Форум Львівського Тюнінг Клубу
Проста відповідь: вони зупиняють.
Повніша відповідь: гальма призначені для зниження швидкості транспортного засобу. Загальною думкою є те, що гальма тиснуть на барабан або диск і таким чином гальмують рух. Але ще повніше: гальма – це механізм, що перетворює кінематичну енергію вашого авто у теплову енергію. Ця теплова енергія виділяється у атмосферу під час охолодження гальм. Все згідно Першого закону Термодинаміки: енергія не може бути створена або знищена, вона може тільки переходити з одної форми у іншу.
Термодинаміка, феддінг гальм та диски з отворами.
Багато хто з тих, хто їздив гарячими гірськими дорогами, або керував гоночними авто, знайомі з таким явищем, як феддінг гальм. Це явище полягає у+ тому, що перегріті гальма раптом втрачають ефективність. Феддінг пов'язаний з тим, що фрикційні поверхні гальмових механізмів виготовлені із спеціальних матеріалів, що нагадують гуму з наповнювачем. Коли ці матеріали занадто нагріваються, з них виділяється газ, який утворює дуже тонкий прошарок між поверхнями тертя, у результаті чого гальма відмовляють.
Зазвичай, після того, як ви дасте гальмам охолонути (зупинившись, або рухаючись певний час не гальмуючи), їх нормальна робота відновлюється, оскільки газ перестає виділятись.
Як з цим явищем борються конструктори? Вони роблять ротори з отворами або з бороздками. Отвори та бороздки не стільки допомагають охолоджувати гальма, як дозволяють газам, що виділяються з перегрітих фрикційних накладок, виходити з системи та не утворювати прошарок між поверхнями тертя.
Повне розуміння перетворення енергії є необхідним для розуміння того, що та як роблять гальма та чому вони конструктивно зроблені саме такими. Ви можете бачити на сучасних автомобілях різні радіатори гальмових колодок, спеціальні конструкції колісних дисків, які допомагають проганяти повітря для охолодження гальмових механізмів, тощо.
Технології гальмових дисків
Якщо гальмовий диск уявляє собою гладкий сталевий диск, він нагрівається до дуже високих температур та не здатен відводити гази, що виділяються з фрикційних накладок за високих температур. Тому диски виготовляються зі спеціальними бороздками, отворами, можуть складатись з кількох пластин тощо. Все це робиться для забезпечення найбільш ефективного відводу тепла та газів.
На малюнку внизу показано кілька модифікацій гальмових дисків (з ліва на право):
1. Звичайний гальмовий диск.
2. Диск з боріздками, які створюють більші сили тертя та дозволяють газам, що виділяються з фрикційних накладок за високих температур, виходити з системи та не утворювати прошарок між поверхнями тертя. 3. Диск з боріздками та отворами. Отвори дозволяють ще більш ефективно відводити тепло та гази.
4. Подвійний вентильований диск. Порожнина між дисками проганяє повітря, що робить охолодження ще більш ефективним. Крім того, повітряні потоки "відсмоктують" гази з поверхні тертя.
Різні типи гальм.
Всі гальма використовують тертя. Але їх конструкції можуть бути різними.
Барабанні гальма з одним приводом
Найпростішим типом гальм, що використовуються на автомобілях, є барабанні гальма. Їх конструкція проста: два фрикційних напівциліндра, називані гальмовими колодками, розміщені всередині барабана, на який вдягається колесо. Один кінець кожного напівциліндра закріплено на осі, що на корпусі. Між кінцями, протилежними закріпленим, встановлено механізм приводу гальм у дію, роль якого полягає в тому, щоб розвести кінці гальмових колодок, за рахунок чого діаметр циліндра, утвореного гальмовими напівциліндрами, збільшиться і його зовнішня поверхня з фрикційними накладками притиснеться до внутрішньої поверхні барабана. Це створить тертя. Механізм приводу гальм у дію може бути механічним (ексцентрик), або гідравлічним чи пневматичним (циліндр з поршнем). Як приклад, на малюнку показано барабанні гальма з механічним приводом у вигляді еліпса на осі. Провертаючись, еліпс розсуває гальмові колодки.
Недоліком односторонніх барабанних гальм є те, що розсування гальмових колодок відбувається тільки з одної сторони, тому важко досягти контакту тертя на усій поверхні фрикційної накладки.
На малюнку нижче показано процес роботи гальм цього типу.
