Изготовление тормозных дисков
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Изготовление тормозных дисков

Как производят тормозные диски для машин премиум-брендов: изучаем завод компании Zimmermann

Германия — Мекка автомобильной индустрии. Кажется, здесь нет области или земли, где не работала бы компания, так или иначе связанная с автопроизводством. Одна из таких — немецкий производитель тормозных систем Zimmermann, который предлагает альтернативные решения для премиальных немецких производителей Mercedes, BMW, Porsche и др. Журнал «Движок» лично убедился в высоком уровне немецкого производства, приехав на завод компании в городе Зинсхайм на Skoda Kodiaq.

Напомним, что компания Zimmermann появилась в 1960‑х годах прошлого века неподалеку от Штутгарта, а потому быстро наладила сотрудничество с компанией Mercedes­Benz. Чуть позже, благодаря ответственному подходу и неизменному качеству продукции, сотрудничество распространилось на все немецкие автомобильные бренды. Правда, затем автогиганты начали диктовать поставщику свои условия, которые не соответствовали бизнес-­стратегии Zimmermann. В итоге компания приняла решение сосредоточиться на сегменте aftermarket, где имела полную самостоятельность и свободу действий.

Однако годы взаимодействия с такими брендами, как Mercedes, BMW, Audi и Porsche, задали соответствующую технологическую планку. Потому на сегодняшний день производитель занят выпуском компонентов, которые как минимум не уступают заводским деталям, а в большинстве случаев превосходят их по качеству и характеристикам.

Основным видом продукции Zimmermann являются тормозные диски. Кроме того, в каталоге присутствуют тормозные барабаны, колодки и восстановленные оригинальные тормозные суппорты. Всего более 4 тыс. позиций, которые охватывают 96% европейских автопроизводителей, а также часть корейских, японских и американских автомобильных брендов. Более 65% продукции идет на экспорт.

Компания Zimmermann целиком расположена в городе Зинсхайм. Здесь находятся завод, склад и логистический центр, а также штаб­квартира со всей администрацией. Благодаря тому, что предприятие представляет собой единый организм, компании несколько десятилетий удается держать стабильно высокий уровень качества

Процесс начинается в лаборатории компании, где инженеры на специальном оборудовании готовят технические образцы для производства. В первую очередь берется оригинальный тормозной диск, с которого до последнего микрона снимаются все мерки. После чего создается серия прототипов с разными свойствами и характеристиками, которые в лаборатории начинают проходить полный цикл испытаний согласно всем имеющимся сертификатам соответствия автопроизводителя.

В этих спецификациях указаны всевозможные параметры, которым должен соответствовать тормозной диск, — от температуры нагрева и износа до времени окончательного разрушения. Из прототипов выбирается тот диск, который по результатам тестов имеет характеристики, превосходящие исходные параметры оригинальной продукции. После чего выпускается опытная партия, из которой случайным образом выбирается и отправляется на повторный цикл испытаний еще один тормозной диск.

На испытательном стенде прототип диска Zimmermann совмещается с оригинальным суппортом и оригинальными колодками, после чего проходит серия циклов имитации всех возможных вариантов торможения, а также программа имитации условий частичного или полного разрушения диска

Одной из важнейших основ качества продукции Zimmermann называет уровень литья заготовок. Самостоятельно металлопрокатом компания не занимается, а заказывает основу у тех же поставщиков, которые работают с производителем оригинальной продукции. Заготовки, конечно, тоже проверяются. Существует порядка 45 качеств исходного материала, которые должны соответствовать заданным параметрам. Большая часть используемого сырья производится в самой Германии (55%) или странах Западной Европы. Малейшее несоответствие параметров — и сырье тут же бракуется.

После всех проведенных испытаний заготовка попадает непосредственно в производственные цеха, которые делятся на линии по выпуску разных видов дисков: обычных, перфорированных или составных.

Обычные, перфорированные, составные

В процессе обработки заготовка тормозного диска теряет 20–25% материала, или до 10 кг веса. В зависимости от того, какой необходимо выпустить диск, используется разное оборудование. Например, для производства обычного диска требуется одна производственная машина, а для производства перфорированного уже две. То есть происходит два этапа обработки с процессом переворачивания заготовки. Собственно, именно поэтому перфорированные диски всегда дороже.

Кстати, уровень перфорации также влияет на производительность и цену. Например, тормозные диски Porsche имеют 160 отверстий, а потому их производство дольше и энергозатратнее.

Последним этапом перед упаковкой является покрытие дисков Zimmermann специальной краской с алюминием в составе, что защищает диски при транспортировке и эксплуатации. Она автоматически стирается с тормозных поверхностей при использовании и не требует предварительного удаления.

Каждый тормозной диск маркируется. Первые четыре цифры — это номер, указывающий, для какого автомобиля он выпущен, дальше — номер заводской смены, то есть кто конкретно и когда его сделал, и в конце — минимально допустимая толщина

На заводе Zimmermann высокий уровень автоматизации производства, однако процесс организован по­-другому, нежели у конвейерных поставщиков, коим компания сама когда-­то была. Главным отличием является то, что OEM-­поставщик заточен под выпуск малого количества видов продукции, но делаются они огромными партиями. Zimmermann, наоборот, имеет возможность выпускать огромное количество вариантов и видов тормозных дисков, но не очень большими объемами, а иногда и мелкосерийными партиями вплоть до 500 штук для эксклюзивных авто. Таким образом, сделана ставка на гибкость производства, когда компания может оперативно перестроиться под любого партнера и быстро реагировать на появление на рынке новых моделей автомобилей.

У компании Zimmermann мизерный процент брака. Где-то 1,5% отсеивается на этапе заготовок, и еще 0,07% отбраковывается уже в виде готовой продукции

Отдельная линия отведена производству составных тормозных дисков. Их принципиальное отличие заключается в использовании разных материалов для разных частей диска: стальная или алюминиевая ступица специальным образом соединяется с чугунной тормозной поверхностью.

Преимуществ у таких дисков два. Во‑первых, составной диск заметно легче, что дает выигрыш как по весу авто в целом, так и отдельно по неподрессоренным массам, которые влияют и на работу подвески. Второе преимущество заключается в лучшей термоустойчивости и общем распределении тепла, благодаря чему улучшаются непосредственно тормозные свойства.

Подобные диски, например, штатно устанавливаются на Mercedes-­Benz S-­class и BMW поколения F. Причем в дисках для Mercedes Zimmermann использует свою запатентованную разработку, которая отличается от мерседесовской именно системой крепления ступицы к тормозному диску.

Отдельный цех на заводе отдан под производство тормозных колодок. Идея дополнить предложения этой группой товаров появилась в 2012 году. Сначала был создан исследовательский центр, а затем и небольшое производство, главным образом для BMW и Porsche.

Его цель — реализовать конструкторские разработки, понять и наладить процесс производства в принципе, а также предложить клиентам комплексный продукт, максимально подходящий его потребностям.

У компании Zimmermann несколько линеек продукции, каждая из которых отвечает своим задачам. Серия Standart максимально соответствует оригиналу. Серия Sport — для легкого тюнинга: это диски с улучшенными свойствами (перфорированные и слотированные), установка которых не требует переделки тормозной системы.
Новинка в этой группе — слотированные диски серии Black Z с черным антикоррозионным покрытием и насечками в виде буквы Z. Эти диски испытывались больше года на гоночном болиде Porsche Cayman S на треке Нюрбургринг и получили самые высокие оценки пилотов суперкара, которые неоднократно занимали там призовые места.
На вершине гаммы — двусоставные тормозные диски серий Formula Z, Formula F и Formula S, объединенные в линейку FusionZ

Каков итог?

Принципиально что-­то менять в успешном бизнесе и сильных позициях на рынке Zimmermann не планирует. Согласно тенденциям компания будет внедрять экологические методы производства, а также оптимизировать бизнес­процессы. По словам представителя руководства компании Райнера Мерца, основная задача — соответствовать тому автопарку, который сегодня представлен на рынке. Обеспечение текущих потребностей для клиентов куда важнее, чем рассуждения о будущих разработках. А клиент, как говорится, всегда прав.

Конструкция и виды тормозных дисков

Самые распространенные на сегодняшний день автомобильные тормозные системы – дисковые тормоза. Из этого следует, что главным элементом тормоза такого типа является тормозной диск, к которому прикладывается усилие исполнительного механизма. Поскольку существующие автомобильные тормоза используют трение в качестве основного принципа действия, между диском и тормозным механизмом находится колодка, покрытая слоем фрикционного материала.

Как известно, росту эффективности любых тормозов препятствует температура в паре трения. Чем интенсивнее автомобиль тормозит, тем больше выделяется тепла и тем больше нагреваются детали тормозного механизма. Для обычной тормозной колодки это приводит к потере фрикционных свойств за счет снижения коэффициента трения. Можно пойти дальше и обнаружить, что тепло от колодки передается не только воздуху, но и собственно исполнительному тормозному механизму – скобе (суппорту), нагретые поршни которой бывают способны довести тормозную жидкость до кипения. Это может привести к образованию пузырьков воздуха в жидкости и, как следствие, потере ею упругих свойств и «провалу» тормозной педали. Естественно, ни о какой эффективности не может быть и речи, остановиться бы, перевести дух и подумать, что можно сделать. Самым логичным будет повысить температуру кипения тормозной жидкости и сделать колодки, способные не снижать коэффициент трения с ростом температуры. Именно так и поступили конструкторы тормозных систем, и сейчас есть колодки, работающие в диапазоне от 200 градусов и выше. Однако тема колодок и жидкостей еще дождется своего часа, а что же происходит с дисками?

Диск также нагревается, что приводит к нарушению формы его рабочей поверхности, ее короблению, следствием чего становится осевое биение диска, передаваемое на руль и тормозную педаль. Для начала рассмотрим причину деформации диска под действием температуры. Как правило, обычный тормозной диск представляет собой обод, выполненный в одно целое со ступицей П-образного сечения. При нагреве диск, напоминающий в разрезе шляпу, условно стремится вывернуться «наизнанку» за счет разницы длин наружного и внутреннего контуров. У внутреннего она больше, следовательно, и линейное тепловое расширение также больше. Это приводит к тому, что у «шляпы» приподнимаются поля. Именно череда таких подъемов и опусканий при остывании и приводит к деформации диска. Чтобы уменьшить такой эффект, у дисков в местах соединений обода со ступицей с наружной стороны делаются галтели или проводятся другие мероприятия, увеличивающие длину наружного контура. А что, если сделать диск более массивным, тогда он уж точно не покоробится. Хорошая идея, только вообразите, какая будет неподрессоренная масса у такого автомобиля, а наличие дополнительного маховика на каждом колесе сделает торможение проблематичным, добавив еще необходимость «гасить» их инерцию. К тому же проблема рассеивания тепла осталась. Так на сцену вышел диск с внутренней вентиляцией или просто вентилируемый. Он сразу позволил повысить эффективность торможения за счет более благоприятных температурных режимов паре трения. У вентилируемого диска существенно увеличена поверхность, с которой он отдает тепло окружающей среде. А если подвести дополнительный охлаждающий воздух к тормозному диску, то о перегреве тормозов можно даже забыть. Вентилируемый тормозной диск также уменьшает температурную нагрузку на ступичный подшипник.

