Дисковый тормоз

Дисковый тормоз — это тип тормозной системы, в которой тормозное усилие создаётся за счёт прижатия тормозных колодок к вращающемуся диску (ротору), жёстко связанному с колесом или другим вращающимся узлом механизма. Относится к классу фрикционных тормозов, преобразующих кинетическую энергию движения в тепловую энергию посредством трения.

История

Первые конструкции дисковых тормозов появились в конце XIX века. В 1890 году англичанин Фредерик Ланчестер запатентовал механический дисковый тормоз для автомобиля, однако из-за несовершенства материалов (колодки из латуни или кожи) и отсутствия эффективных гидравлических приводов система не получила распространения. В начале XX века дисковые тормоза применялись на некоторых авиационных колёсах и мотоциклах.

Широкое внедрение в автомобильной промышленности началось в 1950-х годах. В 1953 году компания Jaguar (Великобритания) оснастила дисковыми тормозами все четыре колеса модели C-Type для гонок «24 часа Ле-Мана». В 1955 году серийный Citroën DS стал первым массовым автомобилем с дисковыми тормозами на передних колёсах. В СССР дисковые тормоза впервые появились на гоночных автомобилях в 1960-х годах, а на серийных моделях (например, ВАЗ-2108) — в 1980-х.

Устройство и принцип действия

Основными элементами дискового тормоза являются:

• Тормозной диск (ротор) — стальной или керамический диск, вращающийся вместе со ступицей колеса.
• Тормозные колодки — фрикционные накладки, закреплённые в суппорте.
• Суппорт — корпус, в котором размещены колодки и поршни (или механизм привода).
• Привод — гидравлический, пневматический, механический или электрический механизм, передающий усилие от педали или другого органа управления к колодкам.

Принцип действия: при нажатии на педаль тормоза рабочая жидкость (в гидроприводе) давит на поршни суппорта, которые прижимают колодки к диску с обеих сторон. Возникающая сила трения замедляет вращение диска, а следовательно, и колеса. Интенсивность торможения регулируется усилием нажатия.

Классификация

По типу привода

• Гидравлические — наиболее распространены в автомобилях, мотоциклах, велосипедах. Используют тормозную жидкость (например, DOT 4).
• Пневматические — применяются в грузовых автомобилях, автобусах, поездах. Работают на сжатом воздухе.
• Механические — с тросовым приводом. Встречаются на велосипедах, некоторых мотоциклах и ручном тормозе автомобилей.
• Электромеханические — с электрическим приводом (например, в системах «электрический стояночный тормоз»).

По конструкции суппорта

• Плавающий суппорт — один поршень; суппорт может смещаться вдоль оси диска, обеспечивая равномерное прижатие колодок. Дешевле и компактнее.
• Фиксированный суппорт — два или более поршней с обеих сторон диска. Обеспечивает более жёсткое и равномерное прижатие, лучше отводит тепло. Используется на мощных автомобилях и мотоциклах.

По типу тормозного диска

• Цельные (сплошные) — простые, дешёвые, но хуже охлаждаются.
• Вентилируемые — диск имеет внутренние каналы для отвода тепла. Устанавливаются на передние колёса большинства современных легковых автомобилей.
• Перфорированные (с отверстиями) — улучшают отвод газов и воды, снижают вес.
• С насечками (шлицами) — очищают колодки от продуктов износа.
• Керамические (углерод-керамика) — из композитного материала, выдерживают очень высокие температуры, устойчивы к износу. Применяются на спортивных и дорогих автомобилях.

По назначению

• Рабочие — основные тормоза, управляемые педалью.
• Стояночные — для удержания автомобиля на месте. Часто механические, могут быть встроены в задний дисковый тормоз.
• Вспомогательные — например, тормоз-замедлитель (ретардер) на грузовиках.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая эффективность и стабильность торможения, особенно при интенсивных нагрузках.
• Меньшая склонность к «закипанию» (потере эффективности при нагреве) по сравнению с барабанными тормозами.
• Более быстрое восстановление после намокания (вода сбрасывается центробежной силой).
• Простота обслуживания и замены колодок.
• Лучшая модуляция усилия (легче дозировать тормозное усилие).

Недостатки

• Более высокая стоимость производства и ремонта.
• Меньший срок службы колодок и дисков по сравнению с барабанными тормозами.
• Подверженность короблению при перегреве.
• Повышенный износ колодок в условиях грязи и песка (диск открыт).
• Больший вес (особенно у вентилируемых дисков).

Применение

Дисковые тормоза широко применяются в:

• Автомобилях — легковых, грузовых, спортивных. На большинстве современных автомобилей устанавливаются на все колёса.
• Мотоциклах — практически на всех моделях, начиная с 1970-х годов.
• Велосипедах — горных, дорожных, гибридных. Бывают механическими (тросовыми) и гидравлическими.
• Железнодорожном транспорте — на некоторых типах поездов (например, высокоскоростных) и трамваях.
• Авиации — на колёсах шасси самолётов.
• Сельскохозяйственной и строительной технике — тракторах, экскаваторах, погрузчиках.
• Станках и промышленных механизмах — для остановки вращающихся валов.

Особенности эксплуатации

• Тормозные колодки и диски являются расходными материалами и требуют периодической замены.
• При интенсивном торможении (например, на затяжных спусках) возможен перегрев дисков, что снижает эффективность (явление «fade»). Вентилируемые и керамические диски менее подвержены этому.
• Попадание масла или смазки на диск резко снижает коэффициент трения.
• Для гидравлических систем требуется регулярная замена тормозной жидкости (каждые 1–2 года) из-за её гигроскопичности.

Интересные факты

• Первый серийный автомобиль с дисковыми тормозами на всех колёсах — Citroën DS (1955).
• В Формуле-1 используются углерод-керамические диски, которые могут нагреваться до 1000 °C.
• Тормозные диски могут иметь антикоррозионное покрытие (например, цинковое или керамическое) для увеличения срока службы.
• На некоторых мотоциклах применяются плавающие диски, которые крепятся к ступице не жёстко, а через заклёпки, что позволяет компенсировать тепловое расширение.

Источники

• Краткая автомобильная энциклопедия / под ред. В. И. Анохина. — М.: Транспорт, 1994.
• Bosch. Автомобильный справочник. — М.: За рулём, 2004.
• Боровских Ю. И., Буралев Ю. В. Тормозные системы автомобилей. — М.: Машиностроение, 2005.
• SAE International. Brake Technology Handbook. — 2008.
• Техническая документация производителей (Brembo, ATE, TRW).