Норма износа тормозных дисков: Тормозной диск: толщина имеет значение

Содержание

Тормозной диск: толщина имеет значение

Износ тормозного диска – процесс неизбежный

Штангенциркуля от компании ATE для замера толщины рабочей зоны тормозного диска. Подобные измерительные инструменты выпускают многие известные компании – Wurth, Biltema, отечественный «МАСТАК» и другие.

Инструмент позволяет замерять толщину рабочей зоны диска, которая, подвергаясь износу, становится постепенно тоньше, чем обод и часть диска возле обода, не участвующие непосредственно в процессе торможения. На измерительных губках инструмента имеются специальные упоры. После измерения толщины диска нониус фиксируется винтом, а прокручиванием ходового винта, проходящего через рамку микрометрической подачи, подвижная измерительная губка отводится от диска, позволяя снять штангенциркуль, не «сбивая» результатов измерения. 

Полученное значение толщины рабочей зоны следует сравнить с минимальной толщиной, допускаемой автопроизводителем. Если таких данных нет, то можно воспользоваться таблицей, приведенной в статье. 

Если толщина окажется меньше минимально допустимой, то диск надо срочно менять, поскольку слишком тонкий тормозной диск не способен эффективно рассеивать тепло и в экстремальных ситуациях может просто треснуть.

 

Однако более объективными являются результаты замеров толщины, произведенные не менее чем в четырех, а лучше в 12–15 местах окружности диска. Все измерения проводятся на одном расстоянии в 12–15 мм от края обода. Допускается, чтобы полученные значения отличались друг от друга не более чем на 0,01–0,02 мм. Для сравнения: толщина человеческого волоса – 0,06 мм.

Измеряют также толщину диска в нескольких точках условного луча, начиная от внешнего края обода и смещаясь к оси вращения. Такая серия замеров дает возможность определить степень износа и выяснить, какой будет толщина диска после его восстановления, для дальнейшей эксплуатации с помощью проточки и шлифовки.

Толщину диска измеряют микрометром, он стандартно дает точность измерения до 0,01 мм, штангенциркуль же в основном выполняет замеры с точностью до 0,1 мм, хотя встречаются и более точные, до 0,05 и даже до 0,02 мм.

Некоторые производители дисков выбивают на торце обода цифры минимально допустимой толщины в рабочей зоне. Если же подобной информации на диске нет, то желательно заглянуть в мануал машины.

 Кстати, на рабочую плоскость некоторых спортивных дисков Brembo S.p.A по специально разработанной технологии наносят два значка Brembo Easy Check. Если на рабочей части диска видны оба знака (рис. 2а), то толщина соответствует норме. Если же виден один значок (рис. 2б), значит, надо измерить диски и определить, сколько миллиметров осталось до минимума. Если же и второй значок «пропал» (рис. 2в), то диск надо поменять на новый.

Почему рабочая поверхность должна быть гладкой?

Рассмотрим ситуацию с перегревом тормозного диска. Перегрев возникает часто, особенно при езде по горным дорогам либо при полной загрузке автомобиля и движении с частыми и сильными торможениями.

Чрезмерный нагрев также может возникнуть при агрессивном стиле езды в обстоятельствах, когда водителю приходится резко и мощно тормозить. Тормозная накладка, работая в условиях экстремальных температур, теряет частично свои эксплуатационные свойства, и фрикционный материал неравномерно втирается в материал диска. Поскольку происходит это бессистемно, то и толщина диска меняется непредсказуемо, начинает пульсировать педаль тормоза и/или вся передняя часть автомобиля при торможении.

Обработку тормозного диска иногда необходимо производить даже в тех случаях, когда толщина рабочей зоны соответствует норме, но на плоскости диска появляются канавки. Они могут возникать из-за низкого качества накладок или слишком «мягкого» материала дисков. Причиной также может быть попадание в зазор между колодками и диском абразивного материала, например мелких гранитных кусочков, что часто случается при поездках по грунтовым дорогам. Образованию канавок способствует коррозионное воздействие на рабочую поверхность диска. 

Допустимая глубина канавок – 0,3–0,4 мм, а если она становится больше, необходимо выравнивать диск.  Показаны поперечное сечение вентилируемого тормозного диска (а) и тормозные колодки (б). Площадь поверхности контакта на плоскости диска, покрытого канавками, оказывается меньшей, чем площадь тормозных накладок. Из-за этого водителю приходится прикладывать большее усилие, давя на педаль тормоза.

Это может стать причиной появления в момент торможения характерных «неприятных» писков, вибрации рулевого колеса и тормозной педали. Возникают они из-за внезапных и нерегулярных изменений величины тормозного момента в момент торможения, и это несмотря на постоянное давление на педаль тормоза. Из графика следует, что изменения величины тормозного момента в первом случае могут достигать 30%, тогда как во втором случае, когда тормозные диски гладкие, без канавок, значение тормозного момента отклоняется не более чем на 2–3%.

А если толщина диска «плавает»?

Рабочая зона тормозного диска может быть незначительно изношена, но иметь различную толщину в разных точках. Вариация толщины (Disc thickness variation, или DTV) означает, что диск обладает неравномерной толщиной рабочей поверхности. Разница толщин от 0,012 до 0,015 мм может вызывать пульсацию тормозного момента, и педаль тормоза будет реагировать вибрацией при торможении.

Если «развернуть» и увеличить рабочую поверхность тормозного диска (рис. 4а), то обнаружится, что она не идеально ровная. Но это нормально, поскольку рабочая зона любого тормозного диска имеет осевое биение (рис. 4б). Важно, чтобы оно не превышало допустимое биение в 0,05 мм, иначе диск необходимо обрабатывать и выравнивать.

Когда диск работает с неправильно двигающимися, подклинивающими, колодками, нарушается зазор между колодками и диском или осевое биение превышает допустимую норму. Из-за этого со временем произойдет местное уменьшение толщины диска в рабочей зоне.

На рис. 4 d1 – это толщина рабочей зоны нового диска, а d2 – толщина диска после его эксплуатации. Разница (d1–d2) – величина максимального отклонения ширины диска. Для выравнивания рабочей поверхности эту разницу необходимо убрать механической обработкой. После токарных работ рабочая зона диска будет иметь ширину d3.

Причинами разнотолщинности могут быть осевое биение рабочей зоны, увеличенный люфт ступичного подшипника, дисбаланс колеса, непараллельность сторон тормозного диска, перемещающийся с усилием поршень в тормозном цилиндре. Пульсирующий тормозной момент также может быть связан с использованием тормозных колодок низкого качества, значительным износом деталей тормозных цилиндров. Вибрации, возникающей при изменении тормозного момента, способствуют увеличенные люфты в подвеске, а также некачественно отрегулированная геометрия установки колес на данной оси.

Как увеличить срок службы диска?

Чтобы предотвратить чрезмерный износ тормозного диска, нужно следовать рекомендациям автопроизводителя, избегать резкого и мощного торможения, использовать только те диски и колодки, которые соответствуют условиям и манере вождения. При замене изношенного диска следует менять оба диска, установленные на одной оси.

При замене диски оснащаются новыми комплектами колодок, так как использование с новыми дисками старых колодок, пусть даже с невыработанным ресурсом, не гарантирует, что на дисках в скором времени не появятся канавки и борозды, значительно ухудшающие тормозные характеристики автомобиля.

Для успешной и долгой работы тормозной системы новые диски и колодки следует правильно обкатать. Как правило, для этого достаточно 10–15 раз затормозить, снижая плавно скорость со 100 до 10 км/ч, от торможения к торможению усиливая интенсивность выполнения операций и чередуя торможения с короткими периодами остывания механизма. При этом желательно распланировать выполнение всех действий таким образом, чтобы до конца процесса обкатки тормозов автомобиль не останавливался полностью, поскольку диск и колодки чрезвычайно нагреты и даже при короткой остановке фрикционный материал колодки может оставить выступающий след на плоскости диска, что крайне нежелательно. Вред этого явления описывался выше. Если же автомобиль не останавливается, то высокая температура только укрепит все слои материала фрикционных накладок, увеличив их эксплуатационный ресурс.

Как определить износ тормозных дисков?

Тормозные диски, являясь важнейшей частью тормозной системы любого автомобиля, к сожалению, подвержены быстрому износу в силу постоянной интенсивной нагрузки на них. А износ тормозного диска — это прямая угроза безопасности движения.

Что влияет на износ тормозных дисков?

Для того, чтобы предвосхитить вопросы автомобилистов о том, какой должен или может быть допустимый износ тормозных дисков, ответит таким образом. У каждого производителя существуют свои цифровые параметры предельно допустимого износа тормозных дисков и колодок.

Существуют соответствующие таблицы для марок и моделей одной марки (бывает и такое). Это связано в первую очередь с мощностью двигателя, массой авто и вытекающими отсюда последствиями в виде физических сил действующих на автомобиль во время торможения.

Материалы изготовления. В первую очередь на заводские значения износа тормозных дисков влияет материал изготовления тормозных дисков. Традиционные тормозные диски изготавливаются из чугуна, но современные технологии позволили делать также диски из карбона (углепластик) и керамики. Это фактор объективный. Далее идут субъективные факторы, влияющие на степень износа тормозных дисков.

Механические факторы: пробег автомобиля, наличие качественных тормозных колодок. Некачественные тормозные колодки приводят к неравномерному износу тормозного диска и появлению на нем «задиров». В этом случае требуется ремонт тормозной системы: проточка тормозного диска, перед заменой колодок.

Условия эксплуатации авто. В большей степени – это фактор, зависящий от человека-водителя. Например, в зимний период эксплуатации вполне реально привести тормозной диск к деформации. При движении в любом случае происходит нагрев диска, и если вы въезжаете в лужу с водой, а на улице все же низкая температура, то от резкого перепада температур происходит деформация тормозного диска. И если это происходит периодически, то проточки, либо замены тормозного диска вам не избежать.

Стиль вождения. По среднестатистическим цифрам тормозной диск должен служить 100 – 150 тыс. км. пробега. Но, некоторые водители уже на 6-15 тыс. км могут смело обращаться на СТО – полный износ диска в результате т.н. «шумахеровского» стиля: разгон торможение и цикл повторяется. Экстренные торможения – прямой путь к быстрому износу тормозного диска.

Как определить износ тормозных дисков в период эксплуатации

Существуют нормы традиционного поведения автомобиля, которые указывают на то, что износ тормозных дисков уже произошел, и нужно обратить на них особое внимание: лично или на сервисе.

Первые симптомы износа тормозных дисков:

  • При нажатии на педаль происходит блокировка тормозов;
  • Характерный скрежет во время торможения;
  • Вибрация, рывки и лишние звуки во время торможения:
  • Визуально наблюдаемые сколы, трещины на тормозных дисках.

Вы можете произвести диагностику и определить степень износа тормозных дисков самостоятельно, при помощи штангенциркуля. И проверить допустимый износ тормозных дисков, глядя в таблицу или в Руководство по эксплуатации для своей марки (модели) авто.

Определение износа тормозных дисков можно произвести прямо в гараже, предварительно сняв колёса. Следующим шагом может быть: либо замена тормозных дисков своими руками, либо поход в сервис.

Такие погрешности, как: неравномерная толщина тормозного диска или неравномерный износ, можно исправить при помощи проточки тормозных дисков. А вот «коробление» диска – это, скорее всего, требуется замена. В зависимости от нарушения плоскости тормозного диска.

Удачи вам, любители своего автомобиля.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

как определить максимальный и допустимый

Любой здравомыслящий водитель стремится поддерживать свой автомобиль в исправном состоянии, уделяя внимание не только его ходовым характеристикам, но и тормозной системе. Тормоза должны моментально откликаться на нажатие педали и срабатывать именно с той интенсивностью, которая предусмотрена при разработке автомобиля.

Скорость торможения автомобиля напрямую зависит от исправности тормозных колодок и дисков. В результате силы трения, возникающей между деталями, машина останавливается. Чтобы максимально продлить срок службы колодок и дисков, они изготавливаются из прочных материалов. Несмотря на это, детали остаются подвержены износу. Водитель обязан следить за состоянием тормозных дисков и тормозных колодок, а также уметь определять, когда требуется их замена.

Рекомендуем прочитать: 
Как определить износ тормозных колодок

Как узнать минимальную толщину тормозных дисков

При покупке новых тормозных дисков для автомобиля, водитель должен ориентироваться на рекомендации по выбору делали, выданные производителем. Приобретая качественные тормозные диски, можно быть уверенным, что они не разлетятся при торможении без видимых причин.

Согласно международным правилам производства тормозных дисков легковых автомобилей, компании, выпускающие их, обязаны гравировать на них информацию о максимально допустимом износе. Чтобы определить максимальный износ тормозного диска, необходимо внимательно изучить его торцевую часть. На ней указывается информация об исходной толщине детали, а также о минимальной толщине, при достижении которой производитель рекомендует отказаться от эксплуатации диска, и он больше не отвечает за качество торможения.

Обратите внимание: Когда тормозные диски изготовляются без соблюдения международных правил, на них можно не обнаружить информацию о толщине и максимально допустимом износе. Эксплуатация таких дисков запрещена из соображений безопасности. Крайне рекомендуется приобретать тормозные диски у сертифицированных продавцов и от проверенных брендов.

Как определить износ тормозных дисков

Однозначно сказать, сколько километров пробега прослужат водителю тормозные диски невозможно. Связано это не только с качеством изготовления самих дисков, но и с другими факторами – стилем вождения машины, состоянием тормозных колодок и тормозной системы в целом, климата, в котором эксплуатируется автомобиль, состояния дорог и прочих. Именно поэтому водитель должен самостоятельно время от времени диагностировать износ тормозных колодок.

Чтобы провести диагностику тормозного диска на предмет повышенного износа, необходимо снять колесо. Далее диагностика выполняется в два этапа:

  • Измерительный. Чтобы замерить толщину тормозного диска лучше использовать штангенциркуль. С его помощью в 6-8 точках по кругу замеряется толщина тормозного диска. Далее, ориентируясь на информацию о максимальном износе детали, нужно определить, пригодна ли она для дальнейшего использования.
  • Визуальный. При замере толщины тормозного диска необходимо также осмотреть его визуально на наличие глубоких порезов, царапин, сколок, вмятин и других дефектов, которые могут сказаться на работе тормозной системы. Если повреждение найдено, потребуется замена тормозного диска.

Важно: Не забывайте, что замена тормозных дисков производится попарно для одной оси.

Проверить состояние тормозных дисков можно и в процессе движения автомобиля. Если деталь сильно изношена, возникнут следующие симптомы, указывающие на необходимость ее замены:

  • Торможение автомобиля происходит рывками;
  • Слышен скрежет, скрип и другие посторонние шумы в процессе торможения машины;
  • При торможении наблюдается биение руля и педали тормоза;
  • Во время нажатия на педаль происходит блокировка тормозов.

Лучше не дожидаться симптомов, описанных выше, а регулярно производить в гараже диагностику тормозного диска – измерительную и визуальную. Производители автомобилей советуют это делать через каждые 10-15 тысяч пробега, при отсутствии явных симптомов неисправности.

Загрузка...

Какой допустимый износ тормозных дисков? Советы и рекомендации автолюбителям

Зачастую автолюбителей не интересует вопрос, связанный с тормозными дисками, пока не возникнут определенные неполадки. Какой допустимый износ тормозных дисков – это тот параметр, который должен определить для своего автомобиля каждый его владелец.

Почему так важно следить за состоянием тормозных дисков?

Диски и колодки подвергаются высокой нагрузке в процессе езды. Как и любая другая деталь автомобиля, они имеют свойство изнашиваться. Это в свою очередь может сказаться на общей безопасности и надежности транспортного средства. Следовательно, каждый автолюбитель должен вычислить важнейший параметр для того, чтоб на дороге не приключилось ничего серьезного.

Тормозной диск, покрытый эрозиями

Что влияет на износ тормозных дисков?

Узнать, какой допустимый износ тормозных дисков, на первый взгляд, не так уж и сложно, ведь практически каждый производитель прописывает этот коэффициент для конкретной модели автомобиля. При расчетах учитывают массу модели, мощность мотора и прочие параметры. Однако трудности возникают при прогнозировании предельного пробега, через который придется проводить смену дисков. На все это воздействуют весьма субъективные факторы:

  • Условия эксплуатации автомобиля – постоянная езда по лужам во влажную погоду деформирует разогретый диск и провоцирует неравномерный износ.
  • Использование низкокачественных колодок.
  • Механические факторы – срок службы дисков порадует своей продолжительностью, если они изготовлены из керамики, карбона или стали. Ранее при изготовлении использовался чугун, который чаще подвергался износу.
  • Стиль езды автомобилиста – резкая смена торможения и разгона существенно сокращает срок службы дисков.
Тормозной диск, после длительного использования

Как определить допустимый износ тормозных дисков?

Личные ощущения нередко помогают автолюбителям определить, что что-то не так с их тормозной системой. Не всегда для диагностики понадобятся специальные инструменты или поездка в сервис.

Об износе дисков свидетельствуют:

  • трещинки и выемки значительной величины на самих дисках;
  • ривки, наличие скрежета, вибраций во время осуществления торможения.

Если вы систематически прослеживаете подобные проявления, то пора задуматься над тем, какой допустимый износ тормозных дисков у вашего железного коня.

Ремонт нельзя откладывать, если после соответствующей диагностики были обнаружены внешние повреждения. Также очень осторожным нужно быть в том случае, если в момент торможения появляются шумы, авто дергается и не слушается.

Окончательно убедиться в подозрениях помогут определенные измерения. Захватите с собой руководство пользователя – здесь должен быть указан срок службы дисков, а также рекомендуемые параметры. Также берем штангенциркуль для того, чтоб проверить толщину указанного диска. Полученные значения сравниваем с начальными. Помните о следующем:

  • величина трещин должна быть меньше 0,01 мм;
  • разница между изношенным и новеньким диском не должна быть более 2-3 мм.
Трещина на диске

Допустимый износ передних и задних тормозных дисков

Существует сразу два понятия – допустимый износ передних тормозных дисков и допустимый износ задних. При этом в измерениях каждого имеются свои отдельные нюансы.

Для того, чтоб узнать допустимый износ передних тормозных дисков, необходимо обзавестись штангенциркулем в случае, если вы решили проводить данную операцию самостоятельно. Тогда понадобится защемить диски передней частью. Измеряется этот показатель по значениям, указанным в мануале автомобиля или на торце. Каждый из производителей прописывает эти данные индивидуально для каждой марки. Толщину можно узнать и на СТО, где воспользуются микрометром. По внутреннему расстоянию происходит проверка допустимого износа задних тормозных дисков. Важно помнить, что в обоих случаях замеры проводятся в нескольких точках, ведь стирание является зачастую неравномерным.

При таком износе зачастую возникает характерное биение. Имеется особый прибор, который уловит минимальные колебания этого явления.

Советы по эксплуатации тормозных дисков

Проблемы с тормозной системой могут возникнуть преждевременно. И зачастую в этом виноват сам водитель. В первую очередь проанализируйте свой стиль вождения. Возможно, вы любитель резкого торможения, а ведь именно это неблаготворно сказывается на сохранности указанных деталей.

Попробовать восстановить представленный элемент можно самостоятельно, если повреждения являются не такими и значительными. От мелких трещин и признаков деформации поможет избавиться проточка. В хозяйстве специальное оборудование заменяет напильник. Проточка – это снятие равномерной полоски металла со всех сторон диска.

Однако все же стоит помнить о здоровье своих близких – большие повреждения подвергают опасности и вас, и вашу семью.

Износ тормозных дисков - какой допустимый?

Как и тормозные колодки, диски также являются важной частью тормозной системы и тоже подвержены постоянному износу. Необходимо знать, как правильно производится диагностика тормозных дисков, чтобы своевременно принимать соответствующие меры, так как это является залогом безопасности водителя и пассажиров.

Как определяется износ тормозных дисков?

Диагностика тормозной системы – дело достаточно дорогое и по карману не каждому. Тем не менее, износ тормозных дисков можно определить самостоятельно, так как в руководстве по эксплуатации автомобиля есть соответствующие нормы.

Есть ряд определенных факторов, ускоряющих нормальный износ тормозных дисков. Вот некоторые из них:

  • Дешевые и некачественные тормозные колодки. Чаще всего, приобретаются ради экономии, а их производитель либо не известен, либо китайский.
  • Плохое качество тормозных дисков. Если диск изготовлен при не соблюдении правильности технологии, то его износ может возрасти в несколько раз. Обращайте особое внимание при покупке тормозного диска, он должен быть ровным и не иметь бугров и царапин.
  • Агрессивная езда. Слишком резкое и частое торможение также может привести к ускоренному износу тормозного диска. Такое случается, в основном, в городах с большим количеством светофоров, где постоянное торможение и ускорение – это обычное явление.

Для определения неисправности диска можно пользоваться тремя основными методами:

1. Во время движения обратить внимание на поведение автомобиля при торможении. Если педаль тормоза начинает вибрировать, а в районе колес появляется неприятный шум, то тормозной диск уже достаточно изношен.

2. Демонтировать тормозной диск и визуально провести оценку его состояния. Если диск неисправен, то на нем будут видны трещины, глубокие царапины, различные бугорки и впадины. Эксплуатация тормозов с таким диском может стать вполне опасной.

3. Последний способ выполняется в случае, когда первые два теста не помогли определить неисправность. Для этого толщина диска измеряется с помощью штангенциркуля и сравнивается с нормируемыми значениями. Допустимый износ тормозных дисков может быть указан в руководстве по эксплуатации автомобиля или в техническом пособии к самому тормозному диску.

Видео - Причины неравномерного износа тормозного диска

Что делать, если тормозной диск не соответствует техническим нормам?

Первое, что приходит нам ум любому, более-менее, опытному автолюбителю – это расточка тормозного диска. Данная процедура является самой экономной, так как расточить диск намного дешевле приобретения нового диска. Тем не менее, такая экономия может очень плохо сказаться на эффективности тормозной системы. Дело в том, что при уменьшении толщины тормозного диска он становится тоньше, что повышает его хрупкость. В конечном итоге он разрушается, и тормоза теряют свои свойства, ставя под угрозу жизнь и здоровье всех, кто находится в автомобиле.

Расточка дисков подходит, в основном, в тех случаях, когда толщина диска подобна толщине новой детали, но на нем имеются различные канавы и бугры. Таким образом, расточка ровняет поверхность диска и снова делает тормозной диск пригодным.

Внимание! Расточка слишком сильно изношенных дисков не допустима!

Перед проведением расточки, необходимо избавиться от причины, которая вызвала искривление диска. Ведь какой смысл растачивать диск, если он будет постоянно деформироваться? Среди причин неправильного износа диска, первое место занимают тормозные колодки. Их низкое качество и неправильная установка гарантируют вам поломку тормозной системы. На втором месте можно выделить только качество изготовления диска.

Если вы все же решились заменить тормозные диски, то меняйте их на обеих осях. Старайтесь не экономить на их качестве и внимательно осматривайте перед покупкой.

Избегайте агрессивной езды и «катания» на нейтральной передаче, это два злых врага тормозных дисков и колодок. На спусках рекомендуется применять торможение двигателем, если обороты не слишком большие.

Вот так осуществляются диагностические и ремонтные мероприятия в отношении тормозных дисков. Обслуживание тормозной системы – это ответственное дело, поэтому старайтесь уделить ему максимум внимания. 

При каком износе нужно менять тормозные диски

В перерывах между плановыми ТО за состоянием тормозной системы должен следить владелец машины. Самостоятельно оценить износ тормозных колодок и дисков (барабанов) с помощью нашей инструкции сможет любой.

Предельная толщина износа

Каждый тормозной диск имеет свой ограниченный ресурс. Он задан производителем с завода, и на износ ресурса влияет пробег, интенсивность торможения, состояние всей тормозной системы, характерные особенности самого транспортного средства и пр.

Покупая новый комплект тормозных дисков для своей машины, водитель должен обязательно отталкиваться от рекомендаций автопроизводителя. Потому сначала смотрим в руководство по эксплуатации, либо же по удобным каталогам, отталкиваясь от характеристик именно своей машины, подбираем деталь через Интернет. Если взять качественный комплект от проверенного изготовителя, можно быть уверенным в том, что износ не наступит очень быстро, а при резком торможении автомобиль точно остановится, как вы и рассчитывали. Это же касается и покупки новых колодок.

Существуют международные нормы и стандарты по производству таких компонентов для легковых авто. Они обязывают всех изготовителей обязательно делать соответствующую гравировку или маркировку на изделиях.

Суть гравировки заключается в том, чтобы обозначить информацию, которая касается максимально допустимой степени износа.

Есть такое понятие как толщина тормозного диска. А для него предусмотрен определенный максимальный износ.

Для получения соответствующей информации следует взглянуть на торцевую часть изделия. Именно там, согласно международным стандартам, все изготовители сертифицированных деталей обязаны наносить данные, касающиеся износа тормозной детали. Здесь должна располагаться информация про исходную толщину, а также о том, какая толщина считается минимальной. Как только диск достигает этого значения, он подлежит обязательной замене. Фактически производитель тем самым снимает с себя ответственность. Если водитель стер диск ниже нормы, из-за чего угодил в аварию, обвинить в этом производителя тормозов или автокомпанию он не сможет.

Тут есть интересная особенность. При возникновении вопроса о том, когда менять диски торможения, многие заглядывают на торцевую сторону старого изделия, но ничего там не обнаруживают.

Подобное встречается, но только на изделиях, которые не прошли сертификацию или являются подделкой. Покупать подобные детали без информации об износе категорически не рекомендуется.

Признаки износа тормозных дисков

Определить износ дисков по косвенным признакам, то есть, по поведению автомобиля достаточно сложно. Однако имеет смысл проверить толщину дисков в следующих случаях:

  • Изменения в поведении педали. В частности, сильный провал. Однако этот признак может указывать и на другие проблемы с элементами тормозной системы — износ тормозных колодок, поломка тормозного цилиндра, снижение уровня тормозной жидкости. Тем не менее проверить следует проверить и состояние тормозных дисков, в том числе их износ.
  • Вибрация либо рывки при торможении. Такие симптомы могут возникнуть по причине перекоса, кривизны либо по причине неравномерного износа тормозного диска. Однако при этом нужно проверить и состояние тормозных колодок.
  • Биение на руле. Одной из распространенных причин в таком случае — глубокие борозды износа, перекос диска либо его деформация. Проблемы могут быть также по причине износа или повреждения тормозных колодок.
  • Свистящие звуки при торможении. Обычно они возникают при повреждении либо износе тормозных колодок. Однако при выходе из строя последних велика вероятность, что металлическая основа колодок может повредить и сам диск. Поэтому желательно проверить его общее состояние и износ.

При возникновении одного или нескольких из перечисленных выше дефектов необходимо обязательно проверить исправность работы тормозной системы, а также оценить состояние ее элементов, в том числе обратить внимание на износ тормозных дисков.

Неисправности Залипание дисков Занос автомобиля при торможении Свист тормозов Вибрация руля в процессе торможения Рывки в процессе торможения
Что сделать
Заменить тормозные колодки
Проверить работу тормозного суппорта. Проверить поршни и направляющие на коррозию и наличие смазки
Проверить толщину и общее состояние тормозного диска, наличие биения при торможении
Проверить состояние фрикционных накладок на колодках
Проверить ступичные подшипники. Проверить состояние механизмов рулевого управления, а также подвески
Проверить шины и диски колес

Проверка новой тормозной системы

Примечание: Следует моментально «обкатать» новую тормозную систему. Для этого необходимо совершить пробег в 500 километров. Процесс торможения следует производить плавно, без каких либо резких движений. Если проигнорировать данное правило, возникают дефекты тормозных дисков. Они возникают в процессе перегрева.

Ваз 2110 передние тормозные диски

Следует заметить, что большинство современных автомобилистов даже не задумываются о моменте смены тормозных дисков. Они не могут самостоятельно определить подходящий момент. Потому, следует знать несколько основных показателей, которые укажут на близость данного ремонта:

  • Следует обратить внимание на толщину вентилируемого диска. Его нормальное состояние и показатели должны быть равны 17 миллиметрам.
  • Не вентилируемый диск имеет свой показатель, который не должен превышать 10 миллиметров.
  • Постоянно обращать на показатель биения, который не должен превышать 0,15 миллиметров.
  • Доверять измерение показателей специалистам. Самостоятельное измерение может не дать точных результатов.
  • Обращать внимание на поверхность диска. Если на нем имеется различные повреждения, следует немедленно заменять тормозную систему.

Почему износ колодок может ускориться?

Важно помнить о тяжелых условиях эксплуатации, например, движение по горным серпантинам или участие в любительских гонках. В таких режимах у исправной тормозной системы внутренняя колодка может начать стачиваться в разы быстрее внешней. Нечто подобное когда-то случилось и с моей машиной. При повседневной езде износ колодок на седане Volkswagen Jetta последнего поколения был равномерным. Это усыпило мою бдительность, и я перестал следить за состоянием внутренних накладок. После участия в двух этапах спринтов (далеко не самых тяжелых для техники) оказалось, что внутренние колодки почти полностью стерлись. Особенно сильно это проявилось на левом колесе. Повезло, что дело не дошло до задиров на тормозных дисках!

Также не забывайте, что если, к примеру, вы проехали 30 000 км и износ передних колодок составил около 50%, то это еще не значит, что их хватит до 60 000 км. Чем меньше толщина накладки, тем быстрее происходит ее дальнейший износ. Ведь те же порции тепловой энергии от трения воспринимает уже менее «жирная» тормозная колодка.

Какой износ тормозных дисков

Любой автовладелец должен знать, какой износ тормозных дисков допустимый, при котором их еще можно безопасно эксплуатировать, а какой уже предельный, и стоит сменить диски.

Дело в том, что при превышении максимального износа тормозных дисков существует вероятность возникновения аварийной ситуации. Так, в зависимости от конструкции тормозной системы тормозной поршень может либо заклинить, либо он попросту вывалиться из своего посадочного места. А если это случится на большой скорости — это очень опасно!

Допустимый износ тормозных дисков

Итак, какой допустимый износ тормозных дисков? Нормы износа тормозных дисков прописывает каждый производитель. Данные параметров зависит от мощности двигателя автомобиля, размера и вида тормозных дисков. Предельный износ будет отличаться для различных типов дисков.

Например, толщина нового тормозного диска для популярного автомобиля Шевроле Авео составляет 26 мм, а критический износ наступает при снижении соответствующего значения до 23 мм. Соответственно допустимый износ тормозного диска составляет 24 мм (по одной единице с каждой из сторон). В свою очередь производители дисков наносят информацию о пределе износа непосредственно на рабочую поверхность диска.

Делается это одним из двух методов. Первый — непосредственная надпись на ободке. Например, MIN. TH. 4 мм. Другой метод — метка в виде выемки на торцевой части диска, но с внутренней ее стороны (чтобы колодка не чиркала по ней). Как показывает практика, второй метод удобнее, поскольку при увеличении износа вплоть до критического диск начинает тормозить рывками, что будет наглядно ощущаться водителем при торможении.

Допустимый износ тормозных дисков считается таким который не превысил 1-1,5 мм

, а уменьшение толщины диска

на 2…3 мм от номинальной толщины

будет уже предельным! Что касается барабанных тормозных дисков, то у них по мере своего износа они не уменьшаются, а увеличиваются в своем внутреннем диаметре. Поэтому чтобы определить какой у них износ нужно проверять внутренний диаметр и смотреть, чтобы он не превышал допустимые нормы. Максимально допустимый рабочий диаметр тормозного барабана выштампован на его внутренней стороне. Как правило это 1-1,8 мм.

На многих ресурсах в интернете и в некоторых автомагазинах указывается, что износ тормозного диска не должен превышать 25%. На самом же деле износ ВСЕГДА измеряется в абсолютных единицах, то есть, в миллиметрах! Для примера приведем таблицу, аналогичную тем, которые приводятся для различных автомобилей в их технической документации.

Название параметра Значение, мм
Номинальная толщина тормозного диска 24,0
Минимальная толщина диска при максимальном износе 21,0
Максимально допустимый износ одной из плоскостей диска 1,5
Максимальное значение биения диска 0,04
Минимально допустимая толщина фрикционной накладки тормозной колодки 2,0

Почему так важно следить за состоянием тормозных дисков?

Диски и колодки подвергаются высокой нагрузке в процессе езды. Как и любая другая деталь автомобиля, они имеют свойство изнашиваться. Это в свою очередь может сказаться на общей безопасности и надежности транспортного средства. Следовательно, каждый автолюбитель должен вычислить важнейший параметр для того, чтоб на дороге не приключилось ничего серьезного.

Тормозной диск, покрытый эрозиями

Задние тормозные диски, когда нужно менять задние тормозные диски

Задние тормозные диски необходимо заменить, если вы заметили, что тормозной путь увеличен, транспортное средство уходит в сторону при торможении, снизился уровень тормозной жидкости, стала мягкой педаль тормоза, а также, если они изношены до допустимого минимума, деформированы или повреждены.

Что делать категорически запрещено

Некоторые автолюбители в целях экономии практикуют установку накладок на диски для восстановления их изначальной (заводской) толщины. Подобного делать нельзя, так как плотность фиксации недостаточная, накладка будет вращаться.

В конечном итоге это приведет к заклиниванию суппорта, блокировке колеса, обрыве контура. На средних и высоких скоростных режимах не исключена авария.

Скрипы и посторонние звуки

Еще один простой способ понять, что стоит уделить внимание тормозам – возникновение нехарактерных для тормозов звуков.
Исправные тормоза “шелестят”, неисправные будут могут создавать еще и звуки, похожие на глухой скрежет металла об металл. Тогда проверить надо не только износившиеся колодки, но и сами диски.

Нужно так же помнить, что причина может быть в неисправности тормозных суппортов. Со временем и они могут подклинивать, а неприятный звук будет даже на исправных дисках и колодках.

Новая и старая тормозные колодки

Новая и старая тормозные колодки

Как заменить тормозные диски на ВАЗ 2110-ВАЗ 2112?

Примечание! Рекомендуем производить замену тормозных дисков парами, потому что при установке двух новых дисков на оба колеса, машина во-первых тормозит нормально и её не уводит в сторону и во-вторых они изнашиваются равномерно, тем самым эффективность тормозной системы гораздо уменьшается, заменив диск только лишь с одной стороны, результата практически никакого не даст если с другой стороны тормозной диск будет изношен, а наоборот усугубит ситуацию, потому что во время торможения, новый диск на много быстрее будет останавливать колесо, чем старый, из-за этого машину в сторону будут тянуть постоянно!

Снятие: 1) Чтобы снять тормозной диск, нужно будет сперва снять тормозной суппорт (Указан красной стрелкой, как его снять читайте в статье: «Замена тормозного суппорта на ВАЗ 2109») и положить его либо на рычаг как это на фото ниже показано, либо подвесить за проволоку или за верёвку к пружине (Это гораздо лучше, потому что с рычага суппорт упасть может и тормозной шланг порвётся из-за этого), после чего вам остаётся только лишь следить за состоянием тормозного шланга (Указан синей стрелкой) он не должен быть слишком натянут, а из-за этого он тоже может порваться, в связи с чем ещё и шланг менять придётся и прокачивать тормозную систему, а это уже лишняя работа и лишняя трата денег (Тормозную жидкость в этом случае купить нужно будет) и времени.

2) Когда суппорт будет снят, переходите к зачистке тормозного старого тормозного диска, зачищается он при помощи металлической щётки и особое внимание обратите на то место, где диск со ступицей крепится (Это место указано синей стрелкой), данное место кроме зачистки, ещё проникающей смазкой WD-40 обработайте, но только колпачок пластмассовый снять не забудьте при помощи отвёртки (Его на фото отлично видно, если посмотреть на синюю стрелку, то можно подумать что она и на него направлена тоже) и вот когда все операции будут завершены, выкрутите две направляющих шпильки (Указаны красными стрелками) крепления тормозного диска (При этом диск удерживайте проворачивания) и снимите после чего изношенный диск с автомобиля, потянув руками его на себя для этого.

Примечание! Если диск руками со своего посадочного места не будет сниматься, воспользуйтесь молотком и при помощи него и при помощи деревянной проставки, ударьте пару раз по центральной части тормозного диска, где он со ступицей крепится, как это на фото ниже показано, но только на том фото допускаются грубые нарушения, во-первых деревянная проста не подложена, во-вторых используется металлический молоток который попросту и диск разбить может и ступицу повредить если будут очень сильные удары (Если у вас есть резиновый молоток, то деревянную проставку можете даже и не ставить), таким образом вы собьёте всю ржавчину и тормозной диск можно будет легко снять с автомобиля и ещё кой что, не стоит бить по тыльной стороне тормозного диска и вообще по всей его рабочей поверхности, потому что может не только он повредится, а опять же повторимся, ступица и поэтому просто не рекомендуем, но если всё же собрались (Диск например вообще не снимается), то про проставку не забудьте или резиновый молоток вам в помощь!

Установка: Установка нового диска осуществляется в обратном порядке снятию, от грязи и ржавчины перед его установкой очистите ступицу, а именно посадочное место у ступицы на которое диск устанавливается и ещё данное место пластичной смазкой смажьте (Если она есть, если нет тогда приобретите в автомагазине, благодаря этой смазки посадочное место не будет сильно царапаться, потому что она трение снижает и тем самым изнашиваться детали будут меньше).

Дополнительный видео-ролик: Для замены тормозных дисков, прочтения данной статьи вам будет недостаточно чтобы запомнить как они снимаются, понять то вы поймёте, но вот если запомнить захотите, то в таком случае просмотрите видео-ролик ниже, вить благодаря увиденному наш мозг запоминает гораздо лучше информацию, чем просто прочитав её и понять попытавшись.

Примечание! Если вы стоите перед выбором какой же диск купить для автомобиля, рекомендуем вам ознакомится с поучительным видео-роликом ниже, в котором рассказывается об двух типах дисках и говорится как их можно отличить друг от друга и какой лучше приобретать при покупке в автомагазине!

Как определить допустимый износ тормозных дисков?

Личные ощущения нередко помогают автолюбителям определить, что что-то не так с их тормозной системой. Не всегда для диагностики понадобятся специальные инструменты или поездка в сервис.

Об износе дисков свидетельствуют:

  • трещинки и выемки значительной величины на самих дисках;
  • ривки, наличие скрежета, вибраций во время осуществления торможения.

Если вы систематически прослеживаете подобные проявления, то пора задуматься над тем, какой допустимый износ тормозных дисков у вашего железного коня.

Ремонт нельзя откладывать, если после соответствующей диагностики были обнаружены внешние повреждения. Также очень осторожным нужно быть в том случае, если в момент торможения появляются шумы, авто дергается и не слушается.

Окончательно убедиться в подозрениях помогут определенные измерения. Захватите с собой руководство пользователя – здесь должен быть указан срок службы дисков, а также рекомендуемые параметры. Также берем штангенциркуль для того, чтоб проверить толщину указанного диска. Полученные значения сравниваем с начальными. Помните о следующем:

  • величина трещин должна быть меньше 0,01 мм;
  • разница между изношенным и новеньким диском не должна быть более 2-3 мм.

От чего зависит износ тормозных дисков

Степень износа тормозных дисков зависит от многих факторов. Среди них:

  • Стиль вождения автолюбителя. Естественно, что при частых резких торможениях происходит чрезмерный износ диска и износ тормозных колодок.
  • Условия эксплуатации машины. В горной либо холмистой местности тормозные диски изнашиваются быстрее. Это объясняется естественными причинами, поскольку тормозная система таких автомобилей используется чаще.
  • Тип трансмиссии. У автомобилей с механической коробкой передач диски, как и колодки, изнашиваются не так быстро. И наоборот у автомобилей, оснащенных автоматической трансмиссией либо вариатором износ диска происходит быстрее. Объясняется это тем, что для остановки машины с АКПП водитель вынужден пользоваться исключительно тормозной системой. А машину с «механикой» зачастую можно притормозить за счет двигателя.
  • Тип тормозных дисков. В настоящее время на легковых автомобилях используются следующие типы тормозных дисков: вентилируемые, перфорированные, диски с насечками, а также сплошные. Каждый из перечисленных типов имеет свои преимущества и недостатки. Однако как показывает практика быстрее всего выходят из строя сплошные диски, а вентилируемые и перфорированные — ходят дольше.
  • Класс износостойкости. Он напрямую зависит от цены и указанного выше типа диска. Многие производители вместо класса износостойкости просто указывают минимальный пробег для автомобиля, на который рассчитан тормозной диск.
  • Жесткость тормозных колодок. Чем более мягкая тормозная колодка — тем она в более щадящем режиме работает с диском. То есть, ресурс диска увеличивается. При этом торможение автомобиля будет более плавным. И наоборот, если колодка жесткая, то она быстрее изнашивает диск. Торможение при этом будет более резким. В идеале желательно, чтобы класс жесткости диска и класс жесткости колодки совпадали. Это продлит ресурс не только тормозного диска, но и тормозных колодок.
  • Масса автомобиля. Обычно на более крупные автомобили (например, кроссоверы, внедорожники) устанавливают диски с большим диаметром, а их тормозная система является более усиленной. Однако в данном случае указывается, что у загруженного автомобиля (то есть, перевозящего дополнительный груз или буксирующего тяжелый прицеп) тормозные диски изнашиваются быстрее. Это объясняется тем, что для остановки груженного автомобиля необходимо большее усилие, возникающее в тормозной системе.
  • Качество материала диска. Зачастую дешевые тормозные диски сделаны из некачественного металла, который быстрее истирается, а также может со временем иметь дефекты (искривления, наплывы, трещины). И соответственно, чем качественнее металл, из которого сделан тот или иной диск — тем дольше он прослужит до замены.
  • Исправность тормозной системы. Такие неисправности, как проблемы с рабочими цилиндрами, направляющими суппортов (в том числе отсутствие в них смазки), качество тормозной жидкости может повлиять на быстрый износ тормозных дисков.
  • Наличие антиблокировочной системы. Система АБС работает по принципу оптимизации усилия, при котором колодка давит на тормозной диск. Поэтому это продлевает срок эксплуатации как колодок, так и дисков.

Обратите внимание, что обычно износ передних тормозных дисков всегда превышает износ задних так как на них оказывается значительно большее усилие. Поэтому ресурс передних и задних тормозных дисков разный, но при этом и разные требования к допуску износа!

В среднем же, для стандартного легкового автомобиля, используемого в городских условиях, проверку диска необходимо выполнять примерно через каждые 50…60 тысяч километра пробега. Следующий осмотр и замер износа делают в зависимости от процента износа. Многие современные диски для легковых автомобилей легко работают на протяжении 100…120 тысяч километров пробега при средних условиях эксплуатации.

Допустимый износ передних и задних тормозных дисков

Существует сразу два понятия – допустимый износ передних тормозных дисков и допустимый износ задних. При этом в измерениях каждого имеются свои отдельные нюансы.

Для того, чтоб узнать допустимый износ передних тормозных дисков, необходимо обзавестись штангенциркулем в случае, если вы решили проводить данную операцию самостоятельно. Тогда понадобится защемить диски передней частью. Измеряется этот показатель по значениям, указанным в мануале автомобиля или на торце. Каждый из производителей прописывает эти данные индивидуально для каждой марки. Толщину можно узнать и на СТО, где воспользуются микрометром. По внутреннему расстоянию происходит проверка допустимого износа задних тормозных дисков. Важно помнить, что в обоих случаях замеры проводятся в нескольких точках, ведь стирание является зачастую неравномерным.

При таком износе зачастую возникает характерное биение. Имеется особый прибор, который уловит минимальные колебания этого явления.

Чем отличаются барабанные тормоза от дисковых?

Один из недостатков барабанных механизмов в сравнении с дисковыми — отсутствие эффекта самоочистки. Продукты износа от тормозных колодок остаются внутри барабана и оставляют характерные следы на рабочих поверхностях фрикционных элементов.

Из-за обилия продуктов износа на рабочей поверхности колодки образовались характерные борозды. Фактический износ накладок составил порядка 30%.

Из-за обилия продуктов износа на рабочей поверхности колодки образовались характерные борозды. Фактический износ накладок составил порядка 30%.

Редакционная Калина часто используется для участия в различных соревнованиях. То есть условия ее эксплуатации можно назвать тяжелыми. Однако, к нашему удивлению, износ родных колодок оказался небольшим — примерно 30%. Вероятно, причина в том, что у машины относительно небольшая масса, да и динамические показатели не выдающиеся.

Глубокие борозды на рабочей поверхности барабанов — результат воздействия на них продуктов износа.

Глубокие борозды на рабочей поверхности барабанов — результат воздействия на них продуктов износа.

Увы, продукты износа значительно подпортили рабочие поверхности накладок и барабанов. Это уже не исправить. При очередной замене колодок придется обновить и барабаны, иначе они сразу же подпортят новые колодки. Однако ничего криминального в дальнейшей эксплуатации автомобиля в таком виде нет. Снижение эффективности задних тормозов не заметно даже при движении по гоночному треку. В целом же барабаны, как и диски, способны переживать по два комплекта фрикционных накладок.

Как самостоятельно оценить износ тормозных колодок и дисков?

Фото: из архива автора

Передние тормозные диски, когда требуется замена передних тормозных дисков

Опытные автомобилисты советуют производить замену передних тормозных дисков каждые 50-60 тысяч километров пробега и делать это сразу в комплекте с колодками. Однако некоторые не согласны с этим и утверждают, что у каждого водителя разная манера езды, по этому руководствоваться пробегом в таких случаях неправильно.

В любом случае, передние тормозные диски подлежат замене если:

  1. Если тормозные диски изношены до допустимого минимума, что предусмотрен производителем.
  2. Если диск деформирован в результате удара.
  3. Если вы обнаружили механические повреждения, которые  нельзя устранить путем проточки.

Минимальная толщина тормозного диска, допустимый износ

В процессе эксплуатации машины, многие автолюбители не задаются вопросом о том, какая должна быть минимальная толщина тормозного диска для эффективного торможения. А зря, ведь это немаловажная величина, от которой зависит безопасность автовладельца и его пассажиров. Поэтому вопрос как определить износ тормозных дисков, должен быть актуальным для всех водителей.

Для выяснения этого вопроса стоит коснуться темы конструкции дисков, что провоцирует их износ, как его проверить, каковы признаки и какие факторы на него влияют.

Конструктивные особенности

Основная масса передних и задних дисков изготавливается из чугуна. Его популярности способствовали невысокая себестоимость и неплохие фрикционные свойства. Но беда в том, что в процессе торможения происходит нагревание этого материала. Это может привести к его короблению, изменению формы рабочей поверхности и в итоге неравномерному стиранию. Для минимизации данных явлений производители начали выпуск передних и задних дисков с внутренней вентиляцией. А также стали нарезать на их поверхности канавки и перфорировать это изделие. Что позволило существенно уменьшить перегрев и увеличить их время эксплуатации.

Эффективное сцепление между колодками и диском начинается лишь после их притирки. В это время не стоит резко нажимать на тормоз, а нужно останавливаться плавно. Обычно это происходит при пробеге не более 1000 км. Проверить эффективность притирки можно на специальном стенде.

Факторы, влияющие на износ

Каждый производитель сам прописывает допустимый коэффициент износа для дисков выпускаемой им марки авто. Эти параметры рассчитываются исходя из мощности мотора, массы машины и прочего. Но сложно учесть максимальный пробег, через который возникнет необходимость менять тормозные диски. Ведь на это влияют не поддающиеся учету факторы:

  • Стиль езды. Если присутствует экстремальное вождение, при котором разгон сменяется резким торможением, то срок износа может существенно сократиться.
  • Условия, в которых эксплуатируется авто. Если зимой в слякотную погоду постоянно ездить по лужам, то попадающая влага на разогретый диск может спровоцировать его деформацию и, как правило, неравномерный износ.

  • Механические факторы. Здесь играет роль материал изготовления этого элемента тормозов, а также качество применяемых колодок. Обычно диски изготавливают из чугуна, но со временем их стали производить из других материалов: стали, керамики, карбона. Это намного увеличило срок их службы.
  • Применение некачественных колодок также может вызвать неравномерный износ. Вследствие чего придется менять этот элемент тормозов.

Показатели, указывающие на износ

Существуют признаки, по которым можно определить износ тормозных дисков. Первым показателем, указывающим что пора менять эту запчасть, являются возникшие во время торможения лишние звуки, скрежет, вибрация или рывки. Вторым симптомом служит занос машины из-за блокировки тормозов после нажатия на педаль. При возникновении таких сигналов необходима визуальная проверка дисков. На их рабочей поверхности не должно быть буртиков, трещин или сколов.

Определение толщины стирания

Чтобы узнать, какова допустимая предельная толщина дисков стоит обратить внимание на его торец или заглянуть в мануал авто. Там есть два значения – исходная и минимальная толщина этих элементов системы тормозов. Эти цифры разнятся в зависимости от производителя как машины, так и самих деталей.

При стирании диска до значения, когда предельная толщина не позволит эффективно тормозить, следует незамедлительно их менять. Измерить толщину можно на СТО с помощью микрометра.

Или самостоятельно определив это штангенциркулем, в этом случае толщину передних дисков измеряем, зажав их передней частью инструмента.

Менять их нужно, когда проверка показывает максимальный их износ или если у дисков окажется разная толщина. Проверять эти значения необходимо в разных точках данного элемента тормозов. Это связано с тем, что его истирание проходит неравномерно.

Проверка заднего диска барабанного типа проводится не по толщине, а по внутреннему расстоянию (диаметру) от одного бортика до другого также в нескольких точках.

Неравномерный износ, при котором возникает биение, можно проверить специальным прибором, улавливающим колебания в сотые доли его значений.

Выявленные погрешности: неравномерный износ или разную толщину можно подправить проточкой тормозных дисков. А вот покоробленный или треснутый элемент однозначно необходимо менять.

Вывод

Преждевременный износ тормозных дисков происходит во многом по вине автомобилиста. Если постоянно приходится менять этот элемент тормозной системы нужно пересмотреть свой стиль езды. Также не стоить экономить при покупке тормозных колодок и самих дисков. Необходимо не забывать, что от их состояния зависит безопасность, всех находящихся в машине.

Видео по теме

Моделирование закона трения и износа тормозных колодок в мощных дисковых тормозах

Для серьезного и неравномерного износа тормозных колодок в мощных дисковых тормозах во время торможения, динамических колебаний тормозного диска и тормозных колодок переменная интерфейса учитывается, модель расчета износа создается на основе механизма трения и износа, а глубина износа и объем тормозной колодки могут быть рассчитаны с помощью уравнений. Модель конечных элементов тормозного диска и тормозной колодки создается с помощью программного обеспечения DEFORM, которое может непосредственно анализировать износ тормозных колодок.Изучена тенденция изменения износа при торможении и проанализировано влияние тормозной нагрузки и начальной скорости торможения на износ. Результаты показывают, что степень износа быстро увеличивается на ранней стадии износа при торможении и становится медленной на более поздней стадии; износ тормозной колодки значительный на входе и выходе трения, а средняя часть тормозной колодки слегка изношена; большая тормозная нагрузка и высокая начальная скорость торможения могут усугубить износ тормозных колодок.

1.Введение

Дисковые тормоза широко используются в самолетах, автомобилях, кранах, ветряных турбинах и другом механическом оборудовании и являются важным компонентом, обеспечивающим безопасность работы машины. Благодаря преимуществам стабильного торможения и большого крутящего момента дисковый тормоз стал одним из самых передовых тормозных устройств. В условиях экстренного торможения большой мощности дисковый тормоз используется для остановки высокоскоростного тормозного диска с большой нагрузкой. Во время всего процесса торможения большое количество теплоты трения генерируется эффектом трения тормозного диска и колодки, что приводит к потере тепла и тепловому повреждению тормозной колодки [1].Небольшая часть теплоты трения сохраняется во фрикционном материале в виде внутренней энергии. На тормозной колодке может произойти деформация и износ материала из-за неравномерного распределения большого количества тепла. Теплота трения вызывает локальную высокую температуру контактной поверхности и неравномерную термическую деформацию тормозной колодки. Это приводит к неравномерному распределению контактного напряжения между тормозным диском и колодкой. Из-за снижения эффективности торможения, соответствующего изменению степени износа тормозного диска и колодки, анализ трения и износа мощных дисковых тормозов стал предметом исследований во всем мире.

Тепло от трения распределяется неравномерно из-за различных причин, таких как тепловое расширение и геометрические дефекты. Хорошо известно, что термоупругая деформация влияет на распределение контактного напряжения и приводит к термоупругой нестабильности или к тому, что контактное напряжение концентрируется в одной или нескольких небольших областях на поверхности тормозного диска. Затем в этих регионах возникают очень высокие температуры с низкочастотной вибрацией. Изменение толщины диска еще больше способствует локализованному контакту. Неравномерный контакт также может быть вызван боковым биением диска.Ли и др. исследовали влияние различных условий контакта на характеристики нагрева и вибрацию дискового тормоза. Базовый фрикционный материал, использованный в исследовании, был модифицирован на основе теории термоупругой неустойчивости и динамометрических испытаний [2]. Затем были разработаны численные методы, чтобы охарактеризовать проблему температуры контакта композитных материалов, и распределение температуры контакта между реальными поверхностями композитной стали можно было оценить в скользящем контакте [3].Поэтому некоторые исследователи изучили модели конечных элементов для изучения теплоты трения дискового тормоза, чтобы получить распределение температуры, а также тепловые и остаточные напряжения [4–6].

На образование тепла трения влияют условия торможения, определяемые параметрами торможения. Параметры торможения оказывают большое влияние на износ. Евтушенко и др. исследовано численное моделирование фрикционного нагрева в дисковом тормозе типового легкового автомобиля на основе уравнения движения и краевой задачи теплопроводности.Исследовано влияние температурно-зависимого коэффициента трения на параметры торможения [7]. Сергиенко и др. исследована безразмерная тепловая задача для пары трения многодискового тормоза в условиях линейного уменьшения силы трения дисков во времени. Экспериментально и теоретически исследовано тепловое состояние пар трения многодискового тормоза в нагрузочно-скоростных условиях трения дисков, имитирующих рабочее торможение колесного трактора [8]. Учитывая начальное уменьшение и последующее увеличение сил трения с увеличением относительной скорости, Kaliyannan et al.рассмотрена модель трения с отрицательным градиентом и получены приближенные аналитические выражения для амплитуд и базовых частот фаз колебаний при скачкообразном и чистом скольжении, вызванных трением [9]. Лю и др. предложил метод итерационного интегрирования для анализа параметрических нестабильностей и сравнил его с известным численным методом. Выявлено влияние коэффициента трения, эффекта изгиба, коэффициента контакта и модального демпфирования на границы устойчивости [10]. Rezaei et al. использовали метод адаптивного моделирования износа для изучения процесса износа радиальных подшипников скольжения, контактирующих с вращающимся валом.

В разработанном алгоритме процессора износа повторное зацепление производилось не только на контактных элементах, но и на их соседних элементах. Моделирование также продемонстрировало, как контактное давление изменялось в процессе износа и как зазор влиял на это изменение [11]. Bortoleto et al. представили расчетное исследование, основанное на линейном законе износа Арчарда и моделировании методом конечных элементов (МКЭ), с целью анализа износа при скольжении без смазки, наблюдаемого в типичных испытаниях «палец на диске».Такое моделирование было разработано с использованием программного обеспечения ABAQUS с трехмерной деформируемой геометрией и поведением упругопластических материалов для контактных поверхностей. Проведено сравнение численных и экспериментальных результатов по скорости изнашивания и коэффициента трения. При численном моделировании было проанализировано распределение поля напряжений и изменения профиля поверхности по изношенной дорожке диска [12]. Lamjahdy et al. измерили скорость эрозии тормозного диска и колодки в зависимости от изменений температуры и деформации, выполнив эксперименты и моделируя при различных скоростях и условиях нагрузки.Были исследованы взаимосвязи между скоростью эрозии и изменениями температуры для различных скоростей тормозного диска и условий нагрузки [13]. Baldari et al. исследовал метод численного моделирования тепловой нагрузки, контактного напряжения и износа сцепления между тормозным диском и колодкой. При этом моделировалось поведение износа тормозной колодки как в условиях сопряженного механического торможения, так и в условиях экстренного торможения [14]. Zhang et al. основали свое исследование на испытании на износ штифт-диск и методе последовательной связи термического напряжения-износа с учетом влияния температуры на материал пары трения, полученного в процессе эволюции температурного поля, поля напряжений и величины износа [15].

Для исследования трения и износа тормозного диска и колодки использовались математические уравнения для расчета глубины износа. Поскольку изменение элементов материалов в программном обеспечении конечных элементов является труднодостижимым, существует определенное ограничение на расчет глубины износа и выражение профиля износа с помощью программного обеспечения ANSYS и ABAQUS. Однако в этой статье глубина износа рассчитывается с учетом факторов, влияющих на износ. На основе трибологического принципа мощного дискового тормоза исследованы характеристики трения и износа тормозных колодок в условиях высоких скоростей и высоких нагрузок, а также проанализировано влияние параметров торможения на износ тормозных колодок.

2. Анализ механизма трения и износа тормозных колодок

Износ тормозных колодок - это материальный ущерб, который проявляется на поверхностном слое и подповерхностном слое из-за эффекта термомеханической связи контактной поверхности пары трения тормоза. . По сути, это сложный процесс динамического изменения, как показано на Рисунке 1. Из-за большой разницы в твердости тормозного диска и колодки, а также из-за влияния твердых частиц третьего тела в контактном зазоре, основным типом износа является абразивный износ. .Абразивный износ может возникнуть в результате проникновения и вспашки материала, образующего поверхность твердых частиц тормозного диска. Между тем адгезионный износ происходит в высокотемпературных областях. Адгезионный износ возникает в начальной точке процесса износа, развивающегося между двумя совпадающими поверхностями трения. И процесс износа, как правило, нельзя охарактеризовать одним типом события, за исключением, возможно, случая непрерывного сильного износа [16].


Абразивный износ тормозных колодок проявляется в основном как «эффект вспашки».Крупные твердые частицы или микровыступы проникают и царапают материал тормозных колодок; На поверхности образуются следы износа и абразивная пыль. Твердые частицы вдавливаются в контактную поверхность пары трения под нагрузкой, создавая вмятину, что увеличивает шероховатость поверхности пары трения, так что контактный пик микровыступа с большей вероятностью образует точку соединения, а адгезионный износ тормозная колодка происходит. Особенно в условиях высоких скоростей и больших нагрузок из-за большой пластической деформации пика контакта и высокой температуры поверхности явления сдвига в точке соединения излома вызываются относительным скольжением поверхности пары трения тормоза.Часть осыпающихся материалов становится абразивной пылью; другие мигрируют с поверхности тормоза на поверхность диска и изнашиваются постоянно.

3. Математическая модель износа тормозных колодок
3.1. Расчетная модель износа тормозных колодок

Из-за выдавливания и трения в паре трения на высоких скоростях и в условиях высоких нагрузок возникает высокая температура, что приводит к серьезному износу фрикционного контакта. В 1953 г. классическая теория износа Арчарда была предложена Дж. Арчардом [17].Уравнение расчета выглядит следующим образом: где V - объем износа; P - нормальная сила контактной поверхности; L - относительное расстояние скольжения; H - твердость материала; K - безразмерный коэффициент износа. Когда приращение времени бесконечно мало, как d t , (1) может быть расширено до дифференциальной формы: где d V - мгновенное приращение объема износа, d L - мгновенное расстояние скольжения и мгновенное нормальное контактное усилие интерфейса.Предполагая, что приращение глубины износа на площади Δ A микроэлемента составляет d h в момент времени d t , мгновенное приращение объема износа может быть выражено как где - площадь контакта тормозного диска и колодки.

Подставив (3) в (2), это можно выразить как где - контактное давление на площади контактного микроэлемента Δ A ,. Поскольку относительное расстояние скольжения является интегралом скорости от времени t , (4) может быть переписано как где независимые переменные и теоретический расчет обычно постоянны.

Однако в реальных условиях торможения на высоких скоростях и под большой нагрузкой контактная поверхность любой пары трения является шероховатой. Фактическая площадь контакта связана с микроморфологией контактной поверхности. Величина напряжения каждого узла на поверхности контакта тесно связана с глубиной износа и состоянием износа контактной поверхности. Величина напряжения изменяется с изменением глубины износа каждого узла на контактной поверхности, что приводит к изменению степени износа контактной поверхности. Точно так же высокая скорость усиливает трение контактной пары, и генерируется большое количество теплоты трения, и изменяется структура фрикционного материала, а также твердость.Связь между твердостью и температурой материала следующая [18]: где - постоянная, а - температура контакта.

На износ влияет твердость фрикционного материала, а изменение температуры может повлиять на твердость фрикционного материала. Изменение температуры является важным фактором, особенно в условиях торможения на высокой скорости и при большой нагрузке. Одновременно программное обеспечение виртуального моделирования должно рассчитать относительную скорость контакта, давление и температуру.Однако в исходной модели расчета износа Арчарда коэффициенты износа учитываются расстоянием, давлением и твердостью материала. Следовательно, классическая модель износа Арчарда больше не применима для моделируемой глубины износа определенного контактного узла. Модель Арчарда модифицирована в соответствии с фактическим процессом торможения. Контактное давление, относительная скорость скольжения и температура контакта на границе раздела считаются влияющими факторами. Конкретное уравнение коррекции выглядит следующим образом:

Классическое уравнение износа Арчарда обычно используется для расчета величины износа при относительном прямолинейном движении двух объектов.Однако когда тормозной диск и тормозная колодка дискового тормоза большой мощности изношены, тормозной диск находится в состоянии вращения. Относительная скорость скольжения контактной поверхности - это тангенциальная скорость. Разложите относительную тангенциальную скорость скольжения: где - относительная угловая скорость скольжения, а - радиус трения тормозной колодки. Подставив (8) в (7), это может быть выражено как

Интеграл от (9) для времени за одно время торможения выражается как

Уравнение (10) является непрерывным интегральным решением.Однако анализ методом конечных элементов требует пошагового решения в виртуальном моделировании. Итак, решение (10) очень сложно, потому что переменная кривая контактного узла очень сложна. Для удобства расчета величина непрерывного износа дискретизируется дискретным методом: выбирается конечное малое время приращения Δ t , соответствующее приращение глубины износа Δ h . Считается, что контактное давление, относительная угловая скорость скольжения и температура контакта не сильно меняются за время приращения Δ t , и взяты мгновенные значения, и; тогда уравнение (9) преобразуется в

. Поскольку износ интерфейса тормоза неравномерно распределяется между тормозным диском и колодкой, объем износа тормозной колодки определяется дискретным методом.

Как показано на рисунке 2, предполагая, что единичное приращение радиуса трения находится в пределах временного приращения, единичная площадь износа микроэлементов может быть выражена как где - приращение радиан,. Единичный объем износа тормозной колодки за интервал времени составляет


Подставив (11) и (12) в (13), он может быть выражен как

Когда дисковый тормоз тормозит, тормозная колодка считается как стационарное состояние. Имеется износ тормозной колодки, при этом прирост глубины износа составляет Δ t на площади контакта микроэлемента агрегата.Интерфейс тормоза имеет разную степень износа с изменением коэффициента трения, и есть обратная связь по коэффициенту трения, что износ вызывает изменение состояния контакта. Для расчета износа на компьютере используется метод интеграла Эйлера. Метод Эйлера - это метод замены дифференциального уравнения непрерывных переменных на разностное уравнение дискретных переменных. Численный расчет прост и удобен, а численная сходимость хорошая.

При увеличении времени контактное давление, относительная угловая скорость скольжения и температура контакта считаются постоянными.Приращение глубины износа определяется уравнением (11). Значения контактного давления на границе раздела, относительной угловой скорости скольжения и температуры контакта после износа могут быть получены методом конечных элементов. Затем можно рассчитать глубину износа и изменить геометрический режим. Получены такие итерации цикла для вычисления окончательного накопленного значения износа тормозных колодок. Методика расчета следующая.

Если предположить, что контактный узел тормозного диска и тормозной колодки равен i , а интегральный шаг явного интеграла Эйлера равен j, , тогда контактное давление равно, относительная угловая скорость скольжения равна температура контакта, глубина износа, объем износа.Общая глубина износа и объем одновременного торможения тормозной колодки могут быть выражены как Тогда объем износа тормозной колодки во время однократного торможения дискового тормоза может быть выражен как

Согласно (17), количественные результаты можно получить износ тормозных колодок после торможения. Процесс состоит из двух частей: первая состоит в том, чтобы отследить и вывести данные о скорости, напряжении и температуре на стадии износа из кривых изменения во времени точки контакта; другой - разделить данные о скорости, напряжении и температуре и подставить эти данные в уравнения для решения, как показано на рисунке 3.В программе DEFORM есть специальная команда для управления расчетом глубины износа. Уравнение (5) может быть добавлено в программу моделирования путем компиляции метода расчета глубины износа.


3.2. Определение направления износа на тормозных колодках Узел

Шероховатость контактной поверхности после торможения зависит от параметров трения. Различают два случая тормозного диска и контактного узла тормозной колодки: граничный узел на краю контактной поверхности и неграничный узел, расположенный внутри контактной поверхности.Направление износа безграничного узла можно определить по нормали к контактному узлу, а направление износа граничного узла - вдоль поверхности объекта износа. Для структурированной сетки направление соединительной линии узлов, соответствующее направлению их толщины, принимается за направление износа точки. Как показано на рисунке 4, область контакта износа обозначена пунктирной линией, узлы 2, 3, 4 и 5 находятся в области контакта, узел 1 находится вне области контакта, узлы 3 и 4 относятся к безграничной точке, а узлы 2 и 5 принадлежат граничной точке.Для узла 3, поскольку его смежные границы и коллинеарны, его нормальное направление является общей нормалью двух границ. Для узла 4, поскольку его две соседние границы и не коллинеарны, нормальное направление узла 4 является направлением векторной суммы границ и, которое может быть получено с помощью


Узел 2 принадлежит граничному узлу, его смежная граница в состоянии контакта, а соседняя граница не соприкасается, поэтому, когда происходит износ, узел 2 перемещается по направлению соединительной линии между узлом 2 и узлом 1.Таким образом, анализ направления износа узлов позволяет визуально увидеть процесс изменения сетки при анализе методом конечных элементов.

4. Создание конечно-элементной модели износа тормозных колодок

Для изучения характеристик трения и износа тормозных колодок в процессе торможения дискового тормоза большой мощности необходимо разработать модель тепловыделения при трении, а затем износ можно глубоко исследовать. Есть следующие предположения.

(1) Контактная поверхность пары трения представляет собой идеальную плоскость.

(2) Условия трения соответствуют закону Кулона, и коэффициент трения постоянен во время дискового торможения.

(3) Теплота трения, генерируемая на внутренней и внешней сторонах тормозной колодки, одинакова, поэтому учитывается только одна сторона тормозного диска.

(4) Мгновенная температура соответствующей точки на контактной поверхности тормозного диска и тормозной колодки равна.

(5) Предположим, что давление равномерно распределяется по тормозной колодке.

(6) Тормозной диск и тормозная колодка изготовлены из изотропного материала. Из-за короткого времени экстренного торможения параметры термических свойств материала не меняются с температурой.

Модель тормозного диска и тормозной колодки показаны на рисунке 5.,,, и - верхняя поверхность, нижняя поверхность, поверхность стороны внешнего круга и поверхность стороны внутреннего круга, соответственно; , и - поверхность износа тормозной колодки, боковая поверхность тормозной колодки и верхняя поверхность тормозной колодки соответственно; и - соответственно внутренний и внешний радиус тормозной колодки; и - внутренний и внешний радиус окружности тормозного диска соответственно; и указывают толщину тормозной колодки и тормозного диска соответственно; - угол охвата тормозной колодки.Значения показаны в таблице 1.


Параметры / (мм) / (мм) / (мм) / (мм) / (мм)

Значение 245 365 100 400 400 °


Результаты показывают, что на соотношение напряжение-деформация материалов в значительной степени влияют факторы скорости деформации и температуры во время пластической деформации.Для точного моделирования процесса торможения материала пары трения необходима разумная модель для описания функционального динамического поведения материала. Когда материалы подвергаются условиям динамического нагружения, может возникать широкий диапазон деформаций, скоростей деформации, температур и давлений. Следовательно, важно правильно оценить влияние каждой переменной, а не предполагать, что все отличительные характеристики обусловлены только скоростью деформации [19].

Модель Джонсона-Кука может хорошо отражать эффект размягчения при скорости деформации и повышении температуры и в настоящее время широко используется при моделировании методом конечных элементов.Модель Джонсона-Кука - это взаимосвязь продуктов, которая описывает взаимосвязь между эффектом деформации, эффектом скорости деформации и температурным эффектом. Конкретное выражение имеет вид [20]: где - эквивалентное напряжение течения, - относительная эквивалентная скорость пластической деформации, - это эквивалентная пластическая деформация и - эталонная скорость пластической деформации; константы материала A , B , C , n, и представляют собой предел текучести, модуль упрочнения, параметр упрочнения при скорости деформации материала, индекс упрочнения и коэффициент термического разупрочнения, соответственно.- комнатная температура и температура плавления материала. Конкретные параметры тормозного диска и материала тормозных колодок показаны в таблицах 2 и 3.


Параметры материала (кг Плотность / кг) / м 3 ) Теплопроводность /
Вт / (м · К)
Модуль упругости /
(ГПа)
Коэффициент Пуассона
Коэффициент линейного расширения /
(10 −5 )
Удельный теплоемкость /
Дж / (кг · К)

Тормозная колодка 5250 400 180 0.3 1,11 436
Тормозной диск 7850 48 204 0,31 0,95 480
142 9012 9012 9012 9012 9012 9018 9018 9018

Основные параметры

025 0,31 1,09

Модель Solid построена Pro / E в соответствии с моделью тормозного диска и тормозной колодки, как показано на рисунке 6 (a). Затем выполняется анализ методом конечных элементов твердотельной модели с использованием программного обеспечения DEFORM для анализа методом конечных элементов. Тормозная колодка - это жесткий корпус, а тормозной диск - пластик. Сетка тормозного диска и тормозной колодки зацепляется модулем свободной сетки. Количество элементов тормозного диска - 58591, количество узлов - 14138; количество элементов тормозной колодки - 7703, количество узлов - 1898.Контакт между тормозным диском и тормозной колодкой установлен на точечный контакт, как показано на Рисунке 6 (b).


(а) Твердотельная модель
(б) Сетка модель
(а) Твердотельная модель
(б) Сетка модель

На основе технологии адаптивной сетки программного обеспечения Деформация-3D объем деформации тормозной диск и модель тормозной колодки автоматически компенсируются за счет использования четырехгранной сетки. Соответствующее шифрование сетки в зоне контакта пары трения тормоза обеспечивает точность расчета и повышает эффективность расчета.В условиях высокой скорости и большой нагрузки тормозная колодка считается неподвижной, а тормозной диск вращается против часовой стрелки. Тормозная колодка зажата тормозным суппортом, к тормозной колодке прилагается фиксированное ограничение в направлении и; тормозная колодка подвергается воздействию гидравлического поршня-штока, предполагая, что давление равномерно распределяется на верхней поверхности тормозной колодки. Его можно выразить как где - давление тормозной колодки в направлении; p - начальная тормозная нагрузка; , - смещения тормозной колодки, которые могут происходить в направлении и, как показано на рисунке 7.Нижняя поверхность тормозного диска жестко ограничена в осевом направлении. Здесь можно выразить как где - смещение тормозного диска по направлению. Поскольку внутреннее отверстие тормозного диска соединено с тормозным валом, фиксированное ограничение в направлении оси z применяется к внутренней круговой стороне, а ограничение вращения в виде угловой скорости применяется для имитации замедляющегося движения. тормозного диска. Это может быть выражено как где - угловая скорость вращения тормозного диска и - смещение тормозного диска в направлении, как показано на рисунке 8.



Согласно предположению (6), коэффициент теплообмена тормозного диска и поверхности раздела тормозных колодок выбран в качестве константы 45 Н / с / мм / C. Температура окружающей среды 20 ° C; выбраны модель разрушения при сдвиге и модель разрушения при растяжении. А уравнение износа (5) используется для вычисления глубины износа тормозной колодки по программе на основе уравнения коррекции износа Арчарда. Тормозная нагрузка 13000 Н, начальная скорость торможения 1000 об / мин, время торможения 24.98 выбраны, и выполняется анализ методом конечных элементов.

5. Анализ результатов моделирования износа тормозных колодок
5.1. Имитационный анализ износа тормозных колодок при однократном торможении

Процесс износа тормозных колодок - это накопление, и результаты износа поверхности тормозных колодок на разных этапах показаны на рис. 9. Износ тормозных колодок в основном определяется под действием силы трения. В соответствии с направлением трения тормозной колодки на Рисунке 9 (а) левый край тормозной колодки определен как фрикционный вход, а правый край определен как фрикционный выход.

По нефограмме износа тормозной колодки видно, что распределение износа тормозной колодки в процессе торможения неравномерное, а площадь износа изменяется со временем. На протяжении всего процесса износа существует значительная разница в степени износа между фрикционным входом и фрикционным выходом тормозной колодки. На оба конца края тормозной колодки серьезно влияют растягивающие и сжимающие напряжения на входе и выходе трения соответственно.Из-за вращательного движения тормозного диска существует линейная разница скоростей в радиальном направлении тормозного диска, а внешний край тормозной колодки имеет большую линейную скорость и износ, в то время как износ внутренней кромки тормозной колодки слабый.

Точки данных, равномерно распределенные по тормозной колодке, извлекаются из рисунка 10, а смоделированная глубина износа точек извлекается в соответствии с результатами моделирования точек данных. Кривые глубины износа точки тормозного пути построены, как показано на Рисунке 11.Глубина износа представлена ​​точками - кривых от входа трения до выхода трения. Чтобы четко описать состояние износа тормозной колодки, пусть точки, и принадлежат области входа трения, а точки, и принадлежат точке области выхода трения; остальные относятся к промежуточной области трения. Износ фрикционного входа тормозной колодки состоит из двух частей. Одна часть износа вызвана выдавливанием, вызванным относительным перемещением тормозного диска и тормозной колодки.Элементы тормозной колодки и тормозного диска прижимаются друг к другу, так что поверхность тормозного диска не является плоской из-за деформации сетчатого элемента. Другая часть - это эффект тормозного трения о шероховатую поверхность. На поверхности деформации тормозного диска будут неровные выступы. При этом неровные выступы сжимаются во время относительного движения, вызывая деформацию сдвига и износ. Сочетание двух частей усугубляет деформацию материала.Контактное давление на границе раздела увеличивается, и повышается местная температура, что приводит к значительному износу. И глубина износа на краю фрикционного входа относительно велика. Поскольку промежуточная зона трения находится далеко от кромки трения и сила прижатия мала, деформация материала не очевидна, а теплота трения мала, и тогда степень износа мала. В средней части тормозной колодки глубина износа сначала медленно увеличивается, а затем резко увеличивается при изменении температуры и давления.Из-за теплопроводности тормозного диска температура тормозной колодки на выходе из-за трения высока, и износ в основном представляет собой адгезионный износ. Фрикционный материал переносится адгезивно, поэтому поверхность трения становится шероховатой.



Сильный износ тормозных колодок во время торможения происходит только на определенных участках. На рисунке 12 показан трехмерный профиль износа тормозной колодки на ступеньке. Как показано на Рисунке 12 (а), тормозная колодка находится на краю фрикционного выхода серьезно; в это время максимальная глубина износа равна 0.0684мм. Зона сильного износа составляет небольшую часть общей площади тормозной колодки, а глубина износа другой зоны детали мала. Рельеф поверхности явно не меняется. Чтобы четко проанализировать изменение топографии поверхности, половина максимальной глубины износа 0,0137 мм, мезоскопический размер глубины износа 0,005 мм и 0,001 мм этого времени выбраны соответственно для ограничения максимального износа. И топография поверхности выводится и наблюдается при различных уровнях износа, составляющих половину максимальной глубины износа 0.0137 мм, мезоскопический размер глубины износа 0,005 мм и 0,001 мм. Когда максимальная глубина износа ограничена 0,0137 мм, глубина износа фрикционного выхода тормозной колодки явно изменяется. Это связано с тем, что на выходе трения отсутствует резервный слой материала. Материал легко ломается и ломается во время торможения, вызывая серьезный износ, как показано на Рисунке 12 (b). Чем ближе он к выходу трения, тем больше степень износа. Из рисунков 12 (c) и 12 (d) также видно, что шероховатость поверхности велика от выхода трения до промежуточной зоны, местный износ сильно на выходе трения.

Параметры торможения являются ключом к обеспечению безопасности торможения при условии эффективности торможения. Правильный выбор параметров торможения не только экономит энергию, но и снижает материальные потери, вызванные износом. Поэтому необходимо изучить влияние параметров торможения на износ тормозных колодок. Тормозная нагрузка и начальная скорость торможения играют важную роль в износе тормозных колодок во время торможения. Метод одной переменной используется для сравнения износа тормозных колодок в различных рабочих условиях.

5.2. Влияние тормозной нагрузки на износ тормозных колодок

В условиях начальной скорости торможения 1000 об / мин и коэффициента трения контактной поверхности 0,3 износ тормозных колодок при тормозных нагрузках 13000 Н, 17000 Н и 21000 Н анализируется методом конечных элементов. метод. Нефограмма тормозной колодки в конце торможения показана на рисунке 13. По результатам моделирования можно выделить максимальную глубину износа соответствующих ступеней. На рисунке 14 показано количество шагов моделирования по горизонтальной оси, а максимальная глубина износа по вертикальной оси и кривые сравнения максимальной глубины износа тормозных колодок при различных тормозных нагрузках.


Распределение износа тормозных колодок при разных нагрузках в основном одинаковое. Максимальная глубина износа составляет 6,4 × 10 −2 мм, когда количество шагов моделирования является ступенькой, а тормозная нагрузка составляет 13000N. Максимальная глубина износа составляет 7,34 × 10 –2 мм при тормозной нагрузке 17000 Н, а максимальная глубина износа составляет 8,09 × 10 –2 мм при тормозной нагрузке 21000 Н. Трение всегда возникает в части пика контакта, и количество точек контакта и размер каждой точки контакта увеличиваются с нагрузкой.Следовательно, на трение влияет нагрузка через размер контактной площадки и состояние деформации. И тогда трение влияет на износ материала. Увеличение тормозной нагрузки напрямую увеличивает контактное давление пары трения. Площадь контакта интерфейса становится больше, что приводит к деформации фрикционного материала и увеличению износа тормозной колодки. На рисунке 14 показано изменение степени износа тормозных колодок при различных тормозных нагрузках. На стадии раннего износа тормозной колодки износ находится в стадии резкого увеличения, и влияние тормозной нагрузки на износ невелико.На более поздней стадии износа от ступени к ступеньке наклон кривой износа в основном остается неизменным, а накопление износа постоянно увеличивается. Однако очевидно, что максимальная величина износа при разных нагрузках различается, и разница в износе становится большой.

5.3. Влияние начальной скорости торможения на износ тормозных колодок

Планируется тормозная нагрузка 17000Н и коэффициент трения 0,3 контактной поверхности. По сравнению со степенью износа тормозных колодок при начальных скоростях торможения 800, 1000 и 1200 об / мин, соответственно, тенденция распределения показана на рисунке 15.Чтобы точно проанализировать изменение износа тормозных колодок, результаты моделирования износа тормозных колодок могут быть получены с помощью постобработки. Сравнительные кривые максимальной глубины износа тормозной колодки при различных начальных скоростях торможения показаны на рисунке 16.


На рисунке 15 показано распределение износа тормозной колодки при различных начальных скоростях торможения на ступени. Максимальная глубина износа при начальной скорости торможения 800 об / мин составляет 6,71 × 10 −2 мм, а радиальный износ тормозной колодки неравномерно переходит из области внутреннего круга в область внешнего круга.При начальной скорости торможения 1000 об / мин максимальная глубина износа составляет 7,34 × 10 −2 мм. Когда начальная скорость торможения составляет 1200 об / мин, радиальный износ тормозной колодки изменяется равномерно, а максимальная глубина износа составляет 8,25 × 10 −2 мм. Обычно нагрев, деформация, химические изменения и износ поверхностного слоя вызваны относительной скоростью скольжения. Относительная скорость скольжения влияет на силу трения через температурный режим тормозной колодки. Изменение нагрева и температуры может изменить свойства поверхностного слоя и условия взаимодействия поверхностей и разрушения во время трения.Поэтому степень износа тормозных колодок разная. Начальная скорость торможения определяет относительную скорость скольжения во время процесса торможения. Большая относительная скорость скольжения увеличивает силу выдавливания и силу сдвига шероховатой поверхности во время трения, что приводит к увеличению деформации, величины напряжений и более серьезному износу тормозной колодки. На рисунке 16 горизонтальная ось представляет количество шагов моделирования, а вертикальная ось представляет максимальный износ. Кривые износа показывают увеличение степени максимального износа тормозных колодок.Максимальная глубина износа при начальной скорости торможения 1200 об / мин обычно больше, чем при начальной скорости торможения 1000 об / мин во время торможения. Максимальная глубина износа при начальной скорости торможения 1000 об / мин также больше, чем при начальной скорости торможения 800 об / мин. На ранней стадии износа разница в максимальной глубине износа для трех условий относительно невелика. Разница в износе велика на более поздней стадии износа, и величина разницы в основном такая же.

6.Экспериментальная проверка
6.1. Процедура эксперимента

Испытание на износ тормозных колодок проводится в тормозе мощной ветряной турбины, как показано на рисунке 17. Дисковый тормоз можно использовать для испытания эффективности торможения на высокой скорости и в условиях большой нагрузки. для мощного дискового тормоза и может соответствовать требованиям испытания тормозного износа в аварийных условиях. Тормозной диск соединен с тормозным валом шпоночной канавкой. Есть следующие предположения.(1) Когда приводной вал и инерционный маховик вращаются до заданной скорости 1000 об / мин, тормозной диск освобождается от управления приводным двигателем, и тормозная колодка нагружается гидравлическим давлением. (2) Трение создается для торможения тормозного диска из-за относительного скольжения тормозного диска и тормозной колодки.


Материал тормозных колодок изготовлен из порошковой металлургии на основе меди, а материал тормозного диска - Q345B. Свойства материала имеют те же характеристики, что и в таблице 1.Размер и положение установки тормозного диска и тормозной колодки на испытательной машине соответствуют модели тормозного диска и тормозной колодки, показанной на рисунке 5. Параметры условий испытаний показаны в таблице 4.


Количество поверхностей трения Момент инерции / (кг · м 2 ) Температура окружающей среды / (° C) Атмосферная интенсивность давления 9014 / (кПа) Относительная влажность Давление торможения / (Н) Начальная скорость торможения / (об / мин)

1 700 20 101.3 37% 13000 1000

Кроме того, для удаления поверхностных загрязнений поверхность тормозного диска и тормозных колодок необходимо отполировать наждачной бумагой. Также имеется микрометр для измерения различных положений тормозного диска и тормозной колодки, чтобы убедиться, что две поверхности достаточно гладкие, чтобы обеспечить хорошее прилегание.

6.2. Результаты и обсуждение

Чтобы проверить точность моделирования, результаты определения глубины износа конечных элементов (рис. 10) сравниваются с фактическим износом тормозной колодки при тех же условиях эксплуатации в экспериментах (рис. 18).Точки - в соответствующих положениях на Рисунке 18 измеряются цифровым индикатором часового типа 1: 1000 мм, и каждое положение измеряется три раза, чтобы принять средние значения как глубину износа точек -. Сравнение результатов моделирования и экспериментальной глубины износа показано, как показано на рисунке 19.



(a) Глубина изнашивания при моделировании
(b) Глубина изнашивания экспериментального образца
(a) Глубина износа при моделировании
( б) Экспериментальная глубина износа

В процессе фактического трения и износа теплота трения материала поверхности быстро увеличивается с процессом торможения.Высокая температура снижает твердость материала, способствуя деформации тормозного диска и тормозной колодки. Материал на основе меди будет размягчаться при быстром повышении температуры. Размягчение материала на основе меди приводит к снижению способности удерживать частицы, увеличивая поверхностный износ тормозной колодки, как показано на Рисунке 18. На Рисунке 19 показана глубина износа при моделировании и экспериментальных результатах тормозных колодок. Ось представляет собой поперечное распределение тормозной колодки, а ось представляет собой продольное распределение.При сравнении результатов моделирования и экспериментов по глубине износа, хотя значения между тормозным диском и тормозной колодкой сильно различаются, тенденция распределения износа в разных местах по-прежнему примерно одинакова. Основная причина разницы между двумя значениями - разница во времени торможения. В симуляциях из-за ограниченного количества шагов симуляции время симуляции торможения намного короче. Но в экспериментах, чтобы облегчить наблюдение за состоянием износа, фактическое время торможения велико.При сравнении продольного распределения результатов моделирования и экспериментов видно, что область внешнего круга и область внутреннего круга значения износа на входе трения больше, чем результаты средней области. Это связано с тем, что концентрация напряжений происходит без поддержки боковым материалом в области внешнего круга и области внутреннего круга. Глубина износа на выходе трения увеличивается от области внутреннего круга к области внешнего круга, поскольку область внешнего круга имеет более высокую линейную скорость трения, чем область внутреннего круга, а температура области внешнего круга является высокой, соответствующий износ тоже большой.Сравнивая поперечное распределение моделированного и экспериментального износа, можно увидеть большой износ на входе трения. Износ проявляется как возрастающая тенденция от промежуточной зоны к выпускному отверстию. Из-за короткого времени моделирования глубина износа тормозных колодок вдали от выхода износа мала, а разница в износе в средней зоне большая. Однако поверхностный износ относительно однороден, и разница в износе после определенного периода износа невелика.

7. Выводы

Эта работа была сосредоточена на исследовании и сравнении развития износа и механизма износа тормозных колодок в условиях высоких скоростей и высоких нагрузок.Следующее - основные выводы, сделанные из этого исследования.

(1) Износ тормозных колодок - это совокупный процесс, и глубина износа тормозных колодок увеличивается быстро, а затем медленно. Входная и выходная кромки фрикционных колодок выдавливаются во время торможения, что значительно изнашивается по сравнению с серединой тормозной колодки. По сравнению с экспериментальными результатами, это та же тенденция, что предлагаемая имитационная модель находится в разных частях. Итак, валидность модели проверена.

(2) Нагрузка влияет на износ тормозной колодки, влияя на состояние контакта интерфейса, а увеличение тормозной нагрузки усугубляет износ тормозной колодки. При увеличении тормозной нагрузки с 13000 Н до 17000 Н максимальная глубина износа тормозной колодки составляет 8,09 × 10 −2 мм. Относительная скорость скольжения определяется начальной скоростью торможения. По мере увеличения начальной скорости торможения тепло от трения, вызванное высокой скоростью, ускоряет износ тормозных колодок. Трудно тормозить на высокой начальной скорости торможения, а тормозные колодки сильно изнашиваются.Когда тормозная нагрузка составляет 21000 Н, начальная скорость торможения составляет 1200 об / мин, а максимальная глубина износа составляет 8,25 × 10 –2 мм.

Глоссарий
Твердость материала

Скорость относительного скольжения Поверхность износа тормозной колодки

Возможные смещения тормозной колодки i n направление
: Объем износа
: Нормальная сила контактной поверхности
: Относительное расстояние скольжения
:
: Безразмерный коэффициент износа
: Площадь контакта тормозного диска и колодки
d: Приращение времени
d: Приращение объема мгновенного износа
d: Мгновенное расстояние скольжения
: Мгновенное нормальное контактное усилие на границе раздела
: Контактное давление в области контактного микроэлемента
:
: Постоянная
: Температура контакта на границе
: Относительная угловая скорость скольжения
: Радиус трения тормозной колодки
: A конечное малое время приращения 9014
: Соответствующее приращение глубины износа
: Контактное давление
: Температура контакта
: Приращение радиуса трения узла
: Контактное давление
: Относительная угловая скорость скольжения
: Контактная температура
: Глубина износа объем износа
: Верхняя поверхность
: Нижняя поверхность
: Поверхность стороны внешнего круга
: Поверхность стороны внутреннего круга
:
: Боковая поверхность тормозной колодки
: Верхняя поверхность тормозной колодки
: Внутренний радиус тормозной колодки
: Наружный радиус тормозной колодки
: Радиус внутренней окружности тормозного диска
: Радиус внешней окружности тормозного диска
: толщина тормозной колодки
: Толщина тормозного диска
: Угол охвата t тормозная колодка
: Эквивалентное напряжение течения
: Относительная эквивалентная скорость пластической деформации
: Эквивалентная пластическая деформация
: Эталонная пластическая деформация
: Предел текучести
: Модуль упрочнения
: Параметр упрочнения скорости деформации материала
: Коэффициент упрочнения
: Давление тормозной колодки в направлении
: Начальная тормозная нагрузка
: Смещения тормозной колодки в направлении
:
: Смещение тормозного диска в направлении
: Вращательное ограничение угловой скорости.
Доступность данных

Никакие данные не использовались для поддержки этого исследования.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку Национальному фонду естественных наук Китая (№ 51675075) и Программе инновационных талантов колледжей и университетов провинции Ляонин (№ LR2018048).

Таблица износа тормозных колодок | Знай свои запчасти

БЕСПЛАТНЫЙ Справочник горячей линии по техническим вопросам…
Экспертная помощь от производителей на вашем смартфоне
kyptechline.com

Равномерный износ

Накладки имеют примерно равное количество фрикционного материала на обеих колодках.

Это вызвано правильной работой тормоза. Чтобы устранить этот вид износа, замените тормозные колодки , и крепеж, например упор и зажимы для предотвращения дребезжания, отремонтируйте направляющие штифты и направляющие суппорта.

Износ наружной накладки

Внешняя накладка имеет значительно меньший фрикционный материал, чем внутренняя колодка.

Подобный износ возникает из-за того, что внешняя колодка продолжает двигаться по ротору после отпускания суппорта . Заедание направляющих штифтов, втулок и салазок обычно является основной проблемой. Исправить такой износ относительно просто. Отремонтируйте или замените направляющие пальцы, втулки или весь суппорт, а также замените тормозные колодки .

Износ внутренней подкладки

Внутренний тормоз изнашивается больше, чем подвесная колодка.

Это происходит, когда поршень суппорта не возвращается в исходное положение из-за изношенного уплотнения, повреждения или коррозии. Это также может быть вызвано проблемой с главным цилиндром. Чтобы исправить этот вид износа, выполните те же действия, что и при устранении износа внешней колодки, а также осмотрите гидравлическую тормозную систему и суппорт на предмет остаточного давления, отверстия для направляющего штифта или повреждения чехла поршня, соответственно.Если отверстия под штифт или пыльник поршня корродированы или повреждены, их следует заменить.

Конический износ колодок

Фрикционный материал изношен в виде горизонтальных или вертикальных клиньев.

Этот вид износа вызван неправильной установкой колодки, а также износом направляющего пальца. Наличие одного направляющего штифта или заедание скольжения также может вызвать конический износ. Процедура коррекции такого износа такая же, как и коррекция износа наружных колодок.

Трещины, остекление или приподнятые края подушек

Фрикционный материал физически поврежден и имеет признаки термического повреждения.

Это может быть вызвано многими причинами. Чрезмерное использование, неправильная процедура обкатки, проблемы с гидравлической системой, заклинившие детали суппорта, дефектные колодки и неполное втягивание стояночного тормоза - вот некоторые из распространенных проблем. Это можно исправить путем правильной замены и обкатки новых колодок. Стояночный тормоз также может нуждаться в регулировке.

Перекрывающийся фрикционный материал

Верхний край колодки перекрывает верх ротора.

Это может быть вызвано износом направляющих штифтов, суппорта или кронштейна суппорта либо неправильным ротором или колодкой на автомобиле.Чтобы исправить этот вид износа, замените колодки и установите на автомобиль роторы с диаметром согласно спецификации оригинального производителя.

Советы и рекомендации

• Роторы должны изнашиваться равномерно. Пластины ротора должны изнашиваться с одинаковой скоростью. Если одна пластина будет тоньше, это повлияет на тепловые и структурные свойства ротора.

• Всегда заменяйте суппорты попарно. Несоблюдение этого требования может привести к дисбалансу тормозов или тяговому усилию.

• Если колодки и ротор изношены выше рекомендованного уровня, осмотрите пыльник поршня суппорта и поршень.Как только поршень выйдет так далеко, он может не втягиваться должным образом.

• Коррозия на внешней стороне суппорта может распространяться внутрь до отверстия направляющих штифтов и сдавливать втулки. Рекомендуется замена суппорта на .

• Износ тормозов должен быть одинаковым с обеих сторон оси.

• Поршневое уплотнение с возрастом теряет гибкость. Это не позволит поршню вернуться в исходное положение. Это может привести к торможению тормозов и увеличению износа колодок.

• Следуйте рекомендованной процедуре оригинального оборудования для регулировки стояночного тормоза.Несоблюдение этого может привести к перегреву тормозных колодок.

• После того, как тормозная колодка подверглась термообработке, готово.

• Все суппорты необходимо проверить на предмет износа и повреждений башмаков и уплотнений поршня. Пыльники поршней могут быть повреждены дорожным мусором или неправильной установкой. Прокол позволит влаге и другим коррозионным материалам попасть в область уплотнения поршня, что приведет к его повреждению.

• Конический износ колодок является нормальным для некоторых автомобилей, особенно для небольших задних плавающих суппортов, используемых в задних тормозах.Проверьте характеристики износа в сервисной информации.

• Некоторое электронное распределение тормозов может иметь более высокий, чем обычно, износ задних тормозных колодок. В некоторых случаях это нормально. Причина этого износа заключается в том, что задние тормоза используются для контроля клевания носом. Если износ больше ожидаемого, проверьте TSB. Часто OEM-производитель выпускает новое программное обеспечение для модуля управления гидравликой, которое решает проблему.

Отказ автомобильных дисковых тормозов из-за износа - пример из практики

Материалы (Базель).2019 Dec; 12 (24): 4214.

Peyman Taheri

2 Департамент материаловедения и инженерии, Технологический университет Делфта, Mekelweg 2, 2628 CD Delft, Нидерланды

2 Департамент материаловедения и инженерии, Делфт Технологический университет, Mekelweg 2, 2628 CD Делфт, Нидерланды

Поступило 15 ноября 2019 г .; Принято 13 декабря 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /). Эту статью цитировали в других статьях в PMC.

Abstract

В данной статье исследуется отказ вентилируемого дискового тормоза в автомобиле. Неисправный тормозной диск находился в эксплуатации около 10 лет. Наблюдаемый отказ имел форму радиальных трещин, которые, по-видимому, возникли на внешнем крае дискового тормоза. Трещины были достаточно прямыми, без разветвлений. Оптический микроскоп, растровый электронный микроскоп (SEM) и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS) были использованы для изучения микроструктуры отказавшего диска.Испытание на микротвердость по Виккерсу также использовалось для оценки твердости образцов. Результаты показали, что основная причина образования трещин в этом случае была связана с чрезмерным износом тормозного диска. В разрушенном образце были выявлены различные механизмы износа, а именно абразивный и адгезионный износ. Кроме того, изношенная поверхность на некоторых участках покрыта мелкими частицами оксида. Оказалось, что эти частицы вносят значительный вклад в истирание. Чтобы лучше понять механизмы износа, на образцах также были проведены эксперименты «штифт на диске».Результаты экспериментов «палец на диске» сравнивались и соотносились с результатами, полученными на вышедшем из строя тормозном диске.

Ключевые слова: отказ, дисковый тормоз, автомобиль, износ

1. Введение

Автомобильные дисковые тормоза, как известно, испытывают тяжелые условия работы в условиях термической усталости, износа и больших механических нагрузок. Среди различных материалов чугун является наиболее широко используемым материалом в дисковых тормозах, поскольку он обладает уникальным сочетанием превосходной износостойкости и превосходного коэффициента теплопередачи [1].Различные параметры, включая легирующие элементы и морфологию графита, влияют на трибологические свойства чугуна. Существует несколько исследований влияния морфологии графита и легирующих элементов на износостойкость серого чугуна [2,3,4,5]. Кремний, хром и марганец, как известно, положительно влияют на износостойкость чугунов. Постулируется, что более высокая твердость и прочность на разрыв в сочетании с меньшими потерями на износ могут быть достигнуты путем добавления кремния и хрома в серый чугун [6,7,8].Помимо химического состава и микроструктуры сплава, параметры испытаний на абразивный и износостойкость также оказывают заметное влияние на износ серого чугуна. Независимо от того, проводится ли испытание в сухих или смазанных условиях, скорость движущихся в противоположных направлениях частей во время испытания и приложенная нагрузка оказывают контролирующее влияние на износ сплавов. Например, серый чугун показывает гораздо лучшую износостойкость в условиях смазки, очевидно, из-за более низкого коэффициента трения [9,10,11,12].Известно, что сплавы серого чугуна обладают самосмазывающейся характеристикой из-за присутствия чешуек графита в их микроструктуре, что делает их подходящим выбором для скользящих компонентов в механических узлах и установках [3,13,14]. Вот почему чугун до сих пор остается наиболее широко используемым материалом для дисковых тормозов поездов и автомобилей. Учитывая, что дисковый тормоз является важным компонентом, когда безопасность пассажиров в транспортном средстве является проблемой, понимание механизмов деградации этого компонента является очень ключевым вопросом при производстве более надежных и безопасных транспортных средств [15,16].Износ и выход из строя дисковых тормозов могут быть очень сложными из-за одновременного воздействия механической нагрузки, состояния поверхности и термических напряжений. Тот факт, что дисковые тормоза испытывают условия динамической нагрузки, еще больше усложняет интерпретацию отказов. Предполагается, что растрескивание поверхности, образовавшееся во время истирания, создает пятна, на которых могут возникать трещины. Дальнейшее нагружение вызывает рост трещин и выход диска из строя [16,17,18]. Gao et al. [19] сообщили, что причиной образования и роста трещин является усталость из-за термомеханического циклического нагружения.В этой статье исследуется отказ вентилируемого дискового тормоза в автомобиле, и мы представили систематическую и всестороннюю оценку отказа с учетом микроструктуры и условий нагрузки.

2. Материалы и методы

Образцы для определения микроструктурных и механических свойств были вырезаны из вышедшего из строя дискового тормоза с использованием электроэрозионной обработки (EDM). Оптические микроскопы, растровый электронный микроскоп (SEM, Philips, Эйндховен, Нидерланды) и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS, Cu Kα) использовались для изучения микроструктуры и механизмов износа отказавшего диска.Поверхность излома разрушенных образцов также исследовалась с помощью СЭМ. Твердость образцов измеряли с помощью теста на микротвердость по Виккерсу (усилие 100 г при времени нагружения 15 с, согласно ASTM E384-17). Лазерный профилометр использовался для исследования топологии поверхности разрушенных образцов. Для дальнейшего изучения корреляции между микроструктурой и поведением образцов при износе было проведено испытание на износ штифт на диске на образцах диаметром 50 мм при температуре окружающей среды с использованием закаленной стали AISI 52100 (Fe-1.0C, 0,4Mn, 0,15Si, 0,02S, 0,01P, 1,5Cr, мас.%), Диаметром 5 мм и твердостью 64 RC. Образцы взяты с диска. Испытания на износ проводились на стороне, не контактировавшей с колодкой. Во-первых, были проведены некоторые пробные испытания на износ с различными нагрузками, чтобы определить нагрузку, при которой испытание на износ дало результаты в разумные сроки. Нагрузки в пробных испытаниях меняли с 10 до 60 Н. Каждое испытание выполнялось на 50 м. В итоге испытания проводились с нагрузками 20 и 40 Н. Результаты показали, что в экспериментах с нагрузками ниже 10 Н потребовалось очень много времени, чтобы увидеть незначительные изменения веса образца.С другой стороны, нагрузки, превышающие 60 Н, приводили к быстрой деформации и чрезмерному износу в течение нескольких минут, так что практически невозможно было получить какую-либо информацию (например, кинетику потери веса) из теста. Испытания продолжались до 1000 м. Испытания на износ прерывались через каждые 250 м для измерения потери веса. Скорость движущегося по диску штифта была выбрана постоянной 0,25 м / с. Остатки износа, собранные во время испытаний на износ, также оценивались с помощью SEM.SEM также исследовал топологию поверхности после испытаний на износ.

3. История вопроса

В данном случае неисправность была связана с серым чугуном (Fe-3,3% C, 2,1% Si, 2,2% Mn, 0,2% P и 0,1% S, предоставленные поставщиком) дисковый тормоз в автомобиле (см. а, б). Неисправный диск находился в эксплуатации около 10 лет. Пробег на момент сообщения о неисправности составил 100 000 км (10 лет эксплуатации). Диск эксплуатировался при колебаниях температуры от -10 ° C (зимой) до 35 ° C летом в довольно сухой атмосфере.Диск был вентилируемый и отлит так, что две стороны одновременно соприкасались с тормозной колодкой. Однако микротрещины образовались только с одной стороны. Наблюдаемый отказ имел форму радиальных трещин, которые, по-видимому, возникли на внешней кромке тормозного диска. Были две довольно большие трещины, одна размером около 30 мм, а другая около 40 мм (см. C, d). Первая трещина фактически представляла собой две отдельные трещины, распространяющиеся в одном направлении, а вторая - прямая непрерывная трещина.Признаков ветвления трещины на поверхности не было.

( a , b ) Оптические изображения диска и ( c , d ) изображения трещин на поверхности тормозного диска.

4. Результаты и обсуждение

показывает изображения диска до и после травления, полученные с помощью оптического микроскопа. Как показано, чешуйки графита были распределены в перлитной матрице. Чешуйки графита являются отличными проводниками тепла, что также делает серый чугун хорошими проводниками тепла.Это также связано с тем, что чешуйки графита образуют взаимосвязанную сеть, образуя легкий путь для передачи тепла. Кроме того, известно, что чешуйки графита поглощают звуки, создаваемые контактами тормозной колодки и тормозного диска [20]. показывает СЭМ-изображения трещин на поверхности диска, вид сверху и в поперечном сечении. На первом изображении видно, что трещины на поверхности в некоторых областях достигают 200 мкм. Оказалось, что эти большие отверстия на поверхности образовались из-за откола от поверхности довольно крупных сколов.Остальные элементы в виде сколов все еще были видны внутри трещины. Еще дальше, с правой стороны трещины, было пятно (примерно 200 мкм × 100 мкм), которое, по-видимому, представляло собой область, из которой произошел скол поверхности. б - изображения поперечного сечения трещины. Разветвлений или серьезных отклонений от прямой линии не было. показана лазерная профилометрия рельефа поверхности в окрестности трещины. Были параллельные друг другу глубокие взлеты и падения [21].Острые кромки на поверхности указывали на резку и абразивный износ поверхности.

Изображения микроструктуры ( a ) после полировки и ( b ) после травления, полученные с помощью оптического микроскопа.

Изображения трещины с помощью сканирующего электронного микроскопа ( a ), вид сверху и ( b ) поперечное сечение.

Изображение поперечного сечения трещины с помощью оптического микроскопа.

Лазерная профилометрия поверхности дискового тормоза в районе трещины.

показывает поверхность излома диска. Излом в целом хрупкий, имеет слоистую структуру (см. А). Поверхность излома покрыта сетью мелких микротрещин. Граница раздела матрица-графит, в которой матрица относится к перлиту, является подходящим местом для зарождения трещин, учитывая, что адгезия графита к структуре на основе железа довольно слабая. Пример изображен на b. Похоже, что трещина в основном возникла на границе графит / матрица. показывает, что поверхность излома на некоторых участках покрыта мелкими агломерированными частицами.Результаты EDS показывают, что эти частицы были в основном частицами оксидов, содержащих Fe и Si. Эти частицы образовались при износе поверхности и отрыве частиц. Это в то время как высокая температура диска во время контакта колодки и диска привела к диффузии атомов кислорода в решетку и окислению частиц. Мелкие частицы оксида имеют относительно более высокую твердость по сравнению с матрицей. Эти частицы могут вызвать сильное истирание в случае захвата между двумя движущимися компонентами, в данном случае тормозной колодкой и диском.Образование мелких частиц оксида между тормозной колодкой и диском связано с локальным повышением температуры из-за чрезмерного трения в локальных точках контакта между колодкой и диском.

( a , b ) СЭМ-изображения поверхности излома тормозного диска.

SEM / EDS анализ оксидных частиц.

Результаты профилометрии микротвердости по трещине на разной глубине от поверхности представлены на рис. Дисковые тормоза испытывают большие поверхностные сжимающие напряжения из-за действующих нагрузок от тормозных колодок.Это приводит к пластической деформации и наклепу в слоях, близких к поверхности. В данном случае это привело к увеличению твердости примерно с 200 VHN в глубоких слоях внутри тормозного диска до 400 VHN в слоях, близких к поверхности. Это увеличение твердости подтвердило аргумент о том, что поверхность была сильно деформирована и упрочнялась во время эксплуатации. Прасад [4] также сообщил о возникновении наклепа в дисках из серого чугуна во время испытания на износ. Глубина деформационного упрочненного слоя зависела от условий нагружения, расстояния скольжения (времени службы) и повышения температуры в локальных точках контакта.

Профилометрия твердости по трещине на разной глубине от поверхности.

Для дальнейшего исследования механизмов износа в сером чугуне были проведены испытания износа «палец на диск» на дисках диаметром 50 мм. Испытания проводились на высоте 1000 м при нагрузках 20 и 40 Н. изображает результаты испытаний на износ. a сравнивает потерю веса во время испытаний на износ при нагрузках 20 и 40 Н. Чем выше нагрузка, тем выше потеря веса. В случае нагрузки 40 Н потеря веса линейно увеличивалась с увеличением расстояния скольжения.Однако в случае нагрузки 20 Н оказалось, что потеря веса имела другую кинетику во время испытания, так что кинетика потери веса была намного медленнее на первых 500 м скольжения. Кинетика потери веса с этого момента значительно увеличилась. Это могло быть связано с активацией нового механизма износа. Учитывая, что частицы оксида вносят значительный вклад в износ [22], можно предположить, что до 500 мкм между штифтом и диском образовалось недостаточно оксидных частиц.Это изменилось после 500 м скольжения. Этот аргумент следует за изменением коэффициента трения с расстоянием скольжения (см. B). Мы видим, что при нагрузке 20 Н коэффициент трения увеличивался с разной кинетикой после 500 м. Что касается коэффициента трения, можно видеть, что коэффициент трения при нагрузке 40 Н был сравнительно больше, чем при нагрузке 20 Н. Это было связано с корреляцией приложенной нагрузки и коэффициента трения. По мере увеличения приложенной нагрузки во время испытания на износ точки контакта между неровностями увеличивались, что приводило к более высокому коэффициенту трения.Наблюдаемое увеличение коэффициента трения с увеличением расстояния скольжения в обоих случаях можно объяснить образованием и фрагментацией оксидных частиц на поверхности. Что еще более важно, по мере увеличения расстояния скольжения увеличивалась вероятность отделения и фрагментации чешуек графита. Учитывая, что чешуйки графита обладают самосмазывающимся эффектом, это отделение и фрагментация чешуек графита может увеличить коэффициент трения. Отслоение графита также может увеличить шероховатость поверхности, что отрицательно скажется на коэффициенте трения.c, d показывают лазерную профилометрию топографии поверхности и СЭМ-изображение изношенной поверхности после 1000 м скольжения под нагрузкой 40 Н. На поверхности имелись разные особенности, каждая из которых была связана с разными механизмами износа. Прежде всего, на поверхности были пятна, на которых поверхность явно подверглась сильной пластической деформации. В некоторых местах это привело к растрескиванию поверхности (см. D). Помимо этого, на поверхности были некоторые вспашки, связанные с истиранием из-за относительного движения частиц оксида по поверхности.Более того, на поверхности были обнаружены некоторые порезы. Порез был идентифицирован, когда материал отделялся с незначительной пластической деформацией по бокам канавок.

Результаты испытания на износ: ( a ) потеря веса с расстоянием скольжения, ( b ) изменение коэффициента трения с расстоянием скольжения, ( c ) лазерная профилометрия образца после испытания на износ 1000 м при 40 Н загрузки и ( d ) SEM-изображение того же образца.

В то время как пластическая деформация и растрескивание являются признаками механизма адгезионного износа, вспашка и резка могут быть связаны с абразивным износом, из чего следует, что механизмы адгезионного и абразивного износа способствуют потере веса во время испытания на износ.Первый механизм износа имеет относительно более высокую кинетику потери веса. В тяжелых условиях контактные точки между телами скольжения могут быть серьезно повреждены адгезионным износом. Если поверхность имеет минимальную шероховатость и приложенная нагрузка достаточно велика, прилипание металла к металлу в местах контакта становится неизбежным. Если так называемый липкий слой слабо связан с диском, он со временем оторвется от поверхности. Это схематично показано на. По сравнению с адгезионным износом, абразивный износ имеет место, когда твердые частицы / неровности скользят по поверхности.Твердые частицы / неровности могут вызывать истирание без необходимости вызывать серьезную пластическую деформацию на поверхности. Если частицы / неровности достаточно острые, они вызывают резку поверхности. Однако их атрибуция не ограничивается резанием, так как они также могут вызывать микротрещины на поверхности и вырывание зерен (см. B) [23]. Порезы и микротрещины являются наиболее доминирующими элементами на поверхности излома. Резка поверхности приводит к отслоению остатков износа. Если частицы износа твердые и хрупкие, они будут фрагментироваться и захватываться между телами скольжения и внутренними канавками поверхности и, в свою очередь, способствовать истиранию поверхности.Отнесение частиц износа к скорости износа зависит от относительной твердости частиц износа по сравнению с твердостью изношенной поверхности. Ожидается, что быстрое истирание произойдет, когда твердость матрицы составляет менее 80% твердости частиц [23]. Если нагрузка в точках контакта достаточно высока, температура в точках контакта увеличивается, и, следовательно, также может иметь место окисление частиц износа. Похоже, именно это и имеет место в данной неисправности (см.). Частицы оксида явно твердые и, как ожидается, вызовут дальнейшее истирание.И порезы, и микротрещины менее вероятны, если изношенная поверхность является пластичной по своей природе. Результаты показывают, что в этом случае как адгезионный износ, так и истирание контролируют износ дискового тормоза во время эксплуатации. показывает СЭМ-изображения обломков после испытаний на износ. Обломки в первую очередь можно разделить на большие пластинчатые крошки с размером в диапазоне нескольких десятков микрометров и мелкие агломерированные частицы. Анализ EDS показывает, что эти частицы являются частицами оксида, тем самым подтверждая вышеупомянутый аргумент относительно образования частиц оксида из-за повышения температуры между штифтом и диском.

Схемы механизмов ( a ) адгезионного износа и ( b ) абразивного износа.

SEM-изображение / EDS-анализ остатков износа (ось x: кэВ, ось y: а.е.).

5. Выводы

В этой статье исследуется основная причина образования трещин в автомобильном дисковом тормозе. Кроме того, были проведены лабораторные эксперименты «штифт на диск» для оценки механизма износа серого чугуна. Можно сделать следующие выводы:

  • Наблюдаемые трещины были довольно прямыми и, по-видимому, начинались с внешней поверхности диска и росли внутрь к центру диска.Трещины образуются из-за износа и тяжелых условий нагружения и распространяются перпендикулярно направлению скольжения.

  • Внутри трещины на некоторых участках были заполнены сколами и мелкими сферическими частицами. Эти внешние частицы внутри трещин по своей природе являются оксидными частицами.

  • Частицы оксида образовались во время испытания на износ в результате повышения температуры на контактах тормозных колодок и дисков. Эти оксидные частицы в значительной степени способствуют истиранию и потере веса.

  • На поверхности излома диска наблюдался отрыв границы раздела графит-матрица. Отслоение графита создает шероховатость и неровности поверхности, что, в свою очередь, увеличивает коэффициент трения.

  • Механизмы абразивного и адгезионного износа были идентифицированы в образцах «штифт на диске».

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Делфтский технологический университет за поддержку в публикации этой рукописи.

Вклад авторов

Концептуализация, A.M. и A.B .; методология, М. и A.M .; формальный анализ, А. и H.D .; следствие, А. и M.G .; письменная - подготовка оригинального черновика, А.М.; написание - просмотр и редактирование, A.B. и P.T .; визуализация, А.М .; надзор, A.B., H.D. и P.T .; администрация проекта, P.T.

Финансирование

Это исследование не получало внешнего финансирования.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Cueva G., Sinatora A., Guesser W., Tschiptschin A.J.W. Износостойкость чугунов, используемых в роторах тормозных дисков. Носить. 2003; 255: 1256–1260. DOI: 10.1016 / S0043-1648 (03) 00146-7. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Ривера Г.Л., Боэри Р.Э., Сикора Дж. А. Затвердевание серого чугуна. Scr. Матер. 2004. 50: 331–335. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2003.10.019. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Zhang Y., Chen Y., He R., Shen B. Исследование трибологических свойств материалов тормозных колодок - фосфорных чугунов с различной морфологией графита.Носить. 1993. 166: 179–186. DOI: 10.1016 / 0043-1648 (93) -S. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Чо М.Х., Ким С.Дж., Баш Р.Х., Фаш Дж. У., Янг Х. Трибологическое исследование серого чугуна с автомобильными тормозными накладками: влияние микроструктуры ротора. Трибол. Int. 2003. 36: 537–545. DOI: 10.1016 / S0301-679X (02) 00260-8. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Ван В., Цзин Т., Гао Ю., Цяо Г., Чжао X. Свойства серого чугуна с ориентированными чешуйками графита. Матер. Процесс. Technol. 2007. 182: 593–597. DOI: 10.1016 / j.jmatprotec.2006.09.028. [CrossRef] [Google Scholar] 6. ELSawy E.E.T., EL-Hebeary M.R., El Mahallawi I.S.E. Влияние добавок марганца, кремния и хрома на микроструктуру и характеристики износа серого чугуна для сахарной промышленности. Носить. 2017; 390: 113–124. DOI: 10.1016 / j.wear.2017.07.007. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Джимбо Ю., Мибе Т., Михе Т., Акияма К., Мацуи Х., Йошида М., Одзава А.Дж.С.Т. Разработка чугуна с высокой теплопроводностью для роторов тормозных дисков. Int. Конг и выставка Детройт; Детройт, США: 1990.С. 1–7. [Google Scholar] 8. Келлер Дж., Фридрици В., Капса П., Видаллер С., Хуард Дж. Дж. У. Влияние химического состава и микроструктуры серого чугуна на износ гильз цилиндров тяжелых дизельных двигателей. Носить. 2017; 263: 1158–1164. DOI: 10.1016 / j.wear.2007.01.091. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Прасад Б.К. Скользящая реакция износа серого чугуна: влияние некоторых экспериментальных параметров. Трибол. Int. 2011; 44: 660–667. DOI: 10.1016 / j.triboint.2011.01.006. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Прасад Б.K. Характеристики износа при скольжении серого чугуна в зависимости от скорости скольжения, нагрузки и окружающей среды. Трибол. Матер. Серфинг. Интерфейсы. 2008. 2: 128–138. DOI: 10,1179 / 175158308X383215. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Гауда Д., Чаран Кумар Д., Сандип Г.М., Партасарати А., Чандрашекар С. Трибологическая характеристика центробежно-литого графитового чугуна в сухих и влажных условиях. Матер. Сегодня Proc. 2018; 5: 145–151. DOI: 10.1016 / j.matpr.2017.11.065. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Чан Х., Ко К., Ким С., Баш Р., Фэш Дж. Дж. У. Влияние металлических волокон на характеристики трения фрикционных материалов автомобильных тормозов. Носить. 2004. 256: 406–414. DOI: 10.1016 / S0043-1648 (03) 00445-9. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Уайт С.В. Справочник по металлам: свойства и выбор: чугуны, стали и высокоэффективные материалы. 10-е изд. Том 1. АСМ, Материалы; Парк, Огайо, США: 1990. Серый чугун; С. 12–32. [Google Scholar] 14. Эйр Т.С. Справочник по металлам: технологии трения, смазки и износа. 10-е изд.Том 18. АСМ, Материалы; Парк, Огайо, США: 1992. Трение и износ чугунов; С. 695–701. [Google Scholar] 15. Макар Дж., Деснойерс Р., Макдональд С.Э. Режимы и механизмы отказов в трубах из серого чугуна, Строительный институт. Национальный исследовательский совет Канады; Оттава, Онтарио, Канада: 2001. С. 1–10. [Google Scholar] 16. Баньоли Ф., Дольче Ф., Бернабеи М.Дж.Е.Ф.А. Термически усталостные трещины тормозных дисков из серого чугуна пожарных машин. Англ. Провал. Анальный. 2009. 16: 152–163. DOI: 10.1016 / j.engfailanal.2008.01.009. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Ян З.Й., Хан Дж.М., Ли В.Дж., Ли З.К., Пан Л.К., Ши X.L. Анализ механизма зарождения и распространения усталостных трещин в тормозных дисках CRH EMU. Англ. Провал. Анальный. 2013; 34: 121–128. DOI: 10.1016 / j.engfailanal.2013.07.004. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Макфи А.Д., Джонсон Д.А. Экспериментальный анализ теплопередачи и расхода вентилируемого тормозного ротора. Int. J. Therm. Sci. 2008. 47: 458–467. DOI: 10.1016 / j.ijthermalsci.2007.03.006. [CrossRef] [Google Scholar] 19.Гао С.Х., Хуанг Дж.М., Линь X.Z., Тан X.S. Анализ напряжений термического усталостного разрушения тормозных дисков на основе термомеханической муфты. J. Tribol. 2007. 129: 537–542. DOI: 10,1115 / 1,2736437. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Коллини Л., Николетто Г., Конечна Р.Дж.М.С. Микроструктура и механические свойства перлитного серого чугуна. Mater Sci. Англ. А. 2008; 488: 529–539. DOI: 10.1016 / j.msea.2007.11.070. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Батхе Р., Кришна В.С., Никумб С., Падманабхам Г.Дж.А.П.А. Лазерное текстурирование поверхности серого чугуна для улучшения трибологических свойств.Mater Sci. Процесс. 2014; 117: 117–123. DOI: 10.1007 / s00339-014-8281-у. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Бахрами А., Мусави Аниждан С.Х., Голозар М.А., Шаманян М., Варахрам Н. Влияние традиционной термической обработки на износостойкость инструментальной стали AISI h23. Носить. 2005; 258: 846–851. DOI: 10.1016 / j.wear.2004.09.008. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Финдик Ф. Последние достижения в области трибологических свойств промышленных материалов. Матер. Des. 2014; 57: 218–244. DOI: 10.1016 / j.matdes.2013.12.028. [CrossRef] [Google Scholar]

Тормозные колодки - обзор

Эксплуатационные эффекты

В принципе, законы трения Амонтона применимы к фрикционным материалам; однако коэффициент трения пары трения из композита и чугуна на полимерном связующем не остается постоянным, и поэтому конструкторы транспортных средств и тормозов должны быть готовы к изменению конструкции.Полезно понять физические причины, по которым происходит изменение коэффициента трения. Основная причина колебаний - температура; во время работы тормоза они нагреваются, а воздействие тепла приводит к повышению температуры фрикционного материала, и на границе трения могут возникать очень высокие температуры даже при относительно малой нагрузке из-за низкой температуропроводности трения. материал. Теплофизические свойства связующего из термореактивной смолы зависят от температуры, и свойства многих других компонентов также будут изменяться в зависимости от температуры.Могут происходить химические реакции, и, в частности, термическое разложение фрикционного материала на границе раздела известно как процесс абляции. В конечном итоге коэффициент трения изменяется с температурой; обычно μ немного увеличивается до температуры диска или барабана примерно 200–250 ° C, а затем уменьшается, как показано на рисунке 2.1. Точное изменение температуры зависит от фрикционного материала.

В терминах тормозов рабочая температура может быть определена с точки зрения температуры тормозного ротора.Есть некоторые споры о том, как лучше всего это измерить; для обычных пар трения из композита / чугуна можно использовать трущиеся термопары, но часто предпочтительны встроенные термопары, особенно для законодательных испытаний, но какой бы метод ни использовался, последовательность важна (см. главу 9). Производители фрикционных материалов могут предпочесть использовать свои собственные методы измерения температуры, которые согласованы внутри компании, но не могут быть напрямую сопоставимы с другими методами, используемыми где-либо еще.В последнее время стала популярной инфракрасная пирометрия, и при условии, что проблемы изменения коэффициента излучения поверхности могут быть преодолены, это хороший метод для определения изменений температуры поверхности. Ни один метод не дает точного измерения температур, возникающих на фактической поверхности раздела трения, но все они могут быть надежными в качестве надежного измерения температуры, обычно преобладающей для конкретных условий работы тормоза.

При включении тормоза температура увеличивается, а коэффициент трения изменяется, как описано выше.Для обеспечения единообразия и эквивалентности при испытаниях температура «начала остановки» обычно принимается в качестве эталонной температуры. Таким образом, при сравнении различных приложений температура ротора при начальном нажатии на тормоз принимается в качестве определяющего параметра. Типичный пример характеристик связанного смолой композитного фрикционного материала при различных «пусковых» температурах, измеренный относительно чугунного ротора на небольшом образце испытательного стенда на трение, показан на рисунке 2.3. Эти данные показывают, как изменяется коэффициент трения во время последовательности испытаний и между последовательностями испытаний.В испытании использовался образец фрикционного материала диаметром 10 мм, скользящий по чугунному диску, вращающемуся с постоянной скоростью, эквивалентной 7,15 м / с. Постоянную нормальную нагрузку прикладывали в течение 20 с, затем снимали и повторяли для 20 применений в 1-минутном цикле. Первое нанесение 20 было произведено, когда диск достиг требуемой начальной температуры 80, 100 или 120 ° C. Обеспечено естественное конвекционное охлаждение.

Рисунок 2.3. Измерение коэффициента трения на небольшой испытательной установке.

Начальная температура диска 80 ° C, наложение сопротивления 20 с, линейная скорость скольжения 7,15 м / с.

Первый тест (начальная температура 80 ° C) показал увеличение μ с 0,46 до 0,49. Второй тест (начальная температура 100 ° C) показал довольно стабильное значение μ около 0,48. Третий тест (начальная температура 120 ° C) показал довольно стабильное значение μ , уменьшенное примерно до 0,46. В четвертом тесте начальная температура вернулась к 80 ° C и показала повышение с 0,46 теста 120 ° C до уровня, указанного в первом тесте 80 ° C, но, что довольно неожиданно, затем она упала до уровня 120 ° C. .Эти результаты показывают довольно хорошее поведение фрикционного материала только для примера; Тест не был особо сложным и долгим, а пара трения продемонстрировала довольно высокие μ .

Снижение коэффициента трения с температурой обычно называют «выцветанием». Одно физическое объяснение выцветания состоит в том, что летучие органические компоненты из смолы и других компонентов создают области сжатого пара или газа на границе раздела, разделяя поверхности скольжения и по существу создавая псевдогидродинамические условия скольжения.Поскольку таких летучих компонентов гораздо больше в частично отвержденных фрикционных материалах, фрикционные характеристики нового или «зеленого» материала, вероятно, будут заметно отличаться от таковых у использованного фрикционного материала, часто показывая большее изменение в зависимости от температуры. По этой причине с новыми тормозными накладками следует обращаться осторожно и не подвергать их интенсивной эксплуатации при высоких температурах до тех пор, пока они не приработаются и не начнут полироваться. В США термины «полировка» и «наплавка» используются как синонимы, причем полировка является более распространенной.Как объяснялось в главе 9, приработку можно рассматривать как процесс достижения геометрического соответствия между статором и ротором на поверхности раздела трения, а выглаживание - как процесс достижения устойчивого состояния скольжения или трибологического контакта на границе раздела трения, что включает в себя воздействие температуры на новый фрикционный материал для его полного отверждения и высвобождения летучих веществ из зоны реакции (рис. 2.2).

Если фрикционный материал подвергается воздействию высокой температуры, достаточной для возникновения выцветания, то можно ожидать, что, когда температуре позволят вернуться к более низкому значению, μ вернется к своему исходному значению, как показано на рисунке 2 .3. Хотя этот температурный эффект в значительной степени обратим, часто возникает эффект, известный как «замедленное замирание», который может возникнуть и уловить неосторожных. В крайнем проявлении тормозам транспортного средства можно дать остыть, но при их следующем включении генерируется низкое значение μ (см. Главу 9). Для композитных фрикционных материалов на полимерной связке в паре с типичным чугунным ротором продолжительное скольжение при температурах, превышающих примерно 300 ° C (в зависимости от материала и условий эксплуатации), приведет к изменениям в материале поверхностного трения и, возможно, по толщине. прокладки или подкладки.Органические компоненты, которые используются для регулирования характеристик трения и износа, начинают термически ухудшаться, существенно ухудшаются характеристики фрикционного материала и снижается механическая прочность материала. В крайнем случае поверхность фрикционного материала становится «денатурированной», поскольку все органические компоненты выгорают, и остаются только термостойкие компоненты (см. Рисунок 2.4). Необратимо ухудшаются характеристики трения и износа.

Рисунок 2.4. Пример «денатурированной» колодки дискового тормоза, вызванной чрезмерным режимом работы и высокой температурой.

Скорость также может влиять на фрикционные характеристики. Между статическим коэффициентом трения μ s и коэффициентом трения скольжения существует определенная переходная зона. Первое обычно выше, чем второе, поэтому на очень низких скоростях тормоза могут работать с перебоями, создавая эффекты вибрации, такие как «медленный стон». В случае композитных фрикционных материалов на полимерной связке влияние скорости почти полностью связано с распределением температуры и тепловыми условиями.Более высокая скорость транспортного средства означает более высокую скорость скольжения на границе трения и более высокую скорость рассеивания энергии. Возникают более высокие температуры интерфейса, и μ соответственно уменьшается. Это явление, известное как «чувствительность к скорости», особенно заметно в тяжелых коммерческих транспортных средствах (Day, 1988). Влияние скорости и температуры для типичного композитного фрикционного материала на полимерной связке, работающего против чугуна на том же небольшом испытательном стенде, что и раньше, показано на рисунке 2.5. Обратите внимание, что ось скорости расширяется от 1000 до 2500 об / мин, а затем возвращается к 1500 об / мин, чтобы указать повторяемость характеристик трения. Стандартной практикой является завершение последовательности испытаний фрикционного материала путем повторения испытания в начальных условиях для проверки «восстановления» (см. Главу 9). Данные подобных испытаний можно использовать для определения моделей трения для использования в вычислительном анализе.

Рисунок 2.5. Графики поверхности μ , скорость и температура.

Есть много других условий эксплуатации и окружающей среды, которые могут влиять на характеристики трения.Вода может иметь два противоположных эффекта: высокая влажность может повысить μ , так что тормоза транспортного средства могут казаться очень резкими (и шумными) в холодное влажное утро, но несколько применений могут повысить температуру, высушить воду и довести μ до нормального рабочего уровня. Замачивание или погружение в воду может снизить фрикционные характеристики из-за наличия смазочной пленки (жидкости или пара) между поверхностями трения. (Интересно отметить, что контролируемое попадание воды на фрикционную поверхность с высокой термической нагрузкой использовалось в гонках на грузовиках для улучшения тормозных характеристик за счет увеличения рассеивания тепла за счет скрытой теплоты испарения воды.)

Большая часть рассмотренного до сих пор варианта μ относится к высоконагруженным режимам. Как упоминалось выше, μ также может зависеть от режима использования маломощного тормоза, например когда автомобиль движется в короткие поездки на относительно низких скоростях с нечастым легким торможением и, как следствие, низкими температурами. Такой тип использования может привести к образованию пленок на поверхности фрикционного материала и сопрягаемой поверхности, что связано с низкими характеристиками трения (низкий μ ) и часто называется (в Европе) «остеклением».Поверхностные пленки необходимо будет удалить или заменить, прежде чем можно будет добиться возврата к характеристическим характеристикам трения в установившемся режиме. Традиционный способ решения проблемы остекления - это применение в тяжелых условиях, но это не всегда работает с современными фрикционными материалами, где покрытия могут быть особенно прочными. Термин «остекление» не следует путать с использованием того же термина в США для описания результата перегрева фрикционного материала, например при интенсивном использовании или тестировании на выцветание и восстановление.

Когда обычная композитная дисковая тормозная колодка со связующим из смолы или тормозная накладка барабанного тормоза наносится заново на чугунную сопрягаемую поверхность (часто называемые «зелеными» условиями), трибологические условия на границе раздела сильно отличаются от тех, что: установившиеся условия между изношенными и изношенными парами трения тормозов. Процесс, с помощью которого устанавливаются установившиеся трибологические рабочие условия, называется «приработкой», как обсуждалось ранее, но его часто называют «выглаживанием», особенно в США, где в первую очередь считается, что выглаживание подвергает фрикционный материал тепловым циклам. для их полного отверждения и диспергирования летучих соединений при нанесении слоя в результате процесса полировки.Чтобы объяснить это более подробно, можно рассмотреть два аспекта подготовки новой пары трения тормоза к работе:

1.

В процессе износа будет достигнуто геометрическое соответствие между двумя поверхностями, так что вся видимая площадь поверхностей трения статора и ротора находится в полном контакте. Это рассматривается как «приработка», и если тормоз подвергается интенсивной эксплуатации до завершения приработки, вероятно возникновение теплового повреждения статора и ротора, поскольку работа трения выполняется на меньшей площади, чем либо ротор, либо статор были спроектированы для работы, и в результате скорость работы или уровень нагрузки слишком высок.Во время этого процесса приработки фрикционный материал (поскольку он имеет меньшую площадь по сравнению с двумя компонентами пары трения, а также является менее износостойким) изнашивается, чтобы приспособиться к геометрическим ограничениям тормоза. Обычно тормозная накладка или колодка изначально не будет полностью контактировать с тормозным барабаном или диском, о чем свидетельствует неизношенный участок на трущейся поверхности, и если это обнаруживается при осмотре поверхностей трения, обычной практикой является оценка количества контактируйте и называйте это «процентной подстилкой».Таким образом, если осмотр колодки дискового тормоза показывает, что три четверти фрикционной поверхности контактируют с диском, это будет записано как «75% засыпки». Ожидается, что последующее использование и износ приведут все трущиеся поверхности в соприкосновение для достижения «100% засыпки».

2.

Процесс скольжения между фрикционным материалом и ротором вызывает преобразование поверхностей трения под действием тепловых, механических и химических процессов, связанных с трением, до тех пор, пока не установится квазистационарное состояние трибологического контакта при интерфейс.Пленки переноса будут образовываться на поверхностях статора и ротора, которые могут быть полимерными пленками, возникающими из связующей смолы и ее компонентов, наполнителя, модификаторов трения и т. Д., Или `` набивки '' из остатков износа третьего тела на границе раздела, или изменение топографии поверхности и металлургии или микроструктуры. Это считается «полировкой».

Пример наплавки / полировки проиллюстрирован на рисунке 2.6, на котором показана поверхность трения колодки переднего дискового тормоза легкового автомобиля в трех условиях на начальной, промежуточной и конечной стадиях цикла приработки при испытании на инерционном динамометре ( см. главу 9).На самом деле довольно сложно запечатлеть состояние постельного белья на фотографии; область наслоения в промежуточном состоянии (центральная фотография на рис. 2.6) выделена отражением света от блестящей области контакта, которую можно было бы охарактеризовать как полированную. В состоянии слоя 95% (нижняя фотография) поверхность трения колодки отполирована, но это скорее матовая, чем блестящая поверхность, которую труднее различить. Представительные характеристики стационарного торможения вряд ли будут достигнуты до тех пор, пока трущиеся поверхности не будут приработаны и отполированы.Исследования контактных эффектов на локальное тепловое трение на границе раздела тормозов, например Эрикссон и др. (2002) и Qi et al. (2004), дают представление о науке о выглаживании, а также о вариациях трения с точки зрения локальных зон контакта, теплового расширения и износа.

Рисунок 2.6. Подложка и полировка колодок дисковых тормозов.

Верх: без подстилки новое состояние с подстилкой 0%; в центре: около 25% с подстилкой; Внизу: по оценкам, 95% слоистые.

Как объяснялось ранее, прогнозирование характеристик трения и износа фрикционных материалов из первых принципов путем анализа и расчетов невозможно, поэтому разработка и тестирование имеют важное значение (см. Главу 9).Следует ожидать изменений в μ колодок дисковых тормозов и накладок барабанных тормозов, а хорошая конструкция тормозов и системы может помочь свести к минимуму влияние таких изменений. определяет «производительность» тормоза, а достижение требуемого уровня и стабильности μ является важной частью проектирования и проверки фрикционного материала. Как правило, можно ожидать, что коэффициент трения μ современного фрикционного материала будет отличаться на ± 10% от номинального; таким образом, когда значение μ используется в этой книге для целей проектирования тормозов и системы, характеристики спроектированной системы всегда следует оценивать в этих верхних и нижних пределах.Литература по PADbDIXCEL

Одним из важных критериев при оценке тормозных колодок является «коэффициент трения». Коэффициент трения - это отношение силы трения между двумя поверхностями и силы, прижимающей их друг к другу. Чем меньше коэффициент трения, тем меньше сила, необходимая для скольжения двух поверхностей. Чем выше коэффициент трения, тем сильнее сила, необходимая для скольжения двух поверхностей. Коэффициент трения равен 1, когда требуется 100 кг силы (параллельно земле) для перемещения объекта весом 100 кг.Если тот же объект можно переместить с силой 50 кг. Коэффициент трения 0,5. При расчете коэффициента трения для торможения автомобиля используется тормозной момент, возникающий при торможении, и давление жидкости, необходимое для прижатия тормозной колодки.

Обычно тормозные колодки OEM имеют коэффициент трения 0,3-0,4, а рабочие тормозные колодки имеют коэффициент трения 0,4-0,5. Чем выше коэффициент трения, тем меньшее давление жидкости (более легкое нажатие на педаль тормоза) требуется для создания высокого тормозного усилия.Если коэффициент трения слишком высокий, возникает слишком большое трение и очень трудно тормозить. Наиболее важным фактором для коэффициента трения является достижение тормозными колодками максимального уровня трения сразу после нажатия на педаль тормоза. Если начальное тормозное усилие плохое, это обычно называют тормозными колодками, которые не работают должным образом (плохой начальный прикус). Второй важный фактор - стабильность коэффициента трения при различных температурах.Обычно коэффициент трения ниже при низких и очень высоких температурах. Это проблема, потому что при слишком низкой температуре тормозной мощности будет недостаточно для движения по улице. Еще одна проблема - снижение коэффициента трения при экстремально высоких температурах. Пользователи, которые ездят по гоночным трассам, нуждаются в стабильной тормозной мощности даже в таких условиях. Качественные гоночные тормозные колодки будут иметь стабильную работу от начала до конца. Третий важный фактор - стабильность коэффициента трения на разных скоростях движения автомобиля.Тормозные колодки будут опасны, если при торможении на скорости 60 км / ч будет достигнут стабильный коэффициент трения, но нестабильный при 180 км / ч, продажа продукта будет невозможна. В DIXCEL мы постоянно проводим исследования и разработки, чтобы создать тормозную смесь со стабильным, но высоким коэффициентом трения. Для увеличения коэффициента трения и стабилизации тормозной смеси очень популярны такие материалы, как бронза, стальное волокно, стекловолокно, кевлар, керамика, титан, углерод и т. Д. Перед каждым производителем тормозов постоянно стоит задача сделать из смеси материалов лучшую тормозную колодку.

Когда следует заменять тормозные диски?

«Безопасное вождение» означает разные вещи для разных людей, но независимо от их возраста и опыта, каждый водитель согласен с тем, что тормозная система автомобиля лежит в основе этой безопасности. Предположение, что каждая часть этой системы функционирует должным образом, дает нам равную уверенность в том, чтобы постепенно нажимать педаль тормоза в конце медленного поворота до перекрестка или наступать на нее, чтобы избежать столкновения. Как и тормозные колодки, тормозные диски являются важным компонентом этой системы; поэтому самые тяжелые и крупные отдельные детали на каждой оси также подлежат замене по мере износа.

Каждый водитель должен знать индикаторы того, что его тормоза приближаются к концу рабочего цикла, и хотя относительно легко определить, когда тормозные колодки начинают изнашиваться, знать, какие предупреждающие признаки изношенного ротора, может быть немного сложнее .

Как изнашиваются тормозные диски?

На понимание того, каковы индикаторы износа или повреждения роторов, влияет множество обстоятельств и причин, а также то, как эти элементы сочетаются в течение срока службы автомобиля.

Факторы, способствующие износу ротора, включают, но не ограничиваются:

  • Стандарты качества: стандарты контроля материалов и качества, применяемые производителем в процессе изготовления, обработки и распределения тормозного ротора.
  • Физические характеристики тормозных роторов: цельные, просверленные, прорезанные или вентилируемые по-разному влияют на тепловыделение.
  • Качество тормозных колодок: взаимодействие с дешевыми жесткими колодками или колодками, не установленными должным образом, приведет к повреждению.
  • Стиль вождения и окружающая среда: город, горы или агрессивное вождение, а также экстремальные условия (например, жара в пустыне или холодный зимний холод) - все это приводит к более быстрому износу роторов.
  • Вес автомобиля: чем тяжелее автомобиль или чем больше обновлений или модификаций было добавлено к нему, тем быстрее изнашиваются роторы и колодки.
  • Положение оси: передняя ось обычно несет больший вес, чем задняя, ​​а также (обычно) пропорциональное смещение вперед. Из-за этого передняя часть несет большую тормозную «нагрузку», в результате чего передняя часть обычно изнашивает роторы и колодки быстрее, чем задняя.

Как работают тормозные диски?

В простейшей форме тормозные диски сжимаются тормозными колодками, чтобы замедлить и остановить автомобиль, но на самом деле это не так уж и элементарно. Давайте посмотрим, как вся система работает вместе, шаг за шагом.

  • Водитель хочет остановить машину и нажимает на педаль тормоза.
  • Плунжер в главном цилиндре выталкивает тормозную жидкость из бачка.
  • Через жесткие тормозные магистрали жидкость течет к колесам.
  • Гибкие тормозные магистрали переносят жидкость в суппорты.
  • Давление жидкости выталкивает тормозные поршни в суппортах.
  • Поршни давят на опорную пластину тормозных колодок.
  • Тормозные диски и колодки начинают труться друг о друга, при этом накладки тормозных колодок сжимают поверхность роторов снаружи и изнутри.
  • Из-за трения автомобиль замедляется или останавливается.
  • Поскольку выделяется большое количество тепла, тормозные диски и колодки нагреваются до высокой температуры.

В современных автомобилях давление тормозной жидкости регулируется системами ABS (антиблокировочная тормозная система), ASR (антипробуксовочная система) и ESP (электронная программа стабилизации).

Тормозные диски - одна из наиболее заметных частей полной тормозной системы. Это те металлические диски в форме летающей тарелки, установленные на ступицах колес, видимые за колпаком ступицы.Обычно они формируются путем отливки твердых «заготовок» в формы из специальных металлических сплавов, которые должны быть устойчивы к износу и высокой температуре; в большинстве случаев это чугун и стальное литье. В дополнение к отверстиям для болтов, которые удерживают их на оси, они также отформованы с внутренними охлаждающими лопатками, и, в зависимости от транспортного средства и конечного использования, для которого они предназначены, они могут быть обработаны на заказ для добавления пазов и / или просверленные отверстия.

Когда тормозные колодки прижимаются к ротору, возникающее трение создает тепло и газы, которые могут задерживаться внутри системы.Цельные роторы - наименее дорогостоящий вариант, но они имеют тенденцию к перегреву. Роторы более высокого качества, для сравнения, вентилируются различными способами, чтобы уменьшить это тепло. Просверливание отверстий и прорезей в поверхности, которая взаимодействует с тормозными колодками, не только способствует более быстрому отводу тепла, но и предотвращает скопление газов и мусора, продлевая срок службы ротора и сохраняя тормозную систему более прочной. Роторы с прорезями оснащены внутренними вентиляционными каналами, которые отводят тепло в сторону задней части автомобиля.

В автомобилях премиум-класса и гоночных автомобилях используются нестандартные тормозные диски из керамических или углеродных материалов; они очень дороги, но редко перегреваются.

Когда их следует заменять?

Тормозные диски изнашиваются дольше, чем тормозные колодки, обычно в соотношении два к одному, но их следует проверять при каждом техническом обслуживании и ремонте вашего автомобиля. Самый верный способ определить, подошли ли они к концу своего жизненного цикла, - это измерить их физическую толщину, чтобы определить, не слишком ли они тонкие.Минимальная толщина указана в сервисной книжке автомобиля, и некоторые производители тормозных дисков даже гравируют ее на поверхности ротора.

Кроме того, тормозные диски могут нуждаться в замене при появлении любого из следующих признаков:

  • После нажатия на педаль тормоза водитель ощущает вибрацию в рулевом колесе и / или педали тормоза.
    • Причина: отложения подушек. Материал тормозных колодок может собираться на поверхности ротора и образовывать выступы.Как правило, это результат перегретой или недогретой тормозной системы. Эти отложения обычно больше проявляются при обратной связи от педали, когда поршень суппорта вставляется и выходит из суппорта.
    • Выбор правильного состава смеси для тормозных колодок для вашего автомобиля может помочь предотвратить образование отложений на колодках. Тем не менее, повторение процесса заделки часто может удалить отложения; в противном случае может потребоваться повернуть или заменить роторы.
    • Примечание: Хотя дрожание рулевого колеса и / или обратная связь возможны, сильная вибрация рулевого колеса обычно является результатом неисправного компонента подвески и не связана с компонентом тормоза.
  • При торможении тормоза издают очень громкий шум.
    • Причина: Коррозия или изношенные детали. Сильно корродированные компоненты тормоза могут повлиять на жесткие допуски между ними, создавая эффекты перетягивания или шлифования. Многие тормозные колодки предлагаются с «механическим датчиком износа», который представляет собой металлический зажим, предназначенный для трения о ротор, когда толщина тормозных колодок становится слишком малой, и создания звукового шума, предупреждающего водителя о необходимости замены тормозов.Хотя эти системы призваны привлечь внимание к изношенным тормозным колодкам, они также являются полезным напоминанием о проверке ваших роторов!
  • На тормозном роторе образовались поверхностные трещины.
    • Причина: чрезмерный нагрев. Важно понимать, что существует два типа «трещин» ротора, оба из которых связаны с расширением и сжатием ротора при его охлаждении и нагревании, но представляют разные проблемы.
    • Контроль нагрева: Как показано ниже, это условие приводит к образованию небольших микротрещин, которые появляются на поверхности трения ротора.При эксплуатации при высоких температурах, например, в гоночном сценарии, эта тепловая проверка является полностью нормальным и ожидаемым явлением, и роторы, отображающие это, не обязательно нуждаются в замене.

  • Трещина до края: С другой стороны, если трещина расширяется и достигает внешнего или внутреннего края ротора - как показано на рисунке ниже - ротор достиг конца своего жизненного цикла и должен быть немедленно заменен.
  • Примечание: Чем лучше качество ротора, тем дольше ротор прослужит до появления любого типа трещин, но очень важно знать, что тепловая проверка не является результатом плохих материалов и при эксплуатации при очень высоких температурах тоже нет трещин.

  • Повреждена рабочая поверхность тормозного ротора или имеется бороздка.
    • Причина: изношенный компонент или мусор. Сильно изношенные тормозные колодки могут вызвать повреждение ротора, если металлическая опорная пластина соприкасается с ротором. Кроме того, ржавчина, коррозия и дорожный мусор, например камни, могут попасть между тормозной колодкой и ротором, вызывая образование канавок на поверхности трения ротора.
  • Ротор "покоробился": Вопреки распространенному мнению, тормозные диски коробятся очень редко.Физическая и тепловая энергия, необходимая для изгиба или "деформации" ротора, астрономическая, что делает это невероятно редким явлением. Вместо этого любая неровность является результатом только отложений подушек.

Независимо от причины износа, если даже один ротор изношен, лучше заменить весь узел за один раз, включая передние и задние тормозные диски, а также передние и задние тормозные колодки.

Тормозные диски чрезвычайно важны для безопасности движения, поэтому их необходимо заменять новыми, как только обнаруживается, что они повреждены.Тормозные диски должны выбираться в соответствии с инструкциями производителя автомобилей, и лучше всего выбирать фирменные продукты, в идеале с перфорацией и вентиляцией, изготовленные из хороших материалов и в соответствии с высокими стандартами качества. Изучение известных проблем, связанных с вашей маркой и моделью автомобиля, может дать представление о решениях, которые лучше, чем OEM, так как некоторые производители вторичного рынка определили вес ротора и конструктивные недостатки и устранили их в своих предложениях по продукции.

Вы лучше всех знаете, что такое безопасное торможение в собственном автомобиле.Некоторое повреждение ротора вызовет немедленное изменение тормозных способностей, и это изменение требует незамедлительного и безотлагательного внимания. Однако, поскольку износ тормозных дисков может происходить постепенно, не менее важно проверять их при каждом обслуживании и отмечать их толщину, уровень коррозии и состояние поверхности. Кроме того, если вы внесли какие-либо изменения в свой автомобиль или грузовик, которые повлияли на колеса или общий вес транспортного средства, способ использования транспортного средства, или добавили буксировку или увеличили полезную нагрузку, пришло время заменить компоненты тормозной системы на соответствовать.

Замена тормозных колодок и роторов новыми, высокоэффективными продуктами - лучший способ гарантировать вашу безопасность, когда вы отправляетесь в дорогу!

Обработка лазерным покрытием

для восстановления роторов дисковых тормозов: экологический и трибологический анализ

Трибологические проблемы и проблемы с выбросами

Типичные графики CoF и PNC для дисков GCI и дисков GCI с лазерным покрытием показаны на рис. 3 и 4 соответственно. В таблице 2 представлены среднее значение и стандартное отклонение для измеренных CoF и PNC после обкатки (т.е. между 2000 и 7200 с), а также износ дисков и пальцев с точки зрения потери веса для испытанных дисков GCI и дисков GCI с лазерной наплавкой. Можно отметить, что CoF выше для тестовых пар, использующих роторы с лазерным напылением, а не роторы GCI, и то же самое относится к износу пальцев и дисков и количественной концентрации. На рис. 5 представлены типичные распределения среднего размера частиц для GCI и покрытых лазером роторов GCI, измеренные с помощью OPS после приработки. Оба условия показывают максимум в диапазоне размеров от 0.От 4 до 0,6 мкм.

Рис. 3

Характеристические кривые CoF, зарегистрированные при испытании штифтов относительно чугуна и дисков с лазерным напылением

Рис. 4

Характеристические кривые PNC, зарегистрированные при испытаниях чугунных и покрытых лазером дисков

Таблица 2 Среднее и стандартное отклонение потери веса штифтов и дисков, CoF и PNC для двух условий диска Рис. 5

Среднее нормализованное распределение частиц по размерам после приработки, измеренное с помощью OPS

На рисунке 6 показан SEM На микрофотографиях следов износа на ИГС (рис.6a и b) и покрытые лазером диски GCI (рис. 6c и d) при малом и большом увеличении после испытаний PoD. На испытанных дисках видны следы износа с относительно мелкими и широкими рубцами из-за износа с преобладанием пластичности, а также узкие и острые шрамы из-за истирания. Перенос материала очевиден (см. Стрелки) с участками перенесенного материала от пальца к диску, которые частично закрывают след износа. Из сравнения двух условий поверхности диска, то есть GCI с лазерной наплавкой и без покрытия, выясняется, что это покрытие более выражено в случае чугунного диска.Фактически, как показано на рис. 6с, эффект вспашки, обусловленный вкладом абразива в общее трибологическое взаимодействие, не так очевиден на этом диске подложки, как на поверхности, покрытой лазером. Микрофотографии поверхностей диска с большим увеличением (рис. 6b и d) лучше показывают более обширный перенос материала от фрикционного материала на поверхность диска.

Рис. 6

СЭМ-микрофотографии, полученные при двух разных увеличениях, следа износа на диске GCI ( a и b ) и покрытого лазером диска GCI ( c и d ).Стрелками выделены перенесенные материалы

Карты EDXS поверхности диска подтверждают наличие перенесенных слоев на поверхности диска, а также меньшее покрытие диска с лазерной наплавкой (см. Рис. 7), как показано на картах, относящихся к Элемент подложки диска, в основном, подобен хрому и железу. На соответствующей карте для образца с лазерным напылением большая часть поверхности диска, чем в случае образца из чугуна, свободна от участков слоя переноса фрикционного материала, из которых кислород, алюминий и сера X- испускаются лучевые сигналы.

Рис. 7

Анализ SEM / EDXS следа износа чугуна a и b испытательного диска с лазерной наплавкой Микрофотография SEM показывает деталь следа износа на покрытом лазером слое и соответствующие рентгеновские карты

На рисунках 8 и 9 показаны результаты сканирующего электронного микроскопа на изношенной поверхности штифтов, виде сверху и в разрезе соответственно. Как для чугуна (a), так и для условий с лазерной наплавкой (b) наблюдается типичная морфология слоя трения с первичными плато, в основном состоящими из грубых железных волокон, присутствующих во фрикционных материалах, что способствует накоплению и уплотнению остатков износа. , чтобы сформировать так называемые вторичные плато.

Рис. 8 Микрофотографии

SEM, показывающие вид сверху изношенных поверхностей штифтов в конце испытаний PoD с использованием: a GCI, b дисков с лазерным напылением. Стрелки указывают часть вторичных плато в слое трения для каждого из образцов.

Рис. 9

Микрофотографии SEM, показывающие поперечное сечение штифтов в конце PoD-тестов с использованием: отливка железо, b диски с лазерной наплавкой. Стрелки указывают области вторичных плато, присутствующих в соответствующих фрикционных слоях

. Элементный состав вторичных плато, полученных при испытании штифтов на GCI и покрытых лазером дисках, по результатам анализа EDXS, приведен в таблице 3.Содержание углерода в оценку не входило. Результаты свидетельствуют о наличии элементов покрытого лазером покрытия, таких как Cr и Ni, на вторичных плато соответствующего образца. Также было замечено большее количество меди во вторичных плато штифта, испытанного с использованием покрытых лазером, а не чугунных дисков. Относительно более высокая концентрация меди, связанная с меньшим присутствием железа и хрома в плакированном лазером слое, указывает на то, что небольшая доля частиц износа с диска попадает на вторичные плато.Это не так в случае дисков GCI, частицы износа которых вносят более значительный вклад в формирование вторичных плато. В этом случае измеряется более высокая концентрация железа в сочетании с более низким содержанием меди, см. Таблицу 3.

Таблица 3 Элементный состав вторичного плато, образующегося на изношенных поверхностях образцов штифта

Испытания PoD, проведенные в обоих В условиях, то есть при использовании GCI и покрытых лазером дисков, образуются обломки довольно неоднородные по размеру и морфологии, см. рис.10 и 11, на которых показаны крупные пластинчатые и мелкие округлые частицы. Наличие пластинчатых частиц можно приписать фрагментации и отрыву фрикционного слоя, образующегося во время испытаний на поверхности штифта.

Рис.10

СЭМ-микрофотографии взвешенных в воздухе частиц PM10 ( a ), PM2,5 ( b ) и PM1 ( c ), собранных во время испытаний PoD с использованием чугунного диска

Рис. 11

СЭМ-микрофотографии взвешенных в воздухе частиц PM10 ( a ), PM2.5 ( b ) и PM1 ( c ), собранные во время испытаний PoD с использованием покрытых лазером дисков

Элементный состав частиц в воздухе приведен в таблице 4 без учета содержания углерода. Данные по составу подтверждают, что основной вклад в образование частиц износа по воздуху составляет смесь фрагментов изнашивания штифта и окислительного износа диска. Об этом последнем вкладе можно судить по высокой концентрации железа, присутствующего в виде оксида, который оказывается основным элементом в собранных фрагментах, находящихся в воздухе, независимо от соответствующих аэродинамических диаметров, т.е.е. PM 10 , PM 2,5 или PM 1 . То же самое относится и к испытаниям на износ дисков с лазерной наплавкой. Железо в частицах, находящихся в воздухе, в основном поступает из покрытия, о чем свидетельствует совместное присутствие хрома. Интересно отметить более низкую концентрацию меди в взвешенных в воздухе частицах по сравнению с ее концентрацией в исходном фрикционном материале, см. Таблицу 1, и на вторичных плато, образующихся на поверхности штифта во время испытаний PoD, см. Таблицу 3.Это подтверждает роль меди [24,25,26] в формировании слоев трения на сопрягаемых поверхностях. Более того, можно сделать вывод, что медь преимущественно выделяется из трибологической системы в виде крупных, не переносимых по воздуху фрагментов, возникающих в результате разрушения самого фрикционного слоя.

Таблица 4 EDXS оценил элементный состав взвешенных в воздухе частиц, полученных в результате испытаний PoD

Анализ продуктов износа показывает, что более высокий CoF, наблюдаемый для дисков с лазерным напылением, см. Рис.3, следует приписать взаимодействию абразивного и адгезионного износа, причем последнее особенно важно для средней шероховатости поверхности R a менее 1 мкм, как в данном случае, см. Рис. 1. уменьшение количества переходного слоя, наблюдаемого на поверхности покрытого лазером диска после трибологических испытаний, согласуется с этой картиной, поскольку из-за большей площади контакта между штифтом и самим диском. В трибологической паре с диском GCI более низкий CoF может быть связан с более низким сопротивлением сдвигу на границе между двумя сопрягаемыми поверхностями, учитывая большее покрытие поверхностей диска фрикционным материалом от штифта.Другой важный показатель касается редкой тенденции износа от покрытого лазером слоя к проникновению во фрикционный слой, что способствует более высокому выбросу в атмосферу, см. Рис. 5, особенно в ультратонком диапазоне, т.е. частицы с аэродинамическим диаметром менее 1 мкм.

Оценка жизненного цикла предлагаемого подхода к повторному использованию

В таблицах 5 и 6 представлен результат упрощенного анализа LCA. Здесь, во-первых, сравнение между стандартным диском и переплавленным диском показывает явное снижение как занимаемой площади CO 2 , так и потребления энергии примерно на 23% в целом.За счет переплавки диска требуется меньше извлечения сырья и тем самым экономятся ресурсы.

Таблица 5 CO 2 при сравнении стандартного диска с переплавленным и покрытым лазером Таблица 6 Энергопотребление при сравнении стандартного диска с переплавленным и покрытым лазером диск, здесь экономия еще больше: 56% для CO 2 и 61% для энергопотребления.Это объясняется меньшими ресурсами, необходимыми как для извлечения материала, так и для изготовления диска.

Изучая потенциальный срок службы дисков, все три сценария показывают возможную экономию энергии и выбросов CO 2 в течение следующего жизненного цикла, обозначенного знаком минус. Более высокое абсолютное значение потенциального срока службы диска с лазерным покрытием связано с повторным использованием диска.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *