Почему скрипят тормозные колодки
- Категория:
- Рейтинг:1.0/1
Почему скрипят тормозные колодки
Кому хочется, чтобы тормозные колодки пищали и скрипели? Да никому! Давайте побеседуем о том, что здесь зависит от производителя колодок, а что — от конструкторов тормозного узла и автомобиля в целом.
Кто виноват?
Наука трибология говорит о том, что торможение автомобиля происходит за счёт преобразования кинетической энергии в тепловую. И осуществляется это преобразование в зоне контакта фрикционной накладки с контртелом — тормозным диском или барабаном. Подробности рассматриваются в нескольких весьма интересных трибологических теориях, но все они сходятся в одном: трение в тормозном узле — это процесс чередования прихватывания трущихся поверхностей и проскальзывания.
Что интуитивно (если угодно — «на пальцах»), понятно: прихватили, микроскопический слой трущихся поверхностей разрушился, произошло проскальзывание, потом прихватывание, и т.д. Отсюда, кстати, и износ.
Но сегодня мы не об износе. Вернемся к торможению. Поскольку это процесс циклический, неизбежно возникновение колебаний. Колеблется колодка, колеблется контртело, а с ними и весь тормозной узел. А где колебания — там и звук. В зависимости от частот звуковые волны могут оказаться в слышимом или неслышимом диапазоне. Причём мы слышим достаточно узкий спектр в виде писка или скрипа. Они-то и раздражают водителя, покушаясь на святое понятие «комфортный автомобиль». Ведь одним из ключевых требований к современному авто наряду с безопасностью и экологичностью является комфорт.
А если звука нет вообще, изначально? Хорошо это или плохо? Не спешите отвечать «хорошо» — здесь кроется коварный подводный камень, угробивший не одну лодку... простите, автомобиль.
Дело в том, что в паре «колодка — диск» или «колодка — барабан» никаких звуков не издают только антифрикционные материалы, коэффициент трения которых менее 0,2. В то время как у колодки для усредненного легкового автомобиля он лежит в диапазоне 0,35-0,45. Понятно, почему антифрикционные материалы «молчат» — у них нет того самого циклического «прихватывания-проскальзывания», описанного учеными-трибологами. Соответственно нет и генерации колебаний.
Что делать?
Так что, прикажете бесшумно рассекать на антифрикционных поделках и не вылезать из травмопунктов и больниц (это в лучшем случае)? Или ставить скрипящие колодки и, заткнув уши, ездить безопасно?
Не будем утрировать. Не нужно нам ни первое, ни второе. Надо использовать надёжные безопасные изделия, рекомендованные производителем автомобиля. И при этом не распугивающие всю округу писком и скрежетом при торможении.
Позвольте, но ведь мы только что говорили — где торможение, там и колебания, а где колебания, там звук? Как совместить несовместимое — колебания и тишину?
Вот эту противоречивую задачу и решают при борьбе с шумом при торможении. Звук неизбежен? Да, неизбежен. А человек слышит весь диапазон звуковых колебаний? Нет, не весь. Так сдвигайте диапазон в зону, недоступную человеческому уху, и тормозите бесшумно!
Всё верно. Но за внешней простотой такого рецепта скрывается масса проблем — научных, технологических и... не удивляйтесь, организационных. Вот с организации и начнём.
Каждый сам по себе или вместе?
Когда говорят, что скрипит или пищит колодка, то волей или неволей лукавят. Ведь колеблется, а значит, шумит, не только колодка. Колеблется весь тормозной узел — диск, суппорт, шланги. Да и ступица не остается в стороне. Но так далеко мы заходить не будем, лишь отметим: за рубежом (за рубежом — запомним!) в лабораториях проверяют на вибрацию весь узел в сборе.
- 1 — рецептура фрикционной смеси тормозной накладки и конфигурация (геометрия);
- 2 — противошумное полимерное покрытие и противошумная пластина.
У каждого элемента есть собственная частота, зависящая от геометрической формы, материала, массы и других факторов. Так вот, на специальном оборудовании изучают собственные колебания элементов тормозной системы. Поскольку исследования проводят с помощью магнитных датчиков, они называются магнитудными Не будем углубляться в тонкости — для описания этих тестов понадобится не одна статья. Коснемся лишь сути.
Выделив собственные частоты колодки, диска, стойки, испытатели выявляют возможности взаимного гашения колебаний. Или наоборот — вероятность возникновения резонанса. Причём учитывается всё, что можно, включая точность выполнения отдельных элементов и надежность их фиксации.
По результатам на компьютере строится 3D модель узла. Вибрирующие зоны раскрашиваются различными опенками, к примеру, красного цвета: здесь вибрация сильнее. Можно просчитать варианты изменения вибраций — вот тут прибавить массу, тут убавить, там чуть передвинуть, изменить форму скобы, и вот зоны уже меняют свой красный цвет на зелёный.
- 1 — рецептура фрикционной смеси тормозной накладки и конфигурация (геометрия);
- 2 — противошумное полимерное покрытие;
- 3 — противошумная пластина состоит из металла, покрытого с двух сторон защитным полимерным слоем с каучуком.
Как видно из сравнения двух фотографий, для разных моделей Lada используется разная фрикционная смесь
Так или примерно так работают производители колодок и конструкторы тормозного узла. Подчеркнем: совместно работают, в тесном контакте! И если того требуют данные лабораторных исследований, тормозной узел видоизменяется, совершенствуется. И тогда становится ясно, что именно зависит от тормозной колодки, и что должны делать её производители.
Тормозной путь длиною в 30 лет
Ещё раз подчеркнём: научно - техническая идиллия, описанная в предыдущем разделе, — это зарубежная практика. У нас, к сожалению, всё иначе. Обратимся к самой распространенной отечественной марке Lada.
В 1984 году стартовал выпуск модели ВАЗ-2108, сейчас производится Granta. Прошло 30 лет... А тормоз у всего модельного ряда — тот же самый, никаких принципиальных изменений не претерпевший. Хотя Granta уже совсем другая машина, более мощная и тяжёлая.
Естественно, АВТОВАЗ требует от своих партнеров «бесшумных» колодок. Но совместных исследований, подобных только что описанным, не проводит. А если и проводит какие-то испытания, конструкцию тормоза менять категорически не желает. Хотя в кулуарах может признать: да, здесь отливочку суппорта хорошо бы изменить. И грустно добавляет: но мы этого делать не будем. Выходите из положения, дорогие поставщики нашего конвейера, исключительно за счёт своей колодки.
Что же может тормозная колодка?
И приходится выходить. Единственный инструмент, остающийся у производителя фрикционных изделий, — это сдвиг собственной резонансной частоты колодки при её взаимодействии с тормозным диском. Называют это сдвигом магнитуды.
Ничего себе задачка: где масса колодки и где — здоровенного чугунного диска! И все же кое-что можно сделать. Например, «играя» рецептурой фрикционной смеси. Изменяя её негомогенность (неоднородность) или вводя специальные ингредиенты. Понятно, что конкретные решения скрыты за семью замками. Рынок — это конкуренция.
Можно изменить коэффициент взаимного перекрытия фрикционной накладки и диска. На практике это означает оптимизацию конфигурации накладки. На ней могут выполняться скосы, фигурные закругления по периметру (так называемые бабочки) и другие геометрические решения. Дело это эмпирическое, кропотливое, но реально работающее.
Радикально изменяют магнитуду пазы в теле накладки — особенно несимметричные, смещающие центр тяжести колодки. Их ещё именуют пропилами. В идеале такие пазы должны быть индивидуальными: для внешней и внутренней колодки левого колеса и для внешней и внутренней колеса правого. Но тогда вместо четырёх одинаковых (и взаимозаменяемых) колодок на сборку будут поступать две, а то и четыре разных колодки! Понятно, что автозавод на такое не пойдёт.
Есть ещё один способ уменьшения шума — это демпфирование. Заключается он в следующем: на поверхности колодки, не контактирующие с диском, наносятся полужидкие или твёрдые полимерные мастики. Они помогают колодке не входить в резонанс с поршнем, скобой и другими элементами тормозного узла.
Другая технология демпфирования — это особые пластины, закрепляемые на каркасе. Их так и называют — противошумные. Они могут приклеиваться, приклепываться или ставиться на защёлки. Строго говоря, это не просто пластины, а довольно сложные изделия. Чаще всего их выполняют из металла и покрывают с двух сторон полимерной композицией — какой именно, ни один производитель колодок не уточняет. Это know-how фирмы, как и полимерное демпфирующее покрытие, о котором говорилось в предыдущем абзаце.
Итак, в арсенале производителя тормозных колодок есть следующие средства борьбы с шумом при торможении: изменение рецептуры фрикционной смеси; оптимизация геометрии накладки; демпфирующее полимерное покрытие и противошумная пластина.
Спору нет, методы действенные, эффективные. Но без полноценного взаимодействия с автозаводом, без его согласия менять тормозную систему бороться с шумом производителю колодок очень трудно. Правда, есть и другая сторона медали. Если эта борьба оказывается успешной, победа завода фрикционных изделий выглядят особенно убедительной. Создать «в гордом одиночестве» эффективную, безопасную и «тихую» колодку для доисторического тормоза — это действительно верх мастерства.
ЮРИЙ БУЦКИЙ
