Виды тормозных систем: принцип работы барабанных и дисковых тормозов

В статье:

• Принцип работы тормозной системы
• Виды тормозных систем
• Принцип работы барабанных тормозов
• Преимущества и недостатки барабанных тормозов
• Принцип работы дисковых тормозов
• Преимущества и недостатки дисковых тормозов

Тормозная система предназначена для управляемого изменения скорости автомобиля, его остановки, а также удержания на месте длительное время за счет использования тормозной силы между колесом и дорогой. Тормозная сила может создаваться колесным тормозным механизмом, двигателем автомобиля (т.н. торможение двигателем), гидравлическим или электрическим тормозом-замедлителем в трансмиссии.

Для реализации указанных функций на автомобиле устанавливаются следующие виды тормозных систем:

• Рабочая тормозная система. Обеспечивает управляемое уменьшение скорости и остановку автомобиля.
• Запасная тормозная система. Используется при отказе и неисправности рабочей системы. Она выполняет аналогичные функции, что и рабочая система. Запасная тормозная система может быть реализована в виде специальной автономной системы или части рабочей тормозной системы (один из контуров тормозного привода).
• Стояночная тормозная система. Предназначена для удержания автомобиля на месте длительное время.

Тормозная система является важнейшим средством обеспечения активной безопасности автомобиля. На легковых и ряде грузовых автомобилей применяются различные устройства и системы, повышающие эффективность тормозной системы и устойчивость при торможении.

Принцип работы тормозной системы

При нажатии на педаль тормоза нагрузка передается к усилителю, который создает дополнительное усилие на главном тормозном цилиндре. Поршень главного тормозного цилиндра нагнетает жидкость через трубопроводы к колесным цилиндрам. При этом увеличивается давление жидкости в тормозном приводе. Поршни колесных цилиндров перемещают тормозные колодки к дискам (барабанам).

При дальнейшем нажатии на педаль увеличивается давление жидкости и происходит срабатывание тормозных механизмов, которое приводит к замедлению вращения колес и поялению тормозных сил в точке контакта шин с дорогой. Чем больше приложена сила к тормозной педали, тем быстрее и эффективнее осуществляется торможение колес. Давление жидкости при торможении может достигать 10-15 МПа.

При окончании торможения (отпускании тормозной педали), педаль под воздействием возвратной пружины перемещается в исходное положение. В исходное положение перемещается поршень главного тормозного цилиндра. Пружинные элементы отводят колодки от дисков (барабанов). Тормозная жидкость из колесных цилиндров по трубопроводам вытесняется в главный тормозной цилиндр. Давление в системе падает.

Виды тормозных систем

Тормозная система объединяет тормозной механизм и тормозной привод. Тормозной механизм предназначен для создания тормозного момента, необходимого для замедления и остановки автомобиля. На автомобилях устанавливаются фрикционные тормозные механизмы, работа которых основана на использовании сил трения. Тормозные механизмы рабочей системы устанавливаются непосредственно в колесе. Тормозной механизм стояночной системы может располагаться за коробкой передач или раздаточной коробкой.

В зависмости от конструкции фрикционной части различают барабанные и дисковые тормозные механизмы.

Тормозной механизм состоит из вращающейся и неподвижной частей. В качестве вращающейся части барабанного механизма используется тормозной барабан, неподвижной части – тормозные колодки или ленты.

Вращающаяся часть дискового механизма представлена тормозным диском, неподвижная – тормозными колодками. На передней и задней оси современных легковых автомобилей устанавливаются, как правило, дисковые тормозные механизмы.

Принцип работы барабанных тормозов

Основными внутренними частями барабанных тормозных механизмов являются:

1. Тормозной барабан. Элемент, изготавливаемый из высокопрочных чугунных сплавов. Он установлен на ступице или опорном валу и служит не только основной контактной частью, взаимодействующей непосредственно с колодками, но и корпусом, в котором смонтированы все остальные детали. Внутренняя часть тормозного барабана шлифуется, чтобы торможение было максимально эффективным.
2. Колодки. В отличие от тормозных колодок дисковых тормозов, колодки, применяемые в барабанных механизмах, имеют полукруглую форму. Их внешняя часть имеет специальное асбестовое покрытие. Если тормозные колодки установлены на паре задних колес, то одна из них подключается еще и к рычагу стояночного тормоза.
3. Стягивающие пружины. Данные элементы прикрепляются к верхней и нижней частям колодок, не позволяя им расходиться в разные стороны на холостом ходу.
4. Тормозные цилиндры. Это специальный корпус, изготовленный из чугуна, по двум сторонам которого смонтированы рабочие поршни. Их задействование происходит путем гидравлического давления, возникающего после нажатия водителем на педаль тормоза. Дополнительными частями поршней являются резиновые уплотнители и клапан для удаления воздуха, попавшего в контур.
5. Защитный диск. Деталь представляет собой устанавливаемый на ступицу элемент, к которому прикрепляются тормозные цилиндры и колодки. Их закрепление производится путем использования специальных фиксаторов.
6. Механизм самоподвода. Основой механизма служит специальный клин, углубляющийся по мере стачивания тормозных колодок. Его назначение – обеспечение постоянного прижима, колодок к поверхности барабана, независимо от износа их рабочих поверхностей.