Барабанні гальма з двома приводами
Барабанні гальма з двома приводами відрізняються від гальм з одним приводом тим, що на обох кінцях гальмових напівциліндрів встановлено гальмові приводи. У цьому випадку забезпечується більш рівномірний контакт поверхонь тертя.
Дискові гальма
Дискові гальма набагато ефективніше барабанних. Вони використовуються на передніх колесах майже усіх авто та усіх колесах на сучасних потужних машин.
Дискові гальма складаються з двох систем. Замість барабана є диск, замість гальмових напівциліндрів – механізм затискування диску. Як правило, дискові гальма гідравлічні. Механізм затискування може мати один або кілька циліндрів, які переміщують гальмові фрикційні пластини. Ці пластини мають фрикційні накладки, якими стискується диск при гальмуванні. Сила, з якою стискуються гальмові пластини, набагато більша, ніж для барабанних гальм, тож і більша сила тертя та ефективність гальмування. Але більше кінематичної енергії перетворюється у теплову, тому нагрів дискових гальм більший, ніж барабанних.
Звичайні механізми затискування у дискових гальмах має один або два циліндри, одно- або двоциліндрові механізми. У важкій техніці, на спортивних авто можуть використовуватись і більше циліндрів. Недоліком дискових гальм є високі вимоги до геометрії та центровки диску.
Матеріали гальмових фрикційних накладок
Більшість фрикційних накладок використовують асбест. Новітні накладки виготовляють комбінованими. Ці матеріали поділяють на:w.
Органічні
Ці матеріали найбільш підходящі для використання у містах. Вони досить стійкі, не шумлять (не "вищать"), на псують диск, не виділяють пилу та шкідливих речовин. Вони чудово підходять для малих та середніх авто, оскільки чудово працюють поки холодні. Але вони погано витримують перегрів.
Напівметалеві / сплави
Це гарний компроміс між вулицями та треками. Такі накладки добре підходять для спортивних легкових авто. Холодними вони працюють гірше за органічні, але добре діють гарячими. Недоліком є відносно низька стійкість матеріалів, якими напівметалеві накладки кріпляться.
Металеві
Ці накладки призначені виключно для гонок або екстремальних умов. Вони шаленно вищать та димлять, руйнують диск та погано працюють холодними.
Керамічні
Керамічні накладки мають металеву арматуру (близько 15%, на відміну від напівметалевих, де металу 40%), але це мідь, а не сталь, тому менше "вищать" та краще відводять тепло. Вони більш стійкі, ніж інші накладки, швидше охолоджуються, довше служать, безшумні (звук, який вони генерують, за межами сприйняття людиною).
Вищання гальм означає одне з двох: фрикційні матеріали зносились і відбувається безпосередній контакт металу гальмових колодок та дисків, або розміщення гальмових накладок відносно поршнів гальм не таке, як має бути. В обох випадках, це вищання є результатом високочастотної вібрації, що виникає між гальмовими колодками, поршнем та диском. Деякі авто мають проблеми з вищанням гальм з моменту виходу з заводу. Часто проста заміна фрикційних накладок на накладки іншого виробника вирішують проблему, оскільки звукові хвилі можуть стати іншої частоти, яку не сприймає людський слух.
Привід гальм.
Самі гальма це добре. Але необхідно мати певний механізм для приведення їх у дію. Існує кілька методів зробити це.
Тросовий привід
Це найпростіший варіант приводу гальм. Трос приєднується до важелів з кожного кінця. Ви тиснете на важіль, який у вас під ногою, або тягнете важіль рукою, і трос тягне важіль з іншого боку. На робочому кінці важіля закріплено еліптичний кулачок, який повертається в середині круглої чашки в гальмових колодках. Довга діагональ еліпса тисне на гальмові колодки, розводячи їх. Використовується на мотоциклах та ручних гальмах автомобілів.
Одноконтурна гідравліка
Далі розглянемо гальмову систему з одноконтурним гідравлічним приводом, яка використовується на більшості автомобілів та сучасних важких мотоциклів. Складається з циліндрів, гідропроводів, резервуару та гідравлічної рідини. Одноконтурна гідравлічна система має три базових компонента - головний циліндр, робочий циліндр та резервуар. Вони з'єднуються за допомогою гідропроводів та заповнюються гідравлічною рідиною. Коли ви тиснете на педаль гальм, ви тиснете на поршень у головному циліндрі. Оскільки гідравлічна рідина не стискується, цей тиск передається через гідропровід у робочий циліндр, створюючи тиск на поршень, який приводить у дію гальмовий механізм. Завдяки конструкції, тепло з гальм може передаватись у гідравлічну рідину.
Двоконтурна гідравлика
Двоконтурна гідравліка застосовується у найновіших авто та мотоциклах найвищого класу. Вона має два незалежних контури. Перший - це командний контур – на нього безпосередньо передається дія педалі гальм. Другим контуром, виконавчим, керує бортовий комп'ютер, і цей контур взаємодіє безпосередньо з гальмовим механізмом. Коли ви тиснете на педаль гальм, ви надсилаєте сигнал через командний контур на гальмовий комп'ютер. Він визначає силу, з якою ви тиснете на педаль, видає команди на серво-помпову систему, яка створює тиск у виконавчому контурі для активації гальм. Обчислюючи сигнали для створення тиску у виконавчому контурі, і, відповідно, ступеня гальмування (зусилля на гальмових колодках), комп'ютер може враховувати багато інших факторів, таких як швидкість авто, стан дороги, стан протектора коліс тощо, та корегує тиск. Цим він запобігає блокуванню коліс та проковзуванню. Перевагою двоконтурної системи є те, що тепло від гальм не передається у первинний контур. Недолік – два гідравлічних контури, що ускладнює обслуговування.
Електронно-гідравлічні
Електронно-гідравлічні системи приводу гальм є найбільш сучасними. Вони схожі на двоконтурні, але на командному контурі використовується не гідравліка, а електроніка. Педаль гальм діє на чутливий реостат (пристрій, що змінює опір електричному току). Чим сильніше ви тиснете на педаль, тим більший сигнал надходить на гальмовий комп'ютер. Комп'ютер обробляє сигнал та видає команди на виконавчий контур. Перевагою такої системи є те, що гальмова педаль може розміщуватись де завгодно і легко регулювати силу тиску на неї. У виконавчому контурі таких систем передбачено зворотній зв'язок від робочого гальмового циліндра. Цей зв'язок повідомляє гальмовому комп'ютеру силу тиску у гальмовому циліндрі. Далі комп'ютер надсилає сигнал на датчик переміщення педалі і спеціальний механізм надає педалі жорсткості з тим, щоб водій відчував силу гальмування.
Підсилювач гальм та головний циліндр
Підсилювач гальм призначений для використання потужності двигуна та/або акумулятора для підвищення сили гальмування. Оскільки сила ваших ніг обмежена, у сучасних гальмових системах використовуються підсилювачі, які дозволяють створювати більший тиск, ніж ви створите ногою.
Чотири основних типи підсилювачів є: вакуумний, повітряний, гідравлічний, електричний. Більшість авто використовують вакуумний підсилювач. У вакуумному підсилювачі при натискування на педаль гальм шток головного циліндра відкриває клапан керування вакуумом. Зворотній тиск вакууму (зазвичай від розподілювача повітря) "всмоктує" діафрагму, що знаходиться у середині пристрою підсилювача. Ця додаткова сила всмоктування допомагає вам створювати більше зусилля від педалі та, відповідно, у робочих циліндрах гальм.
На малюнку нижче показано дію підсилювача гальм для двоконтурної системи гальм, у якій один контур керує гальмами переднього лівого та правого заднього коліс, а другий – переднього правого та заднього лівого. Двоконтурність підвищує надійність роботи гальмової системи: у випадку відмови одного контуру, наприклад, розрив гальмового шланга, другий продовжує працювати, хоча гальмування буде менш ефективним.
Гідравлічний підсилювач використовує сервопривод.
Електрогідравлічні підсилювачі використовують електродвигун Електрогідравлічна система використовує електродвигун для підвищення сили тиску на педаль, а, відповідно, тиску у системі. Перевага її у тому, що система працює за наявності електроенергії навіть при заглушеному двигуні.
Недоліком вакуумного підсилювача є те, що він працює доти, доки працює двигун.
Система проти блокування гальм – ABS (Anti lock Braking Systems)
Переваги системи антиблокування полягають в тому, що вона забезпечує гальмування без сковзання окремих коліс і більший контроль руху авто. Вперше вони застосовані у 1980-х і з тих пір постійно розвиваються. Зазвичай система антиблокування має 4 кільця, 4 магнітних датчики та комп'ютер і систему керування тиском у гальмовій системі. Кільця розміщені або на колесах, або, частіше, на гальмових дисках та мають мітки-зубці.
