Барабанные тормозные механизмы: устройство и принцип работы

Исторические данные

Впервые о тормозах вообще упоминается в 1816 г. Ф. Дойцом. В начальный период становления автомобиля (1886 — 1900 гг.) о конструкции тормозов в литературе практически не упоминалось. На автомобилях применялись различные типы тормозных устройств, как-то: рифленые башмаки, подводимые под колеса, якорные механизмы, погружающиеся в поверхность дороги, и другие. В условиях малой интенсивности дорожного движения и невысоких динамических свойств автомобилей основными проблемами, стоящими перед создателями тормозных механизмов в этот период, было обеспечение легкости управления и достаточной энергопоглощающей способности. Этому почти идеально отвечал ленточный тормоз, имеющий тогда повсеместное применение. Появление в 1899 г. первого барабанного тормозного механизма на автомобиле было по достоинству оценено. В 1903 г. они уже устанавливались на автомобилях Mercedes и Renault, а к началу 20-х годов барабанные тормоза полностью вытеснили ленточные. Единственным преимуществом барабанного тормоза было снижение температуры при циклических торможениях, то есть более высокая энергорассеивающая способность, которая объясняется как увеличением поверхности охлаждения, так и лучшими условиями теплоотвода.

Следует отметить, что появившаяся в 1902 году конструкция дискового тормозного механизма открытого типа изобретателя Ф. Манчестера не получила распространения из-за отсутствия фрикционных материалов, способных работать при высоких удельных давлениях и температурах, сложности и нетехнологичности привода. В период с 1950 по 1970 годы почти все ведущие автопроизводители перешли к следующей схеме применения барабанных тормозных механизмов: на передней оси – две активные колодки, а на задней — одна активная и одна пассивная.

Схема дисковых тормозов

Дисковый тормозной механизм состоит из тормозного диска, который закреплен на колесе и вращается вместе с ним, двух неподвижных колодок, которые установлены внутри суппорта по обе стороны от тормозного диска.

Суппорт крепится на кронштейне. На суппорте, в его пазах также крепятся рабочие цилиндры, которые во время торможения прижимают тормозные колодки к диску.

Тормозные колодки после отпускания педали тормоза возвращаются в исходное положение пружинными элементами.

Тормозной диск в процессе торможения, под воздействием сил трения сильно нагревается. Охлаждение тормозных дисков происходит за счет конвективного омовения потоком воздуха. Для улучшения отвода накапливаемого диском тепла в нем делаются специальные отверстия и в этом случае диск является вентилируемым. Для еще большего повышения эффективности процесса торможения и нивелирования последствий перегрева диска на спортивных и скоростных автомобилях устанавливают тормозные диски, изготовленные с применением специальных керамических материалов.

Тормозной привод служит для обеспечения управления всеми составляющими тормозного механизма. В современных тормозных системах применяются такие типы тормозных приводов: механический, пневматический, гидравлический, электрический и комбинированный.

Механический привод применяется в стояночной тормозной системе (ручник). Механический привод — это система тяг, тросов и рычагов, которые служат для соединения рычага стояночного тормоза с тормозным механизмом задних колес автомобиля.

Существует также система механического привода стояночного тормоза, приводимая в действие с помощью ножной педали.

Гидравлический привод является наиболее распространенным типом привода в рабочей системе тормозов. Конструкция гидравлического привода включает: педаль тормоза, главный тормозной цилиндр, вакуумный усилитель тормозов, рабочие цилиндры, шланги и трубопроводы.

Принцип работы гидравлического привода тормозов описан чуть выше.

Для обеспечения надежности тормозной системы работа гидравлического привода организуется по двум (как правило) независимым контурам. При поломке одного контура, его функции берет на себя другой контур. Рабочие контуры могут дублировать функции друг-друга либо выполнять часть какую-то часть функций второго контура. Возможно также и выполнение каждым контуром строго своих функций. Наиболее распространенной является диагональная схема работы контуров.

Пневматический привод используется преимущественно в тормозной системе грузовых автомобилей.

Комбинированный тормозной привод, как следует из названия, представляет собой сочетание (комбинацию) двух видов привода (электропневматический, например).

Далее скажем пару слов о дополнительных системах, которые делают автомобиль более безопасным…

Анти-блокировочная система ABS, предназначается для предотвращения блокирования колес автомобиля во время очень сильного нажатия на педаль тормоза, что позволяет избежать движения юзом, и сохранить контроль над автомобилем. В состав системы ABS (Antilock Brake System) входят три элемента – это датчик измерения скорости, который устанавливается на каждом колесе, модулятор давления тормозной жидкости и блок управления системой ABS.

Система TCS создана на основе системы ABS и предназначена для предотвращения пробуксовывания колес во время слишком резкого старта или на скользкой дороге. Система (Traction Control System) существует и под названиями: ASR, ASC, ETS. Она отличается от системы ABS только наличием модифицированного блока управления.

ESP. Еще одной полезной системой, которая может устанавливаться на автомобиле, является система электронной стабилизации колес ESP. Эта система работает в повороте, причем его угол и скорость не имеют значения, при возникновении заноса задней оси автомобиля, ESP (Electronic Stability Program) обеспечивает подтормаживание переднего наружного колеса. В такой ситуации образуется стабилизирующий момент, возникающий между колесами автомобиля, который возвращает движущийся автомобиль на безопасную траекторию.

Барабанные тормоза: устройство

В состав конструкции подобного вида тормозов входят:

• сам барабан, выполненный из особо прочного чугуна, закрепляемый на валу (в него вставляется подшипник, что осуществляется под высоким давлением) или ступице (с внутренней стороны он подвергается тщательной шлифовке, что является необходимым условием, поскольку этому элементу предстоит в ходе работы постоянно соприкасаться с другими компонентами системы);
• тормозные колодки, имеющие форму полумесяца, на поверхность которых накладывается прокладка, изготовленная из асбеста;
• гидравлического цилиндра, представляющего собой полую трубу с поршнями. На нём имеется клапан, отводящий из полости газ, и манжеты, предотвращающие возможную утечку жидкости;
• две стяжные пружины, не позволяющие барабану колодкам соприкасаться друг с другом в моменты, когда торможение отсутствует;
• защитный диск, расположенный на задней ступице;
• сделанная из металла распорная планка, задействующая тормозные колодки, которые, в свою очередь, обеспечивают исправную работу ручного тормоза;
• механизм «самоподвода» или корпус диска с парой эксцентриков, вступающий в работу в случае естественного износа накладок на колодках, необходимое для их разведения, когда они находятся в состоянии покоя.

Принцип работы

Вот как работают эти устройства: Тормозная жидкость, после нажатия водителем на педаль тормоза из главного цилиндра поступает к рабочим цилиндрам, выдавливая их поршни. Эти поршни выдвигаются и заставляют колодки прижаться к барабану. Тем самым снижая его вращение и останавливая колеса. Это получатся из-за трения накладок о поверхность барабана. После прекращения надавливания тормозной педали колодки оттягиваются обратно пружинами. И торможение прекращается. Жидкость из рабочих цилиндров выталкивается обратно в главный цилиндр. Износ колодок будет неравномерным у передних и задних колес, что следует при замене учесть.

Типы, конструкция и особенности тормозных барабанов

Конструктивно все тормозные барабаны принципиально одинаковы: это металлический цилиндр с фланцем, внутренняя или наружная (в зависимости от назначения) поверхность которого обработана с высокой степенью чистоты для плотного прилегания тормозных колодок. На наружной поверхности барабана могут быть выполнены ребра жесткости, повышающие надежность всей конструкции.

Фланец барабана может выполняться в виде сплошного кольца, отдельных выступов с отверстиями или диска с центральным отверстием под ступицу колеса. Во фланце предусмотрено несколько отверстий:

• Монтажные — гладкие отверстия большого диаметра, через них пропускаются болты или шпильки, фиксирующие колесо и сам барабан на ступице колеса. Число таких отверстий может быть от 4 до 12 в зависимости от размера барабана, размеров и массы колес;
• Демонтажные — два резьбовых отверстия малого диаметра, в которые вворачиваются болты для съема барабана со ступицы колеса (в случае, если барабан не снимается усилием рук);
• Дополнительные крепежные — два или более гладких раззенкованных отверстия малого диаметра под винты или специальные фиксаторы, удерживающие барабан на ступице колеса.

Однако барабаны могут иметь ряд конструктивных отличий и иметь различное назначение и применимость.

По конструкции и способу изготовления тормозные барабаны можно разделить на две группы:

• Цельнолитые;
• Составные.

Цельнолитые барабаны изготавливаются методом центробежного литья с последующей механической обработкой фланца и поверхности трения с колодками. Обычно такие барабаны изготавливаются из серого чугуна.

Составные тормозные барабаны состоят из двух частей — литого чугунного цилиндра и точеного либо литого стального фланца. Такая конструкция обладает высокой прочностью и позволяет выполнять ремонт барабана по мере его износа или в случае повреждений. Однако составные барабаны более дорогие и сегодня используются значительно реже литых.

При необходимости барабаны всех типов после изготовления подвергаются балансировке с помощью выточки металла или установки специальных грузиков.

Также тормозные барабаны могут иметь различную конструкцию и способ монтажа:

• Барабаны с фланцами;
• Барабаны с интегрированной ступицей.

Барабаны первого типа — это классическая конструкция, такой барабан монтируется на ступицу колеса, которая является самостоятельной деталью. Барабаны второго типа имеют интегрированную ступицу колеса, вся эта конструкция монтируется на ось автомобиля, в нее устанавливается ступичный подшипник и навешивается колесо.

Барабаны со ступицей используются значительно реже обычных барабанов с фланцами, так как они более сложны в производстве и дают меньше возможностей для ремонта. Наиболее часто барабаны со ступицей имеют составную конструкцию.

По назначению тормозные барабаны бывают двух типов:

• Для колесных тормозных механизмов;
• Для стояночной тормозной системы грузовых автомобилей.

Барабаны первого типа монтируются на ступицы колес, они участвуют в работе основной (рабочей) и стояночной тормозных систем. Барабаны второго типа монтируются на карданный вал (со стороны коробки передач), они участвуют в работе стояночной тормозной системы, однако в экстренных ситуациях могут выступать и элементами запасной тормозной системы для совершения экстренной остановки транспортного средства.

По применимости тормозные барабаны бывают трех типов:

• Для тормозных механизмов колес задней оси;
• Для тормозных механизмов колес передней оси;
• Универсальные (могут использоваться на колесах всех осей транспортного средства).

Как правило, передние и задние тормозные барабаны грузовых автомобилей отличаются размерами и массой: на задние колеса устанавливаются более широкие барабаны, на передние — более компактные. На многих двухосных коммерческих грузовиках и легковых автомобилях передние и задние колеса оснащаются одинаковыми тормозными барабанами.

А сегодня легковые переднеприводные автомобили все чаще имеют барабанные тормоза только на задней оси, на передних колесах работают более легкие и эффективные дисковые тормоза.

Барабаны в зависимости от назначения и конструкции могут иметь диаметр от 200 (у легковых авто) до 450 мм и более (у грузовых авто), а массу до 70 кг и более.

Замена на дисковые

Многие специалисты, и в том числе я говорят о том, что замена барабанных тормозов на дисковые связана с большим количеством проблем:

1. Первой проблемой становится адаптация механизма ручного тормоза к дисковому механизму. Конструкция отличается слишком сильно, поэтому к новым тормозам старый ручной подсоединить не выйдет. Тут два способа решения – либо придумать, как переделать старый механизм, чтобы он работал, либо устанавливать новый. Первый вариант сможет выполнить только механик с большим стажем работы, и то не каждый возьмется. Второй вариант проще и доступнее, однако стоимость его не маленькая. Просто приобретаете и устанавливаете гидроручник на новые механизмы.
2. Второй проблемой становится выбор подходящего для замены механизма с нужными размерами и чтобы эффективно справлялся с торможением. Чтобы не было отличия по диаметру или шпилькам. Зачем покупать тормоза которые не подойдут, или будут работать хуже тех, что были? При этом стоит не забывать требовать сертификаты качества, на приобретаемые механизмы. Только так можно быть уверенным что это надежные фирменные детали.
3. Третья проблема возникает после замены механизмов. Дело в том, что любые конструктивные изменения в машине, влияющие на управление и так далее, требуется обязательно вносить в техническую карту и страховой документ на машину. Только так вы сможете избегнуть штрафов и прочих неприятностей от ГИБДД и недопонимания механиков, которым придется обслуживать ваш автомобиль.
4. Четвертая и самая трудная, вам могут отказать в регистрации средства, если посчитают что после модернизации машина перестала соответствовать нормам безопасности, или требованиям регламента по правилам эксплуатации. Поэтому предварительно выясните, можно ли зарегистрировать такое изменение конструкции вашего автомобиля, а потом начинайте думать, как поменять барабанные тормоза на дисковые.

Общие принципы работы тормозных механизмов

Потребность в тормозах возникла, по-видимому, одновременно с изобретением наземного транспорта (неважно какого: велосипеда, конной повозки или автомобиля). И принцип решения этой задачи был один и тот же: использование пары трения, в которой одна часть – колесо (или ступичная часть, жестко с колесом связанная), а другая, прилегающая по профилю к первой – накладка (башмак, колодка, планка – терминология значения не имеет)

Такие тормоза стали называть колодочными. А если в качестве второй части использовалась замкнутая гибкая лента, то тормоза назывались ленточными

И принцип решения этой задачи был один и тот же: использование пары трения, в которой одна часть – колесо (или ступичная часть, жестко с колесом связанная), а другая, прилегающая по профилю к первой – накладка (башмак, колодка, планка – терминология значения не имеет). Такие тормоза стали называть колодочными. А если в качестве второй части использовалась замкнутая гибкая лента, то тормоза назывались ленточными.

Что же касается конструкции тормозного механизма и используемых материалов, то здесь на разных этапах развития технологии возникало множество интересных для практического применения вариантов.

Ленточные тормозные механизмы, появившиеся в начале прошлого века широкого распространения не получили (хотя в 30-х годах двадцатого столетия одно время даже превосходили по характеристикам колодочные). А вот колодочные тормоза приобрели широкое распространение в двух своих видах, получивших название по наименованию элемента, к которому прикладывается тормозное усилие: барабанные и дисковые тормоза.

Интересно, что вначале (1902 год) были изобретены дисковые тормоза, но при использовании пары трения металл-металл (других подходящих материалов тогда не было) возникал непереносимый скрип, к тому же попадание влаги и грязи резко снижало эффективность торможения. Поэтому практическое применение получили первыми именно барабанные тормоза.

Как происходит торможение?

В момент нажатия на педаль тормоза, в системе создается давление рабочей жидкости, которая «давит» на поршни, тем самым приводя в рабочее состояние тормозные колодки. После этого колодки расходятся в стороны, прижимаясь (плотно) к рабочей поверхности барабана. Колесо замедляет свой ход и автомобиль останавливается. Когда цилиндрик один, как в нашем случае, то на верхние концы колодок «давит» именно он, а нижние края просто попадают в упор, которые есть на заднем диске.

Если система оснащена двумя цилиндриками то такой тормозной механизм считается, более эффективной. В данном случае вместо упора установлен второй цилиндрик, тем самым увеличивается площадь соприкосновения тормозной колодки с рабочей поверхностью барабана.

Надо отметить, что если барабанный тормоз установлен на задних колесах автомобиля, то он еще и реализовывает функцию стояночного тормоза.

Видео о том, как работает тормозной барабан на автомобиле.

Уход за барабанной тормозной системой

Как и любой другой механизм, барабанные тормоза нуждаются в периодическом уходе.

В первую очередь, необходимо позаботиться о своевременной замене колодок, узнать о состоянии которых получится, заглянув в отверстие, специально оставленное на тормозном щите. Если толщина колодок уменьшится, сила их прижатия к барабану также снизится, что напрямую повлияет на эффективность торможения.

Помимо этого, требуется заменять фрикционный материал поверх колодок при достижении им толщины в 1,6 мм: если этого не сделать, то проступившая поверхность колодок постепенно оставит на барабане борозды.

Плюсы и минусы

Это устройство обладает своими плюсами и минусами. Начнем с минусов:

• Доказано, что эффективность торможения этого типа механизмов немного ниже, чем у дисковых. Тормозной путь получается длиннее почти на 20%. Это обусловлено такими причинами: недостаточная площадь контакта, которую не обеспечивают даже два цилиндра и возникающее скольжение, которое вызвано проникшей в механизм пылью.
• Перегрев барабанов из-за отсутствия охлаждения, при торможении температура барабанов может подниматься до 6000 градусов.
• Сниженное значение предельной нагрузки, при высоком давлении может разорвать барабаны давлением жидкости.