Конструкция тормозных дисков

Увеличению поверхности рассеивания тепла способствует и перфорация дисков, при которой обод насчитывает не один десяток сквозных отверстий с зенковкой. Проделанные по всей рабочей плоскости диска сквозные отверстия снижают вес диска, способствуют более эффективному снижению его температуры при работе (что снижает риск коробления), удаляют газы, образующиеся при трении колодок о диск. Также перфорация не допускает «всплытия» тормозной колодки при попадании воды на рабочую поверхность диска в дождь или при проезде через лужи. Оказавшаяся на пути колодки вода выдавливается внутрь диска, откуда она выбрасывается наружу под действием центробежной силы. Вот здесь и кроется опасность для перфорированных дисков. Попавшая вода на раскаленный иногда тормозной диск может вызвать катастрофические последствия для его целостности, он может потрескаться и даже лопнуть. Отверстия станут дополнительными концентраторами напряжений и начальными точками этих самых трещин. Поэтому заявления о повышенной эффективности перфорированных дисков часто следует рассматривать как рекламный ход.

Читать еще:  Сезонное хранение резины

Однако встречаются серийные автомобили, у которых такие диски стоят и хорошо себя чувствуют за все время эксплуатации, подвергаясь замене только по причине износа. Такую картину можно наблюдать, в частности, на автомобилях Ferrari и Porsche. Все дело в том, что диаметр отверстий не велик, их расположение сочетается с конфигурацией внутренних лопаток диска, а сам диск, как правило толстостенный и большого диаметра. Это снижает риск образования трещин, однако более правильным решением являются канавки на рабочей поверхности диска. Кроме воды, канавки отводят газообразные продукты “жизнедеятельности” колодки и продукты износа. Канавки бывают направленными в зависимости от вращения диска или симметричными, что позволяет ставить диск на левую и правую стороны автомобиля. Это относится и к лопаткам внутри диска. Обычный вентилируемый диск имеет радиально расположенные лопатки, что делает левый и правый тормозные диски одинаковыми, но существуют диски с наклоненными лопатками для лучшего удаления разогретого воздуха. При этом левый диск является зеркальной копией правого и наоборот.

Указав все эти достоинства канавок, нельзя не сказать и о том, зачем они изначально были разработаны. Опять же, автоспорт с его повышенными нагрузками на тормоза потребовал эффективной очистки тормозных колодок. Дело в том, что при работе на больших нагрузках тормозные колодки очень быстро покрываются тонким слоем нагара – выгоревшего и отработанного фрикционного материала. Если его не снять принудительно, колодка превращается в скользкую лыжу. Канавки, шлицы практически срезают этот отработанный слой, обновляя колодку. Это позволяет поддерживать работоспособность колодок на протяжении всей гонки. Учитывая все вышесказанное, можно считать, что для обычных городских автомобилей тормозные диски со шлицами, конечно, являются предметом гордости владельца, но одновременно причиной более частой смены тормозных колодок.

Перфорированные тормозные диски

Теперь мы добрались до высшей лиги тормозных дисков – вентилируемых сборных. Конечно, бывают и цельные диски с направленными лопатками, но их не так много. Это объясняется необходимостью иметь сложные оснастки для левого и правого диска, на что не каждый производитель может пойти. В результате диск с одной стороны выбрасывает воздух наружу, а с другой – захватывает его и пытается выдавить из центра внутрь колесной арки. Разборные диски изначально делятся на левые и правые и имеют крепежный фланец для ступицы, которая делается, как правило, из высококачественного авиационного алюминия. Такая конструкция позволяет еще больше рассеивать тепла, что благоприятно сказывается на эффективности тормозов и теплонагруженности подшипников ступицы. Понятно, что такой диск более легкий, чем его цельный аналог. Здесь тоже присутствуют подводные камни. Самый опасный – разница коэффициентов термической деформации материалов диска и ступицы. Для решения этой проблемы делают прорези на ступице, но самым эффективным способом борьбы с этим явлением можно назвать так называемые плавающие диски. Их суть – отсутствие жесткой связи между диском и ступицей, при этом диск может двигаться относительно ступицы обычно в осевом направлении в пределах нескольких десятых долей миллиметра. Плавающие диски обладают существенным недостатком – они боятся грязи, которая может лишить их подвижности, поэтому они главным образом применяются в кольцевом автоспорте.

Материал тормозных дисков

Чаще всего тормозные диски изготовляют из чугуна. Популярность этого материала объясняется хорошими фрикционными свойствами и невысокой стоимостью производства. Наряду с этими преимуществами, чугун имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают его использование в некоторых типах транспортных средств – спортивных машинах и мотоциклах. При регулярных интенсивных торможениях, вызывающих значительное повышение температуры (400 С и выше), возможно коробление диска, а если на его перегретую в таких режимах поверхность попадает вода, например, из лужи, чугунный диск покрывается сетью трещин и иногда даже рассыпается. Кроме того, такие диски очень тяжелые, и после длительных стоянок их рабочая поверхность покрывается коркой ржавчины. Чтобы избежать этих недостатков, диски, в большей степени мотоциклетные и значительно реже автомобильные, начали делать из «нержавейки». Более слабые фрикционные свойства этого материала компенсировали увеличением диаметра дисков и их рабочей поверхности. Для изготовления этой ответственной детали тормозной системы используют и обычную сталь, которая, как и «нержавейка», не столь чувствительна к перепадам температур и обладает несколько худшими фрикционными свойствами, чем чугун.

В 70-е годы на спортивные машины начали устанавливать тормозные диски из углепластика – карбоновые. Преодолев период роста, карбоновые тормоза оставили своих металлических коллег далеко позади. Посудите сами: вес тормозного диска из карбона на порядок меньше металлического, коэффициент трения на порядок выше, а рабочий диапазон, ограничивающийся на обычных тормозах 500-600 С, здесь простирается далеко за отметку в 1000 С. Карбоновые диски не коробятся, а снижение неподрессоренных и вращающихся масс положительно сказывается на ходовых качествах автомобиля. Тем не менее путь к обычным дорожным автомобилям таким тормозам пока заказан. Стоимость комплекта карбоновых тормозов может достигать стоимости нового автомобиля малого класса, а нормально работать они начинают только после хорошего прогрева: до этого коэффициент трения тормозов даже ниже обычных! Нельзя забывать и об удобстве управления замедлением: если с традиционными тормозами все просто и понятно, то здесь контролировать замедление сверхсложно. Фактически в обычных условиях карбоновые тормоза будут аналогом переключателя «ехать/стоять».

Керамические тормозные диски

Более радужные перспективы в автомобилестроении имеют керамические тормоза. Они не имеют такого ошеломляющего коэффициента трения, как карбоновые, но обладают целым рядом преимуществ. У керамики гораздо больше возможностей, чем у металла или различных композитов. Этот материал отличается отличной устойчивостью к высоким температурам, высокой стойкостью к коррозии и износу, небольшой удельной массой и высокой прочностью. Но это еще не все. Керамические тормозные диски, в сравнению аналогичным деталями из серого чугуна легче на 50%. Вес, например, керамического тормозного диска PORSCHE 911 в два раза легче обычного, значит, меньше и неподрессоренные массы, а следовательно, и нагрузка на подвеску. Уменьшается и так называемый гироскопический эффект, когда вращающееся с большой скоростью тело сопротивляется смене направления вращения. Кроме того, применение керамики позволяет увеличить на 25% коэффициент трения, а заодно резко повысить эффективность торможения в горячем состоянии. Еще одно преимущество – невероятная долговечность. Керамические диски обычно не требуют замены на протяжении 300 000 км. К сожалению, есть и недостатки. Во-первых, холодные керамические диски хуже останавливают машину, чем холодные тормозные диски из металла. Во-вторых, керамика плохо работает при очень низких температурах. В третьих, такие диски при работе неприятно скрипят. И, наконец, в четвертых, цена у них ну просто непомерная.

Конструкция и виды тормозных дисков

Самые распространенные на сегодняшний день автомобильные тормозные системы – дисковые тормоза. Из этого следует, что главным элементом тормоза такого типа является тормозной диск, к которому прикладывается усилие исполнительного механизма. Поскольку существующие автомобильные тормоза используют трение в качестве основного принципа действия, между диском и тормозным механизмом находится колодка, покрытая слоем фрикционного материала.

Как известно, росту эффективности любых тормозов препятствует температура в паре трения. Чем интенсивнее автомобиль тормозит, тем больше выделяется тепла и тем больше нагреваются детали тормозного механизма. Для обычной тормозной колодки это приводит к потере фрикционных свойств за счет снижения коэффициента трения. Можно пойти дальше и обнаружить, что тепло от колодки передается не только воздуху, но и собственно исполнительному тормозному механизму – скобе (суппорту), нагретые поршни которой бывают способны довести тормозную жидкость до кипения. Это может привести к образованию пузырьков воздуха в жидкости и, как следствие, потере ею упругих свойств и «провалу» тормозной педали. Естественно, ни о какой эффективности не может быть и речи, остановиться бы, перевести дух и подумать, что можно сделать. Самым логичным будет повысить температуру кипения тормозной жидкости и сделать колодки, способные не снижать коэффициент трения с ростом температуры. Именно так и поступили конструкторы тормозных систем, и сейчас есть колодки, работающие в диапазоне от 200 градусов и выше. Однако тема колодок и жидкостей еще дождется своего часа, а что же происходит с дисками?

Диск также нагревается, что приводит к нарушению формы его рабочей поверхности, ее короблению, следствием чего становится осевое биение диска, передаваемое на руль и тормозную педаль. Для начала рассмотрим причину деформации диска под действием температуры. Как правило, обычный тормозной диск представляет собой обод, выполненный в одно целое со ступицей П-образного сечения. При нагреве диск, напоминающий в разрезе шляпу, условно стремится вывернуться «наизнанку» за счет разницы длин наружного и внутреннего контуров. У внутреннего она больше, следовательно, и линейное тепловое расширение также больше. Это приводит к тому, что у «шляпы» приподнимаются поля. Именно череда таких подъемов и опусканий при остывании и приводит к деформации диска. Чтобы уменьшить такой эффект, у дисков в местах соединений обода со ступицей с наружной стороны делаются галтели или проводятся другие мероприятия, увеличивающие длину наружного контура. А что, если сделать диск более массивным, тогда он уж точно не покоробится. Хорошая идея, только вообразите, какая будет неподрессоренная масса у такого автомобиля, а наличие дополнительного маховика на каждом колесе сделает торможение проблематичным, добавив еще необходимость «гасить» их инерцию. К тому же проблема рассеивания тепла осталась. Так на сцену вышел диск с внутренней вентиляцией или просто вентилируемый. Он сразу позволил повысить эффективность торможения за счет более благоприятных температурных режимов паре трения. У вентилируемого диска существенно увеличена поверхность, с которой он отдает тепло окружающей среде. А если подвести дополнительный охлаждающий воздух к тормозному диску, то о перегреве тормозов можно даже забыть. Вентилируемый тормозной диск также уменьшает температурную нагрузку на ступичный подшипник.

Конструкция тормозных дисков

Увеличению поверхности рассеивания тепла способствует и перфорация дисков, при которой обод насчитывает не один десяток сквозных отверстий с зенковкой. Проделанные по всей рабочей плоскости диска сквозные отверстия снижают вес диска, способствуют более эффективному снижению его температуры при работе (что снижает риск коробления), удаляют газы, образующиеся при трении колодок о диск. Также перфорация не допускает «всплытия» тормозной колодки при попадании воды на рабочую поверхность диска в дождь или при проезде через лужи. Оказавшаяся на пути колодки вода выдавливается внутрь диска, откуда она выбрасывается наружу под действием центробежной силы. Вот здесь и кроется опасность для перфорированных дисков. Попавшая вода на раскаленный иногда тормозной диск может вызвать катастрофические последствия для его целостности, он может потрескаться и даже лопнуть. Отверстия станут дополнительными концентраторами напряжений и начальными точками этих самых трещин. Поэтому заявления о повышенной эффективности перфорированных дисков часто следует рассматривать как рекламный ход.

