Дисковые и барабанные тормоза: внутренняя кухня инженера

Я занимаюсь разработкой тормозных систем уже пятнадцать лет. Работа охватывает стендовые испытания, моделирование процессов трения и внедрение новинок на конвейере. Расскажу, как дисковые и барабанные узлы преобразуют кинетическую энергию автомобиля в тепло и куда уходит каждая доля джоуля.

Дисковый узел

Из деловых встреч инженеров легко вынести главную мысль: дисковая схема предпочтительна при частых торможениях с высокими скоростями. Вентиляторный диск работает как металлическая турбина: при вращении лопатки-рёбра гонят воздух через канал, отводя тепло от поверхности трения. Суппорт несёт пару или четыре цилиндра, каждое нагнетает тормозную жидкость на поршень. Колодка прижимается к обеим сторонам диска подобно руке, охватывающей тарелку ударника. Скользящие пальцы обеспечивают равномерный износ колодок.

Фрикционный слой содержит графитированный феродо с добавками меди и молибденового дисульфида для стабильного коэффициента трения 0,38-0,42. При температуре выше 550 °C наступает фейдинг — снижение эффективности, вызванное газообразованием в зоне контакта. Для отсрочки явления применяются канавки, насверленные отверстия, а на спорткарах — антраксиальные каналы, открывающие дополнительный поток воздуха.

Барабанный механизм

Барабанная конструкция хранит традиционный вид с полуторавековой историей. Цилиндрический барабан обхватывает колодки внутренней поверхностью. При нажатии педали разжимной клин или колёсный цилиндр разводят колодки, которые стремятся вклиниться благодаря самотягивающему эффекту. Данный эффект повышает момент трения без увеличения усилия в гидроприводе, однако перегрев вызывает дестабилизацию размера барабана и риск задира рабочей поверхности.

Для компенсации износа используется храповой регулятор с сектоидной штангой — ратчет. При каждом длинном ходе педали механизм добавляет один зуб, удерживая минимальный свободный ход. На лёгких городских моделях задние барабаны совмещены со стояночным устройством, схема экономит массу и снижает стоимость.

Теплопередача и инерция

Диск охлаждается потоком воздуха быстрее барабана благодаря открытой геометрии, однако увеличенная площадь трения барабана снижает нарастающую температуру при редких торможениях в сельском цикле. Диск массой 7 кг вентилируется, барабан аналогичного диаметра весит 9 кг и служит маховиком, добавляя неподрессоренную массу. Снижение инерции ведёт к лучшей управляемости при кочках.

Обслуживание дисковой пары сводится к контролю толщины колодки и состояния пыльников. Барабан нуждается в периодической ревизии пружин, кулачков и термоклины. При выборе состава тормозной жидкости я ориентируюсь на сухой показатель DOT 4 Plus с температурой кипения 265 °C и индексом сжимаемости ниже 0,65 %. Жидкость гидроскопична, её замена каждые два года гарантирует стабильный ход педали.

При проектировании шасси я решаю задачу рассеивания тепла, удержания бюджета и снижения NVH-параметров. Дисковые модули ставлю на переднюю ось всех пассажирских платформ, барабан сохраняю сзади, если расчётная кинематическая нагрузка занимает менее 35 % общей тепловой энергии замедления. В высшем сегменте применяю вседисковую схему с электромеханическим стояночным приводом и карбоно-керамическими роторами.