Тормозные барабаны из какого металла

Обновлено: 04.05.2024

И у того, и у другого вида тормозных механизмов есть свои достоинства и недостатки. «За рулем» рассказывает, что важнее для современного автомобиля.

Появление на российском рынке Renault Arkana с барабанными (пока что) задними тормозами придало новый импульс давней дискуссии о том, чем они хуже (или лучше) дисковых тормозов. Мы собрали все плюсы и минусы воедино и подвели итог обсуждениям.

Барабанные тормоза

Считается, что первыми на свет появились барабанные тормоза — на гужевых повозках, и на автомобили они перекочевали с карет, причем сперва только на заднюю ось. Долгое время все автомобили оснащались только барабанными тормозами, хотя дисковые были запатентованы англичанином Уильямом Ланчестером в 1902 году. И в том же году француз Луи Рено представил свою конструкцию тормозного механизма — с полым барабаном и полукруглыми колодками, прижимавшимися цилиндром и пружинами ко внутренней поверхности барабана.

Интересно, что конструкция Рено дожила до наших дней практически без изменений, за исключением того, что цилиндров теперь может быть и пара, и появились распорные планки, обеспечивающие самоподвод. Раньше колодки приходилось подводить самостоятельно, эта процедура была знакома нашим дедам.

Конструкция барабанных тормозов оказалась настолько хорошо продуманной, что они за прошедший век практически не изменились. Возможно, поэтому Renault не спешит отказываться от барабанов.

Сегодня легковых автомобилей с передними барабанными тормозами, кажется, не осталось вовсе. А за заднюю ось они держатся крепко — их до сих пор можно видеть на некоторых легковушках, в первую очередь так называемых бюджетниках. Считается, что барабанные тормоза дешевле дисковых, но это спорное утверждение.

Однако у барабанов есть несколько неоспоримых достоинств:

1. Хорошая защита от грязи. Так как тормозные колодки, пружины, гидравлические цилиндры и распорные планки скрыты в барабане, грязь, снег, лед фактически никак не влияют на работоспособность механизма. Из-за этого барабанные тормоза считаются более пригодными для тяжелых условий эксплуатации.
2. Внушительный ресурс. У тормозных колодок большая рабочая поверхность, большая и толщина рабочей части барабана.
3. Простое совмещение с механизмом стояночного тормоза.

Недостатки барабанных тормозов:

1. Значительный вес.
2. Плохое охлаждение. Как следствие — возможность перегрева при больших нагрузках.
3. Плохая самоочистка. Если внутрь барабана попадет влага и образуется лед, тормозной механизм не даст машине тронуться с места. При попадании песчинок появится посторонний звук.
4. Сложность контроля степени износа. Чтобы оценить ресурс колодок, барабан придется снять.
5. Неравномерный износ колодок. Передняя, как правило, изнашивается быстрее. Из-за неправильной регулировки или заедания механизма быстрее может приходить в негодность и какая-то часть колодки.

Дисковые тормоза

Дисковые тормоза на легковых автомобилях появились, когда стали заметно расти мощности их моторов и скорости. Первым европейским автомобилем с дисковыми тормозами на обеих осях стал спортивный Jaguar C-Type 1953 года. В США первопроходцем был Studebaker Avanti 1962 года. С тех пор диски и вытесняют барабаны (но никак не вытеснят).

Достоинства дисковых тормозов

1. Легкость и компактность.
2. Равномерное прилегание колодок к дискам и, как следствие, большая эффективность.
3. Отличная охлаждаемость.
4. Способность к самоочистке.
5. Простота диагностики, обслуживания и замены.
6. Возможность точной регулировки.
7. Возможность применения многопоршневых суппортов, использования перфорации, разнообразных грязе-и газоотводящих канавок, насечек.

Недостатки дисковых тормозов

1. Подверженность всевозможным загрязнениям, коррозии.
2. Возможность деформации, растрескивания при попадании холодной воды на раскаленную рабочую поверхность.
3. Значительное выделение тепла при работе.
4. Сложность совмещения со стояночным тормозом. Решается применением электрического включения/выключения стояночного тормоза, например.
5. Склонность к примерзанию колодок к дискам на задней оси при использовании стояночного тормоза. И это еще одна из причин того, что на многих легковых машинах стояли (и стоят до сих пор) барабанные тормоза на задней оси при дисковых на передней.

Логичен вопрос: может, совместить в одной конструкции достоинства и дисковых, и барабанных тормозов, избавившись заодно от их недостатков? Разумеется, инженеры пытались сделать это. Дисковые тормоза, помещенные в барабаны, предлагала в качестве опционального оборудования компания Chrysler в 1949–1954 годах. Audi ставила гибридные тормозные механизмы на серийные модели V8 и 200 в конце 1980-х — начале 1990-х. За характерный внешний вид эти тормоза получили прозвище UFO (НЛО), и их откровенно ненавидят фанаты марки за сложность и слишком высокую стоимость. Фактически попытки создания тормозных гибридов провалились, так как все известные конструкции скорее объединяли недостатки того и иного типа тормозных систем, нежели достоинства.

Если разобраться, при повседневной эксплуатации и обычных, «гражданских» режимах езды барабанные тормоза практически не уступают дисковым, и сочетание барабанных тормозов на задней оси с дисковыми тормозами на передней является оптимальным для семейного автомобиля.

Дисковые тормоза лучше подходят мощным и быстрым автомобилям — из-за большей эффективности при максимальных нагрузках. И конечно, дисковые тормоза еще и выглядят красиво по сравнению с невзрачными барабанами. Именно это и является основной причиной многочисленных просьб поставить их на модную Аркану, а вовсе не эксплуатационные характеристики: такие же тормоза, стоящие на Дастерах и Каптюрах, всех устраивают.

Из чего сделан тормозной барабан?

Тормозной барабан – это цельнолитая металлическая чаша, которая жестко крепится на ступицу колеса и вращается с той же скоростью, что и само колесо.

Замедляя вращение барабана, человек, управляющий автомобилем, замедляет и вращение самого колеса.

Использовать тормозные барабаны начали в конце 19 века. Изготавливали их тогда из чугуна методом литья, и внешне они напоминали чашу, вращение которой замедлялось тормозной лентой. В начале ХХ века благодаря инженеру Луи Рено на смену тормозной ленте пришли устанавливаемые внутри барабана поршни.

Содержание статьи:

Требования к материалам для изготовления тормозных барабанов

Требования

• Термоцикличная стойкость. Способность металла выдерживать большое количество циклов нагревания-остывания.
• Усталостная прочность. Возможность как можно более продолжительной эксплуатации без накопления повреждений.
• Высокая твердость при обычных и повышенных температурах. Металл не должен менять своих свойств при нагревании или остывании.

• Высокие теплоемкость (способность поглощать теплоту в процессе нагревания) и теплопроводность (способность проводить энергию от более нагретых частей тела к менее нагретым частям).
• Коррозийная стойкость (барабан подвержен постоянному воздействию воды и влажной среды) и экологичность.
• Доступная стоимость. Изделия производятся большими партиями. Даже небольшое увеличение цены сырья может сильно сказаться на общей стоимости.

Чугун

Несмотря на то, что с чугуна все начиналось, он активно применяется для изготовления тормозных барабанов и по сей день.

Плюсы: прочность, хорошие характеристики плавкости, широкий выбор производителей.

Минусы: большой вес, высокая стоимость (по сравнению с алюминиевыми), медленный цикл нагревания-остывания.

Алюминиевые сплавы

Как правило, это так называемые силуминовые сплавы алюминия и кремния или кремния и меди. Подробнее - в сноске "Используемые сплавы алюминия" ниже.

Плюсы: небольшой вес (в среднем, в разы меньше, чем у чугунных), низкая стоимость (немаловажную роль в этом играет именно вес), быстрое остывание.

Минусы: быстрый износ (по сравнению с чугуном), прикипание к месту крепления (иногда возникают сложности с заменой), ограниченное количество производителей.

Используемые сплавы алюминия

Сплав АК12. Сплав алюминия с кремнием, в который добавляется небольшое количество магния (до 0,5%).

Сплав АК9М2. Алюминий (84,1-91,65%), кремний (7,5-10%), медь (0,5-2%), цинк и железо (до 1,2% каждого).

Сплав АК5М2. Изготавливается на основе алюминия (85.9 - 94.05%), кремния (4 – 6%), меди (1.5 - 3.5%) и цинка (до 1,5%).

В настоящее время для легковых автомобилей наиболее популярными стали тормозные барабаны, состоящие из алюминиевого корпуса и внутренней чугунной обечайки, контактирующей с тормозными колодками и создающей тормозной эффект. Если говорить не только об авто - для гусеничной техники барабаны делаются из легированной стали. В блоке "Материалы" сталь не приводится.

Технологии производства

Сейчас тормозные барабаны изготавливаются большими партиями на промышленной основе. Наиболее распространенная технология производства – литье металла под давлением с использованием пресс-форм. О ней речь пойдет ниже. Отметим, что для барабанов гусеничной техники также используется технология штамповки.

Литье под давлением — способ изготовления отливок, при котором сплав под давлением от 7 до 700 МПа быстро заполняет стальную пресс-форму и приобретает необходимую конфигурацию.

Штамповка металла - процесс контролируемой деформации, при котором заготовка меняет свою форму под воздействием избыточного давления.

Литье металлов под давлением

Разработка пресс-формы сопровождается созданием технической документации и определением всех параметров будущей детали: толщины стенок, размеров технологических отверстий, расположения и размеров ребер жесткости и т.д.

Получение заготовки. Алюминиевый сплав заливается под большим давлением в пресс-форму. Предварительно в пресс-форму устанавливается чугунная обечайка. После определенной выдержки отливка извлекается из пресс-формы и остывает на воздухе. Современные автоматические машины способны обеспечить достаточно высокую точность и качество отливок, но после этого заготовка все же отправляется на дальнейшую механическую обработку.

Механическая обработка. При изготовлении тормозных барабанов механической обработке подвергаются только рабочие поверхности. Это внутренняя обечайка барабана, к которой будут прилегать тормозные колодки, и внешние установочные поверхности, которые будут соприкасаться со ступицей. Также осуществляется дополнительная обработка отверстий, используемых для крепления тормозного барабана. Подробнее про "плюсы и минусы" мех. обработки - в сноске ниже.

Литье под давлением: преимущества и недостатки

Преимущества.

1. Возможность получения поверхности с минимальными припусками на механическую обработку (в нашем случае – ребер жесткости, технологических отверстий, установочных поверхностей и т.д.).
2. Толщина стенки производимых изделий от 0,8 мм и выше. Это особенно важно для экономии веса при отливке и снижения веса конечного изделия.
3. Высокое качество поверхности отливок (5-6 класс). Это позволяет не подвергать дополнительной обработке все нерабочие поверхности барабана и экономить время и деньги.
4. Высокая прочность заготовки. При литье под давлением исключается зернистость в строении металла, что повышает прочность на 25—40% по сравнению с литьем в песчаные формы.
5. Коррозионная стойкость и гидравлическая герметичность.
6. Высокая производительность.

Недостатки.

1. Длительность и высокая стоимость процесса производства при малых объемах партий. Даже для малой партии продукции нужно тратить время на разработку пресс-формы.
2. Зависимость качества продукции от качества пресс-формы. Брак при производстве пресс-формы целиком отражается на заготовках.
3. Незначительное уменьшение пластичности материала, связанное с увеличением прочности, что может ограничивать применить процесс для деталей, работающих при значительных динамических нагрузках и вибрациях.
4. Возможность образования в отливках мелких воздушных включений (воздушная пористость), что может снижать прочность и герметичность деталей.

Из чего сделан тормозной барабан: материалы, технологии, производство

ООО "НТЦ- БУЛАТ" - производитель тормозных барабанов для автомобилей ВАЗ и АЗЛК (Москвич, ИЖ). Читать подробнее.

Тормозной барабан – это цельнолитая металлическая чаша, которая жестко крепится на ступицу колеса и вращается с той же скоростью, что и само колесо. Замедляя вращение барабана, человек, управляющий автомобилем, замедляет и вращение самого колеса.

Материалы

Используемые сплавы алюминия*

Завод-производитель ООО «НТЦ-БУЛАТ»

Чтобы начать производить тормозные барабаны, предприятие должно соответствовать определенным требованиям:

• обладать современной производственной линией, оснащенной машинами и станками с ЧПУ;
• иметь в наличии токарные и слесарные участки для механической обработки деталей;
• располагать свободными производственными мощностями;
• иметь достаточный опыт работы в области металлургии;
• пройти сертификацию качества выпускаемой продукции.

ООО «НТЦ-БУЛАТ» соответствует всем перечисленным требованиям. Компания занимается производством тормозных барабанов и других изделий методом литья под давлением с 2000-го года. Производственная база предприятия включает конструкторско-технологический отдел, два токарных участка, литейный цех с семью литейными машинами (одна – с усилием запирания 400 тонн и 6 машин с усилием запирания 250 тонн). Производство укомплектовано станками с ЧПУ, что дает возможность самостоятельного программирования и увеличения номенклатуры деталей. Система менеджмента качества соответствует требованиям межгосударственного стандарта ГОСТ Р ИСО 9001-2015 и международного стандарта ISO 9001:2015.

ООО «НТЦ-БУЛАТ» на постоянной основе выпускает все модели тормозных барабанов, предназначенные для автомобилей ОАО «АВТОВАЗ». ООО «НТЦ-БУЛАТ» является одним из крупных поставщиков тормозных барабанов в качестве запчастей на российском рынке. Поставка продукции осуществляется по всей России.

Некоторые инновационные модели тормозных барабанов разработаны непосредственно специалистами ООО "НТЦ-БУЛАТ". Кроме того, налажено изготовление отдельных модификаций тормозных барабанов для автомобилей производства АЗЛК. Возможна разработка пресс-форм для изготовления отливок тормозных барабанов и для любой другой марки автомобиля.

Люмень и чугуний

Бородатые армейские шуточки про «самое легкое в мире железо» всплыли в памяти с появлением в продаже чугунных тормозных барабанов для «Самары». С «люменем» мы знакомы давно, а вот «чугуний» — лошадка темная. Сравним?