Читать еще:  Кроссоверы 2018 2019

Однако встречаются серийные автомобили, у которых такие диски стоят и хорошо себя чувствуют за все время эксплуатации, подвергаясь замене только по причине износа. Такую картину можно наблюдать, в частности, на автомобилях Ferrari и Porsche. Все дело в том, что диаметр отверстий не велик, их расположение сочетается с конфигурацией внутренних лопаток диска, а сам диск, как правило толстостенный и большого диаметра. Это снижает риск образования трещин, однако более правильным решением являются канавки на рабочей поверхности диска. Кроме воды, канавки отводят газообразные продукты “жизнедеятельности” колодки и продукты износа. Канавки бывают направленными в зависимости от вращения диска или симметричными, что позволяет ставить диск на левую и правую стороны автомобиля. Это относится и к лопаткам внутри диска. Обычный вентилируемый диск имеет радиально расположенные лопатки, что делает левый и правый тормозные диски одинаковыми, но существуют диски с наклоненными лопатками для лучшего удаления разогретого воздуха. При этом левый диск является зеркальной копией правого и наоборот.

Указав все эти достоинства канавок, нельзя не сказать и о том, зачем они изначально были разработаны. Опять же, автоспорт с его повышенными нагрузками на тормоза потребовал эффективной очистки тормозных колодок. Дело в том, что при работе на больших нагрузках тормозные колодки очень быстро покрываются тонким слоем нагара – выгоревшего и отработанного фрикционного материала. Если его не снять принудительно, колодка превращается в скользкую лыжу. Канавки, шлицы практически срезают этот отработанный слой, обновляя колодку. Это позволяет поддерживать работоспособность колодок на протяжении всей гонки. Учитывая все вышесказанное, можно считать, что для обычных городских автомобилей тормозные диски со шлицами, конечно, являются предметом гордости владельца, но одновременно причиной более частой смены тормозных колодок.

Перфорированные тормозные диски

Теперь мы добрались до высшей лиги тормозных дисков – вентилируемых сборных. Конечно, бывают и цельные диски с направленными лопатками, но их не так много. Это объясняется необходимостью иметь сложные оснастки для левого и правого диска, на что не каждый производитель может пойти. В результате диск с одной стороны выбрасывает воздух наружу, а с другой – захватывает его и пытается выдавить из центра внутрь колесной арки. Разборные диски изначально делятся на левые и правые и имеют крепежный фланец для ступицы, которая делается, как правило, из высококачественного авиационного алюминия. Такая конструкция позволяет еще больше рассеивать тепла, что благоприятно сказывается на эффективности тормозов и теплонагруженности подшипников ступицы. Понятно, что такой диск более легкий, чем его цельный аналог. Здесь тоже присутствуют подводные камни. Самый опасный – разница коэффициентов термической деформации материалов диска и ступицы. Для решения этой проблемы делают прорези на ступице, но самым эффективным способом борьбы с этим явлением можно назвать так называемые плавающие диски. Их суть – отсутствие жесткой связи между диском и ступицей, при этом диск может двигаться относительно ступицы обычно в осевом направлении в пределах нескольких десятых долей миллиметра. Плавающие диски обладают существенным недостатком – они боятся грязи, которая может лишить их подвижности, поэтому они главным образом применяются в кольцевом автоспорте.

Материал тормозных дисков

Чаще всего тормозные диски изготовляют из чугуна. Популярность этого материала объясняется хорошими фрикционными свойствами и невысокой стоимостью производства. Наряду с этими преимуществами, чугун имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают его использование в некоторых типах транспортных средств – спортивных машинах и мотоциклах. При регулярных интенсивных торможениях, вызывающих значительное повышение температуры (400 С и выше), возможно коробление диска, а если на его перегретую в таких режимах поверхность попадает вода, например, из лужи, чугунный диск покрывается сетью трещин и иногда даже рассыпается. Кроме того, такие диски очень тяжелые, и после длительных стоянок их рабочая поверхность покрывается коркой ржавчины. Чтобы избежать этих недостатков, диски, в большей степени мотоциклетные и значительно реже автомобильные, начали делать из «нержавейки». Более слабые фрикционные свойства этого материала компенсировали увеличением диаметра дисков и их рабочей поверхности. Для изготовления этой ответственной детали тормозной системы используют и обычную сталь, которая, как и «нержавейка», не столь чувствительна к перепадам температур и обладает несколько худшими фрикционными свойствами, чем чугун.

В 70-е годы на спортивные машины начали устанавливать тормозные диски из углепластика – карбоновые. Преодолев период роста, карбоновые тормоза оставили своих металлических коллег далеко позади. Посудите сами: вес тормозного диска из карбона на порядок меньше металлического, коэффициент трения на порядок выше, а рабочий диапазон, ограничивающийся на обычных тормозах 500-600 С, здесь простирается далеко за отметку в 1000 С. Карбоновые диски не коробятся, а снижение неподрессоренных и вращающихся масс положительно сказывается на ходовых качествах автомобиля. Тем не менее путь к обычным дорожным автомобилям таким тормозам пока заказан. Стоимость комплекта карбоновых тормозов может достигать стоимости нового автомобиля малого класса, а нормально работать они начинают только после хорошего прогрева: до этого коэффициент трения тормозов даже ниже обычных! Нельзя забывать и об удобстве управления замедлением: если с традиционными тормозами все просто и понятно, то здесь контролировать замедление сверхсложно. Фактически в обычных условиях карбоновые тормоза будут аналогом переключателя «ехать/стоять».

Керамические тормозные диски

Более радужные перспективы в автомобилестроении имеют керамические тормоза. Они не имеют такого ошеломляющего коэффициента трения, как карбоновые, но обладают целым рядом преимуществ. У керамики гораздо больше возможностей, чем у металла или различных композитов. Этот материал отличается отличной устойчивостью к высоким температурам, высокой стойкостью к коррозии и износу, небольшой удельной массой и высокой прочностью. Но это еще не все. Керамические тормозные диски, в сравнению аналогичным деталями из серого чугуна легче на 50%. Вес, например, керамического тормозного диска PORSCHE 911 в два раза легче обычного, значит, меньше и неподрессоренные массы, а следовательно, и нагрузка на подвеску. Уменьшается и так называемый гироскопический эффект, когда вращающееся с большой скоростью тело сопротивляется смене направления вращения. Кроме того, применение керамики позволяет увеличить на 25% коэффициент трения, а заодно резко повысить эффективность торможения в горячем состоянии. Еще одно преимущество – невероятная долговечность. Керамические диски обычно не требуют замены на протяжении 300 000 км. К сожалению, есть и недостатки. Во-первых, холодные керамические диски хуже останавливают машину, чем холодные тормозные диски из металла. Во-вторых, керамика плохо работает при очень низких температурах. В третьих, такие диски при работе неприятно скрипят. И, наконец, в четвертых, цена у них ну просто непомерная.

Из чего делают тормозные диски и колодки

Главное в тормозных колодках – материал, из которого сделаны накладки. Именно состав отличает одни колодки от других. Важнейшая часть состава – фрикционная смесь, которая отвечает за поведение тормозов

Тормозные колодки TRW

Зима предъявляет повышенные требования к тормозным свойствам автомобиля. В значительной степени тормозной путь на скользкой дороге зависит от выбора покрышек. И, разумеется, от эффективной работы тормозной системы. В последнем случае стоит уделить особое внимание такой важной части тормозной системы, как тормозные колодки. Отказ или неэффективная работа тормозов в самый неподходящий момент – это, пожалуй, самое худшее, что может произойти с водителем на дороге. В свою очередь, надежные тормозные колодки обеспечат спокойствие и надлежащую безопасность, будут служить верой и правдой до окончания установленного срока их эксплуатации. Чтобы не ошибиться в выборе этого элемента тормозной системы, необходимо побольше узнать о нем.

По большому счету, именно сопряжение тормозных дисков (барабанов) и колодок можно считать самым важным элементом тормозной системы, потому что именно эти элементы, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают провоцируемое водителем замедление и остановку колеса. Гидравлическая часть тормозной системы только передает усилие с педали на тормозные механизмы и колодки, а ABS и другие технические достижения лишь призваны сделать процесс торможения максимально эффективным.

Здесь на первый план выходит вопрос материалов, которые используются для производства дисков и накладок. Большая часть тормозных дисков, как и барабанов, делается из чугуна. Этот сплав (железа с углеродом) используется в тормозной системе автомобиля не только потому, что имеет невысокую цену, но и потому, что он обладает лучшими фрикционными свойствами, чем, например, нержавеющая сталь, из которой делают диски для мотоциклов. При том, что масса мотоцикла меньше, чем автомобиля, а сами диски постоянно открыты для агрессивного воздействия окружающей среды, именно поэтому в производстве двухколесной техники применение материала, защищенного от коррозии, является оправданным.

Тормозные колодки TRW

В автопромышленности несколько другие условия эксплуатации и другие материалы. В частности, в автоспорте используют диски из углеволокна. Это легкий и весьма эффективный материал, имеющий как достоинства, так и недостатки. Карбоновые диски эффективно работают только при высоких температурах. Это означает, что применять их целесообразно только в случае агрессивного, спортивного вождения. В обычном городском режиме они просто не будут успевать прогреваться и, по сути, будут работать не так эффективно, как это необходимо. При этом, стоимость таких тормозных механизмов чрезвычайно высока. Диски из углеволокна – это вариант для «Формулы-1» и других элитных автогоночных чемпионатов и серий. Используются также диски из материалов на основе кремния, но они, пока что, также не получили широкого распространения, хотя, возможно, именно за ними будущее.

2011 Ferrari 458 Italia

Главное в тормозных колодках – материал, из которого сделаны накладки. Именно состав отличает одни колодки от других. Важнейшая часть состава – фрикционная смесь, которая отвечает за поведение тормозов. Фрикционные смеси можно разделить на асбестовые, безасбестовые и органические, от которых получили свои названия и соответствующие тормозные колодки. Асбест, используемый в качестве армирующего материала – это недорогой и вполне традиционный вариант, который применяют для изготовления обычных тормозных колодок. Безасбестовые тормозные колодки – это уже следующий этап развития технологий. В них в качестве армирующего материала используют стальную вату, медную или латунную стружку или полимерные материалы. Органические материалы, которые используют для изготовления тормозных колодок, показывают, на данный момент, наилучшие тормозные свойства, но их стоимость позволяет использовать такие накладки только в мире профессионального автоспорта.

И напоследок, об эксплуатации тормозов. Водитель всегда должен помнить о том, что менять тормозные колодки следует в сроки (в зависимости от пробега), указанные в руководстве на данную модель автомобиля. Обычно это происходит каждые 10-12 тыс. км пробега. Если вы сторонник агрессивной манеры езды, в этом случае проверять состояние тормозных накладок нужно регулярно. Если их толщина составляет или приближается к критической отметке (2 мм), колодки следует менять в обязательном порядке. Не дожидаясь неприятностей!

Обзор производителей тормозных дисков

Несмотря на относительно большой срок службы, тормозные диски относятся к категории автомобильных расходников. А расходники сегодня производит множество различных фирм. Как среди всего многообразия выбрать хорошие тормозные диски? В этом непростом вопросе вам помогут наши советы по выбору, а также обзор тормозных дисков от наиболее распространенных на рынке России производителей.

Читать еще:  Насос для дизтоплива

Содержание:

Как выбрать лучшие тормозные диски

Перед тем, как перечислить характерные признаки качественных тормозных дисков, начнем с небольшого отступления и поясним, как они производятся и что влияет на эксплуатационные качества.

Тормозные диски вытачиваются из цельной металлической заготовки, так называемой поковки. Далее диск подвергается термической или другой обработке, цель которой — сделать его более прочным и менее подверженным температурным перепадам.

На конечные свойства тормозного диска влияет:

  • материал,
  • конструкция,
  • качество финишной обработки,
  • технология упрочнения готового изделия.

По конструкции выделяют несколько подвидов тормозных дисков:

  • обычные цельнометаллические,
  • вентилируемые,
  • с перфорацией,
  • с проточками на рабочей поверхности.

Самые простые и дешевые — диски с цельнометаллической рабочей поверхностью. Вентилируемые диски эффективнее всего отводят тепло. Проточки и отверстия позволяют выгоревшему фрикционному материалу колодок интенсивнее покидать рабочую поверхность тормозного диска. Однако в случае с поддельными деталями проточки и перфорация могут сыграть злую шутку: неправильных прочностных расчетов диск попросту разлетается от перегрузок.

Чтобы выбрать лучшие тормозные диски только по внешним признакам, нужно обращать внимание на качество обработки. На хорошем диске не должно быть видимых задиров, борозд, плохо снятых кромок, неровных проточек или других огрехов производства.

Краткий обзор производителей тормозных дисков

Рассмотрим несколько часто встречающихся на рынке производителей, которые выпускают тормозные диски для разных моделей автомобилей:

  • Otto Zimmermann. Премиумное качество по соответствующей цене. Точность изготовления и высокое качество металла определяют не только отличный коэффициент трения, но и длительную износостойкость. Более того, за этими дисками не было замечено ускоренного «съедания» колодок. Они отлично подойдут для ценителей максимально безопасной езды.
  • TRW. Известный немецкий бренд. Отличное качество и стойкость к температурным перегрузкам благодаря хорошему металлу. Автомобилисты отмечают высокий ресурс этих дисков.
  • Brembo. Эта марка на слуху у многих автомобилистов. Brembo — топовый итальянский производитель элементов тормозной системы, в том числе и первоклассных дисков. Цена — выше средней, качество — отличное.
  • Bosch. Эта компания пробовала себя уже практически во всех отраслях автомобилестроения. Что касается тормозных дисков Bosch, то можно сказать так: это стабильно высокое качество по средней цене.
  • Fenox. Недорогие диски от белорусского производителя. Хорошее качество по доступной цене.
  • Riginal. Эти диски российского производства известны доступной ценой при одновременно хорошем качестве и высоком рабочем ресурсе. Отличный выбор в плане соотношения цена/качество.

Сложно сказать, какие из этих фирм — лучшие. Тормозные диски производства всех вышеперечисленных брендов обладают достойными показателями для своей цены. И каждый автомобилист определяет сам, какую сумму он готов выложить за новые тормозные диски.

Приобрести диски этих и других брендов по доступным ценам вы можете в TopDetal.ru. Если не нашли нужной вам позиции — звоните нашему консультанту по номеру . У нас налажена система привоза запасных частей по индивидуальным заказам на очень выгодных условиях.

При замене тормозных дисков не забудьте проверить все элементы системы и оценить состояние и уровень тормозной жидкости. Заодно обратите внимание на уровень масла гидроусилителя; про эту систему многие автовладельцы напрочь забывают, а потом ремонтируют текущую рейку.

Диаметр, вентиляция и композиты: эволюция дисковых тормозов

Дисковые тормоза давно вытеснили все остальные варианты тормозных механизмов, и только редкие барабанные еще пытаются что-то им противопоставить на бюджетных легковушках и тяжелой технике. Но со временем сами дисковые тормоза стали разнообразнее: менялись материалы и устройство дисков и суппортов, равно как и размеры. Что же, попробуем разобраться в их эволюции. И в ее смысле.

Коротко о плюсах дисков

Своим успехом дисковые тормозные механизмы обязаны двум факторам. Во-первых, простоте создания большого усилия – сжимать чугунный диск можно очень сильно, и он не согнется, не сломается и не потеряет своих характеристик. А раз усилие сжатия велико, то и тормозная мощность будет ограничена только прочностью суппорта и тепловой нагрузкой на сам диск.

Во-вторых, собственно, хорошей способностью к восприятию этой самой тепловой нагрузки, или, другими словами, хорошими способностями к охлаждению. Пока диск вращается, он создает непрерывный поток воздуха на своей поверхности, эффективно удаляющий тепло и продукты износа.

Помимо двух этих основных факторов, нашлось и множество второстепенных вроде простоты создания авторегулировки тормозов, точности и «прозрачности» усилий, малой массы тормозного механизма, удобства компоновки со ступицей, простоты обслуживания и прочих. Хотя без первых двух они были бы не столь важны.

А первые два фактора можно охарактеризовать в сумме одним словом – это «мощность». Именно мощность тормозных механизмов при малой массе стала тем, что сделало их успешными. Это способствовало созданию все более и более мощных тормозов, способных без ухудшения характеристик переносить многочисленные торможения с большой скорости.

Зачем нужно усложнять диск?

На первом этапе усовершенствования дисковых тормозов постарались улучшить в первую очередь именно способность к охлаждению, чтобы дополнительно снизить риск перегрева при затяжных или частых торможениях. В дальнейшем именно желание увеличить тепловую мощность тормозов будет толкать конструкторов все к новым и новым решениям.

Диск нельзя нагревать бесконечно – материалы банально теряют прочность, колодки «горят», уплотнения суппорта разрушаются, в общем, греть диски ради большей теплоотдачи нельзя, нужно «держать» температуру и охлаждать.

Вентиляция

Обеспечить лучшее охлаждение диску можно двумя путями: либо увеличивая его площадь (об этом чуть позже), либо введя вентиляцию. За счет создания внутренних радиальных каналов внутри диска площадь охлаждения увеличилась в пять-шесть раз, и во столько же раз увеличилась мощность.

