка в плавающем суппорте обычно прикрепляется к суппорту фиксирующей пружиной или язычками. Внутренняя колодка иногда крепится к поршню суппорта или фиксируется монтажными болтами суппорта. Хотя, имеются исключения. В некоторых случаях обе колодки скользят в кронштейне суппорта.
Кроме того, плавающие суппорты намного легче обслуживаются, чем жесткозакрепленные, и к тому же они дешевле.
Скользящие суппорты - Это разновидность плавающего суппорта. Но в отличие от него, скользящий суппорт не использует направляющие штифты; он скользит просто в паре направляющих канавок. Крепежные скобы, пружины, шпонки или клиновидные штифты удерживают суппорт в направляющих, допуская его боковое движение (см. иллюстрации).
1.38. Компоненты типичного скользящего суппорта: А. Крепежный кронштейн суппорта; В. Крепежные штифты; С. Внешняя колодка; D. Поджимная пружина; Е. Пружина натяжения; F. Крепежная шпонка суппорта; G. Пылезащитный чехол; Н. Уплотнение поршня; I. Не используется; J. Поршень; К. Суппорт; L. Пылезащитный колпачок; М. Штуцер прокачки; N. Тормозной шланг; О. Крепежная шпонка суппорта; Р. Пружина натяжения; Q. Поджимная пружина; R. Внутренняя колодка
1.39. Другой вид скользящего суппорта
В скользящем суппорте, тормозные колодки иногда движутся в специально выточенных на держателе направляющих. В других - одна из колодок скользит в, держателе, а другая прикреплена к суппорту.
За исключением способа крепления суппорта и тормозных колодок, принцип работы скользящего суппорта аналогичен плавающему суппорту.
Функционирование
Мы уже фактически обсудили, как работает суппорт, но имеется важная особенность, о которой пока еще не сказано, способность саморегулировки.
Поршень вставлен в цилиндр суппорта с очень небольшим зазором. Чтобы сохранить давление тормозной жидкости в суппорте, поршень окружен кольцевым уплотнением около края цилиндра. Также наверху поршня имеется пылезащитный чехол, а на некоторых суппортах чехол посажен в канавке, точно как уплотнение поршня, но не выполняет цель уплотнения. Требуется кольцевое уплотнение намного больше, чем необходимо для уплотнения. Оно играет основную роль в особенности саморегулировки дисковых тормозов.
Когда за поршнем суппорта растет давление, поршень толкает тормозные колодки. При движении поршня наружу, уплотнение искажается (см. иллюстрацию). При отпускании тормоза, давление позади поршня падает, и уплотнение втягивает поршень назад. По мере износа колодок, поршень выталкивается немного дальше, и даже при том, что уплотнение искажается, но этому всё же есть предел. Итак, поршень скользит через уплотнение, чтобы компенсировать износ колодки. При этом, педаль тормоза остается на месте и не перемещается к полу по мере износа колодок.
1.40. Эти рисунки иллюстрируют искажение уплотнения, которое возникает после отпускания тормоза. На рисунке сверху, давление выталкивает поршень из цилиндра суппорта. Уплотнение искажается и «следует» за поршнем. На рисунке снизу, тормоза были вылущены, и уплотнение втянуло поршень назад в суппорт
В многопоршневых суппортах саморегулировка осуществляется с помощью пружин, установленных позади каждого поршня.
Теперь Вы видите, дисковый тормозной механизм имеет много плюсов по сравнению с барабанным, но у него есть одно неудобство - нет никакого эффекта самозатормаживания. Суппорт можно сравнить с барабанным тормозом с двумя ведомыми тормозными колодками.