Однако, не все так плохо, есть и неоспоримые преимущества у этого механизма:

• Закрытая конструкция позволяет получить хорошее тормозное усилие, и можно повысить поверхность трения сделав барабан шире и колодки тоже. Именно это обеспечило повсеместное применение такого механизма на всех грузовиках и автобусах.
• Степень стойкости к износу и продолжительность службы накладок увеличенная, что вызвано не столь сильным контактом трения, как у дискового тормоза.
• Хорошая защита от попадания внутрь грязи которой дисковый вариант не обладает.

Барабанный тормозной механизм заднего колеса

Снятие и установка тормозных барабанов

Примечание. Тормозные барабаны заменять одновременно с обеих сторон автомобиля.

Снятие

• Поднимите заднюю часть автомобиля, установите на подставки и снимите колеса.
• Отпустите рычаг стояночного тормоза и максимально ослабьте натяжение тросов привода стояночного тормоза.
• Снимите тормозной барабан, отвернув болты крепления.

Установка

• Очистите от пыли тормозной барабан и тормозные колодки.
• Установите на место тормозной барабан.
• Нажмите несколько раз на педаль тормоза для приведения в рабочее положение устройства автоматической регулировки зазора между колодками и барабаном.
• Отрегулируйте стояночную тормозную систему
• Установите колеса и опустите автомобиль.

Замена тормозных колодок

Примечание. Тормозные колодки заменять одновременно с обеих сторон автомобиля новыми рекомендуемых заводом марки и типа.

Снятие

• Поднимите заднюю часть автомобиля. установите на подставки и снимите колеса.
• Снимите тормозной барабан,
• Отсоедините верхнюю стяжную пружину колодок с помощью универсальных щипцов для установки пружин.
• Снимите направляющие пружины колодок.
• Сдвиньте насколько возможно к оси ступицы зубчатый рычаг.
• Отодвиньте колодки от щита тормоза и установите щипцы на поршни колесного цилиндра.
• Потяните на себя планку устройства автоматической регулировки зазора между колодками и барабаном и выведите ее из передней тормозной колодки
• Отсоедините от разжимного рычага трос привода стояночного тормоза.
• Поверните храповик устройства автоматической регулировки заюра между колодками и барабаном в нерабочее положение.
• Поверните на 90′ переднюю тормозную колодку.
• Выведите тормозные колодки с нижних опорных пальцев и снимите колодки.
• Осмотрите тормозные барабаны проверьте состояние трубок подвода тормозной жидкости и тщательно очистите детали тормозного механизма.

Установка

• Присоедините наконечник троса стояночного тормоза к разжимному рычагу.
• Установите колодки на щите тормоэа. повернув при этом на 90′ переднюю тормозную колодку.
• Сдвиньте насколько возможно к оси. ступицы зубчатый рычаг и соедините планку устройства автоматической регулировки зазора между колодками и барабаном с передней колодкой
• Установите направляющие пружины колодок.
• Присоедините к колодкам верхнюю стяжную пружину
• Снимите щипцы с колесного цилиндра.
• Установите тормозной барабан.
• Нажмите несколько раз на педаль тормоза для приведения в рабочее положение устройства автоматической регулировки зазора между колодками и барабаном
• Отрегулируйте стояночную тормозную систему.
• Установите колеса и опустите автомобиль.

Снятие

• Снимите тормозной барабан.
• Снимите тормозныe колодки.
• Отсоедините от колесного цилиндра трубку подвода тормозной жидкости, приняв меры недопускающие утечку жидкости.

Установка

Установка колесного цилиндра производится в порядке, обратном снятию, с соблюдением моментов затяжки резьбовых соединений. После установки прокачайте систему гидропривода тормозов.

v4x.narod.ru

Как происходит торможение?

В момент нажатия на педаль тормоза, в системе создается давление рабочей жидкости, которая «давит» на поршни, тем самым приводя в рабочее состояние тормозные колодки. После этого колодки расходятся в стороны, прижимаясь (плотно) к рабочей поверхности барабана. Колесо замедляет свой ход и автомобиль останавливается. Когда цилиндрик один, как в нашем случае, то на верхние концы колодок «давит» именно он, а нижние края просто попадают в упор, которые есть на заднем диске.

Если система оснащена двумя цилиндриками то такой тормозной механизм считается, более эффективной. В данном случае вместо упора установлен второй цилиндрик, тем самым увеличивается площадь соприкосновения тормозной колодки с рабочей поверхностью барабана.

Надо отметить, что если барабанный тормоз установлен на задних колесах автомобиля, то он еще и реализовывает функцию стояночного тормоза.

Видео о том, как работает тормозной барабан на автомобиле:

Устройство дисковых тормозов

Дисковые тормоза – устройства, работающие за счет силы трения (фрикционное действие). В современных авто применяются наряду с барабанными.

Механизм состоит из следующих элементов:

1. Суппорт. Деталь изогнутой формы, изготовленная из чугуна либо алюминия. Крепится к поворотному кулаку и выполняет несколько функций: удерживает тормозные колодки, является местом размещения тормозного цилиндра.
2. Цилиндр. Подвижная часть этой детали – поршень, необходим для механического воздействия на тормозные колодки.
3. Колодки. 2 колодки размещаются с внешней и внутренней стороны дисков и представляют собой пластины со специальной прослойкой из материала с большим коэффициентом трения (фрикционный материал). Сдвигаемый поршнем элемент ложится на поверхность тормозного диска, замедляя его движение.
4. Скоба. Удерживает колодки в таком положении, чтобы обе прилегали к диску равномерно.
5. Диск тормоза (ротор). Крепится к ступице, образуя жесткое соединение, так что диск вращается вместе с колесом. От материала, из которого изготовлен диск, и его конструкции в большей мере зависит эффективность работы всей системы.
6. Защита (кожух). Препятствует загрязнению элементов.

Материалы тормозных дисков

При производстве роторов используются различные материалы, характеристики которых влияют на качество, долговечность и работоспособность изделий.

Чугун – наиболее распространенный и доступный материал. Его свойства обеспечивают высокую износостойкость расходников. Но перепады температур и влага могут привести к его порче, а при продолжительном простое деталь быстро ржавеет

Важно отметить и большой вес тормозного элемента, но в любом случае основная масса реализуемых комплектующих чугунная

Детали, сделанные из нержавейки, не подвержены коррозии, выносят резкие изменения температуры, но фрикционные качества несколько снижены.

Карбон легче чугуна, имеет хороший коэффициент трения, увеличенную рабочую площадь, но требует дополнительного ухода (прогрева перед началом работы) и при этом достаточно дорогой.

Керамическими дисками оснащают спорткары, что оправдано, ведь такие расходники долговечны, легки, прочны, устойчивы к износу, не ржавеют и выдерживают высокие температуры. Но слишком дороги для тюнинга обычных автолюбителей.

Неисправности

Существует семь главных проблем:

Износ барабана либо колодок. Наиболее опасным будет одновременный износ этих деталей, тогда колесо может просто заблокировать намертво. При небольшом износе барабанных стенок нужна его проточка, чтобы сточить бортики и подравнять поверхность. После этого следует выполнить регулировку системы натяжения колодок. Замену их делают когда:

1. Для наклеенных толщина фрикционного слоя достигла 1,6 миллиметров.
2. Для приклепанных накладок износ достигает 0,8 миллиметра от заклепки.Перекашивание колодок довольно частая причина повреждения барабана, его неравномерного стачивания, в результате которого приходится его заменить.

• Ломаются пружины, стойки или распорные планки.
• Разрыв тросика либо отламывание рычажка ручного тормоза
• Отслоение накладок от колодок
• Разрушение манжета, задир цилиндра, разрыв шланга, разгерметизация трубопровода, в результате происходит утечка жидкости из системы и её завоздушивание. Появляются отказы тормозов.
• Коррозия пружин, в результате которой они не работают как положено.

Чтобы избежать неприятностей, связанных с неисправностями тормозной системы рекомендуется:

Проверять состояние накладок каждые 20 тысяч пробега, при необходимости менять, ремкомплект задних колодок покупаете в магазине

Тут важно не ошибиться с маркой и моделью, похожесть с толку сбивает, поэтому лучше с собой иметь старые колодки для образца

Обращать внимание на потеки и пятна на земле, там где стоял ваш автомобиль. Смотреть за уровнем тормозухи внутри бачка на главном цилиндре