[14] Накину на вентилятор. Гальмівні системи: Скоба чи Багатопоршень. Ламаємо списи )

Бажаю міцного, шановна спільното!

Нещодавно виникло тут дискусійне питання, щодо переваг/недоліків двох конструктивних видів гальмівних систем (умовно скоба vs. багатопошень) із нібито стовідсотковим твердженням, що скоба це минуле сторіччя, дно і жлобство автовиробників. Я не закінчував технічних акадємієв, не вчив сопромат, прогулював Хогвартс і оце от все, мої знання фізики знаходяться на півзабитому шкільному рівні, тому на ваш розсуд пропоную свою суто ГУМАНІТАРНУ спробу розібратися, на основі власних думок, спостережень і деякого часу вивчення питання на доступних ресурсах. Також одразу перепрошую, за можливі деякі не точності в термінах )

ОТЖЕ ПОНЕСЛАСЬ!

Коротенька передмова:

Не так давно я виклав пост про заміну резини, ну і звісно, як будь-який автовласник поліз роздивлятися ходову, цікаво же ж )

І ось, здавалося б, звичайні фото викликали доволі бурхливі і цікаві обговорення в коментах

Одна з тез, з якої все розпочалося:

"Все класно, але на тачці за 100+ кілобаксів стоять скоби...бляха, це дно, просто дно. Рівень жлобства Мерседеса десь в космосі"

Ну і пішло обговорення, котре потім продовжилося в особистих ))) Але відповідей я так і не знайшов. Оооок, пішли курити мануали.

Далі я буду викладати наритий матеріал не для фізиків-атомників або механіків-конструкторів, а для простих смертних, як я сам )

Отже, фіксований чи плаваючий супорт (багатопошень чи скоба)?

Якщо ми відкинемо геть цікаві варіанти гальмування п"ятами

чи тормозні барабани

то в нас лишається дискова тормозна система і на сьогоднішній день переважна кількість моделей авто оснащена саме нею.

Складається вона, власне з дисків і гальмівних супортів.

З дисками, начебто все геть зрозуміло. Не беручі до уваги спортивно-ман"ячні карбонокераміки - маємо чавунну тарілку:

Гальмівний супорт також, наче як не дуже складний механізм, який при натисканні на педаль гальма, за допомогою гідравлічного тиску забезпечує стискання колодок навколо гальмівного диска. 

Які бувають супорти?

Гальмівні пристрої класифікують за такими ознаками:

• за місцем встановлення – передня або задня вісь;
• з інтегрованим ручником або без нього;
• за конструктивними особливостями - фіксована або плаваюча скоба;
• за кількісттю поршнів – супорт може мати 1, 2, 4 поршнів, а на деяких спорткарах та автомобілях люкс класу їх може бути 6, 8 і навіть 12... Одному мені на думку спадає аналогія з мегапікселями в смартфонах і жертвами іншого клінічного маркетингу?)))

Отже я хотів би розглянути конструктивні особливості, а саме розташування та кількість поршнів, що відрізняє два типи супортів:

Ліворуч на фото - Плаваючі гальмівні супорт (умовно"скоба"),

відповідно праворуч - Фіксований гальмівний супорт (умовно "багатопоршневий")

В чому основна різниця?

1. Плаваючі гальмівні супорт

Складається з двох частин: скоби і, власне, самого супорта (нерідко супортом називають всю конструкцію, що складається з двох частин). Скоба нерухомо кріпиться до поворотного кулака, а супорт з'єднується через напрямні втулки. Такий тип механізму має поршень/поршні лише з одного боку диска (внутрішнього). Принцип роботи такої конструкції простий: при натисканні на педаль поршень переміщуює внутрішню колодку, притискаючи її до поверхні диска. Далі поршень, продовжуючи рух, зміщує сам супорт, притискаючи таким чином і зовнішню колодку до протилежної сторони. Плаваюча конструкція вважається досить простою та недорогою в обслуговуванні. Ця простота також покращує вентиляцію системи, ефективно розсіюючи тепло, що утворюється при гальмуванні (що вкрай важливо для гальм). Зворотною стороною є безперешкодне попадання вологи та бруду в "пляму" контакту диск-колодка, а також у сполучні точки супорту. Саме такий вид механізму застосовується на більшості легкових автомобілів.

2. Фіксований гальмівний супорт

Це технологічніша конструкція (лунає голос з мему "текнолоооджия"), яка на відміну від плаваючого типу, складається з єдиної частини, без плаваючих сполук. Вузол нерухомо кріпиться до поворотного кулака і виконує роботи без змін положення. Ключовою відмінністю від першого типу полягає в дзеркальному (опозитному) розміщенні поршнів по обидва боки гальмівного диска, а значить і принцип роботи дещо відмінний: при підвищенні тиску в магістралі (тиснемо на педаль гальма) поршні одночасно стискають зовнішню і внутрішню колодки. У свою чергу, фіксовані супорти також поділяється на два підтипи:

- Збірна конструкція.

Найпоширеніший вид. Конструкція такого супорта виготовлена ​​з двох частин, скріплених між собою болтами. Недоліками вважається саме збірне кріплення, яке дозволяє корпусу супорта деформуватися під впливом тиску рідини.

- Моноблок

Такий механізм виготовляється з єдиної відлитої заготовки і не містить збірних частин корпусу. Таке рішення дорожче як в обслуговуванні, так і у вартості розхідників.

Далі приведу невеличку табличку, для наочності:

Ну тут, поки що, начебто все зрозуміло.

Як бачимо, в кожного типу є свої переваги і недоліки.

Два слова про проблеми гальмівних супортів.

Головна чи не єдина проблема, що виникає в механізмах гальмівної системи – це заклинювання. Воно має різну міру - від легкого, практично непомітного при візуальному огляді, до повного блокування супорта. Для цієї поломки існує дві основні причини:

1. Перекіс супорта внаслідок підклинювання напрямних втулок.

Найбільш популярна поломка, яка властива лише плаваючому типу (скобі). Причина - утруднене переміщення супорта по напрямних втулках. Тобто одна сторона механізму починає підгальмовувати по відношенню до другої. Важливо пам'ятати, що навіть незначний перекіс супорта здатний викликати нерівномірне зношування колодки і диска.

Найчастіше, несправність викликає через неякісну змазку напрямних втулок, або ж - її відсутність. Визначити наявність поломки можна за відведення автомобіля убік при гальмуванні. Якщо ж є доступ до самого супорта, то першою візуальною ознакою проблеми буде нерівномірне зношування колодок, або розпухлі пильовики (т.зв. ковпачки) "пальців".

2. Перекіс супорта через закисання поршня.

Ця несправність може проявитися як у плаваючих, так і фіксованих супортах. Більше того, враховуючи, що фіксований тип має в 2-3...8 разів більше поршнів, то і ймовірність зіткнутися з поломкою в рази вища. Природа несправності проста: покритий нальотом іржі поршень рухається в супорті з перекосом, чим викликає нерівномірне притискання колодки до поверхні диска. Наслідки приблизно ті самі, що у п.1. Щоправда, наслідки трохи важчі: якщо проблему не буде куповано на ранньому етапі, то корозія шахти поршня може унеможливити ремонт самого супорта. Боляче і дорого.

Далі піде хвилинка точних наук та формул... Тримаємось, мені теж було складно, але начебто зрозуміло...

То ж якими параметрами визначається продуктивність гальмівного вузла? 

Гальмівний шлях, який пройде автомобіль за час процесу гальмування, визначається одним єдиним параметром, який називається Гальмівний момент.

Це показник, який створюється ефективним радіусом гальмівного диска, силою стиснення пари компонентів та динамічним коефіцієнтом тертя «диск-колодки».

Ефективний радіус – це відстань між центром диска та точкою застосування сили стиснення. 

Знаючи ці параметри – легко обчислюємо гальмівний момент за формулою:

Гм=R1*F*µд

Де в нас:

R1 - ефективний радіус гальмівного диска (картинка вище);

F – сила стиснення пари «диск-колодки»;

µд – динамічний коефіцієнт тертя пари «диск-колодки» (Не плутати із власним коефіцієнтом колодок). Однак, враховуючи, що диски в більшості своїй виготовляються з чавуну – їх коефіцієнт прирівняний до 1.

Як бачимо з формули, визначними для нашого головного показника є:

• розмір гальмівного диска (зовнішній діаметр та точка докладання сили)
• сила, з якою притискаються колодки до диску 
• коефіцієнт тертя колодок (коефіцієнт тертя дисків можемо прирівняти до 1)

Радиус диска - відомий. Кофіцієнт тертя колодок - теж. Що лишається під питанням? Сила стиснення. Рахуємо:

Сила тиску (сила стиснення), згідно із законом Паскаля, залежить лише від двох факторів – тиску в системі та сумарної площі поршнів супорта. Обчислюється за формулою F=pS, де p – тиск y поршнях, а S – сума всіх площин супорта.

Ще трішки лишилося, гуманітарій віщує... скоро вже перекур )))

Ооооотже, навіть до обчислень, на підставі формули, ми можемо зробити кілька висновків:

• Розмір гальмівних колодок ніяк не впливає на гальмівний шлях авто;
• Кількість поршнів ніяк не впливає на ефективність супорту. Ми рахуємо не кількість точок прикладання сили, а їх загальну площину!!!

Оооось, ми вже дуже близько до істини )))

Перейду від сухих формул до єдиного практичного прикладу )

На багатьох ресурсах, форумах, групах і навіть в живому спілкуванні більш за все ламають списи на цій темі, чомусь, саме власники БіЕмДаблйу )))

Тому знайшов я тут в мережі ЧУДОВИЙ, як на мене приклад, саме на цій марці. Поїхали:

Припустимо, власник BMW E39 вирішив замінити свої штатні гальма на систему Brembo від E38.

На п'ятірці стоять однопоршневі супорти ATE, діаметром 60 мм, у Brembo - два поршні діаметрами 40 і 44 мм з кожного боку.

Формулу площі круга маєте памятати S = π (r)2

Поїхали:

Скоба: S = π 30*30 = 900 π ≈ 2826 (мм)2 

Багатопоршень: (S = π 20*20 = 400 π (мм)2 ≈ 1256 (мм)2 ) + ( S = π 22*22 = 484 π (мм)2 ≈ 1519.76 (мм)2  ) ≈ 1256+1520 =2776  (мм)2

Отже, загальна ефективна площа у одного поршня ATE – 2826 (мм)2, у двох E38 - 2776  (мм)2. При рівному тиску в системі (припустимо 9 МПа) – сила стиснення у фіксованих супортів буде менше! Пу пу пууу )))

Це нам ВЖЕ говорить про те, що багатопоршневий супорт, сам по собі, ще не є більш ефективним рішенням, ніж плаваючий.

Далі, зважимо всі параметри і врахуємо розмір дисків. Зовнішній діаметр у BMW E39 - 324 мм, проти 316 мм у "сімки". Ефективний радіус у першому випадку – 130 мм, у другому – 124 мм.

За умови, що колодки ми встановимо того ж класу з коефіцієнтом тертя 0,4 – отримуємо, що гальмівний момент штатних гальм ATE – 2649 H/м, Brembo – 2480 H/м. (вибачте, далі вже без детальних розрахунків, бо на третю ніч написання посту мене почало плавити ))). Отже, гальмівна система E38 з фіксованим чотирипоршневим супортом здатна дати майже на 7% меншу ефективність, ніж штатна однопоршнева E39!!!

Чесно... після всього мною пережитого за ці дні вивчення і намагання розібратися в темі... якісь інши доводи для мене вже лірика )))

Підсумую коротко... яка б не була ефективність гальмівних компонентів - вона у будь-якому випадку впирається в деякий показник, за яким все залежить тільки від гуми та властивостей поверхні дорожнього покриття. Також треба чітко розрізняти цивільні авто і спортивних карбонокерамічних монстрів. Перші закіпають і милять під навантаженням треку, інші забавно їздять містом, виконуючі станову тягу на сидінні в міському непрогрітому режимі.

Все інше - суто фаллометрія (міряння пісюнами чи диаметрами вихлопних труб).

Просто іноді дуже прям цікаво бачити, хлопців на авто двадцятирічної давнини, звареному з трьох бідось, на китайських вже полусліках... проте на 6 поршнях від умовного Брембо, які з піною у рота доводять якісь свої тези )))

Особисто я на своїх "дніщенських", "жлобських" скобах, ще ЖОДНОГО разу не стикнувся із недостатністтю гальмів! І да, варіанти бували різні, і екстремальні, і неодноразові.

Враховуючи все вищенаведене, підсумую суто для себе:

Всі це намагання вимірювання парсека мікрометром особисто я вважаю релігійним фанатизмом на кшталт святої віри аудиофілів в золоті направлені кабелі )))

Вибачте, якщо когось образив... Але ж саме так має виглядати той самий вкид на вентилятор )

Ну і якщо Ви вже дочитали до цього місця, то хотів би нагадати, що Глось чекає Ваших голосів в номінації "Авто тижня" ;)

Велика дяка сайту tormozi.ua, який я прокурив наскрізь за цей час і активно використовував у вільному перекладі для написання посту.

ДУЖЕ хотілося б почути думку поважної автомобільної братії, ну можливо і "сестрії" в коментарях, інакше все мої страждання були марними )

Бережіть себе! Далі буде...