Отстаивать интересы «обыкновенных» алюминиевых барабанов с чугунными вставками доверили изделиям завода «Металлист» из Энгельса — они хорошо себя зарекомендовали. «Чисто чугунные» коллеги прибыли от фирмы АТЕ из Германии. Каждую сторону представляло по два барабана — визитные карточки соперников приведены ниже.

В ходе испытаний решили проверить геометрию барабанов, измерить их массу, оценить статическую балансировку, а также исследовать поведение изделий при нагреве и определить их статическую жесткость. Как обычно, эту работу проводили специалисты НАМИ.

МИЛЛИМЕТРЫ И ГРАДУСЫ

То, что «чугуний» окажется тяжелее «люменя», было ясно безо всяких взвешиваний — но вот на сколько? Оказалось, что примерно вдвое — масса российских барабанов составила соответственно 2420 и 2460 г, а немецких — по 5020 г. Тяжеленькие, зато абсолютно одинаковые!

С геометрией возни побольше — образцово-показательные размеры приведены на рис. 1. Сначала барабаны измерили в исходном состоянии, затем испытали с нагревными циклами, после чего измерение повторили. Результаты — в таблице. Там же данные по статическому дисбалансу барабанов.

Динамику нагрева тормозных колодок, работавших в паре с нашими барабанами, определяли так. Подопытный барабан устанавливали на инерционный стенд и проводили 15 циклов последовательных торможений в диапазоне скоростей от 120 до 60 км/ч при давлении в приводе стенда 50 кгс/см2 с интервалом 45 с. То, что получилось при последовательном измерении температуры, наглядно изображено на рис. 2.

Каждый из показанных графиков построен по усредненным результатам нагрева двух барабанов обоих наименований. Легко убедиться, что разница в динамике нагрева алюминиевых и чугунных изделий незначительна: после 15-го торможения у «люменя» набежало всего лишь пять лишних градусов — это укладывается в погрешность измерений.

Чтобы оценить влияние температуры на деформацию тормозных барабанов, провели еще четыре нагревных цикла с аналогичными параметрами торможения, достигнув рубежа 250°С. После каждого такого цикла барабан охлаждали до комнатной температуры и лишь затем продолжали измерения. Размеры В и Г, подверженные влиянию температуры, также занесены в таблицу. Отметим, что геометрия барабанов после нагрева практически не изменилась — некоторая разница в результатах «до и после» не выходит за пределы допустимых погрешностей. А вот статический дисбаланс откровенно огорчил: прекрасные результаты «привычных» алюминиевых барабанов выглядели как-то невежливо на фоне откровенного провала иностранных гостей. Сбалансировать, конечно, можно все, но где же хваленый немецкий педантизм, точность и прочие достоинства?

Статическую жесткость барабанов определяли так. В тормозной барабан устанавливали тормозной механизм VAZ 2108, а в его тормозной колесный цилиндр подавали «тормозуху» под давлением — сначала 10 кгс/см2, а затем 100 кгс/см2. Понятно, что во втором случае поршни цилиндра удалялись друг от друга на большую величину, поскольку при возрастании давления барабан деформируется сильнее. А раз так, то и жидкости при этом уместится в цилиндре больше — оставалось измерить эту разницу. Так и было сделано: результат — 11% в пользу «чугуния».

Состязания алюминия и чугуна, на наш взгляд, обошлись без «смертельных» исходов — на «Самару» можно ставить и то, и другое. Однако алюминиевые барабаны не только не выглядели бедными родственниками, но и переиграли новомодных «чугуниев» почти по всем статьям. Если плохую балансировку немецких барабанов можно объяснить досадной случайностью, то отсутствие каких-либо преимуществ в динамике нагрева и термических деформациях — это уже, как говорится, не лечится: что есть, то есть. Напомним также, что масса чугунных изделий в два с лишним раза больше, чем алюминиевых, — ничего хорошего в этом нет. Мы всегда пытались снизить неподрессоренную массу подвески и с трудом выигрывали сотню-другую граммов, приобретая дорогие легкосплавные диски, переходя на бескамерную резину и т. п., а тут — одним махом по несколько лишних килограммов на каждое из задних колесиков. Единственное преимущество новинки — повышенная жесткость, но ожидать от нее реального преимущества на практике не стоит.

Рис. 1. Схема замеров геометрических размеров тормозных барабанов «Самары».

Рис. 2. Динамика нагрева тормозных колодок, работающих в паре с тормозными барабанами «Самары».

Читайте также:

  
• Регулируемый подпятник для стеллажа металлического
  
• Работа на настольном токарном станке по металлу
  
• Каковы особенности строения атомов металлов как в периодической системе менделеева располагаются
  
• Сдать металл на завод
  
• Стойки металлические опорные вес