Магнітні датчики розміщуються неподалік від кільця і змінюють магнітне поле під час проходження зубців, видаючи імпульси на проходження кожного зубця. Імпульси надходять на комп'ютер і повідомляють йому швидкість та прискорення обертання колеса.
Коли ви гальмуєте, швидкість обертання коліс падає. Комп'ютер визначає швидкість обертання кожного з коліс, і, якщо на якомусь з них вона менша, ніж на інших, послаблює тиск у відповідному робочому циліндрі гальм, зменшуючи силу тертя для того колеса, яке відстає від інших. Коли швидкості коліс зрівняються, комп'ютер дає команду на відновлення робочого тиску. Це трапляється 15-30 раз на секунду.
У старих одноконтурних антиблокувальних системах зниження тиску відбувалось одразу для усіх коліс.
Антиблокувальна система гальм та антиюзовий контроль
Більшість людей вважають, що антиблокувальна система дозволяє зробити процес гальмування швидшим та зменшити шлях гальмування. Це не так. Антиблокувальна система гальм не може запобігти юзу (сковзанню усіх коліс) вашого авто.
Юз виникає через блокування усіх коліс – колеса втрачають зчеплення з дорогою та починають ковзатити по дорожньому покриттю, авто втрачає контроль.
Подальший розвиток антиблокувальних систем гальм є у запобіганні блокуванню усіх коліс та виникненню юзу. Ці системи контролюють не тільки відносну швидкість кожного з коліс по відношенню до інших, але і швидкість обертання коліс по відношенню до швидкості переміщення авто. Такі антиблокувальні гальмові системи отримали назву Anti-Lock Brake.
Психологічний вплив ABS
Дуже багато водіїв вважають, що антиблокувальна система дає їм право їздити швидше, оскільки вони помилково вірять, що система антиблокування допоможе їм у будь-яких ситуаціях. Це з тих понять, які роблять стандарти керування авто гіршими. Зі збільшенням різних пристроїв безпеки авто багато хто з неграмотних та безвідповідальних водіїв стали керувати авто ризикованіше, оскільки вірять в те, що автомобіль з його системами захисту та бортовим комп'ютером вирішать за них більшість проблем.
Приховані властивості ABS – чого у них немає.Якщо ви погляните на статистику аварій, то більшість з них відбуваються на малих швидкостях та не ведуть до значних травм та пошкоджень. Системи ж антиблокування ABS мають "мінімальну швидкість активації", тобто, починають працювати тільки на певних швидкостях руху, і від них абсолютно ніякої користі на малих швидкостях.
Гальмові шланги – не тільки гума
Разом зі стійкістю до високого тиску, трубопроводи гальмової системи мають гнучкими та допускати деформацію. Стосовно металевих частин проблем немає, але необхідні і шланги. Шланги бувають двох основних типів:
Гумові шланги.
Ці прості гумові шланги! Тільки для гальмової системи шланги не прості.
Гальмові шланги складаються з трьох частин. Внутрішній шар є стійким до корозії та впливу гальмової рідини, виготовляється зі спеціально розроблених компаундів (зазвичай на основі PTFE / Teflon®) та призначений для утримання гальмової рідини. Навколо нього сталева сітка – вона надає міцності та дозволяє протистояти тиску та деформації. І зовнішній шар – це гума, яка захищає все, що під нею, від впливу атмосфери. Ці три шари разом надають шлангу міцності, гнучкості та стійкості.
Шланги з сталевим обплетенням.
Шланги з сталевим обплетенням відрізняються дизайном. Вони мають тільки два шари – внутрішній, який утримує гальмову рідину та виготовлений на основі PTFE-полімерів, та зовнішнє сталеве плетіння, яке надає гнучкості та міцності. Шланги з сталевим обплетенням протистоять внутрішньому тиску краще, тому любителі тюнінгу часто встановлюють їх на своїх авто. Зворотньою стороною є те, що сталеве плетіння досить жорстке і якщо воно треться по кузову автомобіля, він завдає шкоди поверхні, навіть якщо це сплав. Щоб запобігти цьому, деякі виробники шлангів вдягають на них третій шар – тонкий прозорий футляр, призначений для запобігання стиранню та протиранню.
Гальмові рідини.
Тут надамо коротку загальну інформацію. Більш детально про класифікацію ДТО, вимоги до гальмових рідин та про вибір рідини див. Гальмові рідини сучасних автомобілів.
Гальмові рідини не повинні стискуватись, повинні мати високу температуру кипіння, мають бути безпечними для матеріалів гальмової системи: гуми, сплавів, сталі тощо.
Гальмові рідини гігроскопічні – вони поглинають вологу. Це те, чому вони продаються та мають зберігатись герметично упакованими і після того, як герметичність упаковки виробника порушена, не можуть довго зберігатись без втрати своїх властивостей. Гігроскопічність є необхідністю. Так, вода, що попадає у гальмову систему з конденсату або іншим шляхом, якщо не буде поглинутою гальмовою рідиною, буде збиратись у низьких місцях. Далі, у випадку зниження температури нижче 0°С вона замерзне, утворивши пробку. Гальма перестануть діяти. Також, температура кипіння води набагато нижча, ніж гальмової рідини. Нагрів гальмової рідини і води, що накопичилась, під час гальмування призведе до закипання води і утворення парових мішків. Пар стискується і не може передавати великих навантажень – гальма втратять працездатність.
Що ж відбувається при поглинанні води гальмовою рідиною?
Зазвичай, свіжа гальмова рідина класу ДТО-4 кипить за температури 230°С, а вода – за 100°С. Коли гальмова рідина поглинає та накопичує воду, її температура кипіння знижується. Коли ж рідина закипає, утворюєтьються пари, що стискуються. Коли ви натисните на педаль гальм наступного разу, через те, що газ стиснеться, ходу педалі не вистачить для утворення потрібного для гальмування тиску.
Детальніше, точка кипіння рідини залежить від тиску (чим вище тиск, тим вище точка кипіння). Так, за тиску, який виникає коли ви тиснете на педаль гальм, точка кипіння гальмової рідини може досягати 260°C, а води – 121°C. Ви можете вважати, що це добре, оскільки тиск підвищив температуру закипання гальмової рідини. Так, але ж коли відпустите педаль і тиск впаде до нормального, температура кипіння води та гальмової рідини знизяться до звичайної і вони можуть закипіти. Симптом такого явища полягає в тому, що перше-друге гальмування проходять нормально, а на третьому-четвертому гальма перестають працювати.
Звідки нагрів?
Більшість водіїв вважають, що причиною нагріву гальмової рідини є тільки те тепло, що виділяється при гальмуванні від тертя гальмових колодок та гальмового диску або барабану. Це не зовсім так. Є й інша причина нагріву - значне підвищення тиску рідини, що, згідно законам термодінаміки, веде до підвищення температури. Дію цього закону легко перевірити - накачуючи шини ручним насосом, ви відчуєте його нагрів.
Класифікація ДОТ
Всі гальмові рідини класифікують за ДОТ. Класи ДОТ встановлюють виключно вимоги до мінімальної температури кипіння сухої та зволоженої гальмової рідини.
"Суха" гальмова рідина це та, що знаходиться у герметичній заводській упаковці, волога – містить до 10% води (вагових). Дослідження говорять, що у середньому гальмова рідина, що знаходиться у гальмовій системі, поглинає 2% води на рік.
У таблиці показано два типи гальмових рідин: глікольбазовані DOT3/DOT4/DOT5.1 (на основі Polyalkylene Glycol Ether), та синтетична DOT5, базована на сіліконі. Рідини DOT3 та DOT4 завжди сумісні та відрізняються тільки точкою кипіння. Загалом, сумісні DOT4 та DOT5.1, але змішувати їх не рекомендується. DOT3/4/5.1 не можна змішувати з DOT5 або використовувати замість неї. Змішування призведе до утворення слоїв. Використання ж силікон-базованої ДОТ-5 у гальмовій системі, що не призначена для неї, може призвести до руйнування ущільнень та сальників.
Ви також маєте знати, що силікон-базовані гальмові рідини:
– не поглинають воду.
- вони можуть руйнувати лако-фарбові покриття.
– не сумісні з більшістю антиблокувальних систем (помпи систем не призначені для роботи з ними).
- потребують використання інших, ніж для глікольбазованих рідин, матеріалів ущільнювачів та сальників, тому не можуть бути залиті замість них.
Оригінал - http://ln.com.ua/~leonty/chemical/brake_bible.htm
взнав багато чого нового.... 
: