Тюнинг тормозной системы

Кривые тормозные диски и другие мифы о тормозных системах.

Статья Кэрролла Смита (STOPTECH)

МИФ#1. Биения тормозов и сильная вибрация происходят от перегрева тормозного диска.

Термин "warped brake disc" ("кривой тормозной диск") использовался в моторспорте в течение десятилетий. Когда водитель сообщает о вибрации при резком торможении, неопытные механики после проверки (и не обнаружении), трещины в диске часто приписывают вибрацию "кривым дискам" Они тогда измеряют толщину диска в различных местах, находят существенное изменение, и диагноз поставлен.

Когда дисковые тормоза высокой эффективности появились на автомобилях, мы начали слышать об "кривых тормозных дисках" в автосервисах, с теми же самыми исследованиями и диагнозами. Как правило, диски протачиваются, чтобы вылечить проблему и, одинаково типично, после относительно короткого промежутка времени, биения или вибрация возвращаются. Биения тормоза, заставила значительное количество автомобилей быть отозванными их изготовителями. Это продолжалось в течение многих десятилетий, теперь оказалось, прошлые диагнозы были неправильными.

Предполагая, что ступица и посадочная плоскость колеса являются плоскими и в хорошем состоянии и что болты колеса и все оборудование в хорошем состоянии, что они установлены правильно и стянуты равномерно и с правильным вращающим моментом, через больше чем 40 лет профессиональных гонок, включая 40-ые Шелби/Ford GT (одна из самой интенсивных программ развития тормозных систем в истории) - я никогда не видел "кривых тормозных дисков". Я видел много расколотых дисков, диски, которые превратились в конусы от рабочей температуры, потому что они были установлены жестко к их точкам крепления, некоторые, где поверхность трения разрушилась в области между радиальными внутренними лопастями и невыразимое количество дисков с материалом колодки, неравномерно распределенным на поверхностях трения - иногда видимым, а чаще нет.

Фактически каждый случай "кривого тормозного диска", который я исследовал, ли на гоночном автомобиле или уличном автомобиле, оказалось, был связан с тем, что материал фрикционной накладки, передавался неравномерно на поверхность диска. Это неравномерное распределение материала колодки приводит к тому, что толщина диска становиться неравномерной или образованию пятен на диске при перегреве.

Чтобы понять, что происходит, мы кратко исследуем природу останавливающей силы системы дискового тормоза.

ПРИРОДА ТОРМОЗЯЩЕГО ТРЕНИЯ

Трение - механизм, который преобразует динамическую энергию в тепло. Так же, как есть две разновидности трения между шиной и поверхностью дороги (механический захват неровностей поверхности дороги упругим составом шины и молекулярное приклеивание между каучуком и дорогой, в котором каучук переносится на поверхность дороги), таким образом, есть два различных вида тормозящего трения - абразивное жесткое трение и липкое трение. Жесткое трение происходит с разрушением кристаллической структуры материала накладки колодки и чугуна диска. Разрушение этих связей производит тепло при процессе трения. При жестком трении разрываются связи между кристаллами материала колодки (и, в меньшей степени, материала диска). Более твердый материал стирает более мягкий (мы надеемся, диск стирает колодку). Колодки, которые работают, прежде всего, с помощью жесткого абразивного трения, имеют высокую норму износа и имеют тенденцию выгорать в высоких температурах. Когда эти колодки достигнут своего эффективного температурного предела, они передадут материал фрикционной накладки на поверхность диска в случайном и неравномерном порядке. В результате, это и есть причина, что диск начинает "плавать" по толщине, а педаль начинает вибрировать под ногой водителя.

Когда мы говорим о липком трении, то часть материала колодки переходит через зазор между колодкой и диском и формирует очень тонкий, однородный слой материала колодки на поверхности диска. Поскольку поверхности трения и диска и колодки теперь содержат в основном один и тот же материал, материал может теперь пересечь зазор в обоих направлениях и молекулярные связи в материале могут образовываться или обрываться.

Фактически, в процессе липкого трения материал колодки ведет себя как чрезвычайно вязкая жидкость и при взаимодействии между колодкой и диском связи непрерывно выстраиваются и обрываются.

Нет такой вещи как чистое жесткое или чистое липкое трение в торможении. Для многих современных формул колодок, материал накладки должен быть достаточно абразивным, чтобы поддерживать поверхность диска гладкой и чистой. Поскольку материал может пересечь зазор, слой материала на диске постоянно возобновляется и сохраняется как оболочка, до тех пор, пока температурный предел колодки не был превышен или если колодка и диск не были предварительно прикатаны должным образом.

В последнем случае, если поверхность диска не имеет однородного слоя материала колодки, полученного во время обкатки тормозов, неконтролируемая или точечная передача материала может произойти и при не слишком высокой температуре.

Органические и полуметаллические колодки прошлого были более жесткими и абразивными чем "липкими" и имели строгие температурные ограничения.

Все текущее производство карбоновых колодок и участвующие в гонках колодки, используют главным образом липкую технологию так же, как и многие колодки спортивных автомобилей, топ класса - они достаточно стабильны при очень высокой температуре.

К сожалению, в этом нет никакой пользы для повседневного использования и высокотемпературные колодки, участвующие в гонках, не эффективны в низких температурах, типичных для городского применения.

Поэтому - нет такой вещи как полный идеал для тормозной колодки. Материал трения, который тих и функционирует хорошо в относительно низких температурах вокруг города, не будет останавливать автомобиль, если "валишь".

Если Вы "валите" с колодками OEM, то Вы прочувствуете, что тормоза кончились. Материал колодки сгорел, а тормозная жидкость закипела - это писец. Честная гоночная колодка, используемая при нормальных условиях, будет шумной и не будет работать хорошо при низких температурах, когда Вы с бабушкой едете за овощами

В идеале, чтобы не было визжащих колодок, которые не будут хорошо тормозить при езде по городу, или колодок, которые сгорают на трассе или при спуске с горы на скорости, мы должны каждый раз ставить колодки того типа, который необходим для данного стиля вождения. Никто так не делает. Вопрос остается, какие колодки должны использоваться на стрит рейсерских тачках - относительно низкотемпературные уличные колодки или гоночные высокотемпературные колодки? Достаточно странно, но, по моему мнению, ответ - это колодка уличного класса высокой эффективности с хорошими низкотемпературными характеристиками. Причина проста: Если мы действительно "валим" и начинаем сталкиваться с проблемой - или колодки горят или тормозная жидкость перегрета (или то и другое), можно просто поехать помедленнее, поспокойнее, чтобы дать тормозам остыть. С другой стороны, если появиться опасная ситуация, холодные гоночные колодки просто не смогут остановить автомобиль. Как пример, в середине 1960-ых, никто не брал Шелби GT 350 или GT 500 Мустанг как служебные машины просто потому, что они были оборудованы М. Raybestos 19 гоночными тормозами, и ни одна из наших жен не могла нажать на педаль тормоза достаточно сильно, чтобы остановить автомобиль при обычном вождении.

Независимо от состава колодки, если и диск и колодка должным образом не обкатаны, переход материала колодки на диск может происходить случайным образом - неравномерное распределение и вибрация при торможении. Точно так же, даже если тормоза должным образом прикатаны, когда они очень горячие, после единственной длинной остановки с высокой скорости, когда колодки остались прижатыми к диску, (после того, как транспортное средство полностью остановлено), переход материала колодки похож на изображение самой колодки. Этот вид внедрения материала называют "печатанием колодки" и, похоже, что колодка как будто была намазана чернилами для того, чтобы отштамповать изображение колодки на диске. Иногда можно видеть прекрасное изображение колодки на диске.

Это хреново. Чугун - сплав железа и кремния, в котором распределены микрочастицы углерода. При увеличении температуры, углерод реагирует с образованием карбидов и включения карбидов начинают формироваться в матрице сплава. В случае тормозного диска - любое неравномерное распределение материала на поверхности ? и участки диска, где материала больше, становятся более горячими, чем окружающий металл. Каждый раз, когда передний край зоны диска с повышенным содержанием материала колодки входит в контакт с колодкой, местный температурный перегрев растет. Когда эта местная температура достигает приблизительно 1200 или 1300 градусов F, чугун под этим местом начинает преобразовываться в цементит (карбид железа, в котором три атома железа объединены с одним атомом углерода). Цементит очень тверд, очень абразивен и является плохим проводником тепла. Если Вы продолжаете "отжигать", то система войдет в пагубную спираль - глубина участка цементита вырастет с увеличением температуры и увеличит биения тормоза. Черт бы побрал!

Что же делать?

Есть только один способ предотвратить это - нормально обкатать новые тормоза и использовать правильную колодку, подходящую для Вашего стиля вождения. Все высокоэффективные тюнинговые тормоза должны правильно устанавливаться и обкатываться по инструкции производителя. Инструкции обкатки всех производителей очень похожи. Смысл в том, что начинать притирку колодок нужно относительно медленно. Процедура - несколько торможений увеличивающейся интенсивности с краткими периодами охлаждения между ними. После последнего торможения, системе нужно позволить охладиться до окружающей температуры. Как правило, это серия из десяти все более и более жестких торможений от 60 миль в час до 5 миль в час. Затем, проехавшись спокойно для промежуточного охлаждения системы, разгоняйтесь с нормальным ускорением до номинальной скорости, перед тем как начать новое торможение. Во время обкатки тормозов, не тормозите до полной остановки, кроме того, выберете безопасное место для обкатки, позаботьтесь о безопасности окружающих. Лучше, если Вы составили план обкатки.

Если Вы приезжаете в полную остановку прежде, чем процесс обкатки будет закончен, есть возможность для неравномерной передачи материала колодки или "отштамповки" колодки.

Если это произошло, то это то, что мы упорно пытались избежать. Game over.

С точки зрения динамики остановки, активная работа ABS начинается примерно приблизительно от замедления интенсивностью 0.9 G и выше, в зависимости от транспортного средства. То, что Вы хотите сделать, является остановкой интенсивностью примерно от 0.7 до 0.9 G.

Это - интенсивность замедления немного меньше, чем когда наступает блокировка колеса или когда ABS начинает работать. Вы должны начать чувствовать запах от колодок на 5-ом или 7-ом торможении, и запах должен уменьшиться перед последним торможением. Порошкообразная серая область станет заметной на краю колодки (край материала трения в контакте с диском), где краска и смола колодки сгорают. Когда серая область на краях колодки проникла на 1/8 дюйма вглубь фрикционного материала, колодка считается прикатанной.

Для гоночной колодки обычно дают четыре торможения с 80 миль в час к 5 и два торможения с 100 миль в час к 5, (для разных колодок может отличаться). В любом случае, нужно достигнуть рабочей температуры колодки. Тогда мы сможем прикатать колодки, рабочая температура которых достаточно высокая.

К счастью процедура также полезна для дисков и уменьшит остаточные тепловые напряжения, оставшиеся от процесса литья (все диски выпускаются литыми и термообработанными), и передаст гладкий слой материала колодки на диск. Если возможно, новые диски должны обкатываться уже юзанными колодками (ВНИМАНИЕ: данное утверждение не разделяет, администрация магазина, но это точный перевод статьи), желательно из того же материала, что и новые колодки, которые Вы будете использовать. Начиная обкатку, увеличивайте температуру системы постепенно, все более и более интенсивно останавливаясь и не забывая о промежуточном охлаждении! Избегайте длительного контакта между колодкой и диском, во время промежуточного охлаждения. С абразивными колодками (который не должны устанавливаться на тюнинговые тачки) диск можно считать прикатанным, когда поверхности трения достигла даже синего цвета. С металлоуглеродными колодками обкатка считается, закончена, когда поверхность трения диска становиться серая или черная. В любом случае, изменение цвета обкатанного диска должно быть полным и однородным.



В зависимости от состава компаунда колодки, при продолжительной спокойной езде абразивная составляющая колодки может счистить слой нанесенного материала с диска. Когда мы собираемся отжигать на тачке, которая последнее время долго тошнила, обкатка системы по новой (не обязательно полная процедура) спасет от порчи тормозов.



Водитель может почувствовать 0.0004" (0.01 мм) лишнего материала колодки на диске. 0.001" (0.03 мм) является раздражающим. Больше чем это - реальный ахтунг. Когда такая нашлепка материала колодки присутствует, мы получили область диска, где теплоотвод реально ухудшен, локальный перегрев при движении нарастает, и цементит неизбежно формируется. В свою очередь это приводит к изменению характеристик износостойкости этого участка, диск изнашивается неравномерно, биения нарастают



Поэтому, никогда не держите Вашу ногу на педали тормоза после того, как Вы использовали тормоза по полной. Это обычно не проблема на общественных дорогах просто, потому, что при нормальных условиях у тормозов есть время, чтобы охладиться прежде, чем Вы полностью остановитесь (если, как я, Вы не живете у основания длинного крутого холма).

В любом виде гонок включая автокросс и "покатушки" это крайне важно. Независимо от материала трения, зажимая колодки на горячем остановленном диске, приведет к припечатыванию размягченного материала колодки и к биениям.

Еще хуже, если колодка оставит заметный отпечаток на диске и все увидят, какой Вы лох.



Очевидный вопрос теперь, можно ли вылечить диск с впечатанным материалом колодки? Ответ - возможно да. Если вибрация только что началась, возможно, температура еще не поднималась до точки, когда цементит начинает формироваться. В этом случае, просто подходящий комплект хороших "полуметаллических" колодок и серия жестких торможений (после обкатки конечно) может хорошо удалить нашлепки и вернуть систему к нормальному функционированию. Это сработает только в случае замены старых горелых колодок.

Если только небольшое количество материала было передано, то есть если вибрация только начинается, энергичное шлифование жесткой бумажной красной или черной шкуркой поможет удалить нашлепки. Так как часто нашлепки не видимы, вычищают все поверхности трения полностью. Не используйте белую или желтую очень мелкую шкурку, которая сыпется, так как частички абразива могут застрять в поверхности диска - будет только хуже. Не пескоструйте диски по этой же причине!



Единственно, что неудобно, так это то, что приходится демонтировать диски, не то, чтобы это дорого, но неудобно полюбому. Недавно отшлифованный диск потребует той же обкатки, как и новый диск. Беда с этой процедурой - то, что, если шлифовка не удаляет все включения цементита, и поскольку диск в процессе работы изнашивается, твердый цементит будет более стоек по сравнению с более мягким чугуном, и температурная спираль снова запустится. К сожалению, цементит невидим невооруженным глазом.

Время, которое Вы потратите на обкатку тормозов, принесет свои позитивные плоды, а Ваш грех от тупого вкапывания машины возле светофора после конкретного отжига может испортить тормоза так, что и поправить будет нельзя.



МИФ # 2 - УЧАСТВУЮЩИЕ В ГОНКАХ ТОРМОЗНЫЕ ДИСКИ СДЕЛАНЫ ИЗ СТАЛИ.

Термин "стальные диски" является неправильным употреблением, часто используемым людьми, которые не слишком осведомлены. Все железные диски сделаны из чугуна - превосходный материал для тормозных дисков. В то время как у стали есть более высокий предел прочности, чугун все равно во много раз более прочен, чем требуется для тормозного диска. Его теплопередача значительно лучше, чем у стали, так что высокая температура эффективно рассеивается в толще чугунного диска и хорошо передается воздуху. Чугун более стоек к деформациям при нагреве, поэтому давайте больше не говорить "о стальных" тормозных дисках.



МИФ # 3 - МЯГКАЯ ПЕДАЛЬ ТОРМОЗА - РЕЗУЛЬТАТ горящих Колодок.

Слишком знакомая мягкая педаль тормоза вызвана перегретой тормозной жидкостью, а не перегретыми колодками. Повторное жесткое использование тормозов может привести к их полной потере. Есть два разных варианта пропадания тормозов.

A) Когда температура в месте контакта колодки и диска превышает тепловой предел колодки, колодка теряет фрикционную способность в значительной степени благодаря образованию газовой подушки в зазоре между диском, так как смолы, связывающие материал колодки начинают кипеть и испаряться. Педаль тормоза остается устойчивой и твердой, но автомобиль не тормозит. Первый признак - не характерный для этих колодок неприятный запах, который должен служить предупреждением ехать потише.



Когда тормозная жидкость кипит в суппортах. Так как газы сжимаемы, педаль тормоза становится мягкой и "ватной" и ход педали увеличивается. Вы можете, вероятно, все еще остановить автомобиль, качая педаль, но эффективная работа тормоза пропала. Это - постепенный процесс и серьезное предупреждение.



МИФ # 4 ? После того как ТОРМОЗНАЯ ЖИДКОСТЬ кипела, она будет снова пригодной когда остынет.



Как только тормозная жидкость в суппорте вскипела, она потеряла существенный процент от своей оригинальной точки кипения и должна быть заменена. Нет необходимости менять всю жидкость в системе, только прокачайте тормоза до тех пор, пока прозрачная светлая жидкость не появится.



МИФ # 5 - Тормозные жидкости из негигроскопичного силиконового масла пригодны для спортивных автосов.



DOT 3 и DOT 4 тормозухи - основанные на эфирах и являются гигроскопическими по своей природе - то есть они поглощают влагу. Так как тормозная система не идеально герметична, существенное количество воды может быть поглощено из атмосферы в течение года. 3%-ое содержание воды в тормозной жидкости понижает точку кипения на целых 170 градусов Фаренгейта. Поэтому тормозуху надо менять ежегодно.

Жидкости DOT 5 - сделаны на силиконе и являются негигроскопическими, что в общем неплохо. Но они подвергаются вскипанию от высокочастотной вибрации, что дает мягкую педаль. Мягкие педали тормоза могут быть хороши для овощевозок (фактически, большинство водителей овощных помоек воспринимают мягкие педали тормоза как нормальные), но они не являются приемлемыми в любой ситуации, где водитель хочет оттормозиться жестко.



МИФ # 6 - В бачек тормозной системы нужно доливать тормозуху во время каждого ТО.

В большинстве современных легковых автомобилей бачок тормозной гидросистемы разработан определенного достаточного объема и оборудован внутренним датчиком-поплавком. Объем тормозухи уменьшается в бачке ровно на то количество жидкости, которая перемещается в цилиндрики суппортов, когда колодки износились на грани их замены. А в бачке всегда остается еще щедрый запас. Когда точка замены колодок достигнута, опускающийся поплавок замыкает контакт, и лампочка на панели предупреждает водителя, что колодки должны быть заменены.

Если бачек тормозной жидкости пополнен, первое предупреждение игнорировано, ждите, что колодки заскрежещут по диску. Это будет одновременно и раздражать и поставит Вас на бабки.