Подробно о дисках, барабанах, колодках и гидравлических системах: как тормоза защищают вас.
Тормоза так же важны, как и двигатель любого автомобиля, и необходимы для обеспечения безопасности во время вождения. Основной принцип работы тормозов прост: отнять кинетическую энергию движущегося транспортного средства и преобразовать ее в тепловую энергию через трение, чтобы остановить автомобиль. Все тормоза работают по одному и тому же принципу, но разные системы реализуют это трение различными способами.
Тип системы в автомобиле и используемые компоненты определяются многими факторами. Хотя все системы немного отличаются, здесь мы обсудим системы, которые может иметь автомобиль, как они работают и их основные компоненты. Понимание тормозной системы автомобиля и системы торможения транспортного средства чрезвычайно важно, так что продолжайте читать!
Компоненты тормозной системы
Прежде чем обсуждать тип системы, которую автомобиль использует для торможения, стоит упомянуть ключевые компоненты, особенно если вы рассматриваете возможность ремонта или замены деталей тормозной системы. Тип компонентов, используемых тормозной системой, часто определяется производителем и моделью автомобиля, достижимыми скоростями, а также ценой и возрастом автомобиля. Тормозная система использует барабаны или диски и включает тормозные колодки.
Барабанные тормоза
Барабанные тормоза — это старейший способ остановки автомобиля. Барабан крепится внутри колеса, а внутри него находятся две термостойкие колодки. При нажатии на педаль колодки выталкиваются наружу, прижимаясь к барабану, который останавливает колесо. Трение, возникающее между колодками и барабаном, преобразует кинетическую энергию в тепловую.
Эти типы тормозов широко использовались в автомобилях до 1980-х годов. По мере того как автомобили становились более мощными, барабанные тормоза не справлялись с задачей их остановки. В суровых условиях частого торможения они сильно нагревались, и при чрезмерном перегреве они не могли преобразовывать кинетическую энергию в тепло и переставали функционировать. После 1980-х годов многие автомобили начали использовать вместо них дисковые тормоза.
Однако это не означает, что барабанные тормоза совсем не используются. Они по-прежнему уместны и справляются со своей задачей. Поскольку при остановке автомобиля большая часть давления приходится на передние тормоза, их часто используют в качестве задних тормозов. Барабанные тормоза дешевле в производстве и проще в обслуживании, поэтому они часто встречаются в автомобилях начального уровня и недорогих моделях.
Дисковые тормоза
Дисковые тормоза «вытеснили» барабанные тормоза в качестве наиболее популярного выбора для большинства автомобилей. Барабанные тормоза работают на выталкивании, что не создает такого же давления, как сжатие колеса. Поэтому специалисты разработали систему, которая сжимает, а не выталкивает. Они также обнаружили, что большая площадь поверхности означает большее трение, что необходимо для улучшения торможения при высоких нагрузках. Сочетание сжатия и стремления к большей площади поверхности привело к принятию дисковых тормозов.
Дисковый тормоз — это механизм, который замедляет или останавливает вращение колеса, отнимая его движение. Дисковый тормоз обычно изготавливается из чугуна, хотя в некоторых случаях может быть из углеродного композита или керамики. Он соединен с колесом или осью. Чтобы остановить колесо, фрикционный материал в виде тормозных колодок с силой прижимается с обеих сторон диска. Трение, возникающее на дисковом колесе, приводит к замедлению или остановке.
Некоторые диски модифицированы для более быстрого охлаждения и поддержания эффективности. Это часто достигается за счет подачи воздуха, поэтому модификации, такие как отверстия в центре, небольшие зазоры по внешнему периметру или ребра, позволяют воздуху достигать диска, что в конечном итоге означает более эффективную тормозную систему.
Тормозные колодки
Будь то диск или барабан, который использует автомобиль, ключевым компонентом, содержащимся в диске или барабане, являются тормозные колодки (иногда называемые «башмаками»). Именно они создают трение. Для тормозных колодок используется множество различных материалов, но распространенные колодки бывают органическими (с использованием стекла, кевлара, углерода и т.д.), керамическими, полуметаллическими или полностью металлическими. Все используемые материалы разработаны для поглощения как можно большего количества тепла.
Органические тормозные колодки очень тихие и не изнашивают диск, но они склонны к износу, поэтому требуют более частой замены. Керамические колодки также очень тихие и долговечные, обладают значительно лучшей тормозной способностью, чем органические колодки. Полуметаллические колодки превосходят даже возможности керамических колодок, но из-за металлической стружки в композитном материале они больше изнашивают диск, что требует более частой замены тормозных дисков. Наконец, существуют полностью металлические тормозные колодки.
Их используют гоночные автомобили. Они обладают невероятной тормозной способностью, но шумные и изнашивают диск, как лед, тающий на солнце. Ваш автомобиль, вероятно, оснащен синтетическими или керамическими тормозными колодками, и оба варианта являются хорошим выбором для повседневной езды.
Механические тормозные системы
Механические тормоза были первым типом тормозных систем, установленных на автомобилях, когда они начали массово производиться в 20 веке. Эти системы включали серию шкивов, тросов, кулачков и других устройств, которые прикладывали трение к тормозному барабану, чтобы остановить автомобиль. При нажатии на педаль натягивался тормозной трос, который, в свою очередь, прижимал барабан к колесу, останавливая автомобиль.
Эти тормозные системы имели множество проблем. Во-первых, они требовали много обслуживания, поскольку для работы тормозов необходимо было поддерживать тормозные магистрали и все другие движущиеся части в идеальном состоянии. Также тросы могли легко порваться при чрезмерном давлении или если сила, необходимая для остановки транспортного средства, была слишком велика, что было очень опасно. Система также требовала обслуживания из-за своей точности. Если рычаги смещались или натяжение троса было не совсем правильным, на разные колеса оказывалось разное тормозное давление, что делало управление автомобилем очень трудным.
Из-за всех этих проблем к концу 1950-х годов механические тормоза почти исчезли из автомобилей, будучи замененными гидравлическими тормозами.
Тем не менее, в большинстве автомобилей до сих пор есть механический тормоз в той или иной форме, а именно стояночный тормоз. В дополнение к основным гидравлическим тормозам, автомобили часто имеют механический стояночный тормоз, который использует рычаг и臂 внутри тормозного барабана, чтобы помочь удерживать автомобиль. Они приводятся в действие тросом от рычага стояночного тормоза в салоне автомобиля. Храповик на рычаге стояночного тормоза удерживает тормоз включенным. Кнопка отпускает храповик и освобождает рычаг. У всех автомобилей есть система стояночного тормоза (иногда электрическая, а не механическая), которая воздействует на два колеса (обычно задние). Поскольку эта механическая система предназначена только для удержания автомобиля на месте при парковке, а не для его остановки, механической системы достаточно.
Гидравлические тормозные системы
Наиболее распространенной тормозной системой в современных автомобилях является гидравлическая тормозная система, и ваш автомобиль почти наверняка оснащен гидравлическими тормозами. Автомобили обычно имеют их на всех четырех колесах, и гидравлическая система может использовать либо тормозные диски, либо тормозные барабаны.
В отличие от старых механических тормозных систем, гидравлическая система использует жидкость для приложения давления к тормозам. Гидравлическая жидкость хранится в тормозных магистралях и используется для передачи давления или усилия от педали тормоза или рычага тормоза, чтобы остановить автомобиль. Тормозная жидкость, или гидравлическая жидкость, представляет собой несжимаемое вещество, способное работать при высоких температурах и давлениях.
В этом типе тормозной системы механическая сила возникает, когда водитель нажимает на педаль тормоза. Эта сила выталкивает тормозную жидкость по магистралям, и, поскольку она несжимаема, она движется к тормозной системе. В устройстве, известном как главный цилиндр, эта сила преобразуется в гидравлическое давление, которое направляется к тормозным суппортам или барабанным сегментам (в зависимости от типа системы).
Каждый тормозной суппорт содержит набор поршней (до шести), и гидравлическое давление заставляет суппорт прижиматься к диску или барабану. Тормозные колодки, прикрепленные к суппорту, создают трение при трении о тормозной диск или барабан, что в конечном итоге останавливает автомобиль.
Гидравлические тормозные системы также имеют явные преимущества.
Во-первых, сила, создаваемая гидравлической тормозной системой, выше по сравнению со старыми механическими тормозными системами, используемыми в автомобилях. Они были довольно примитивными и полагались на рычаги, linkages или кулачки, не передавая столько силы, сколько гидравлические тормозные системы. Механические системы также могут терять эффективность со временем по мере износа движущихся частей.
Риск повреждения гидравлических тормозных магистралей очень низок, и они требуют минимального обслуживания, что также контрастирует с механическими тормозами. Они также невероятно быстры, отзывчивы на педаль, и сила, прикладываемая к тормозам, может быть очень небольшой для создания давления на барабаны или диски.
Гидравлические системы имеют гораздо меньше движущихся частей, чем механические системы, что также снижает износ этих частей и связанное с ним или вытекающее из него обслуживание. Это делает систему более дешевой и надежной, чем механическая система. Механические системы также могут сильно различаться по конструкции и строению от автомобиля к автомобилю, что часто затрудняло их ремонт. Гидравлические системы имеют относительно простую конструкцию и легко собираются, что облегчает их обслуживание.
Сервотормозная система
Часто называемые усилителем тормозов, или сервотормозом или тормозным усилителем, сервотормозные системы предназначены для обеспечения дополнительной мощности, чтобы уменьшить усилие, необходимое для торможения, и работают совместно с гидравлическими тормозами.
Тормозной сервоусилитель работает, создавая частичный вакуум.