**Перечисленные нами компоненты являются общепринятыми. Их использует большинство крупнейших производителей. Существует ряд деталей, которые устанавливаются некоторыми компаниями частным образом. Таковыми, например, являются механизм подведения колодок, всевозможные распорки и т.п.

Принцип работы: водитель в случае необходимости нажимает на педаль, создавая увеличенное давление в тормозном контуре. Гидравлика надавливает на поршни главного цилиндра, которые задействуют тормозные колодки. Они «расходятся» в стороны, растягивая стяжные пружины, и достигают точек взаимодействия с рабочей поверхностью барабана. Благодаря трению, возникающему при этом, скорость вращения колес уменьшается, а автомобиль притормаживает. Общий алгоритм работы барабанных тормозов выглядит именно так. Существенных различий между системами с одним поршнем и двумя не имеется.

Преимущества и недостатки барабанных тормозов

Среди достоинств барабанной системы можно выделить простоту конструкции, большую площадь контакта колодок с барабаном, невысокую стоимость, относительно небольшое тепловыделение и возможность использования недорогой тормозной жидкости с низкой температурой кипения. Также, среди положительных моментов – это закрытая конструкция, которая защищает механизм от попадания воды и грязи.

Недостатки барабанных тормозов:

• замедленное срабатывание;
• нестабильность рабочих характеристик;
• плохая вентилируемость;
• система работает на разрыв, что ограничивает допустимую силу давления колодок на стенки барабана;
• при частых торможениях и высоких нагрузках возможна деформация барабана из-за сильного нагрева.

В современных легковых автомобилях барабанные тормоза применяют всё реже. В основном их ставят на задние колёса в бюджетных моделях. В этом случае их также используют для реализации стояночных тормозов.

В то же время, увеличивая размеры барабана, можно добиться повышения мощности тормозной системы. Это обусловило широкое применение барабанных тормозов в грузовом транспорте и автобусах.

Принцип работы дисковых тормозов

Дисковый тормозной механизм состоит из вращающегося тормозного диска, двух неподвижнах колодок, установленных внутри суппорта с обеих сторон.

В этой системе установленные на суппорте колодки прижимаются с двух сторон к плоскостям тормозного диска, который с помощью болтов закреплен на ступице колеса и вращается вместе с ним. Металлические тормозные колодки имеют фрикционные накладки.

Суппорт представляет собой корпус из чугуна или алюминия в форме скобы. Внутри него находится тормозной цилиндр с поршнем, прижимающим колодки к диску во время торможения.

Скоба (суппорт) бывает плавающей или фиксированной. Плавающая скоба может сдвигаться по направляющим. У нее один поршень. В суппорте фиксированной конструкции находятся два поршня - по одному с каждой стороны диска. Такой механизм способен сильнее прижимать колодки к тормозному диску и используется преимущественно в мощных моделях.

Тормозные диски изготавливают из чугуна, стали, карбона и керамики. Чугунные диски стоят недорого, обладают хорошими фрикционными качествами и достаточно высокой износоустойчивостью. Поэтому чаще всего используют именно их.

Нержавейка лучше переносит перепады температур, но фрикционные свойства у нее похуже.

Легкие карбоновые диски отличаются большим коэффициентом трения и прекрасно выдерживают высокую температуру. Но им требуется предварительный прогрев, а их стоимость чересчур велика. Сфера применения карбоновых тормозных дисков - спортивные болиды.

Керамика уступает карбону по коэффициенту трения, однако хорошо работает при большой температуре, обладает значительной прочностью и износоустойчивостью при небольшом весе. Главный минус таких дисков - высокая стоимость.

Преимущества и недостатки дисковых тормозов

Преимущества дисковых тормозов:

• меньший вес по сравнению с барабанной системой;
• простота диагностики и обслуживания;
• лучшее охлаждение благодаря открытой конструкции;
• стабильная работа в широком диапазоне температур.

Недостатки дисковых тормозов:

• значительное тепловыделение;
• необходимость дополнительных усилителей из-за ограниченной площади контакта колодок с диском;
• относительно быстрый износ колодок;
• стоимость выше, чем у барабанной системы.