Еще немного увеличить площадь охлаждения позволяет перфорация, и она же чуть улучшает очистку диска при прижатии колодок. К сожалению, усложнение конструкции диска дальше маловероятно и ограничено теплопроводностью чугуна. По сути, почти все современные тормозные механизмы выполнены именно по этой схеме: передние – практически всегда вентилируемые, но без перфорации – она ослабляет диск, снижает его ресурс и применяется нечасто.

Увеличение диаметра

Теперь вернемся к размерам. Увеличивая диаметр диска, мы решаем две проблемы. Во-первых, при этом возрастает площадь охлаждения, а во-вторых – тормозной момент и одновременно скорость вращения диска в зоне трения колодок. Тормозная мощность «размазывается» по площади, уменьшается нагрев. Появляется возможность уменьшить давление прижатия колодок, а значит, снижаются требования к фрикционным материалам и повышается удобство пользования тормозами.

Путь увеличения площади хороший, если бы не одна проблема: внешний диаметр диска всегда ограничен размером колеса. Примерно до 19 дюймов увеличение диаметра колесного диска еще может быть оправдано улучшением управляемости, но дальше гигантомания идет во вред. Прежде всего – из-за того, что критически вырастает неподрессоренная масса, страдает комфорт и, как ни странно, управляемость автомобиля. Да и слишком большой диск быстрее коробится. Эту проблему можно было бы решить утолщением диска, но тогда вырастет масса, а она, как мы поняли, и так уже велика. Но конструкторская мысль нашла выход из положения.

Составные диски

По сути, рабочей зоной тормозных колодок является только внешний край тормозного диска. Использовать всю его площадь просто не нужно – тормозное усилие зависит не от площади контакта колодок. При увеличении площади улучшается модуляция и уменьшается износ накладок, но площадь можно сохранить, увеличив только «длину» колодки, а не ее «высоту». Это значит, что вместо большого и тяжелого сплошного диска можно использовать лишь сравнительно тонкое кольцо максимального диаметра.

Конструктивно проблему можно было решить двумя способами. Традиционный заключается в том, что можно выполнить центральную часть тормозного диска из легкого сплава и прикрепить к ней чугунное кольцо, по которому будут работать колодки.

Второй вариант – прикрепить чугунное кольцо к легкосплавному колесному центру изнутри. Соответственно, и тормозной суппорт тогда будет охватывать тормозное кольцо изнутри, а не снаружи. Второе решение не очень-то прижилось, разве что владельцы ЗАЗ Таврия помнят сей конструктив, да знатоки железнодорожной техники вспомнят локомотивы с подобными тормозными механизмами.

А вот более классическая конструкция диска с легкосплавным центром завоевала мир гоночных и спортивных автомобилей. Составные тормозные диски позволяют экономить по несколько килограмм массы на каждом колесе и к тому же дешевле в эксплуатации – внутренняя сложная легкосплавная часть зачастую не требует замены, меняется лишь простое по конфигурации наружное кольцо из чугуна или другого материала с похожими свойствами.

Плавающие диски

Следующим логичным шагом по пути улучшения стало создание «плавающих» тормозных дисков. Не бойтесь, ни о каком водяном охлаждении речи не пойдет, впрыск воды остается для дисковых тормозов крайне экзотической технологией. Суть куда проще: крепление центральной части такого составного тормозного диска позволяет внешней чугунной части при расширении немного сдвигаться. Тем самым уменьшаются нагрузки, которые возникают из-за разницы в коэффициенте расширения у разных металлов и разнице температур между центральной частью и тормозным кольцом.

А раз нет риска коробления, то можно допустить прогрев диска до большей температуры без риска критического перегрева. Кроме того, улучшаются условия прилегания колодок, и тормоза заработают в полную силу при большей нагрузке. Такой диск может иметь мощность на все 20–30% выше, чем у «жесткой» конструкции, при незначительном, в общем-то, усложнении.

Композитные материалы

При создании составных дисков открылось еще одно направление в развитии тормозных механизмов. Увеличить теплоотдачу можно еще и повышением температуры тормозов, но тогда придется заменить на что-то, умеющее работать при температурах под тысячу градусов. Кандидаты нашлись быстро: в первую очередь это биметаллические диски, металлокерамика и углеволокно.

Биметаллические диски позволяли получить выигрыш в массе, но по совокупности характеристик не получили выигрыша в сравнении с поверхностно упрочненным чугуном, так что эта тюнинговая экзотика почти не встречается. А вот материалы на основе углерод-углеродной, керамической и метал-керамической матрицы прижились, несмотря на очень высокую цену относительно чугуна.

Причин сразу несколько. Во-первых, по сравнению с чугуном композитные материалы имеют в несколько раз меньшую плотность, а значит, на 50-75 % снижается масса диска. Рабочая температура выше 1 100 градусов для них не является проблемой, причем температура поверхности может доходить до 1 400 градусов, поэтому теплоотдача вырастает примерно в полтора-два раза в сравнении с чугуном.

Во-вторых, волокнистые композиты на основе SiC-матрицы обладают очень высокой износостойкостью – такие диски практически «вечные», даже если учитывать особенности эксплуатации в гоночных автомобилях. Чаще всего они выходят из строя не из-за износа поверхности, а из-за разрушения точек крепления и расслоений, свойственных композитам.

В-третьих, у композитных дисков полностью отсутствуют «прихватывания» – точки локального изменения поверхности диска под воздействием высокой температуры и материала колодок.

Именно такие диски можно сделать наибольшего размера, к тому же вдвое увеличив мощность тормозных механизмов. Так почему же композитные материалы до сих пор не вытеснили чугун? Минусы проявились тоже достаточно быстро. Высокая стоимость является очевидным недостатком, но по сути сильно зависит от технологии производства, при появлении массового спроса в автомобилестроении шансы на ее снижение довольно велики. Сами материалы, на самом деле, не столь дороги.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector