Как на самом деле работают барабанные тормоза?

Конструкция барабанных тормозов

Тормозная система любого типа предназначена для регулировки скоростного режима движения, и барабанные тормоза здесь не исключение. Особенность такого механизма в том, что устанавливается он на задней оси и имеет дополнительную функцию стояночного блокиратора.

Главным конструктивным элементом данных тормозов является барабан (по-другому, металлическая чаша), который крепится к колесной ступице заднего колеса. Именно к барабану прижимаются колодки, создавая достаточное трение для снижения скорости вращения колеса.

Задние барабанные тормоза имеют следующие составные части:

Тормозной барабан. Его изготавливают из легированного чугуна. Добавки дополнительно сообщают стойкому к истиранию высокоуглеродистому железу повышенную прочность. Кроме того, внутреннюю поверхность барабана, к которой прижимаются колодки, тщательно шлифуют. Барабан крепится на опорном валу, при этом в барабан с помощью пресса вставляется гнездо для подшипника, а затем и сам подшипник.
Колодки барабанных тормозов. Их две, они металлические и имеют полукруглую форму. На рабочей поверхности колодки располагается фрикционная накладка, которая выполняется из материала на основе асбеста.
Тормозной гидравлический цилиндр. Его корпус выполняется также из чугуна (с целью удешевления), а внутри него под давлением тормозной жидкости перемещается стальной поршень. В цилиндре присутствует спускной клапан, предназначенный для стравливания воздуха из гидравлической системы. А для уплотнения системы штоки поршней проходят через специальные манжеты.
Нижняя и верхняя стяжные пружины. Их задача – работать на сжатие и обеспечивать расхождение тормозных колодок после того, как педаль тормоза будет отжата.
Защитный диск. Он монтируется на ступицу.
Распорная планка. Это металлическая пластина со специальными вырезами. Она нужна для того, чтобы устанавливать механизм «самоподвода». Распорная планка задействует вторую тормозную колодку для активации режима стояночного тормоза. Такая планка присутствует в барабанных механизмах, у которых один тормозной цилиндр.
Механизм «самоподвода». Это 2 эксцентрика, которые установлены внутри корпуса защитного диска. В задачу такого механизма входит разведение колодок в случае, если у них износились фрикционные накладки.

Существуют следующие разновидности барабанных тормозов:

Simplex – с одним разжимным устройством.
Duplex – с индивидуальным приводом.
Duo-Duplex – с двумя разжимными механизмами.
Servo – с наибольшим усилением.
Duo-Servo – с функцией самоусиления, вне зависимости от направления вращения барабана.

Механическое самоусиление – характерное существенное преимущество барабанных тормозов. Нижние части колодок между собой соединены, и эффект самоусиления заключается в том, что трение передней колодки о тормозной барабан делает сильнее прижим к барабану задней тормозной колодки.

Такое усиление обычно проявляется при движении вперед. Но вот у барабанного тормозного механизма Duo-Servo оно возникает и при движении назад. Эффект увеличивает усилие нажатия от двух до четырех раз, а в механизме Servo – сразу в 6 раз.

В барабанных тормозах применяются устройства, компенсирующие рост термического зазора, – расстояния между поверхностью накладки и барабаном для расширения при нагревании. Фирма Bosch создала такое устройство, исследовав эффект деформации биметаллической пружины во время нагревания тормозного механизма выше 80 град. Цельсия.

У всех пружин (различного назначения), используемых в тормозных механизмах, со временем снижаются упругие свойства. Этот факт ни в коем случае нельзя игнорировать, и пружины следует вовремя заменять.

Устройство барабанного тормозного механизма

тормозной барабан;
тормозные колодки;
один или несколько тормозных гидравлических цилиндров;
защитный диск;
стяжные пружины;
колодочная распорка;
фиксатор;
механизм подвода колодок;
механизм самоподвода.

Тормозной барабан имеет отшлифованную по кругу поверхность. Материал из которого сделан сам барабан — чугун. Устанавливается либо на опорный вал, либо на ступицу колеса.
Тормозные колодки — это металлические элементы, форма которых напоминает полумесяц. На рабочую поверхность колодок прикреплены фрикционные накладки, которые выполнены из асбестовой основы. На одной из колодок размещен рычаг стояночного тормоза.
Тормозные гидравлические цилиндры — представляют собой чугунный корпус, внутри которого, по обеим сторонам, расположены небольшие рабочие поршня, на которых установлены уплотнительные манжеты. Благодаря этим манжетам тормозная жидкость не просачивается во время рабочего хода. Чтобы из системы можно было спустить воздух, существует специальный спускной клапан, который вкручивается в сам корпус гидравлического цилиндра.
Защитный диск — установлен непосредственно на ступице либо на задней балке. К нему прикреплен колодки и тормозной цилиндр. Крепление осуществлено при помощи подпружиненных фиксаторов, поэтому колодки и цилиндр подвижны.
Стяжные пружины прикреплены к тормозным колодкам как сверху, так и снизу. Они работают на сжатие и не дают возможность во время «холостого хода» колодкам разойтись в разные стороны.
Колодочная распорка представляет собой металлическую пластину со специальными вырезами. Эта деталь устанавливается в тех системах, где имеется только один тормозной цилиндрик. В этом случае колодочную распорку устанавливают между колодками. Основное ее предназначение приводить в действие механизм самоподвода. Кроме этого при натяжке рычага «ручника» срабатывает вторая колодка.
Фиксатор — это металлический стержень, на котором послойно установлены — колодка, тарелка, пружина, тарелка. Благодаря такому «бутерброду» колодка может передвигаться в вертикальной плоскости и при этом плотно прилегать к диску.
Механизм подвода колодок применяется довольно редко. Например, автомобилях старого поколения «Жигулей», он был всегда. В данном механизме присутствует 2 эксцентрика прикрепленных к колодкам, которые находятся в корпусе защитного диска. Во время вращения эксцентриков возникало более плотное прилегание колодок к барабану.
Механизм самоподвода — предназначен для разведения к рабочей поверхности барабана износившихся тормозных колодок. Некоторые производители автомобилей используют подпружиненный клин, а некоторые металлическую полоску с «зубчиком». И это далеко не все самоподвода. Как показывает практика подпружиненный клин более эффективен и прост в применении. Впервые эту деталь внедрил «Фольксваген». Цель этой детали проваливаться глубже между колодкой и распоркой в тот момент, когда фрикционные накладки износились. Тем самым колодка не сможет отойти далеко от рабочей поверхности барабана.

Схема барабанного тормозного механизма заднего колеса ВАЗ 2114, 2115

Защитный диск;
Один или несколько тормозных гидравлических цилиндров;
Стяжная пружина колодки (верхняя);
Тормозные колодки;
Накладка колодки;
Тормозной барабан;
Установочный штифт;
Направляющая пружина;
Стяжная пружина колодки (нижняя);

Устройство барабанных тормозов

Предназначение конструкции тормозной системы барабанного типа заключается в снижении скорости перемещения транспортного средства. Если это устройство устанавливается на задней колесной паре, то может обеспечивать функцию стояночного тормоза. В основе строения механизма лежит движимый барабан и закрепленная на ступице колеса металлическая чаша. В составе этого типа тормозов используются такие части:

Из чугуна с повышенной прочностью изготавливается сам тормозной баран. Внутренняя поверхность его подвергается тщательной шлифовке, поскольку в будущем будет соприкасаться с другими элементами системы. Крепится на опорном валу или ступице колеса. В первом случае в барабан под сильным давлением вставляется подшипник;
Полумесячной формы металлические тормозные колодки. На поверхность этой детали укладывается асбестовая фрикционная накладка;
Гидравлический цилиндр, выполненный как полая труба с помещенными вовнутрь поршнями с заполнением рабочей жидкостью. На цилиндре установлен специальный клапан, который позволяет отводить с полости с тормозной жидкостью лишний газ. Дополняется система уплотнительными манжетами, которые защищают ее от утечки жидкости.
Нижняя и верхняя стяжная пружина, выполняющие работу «сжатия». В режиме отсутствия инициации торможения эта деталь не позволяет соприкасаться тормозным колодкам с барабаном;
На задней балке (ступице) колеса монтируется защитный диск;
Распорная планка изготавливается из металла, выполняется в специфической конфигурации со специальными отверстиями. С помощью устройства производится установка механизма именуемого «самоподвод». Помимо этого, данная деталь задействует установленную на другом колесе пару тормозных колодок, что обеспечивает функционирование стояночного тормоза. Предусмотрено наличие распорной планки в случае с одним тормозным цилиндром.
Корпус защитного диска с расположенными внутри двумя эксцентриками носит название механизм «самоподвода». Он задействуется в случае износа фрикционных накладок на тормозных колодках для разведения в состоянии «покоя».

История производства и применения

Знакомую колодочную конструкцию барабанного тормоза изобрел известный французский промышленник, совладелец компании Renault, Луи Рено в начале 20 века. До этого момента в тормозных барабанах использовалась лента, которая останавливала транспортное средство, наматываясь на барабан. Конструкция была признана неудачной из-за постоянного загрязнения барабана и быстрого истирания ленты. Луи Рено поместил внутрь барабана колодки и оснастил устройство механическим приводом.

В 30-х гг. появились ТЦ небольшого размера, но среди производителей распространения не получили. В 50-е гг. «барабаны» снабдили системой саморегулировки, что значительно облегчило и упростило обслуживание транспорта и исключило необходимость проводить регулярные осмотры и настройку колодок.

Некоторые из них заменили барабанные системы на дисковые полностью на передних и задних колесах своих машин, однако многие продолжают использовать барабанные механизмы для установки на заднюю ось автомобилей и по сей день.

На какие автомобили устанавливают барабанные тормоза

Современные автомобильные производители устанавливают «барабаны» на модели, которым такая тормозная система подходит технически. Это маловесные, недорогие авто, не рассчитанные на быструю езду и сложные дорожные условия. К ним относятся мини-легковушки А-класса (Матис, КIA и т.д.), бюджетные модели класса В (ВАЗ, Skoda, Nexia), некоторые джипы (УАЗ, Нива, Nissan Terrano).

Принцип работы барабанных тормозов

Основная последовательность функционирования барабанных механизмов примерно следующая. Водитель в случае необходимости нажимает на педаль, создавая увеличенное давление в тормозном контуре. надавливает на поршни главного цилиндра, которые задействуют тормозные колодки. Они «расходятся» в стороны, растягивая стяжные пружины, и достигают точек взаимодействия с рабочей поверхностью барабана. Благодаря трению, возникающему при этом, скорость вращения колес уменьшается, а автомобиль притормаживает. Общий алгоритм работы барабанных тормозов выглядит именно так. Существенных различий между системами с одним поршнем и двумя не имеется.

Барабанные тормоза — принцип работы

Принцип действия барабанного тормозного механизма заключается в следующем:

После нажатия водителем тормозной педали в контуре тормозной системы возникает давление.

Под воздействием давления тормозной жидкости поршни тормозных цилиндров, преодолевая сопротивление стяжных пружин, инициируют расхождение тормозных колодок.

Тормозные колодки, расходясь и плотно прилегая фрикционными накладками к рабочим поверхностям тормозных барабанов, снижают скорость их вращения, замедляя тем самым вращение колес транспортного средства.

Основными элементами барабанного тормоза являются опорный щит (1), собственно сам барабан (2) и колодки (3). Детальней конструкция современного варианта изображена на рисунке:

Наглядный пример работы барабанного тормоза:

Конструкция барабанных тормозов может отличаться. Например, опоры колодок могут быть разнесены по разным сторонам, иметь ручную или автоматическую регулировку положения колодок.

Кроме этого, зачастую устройство задних барабанных тормозов несколько сложней, поскольку предполагает еще и установку ручного (парковочного) тормоза. К «ручнику» и специальному рычажному механизму на колодках крепятся два троса, которые при натяжении разводят колодки в стороны. Последние прижимаются к барабану и обеспечивают неподвижность колес.

«Ручник» представляет собой механическую тормозную систему, устаревшую по форме, но отнюдь не по содержанию. Например, если «гидравлика» тормозов внезапно откажет, то единственным механизмом, способным остановить автомобиль, останется как раз ручной тормоз. Вот как он работает (нажмите красную указательную стрелку):

Регулировка положения колодок нужна для того, чтобы тормоза как можно дольше сохраняли свою работоспособность. Колодки хоть и не должны постоянно прижиматься к барабану, но все-таки должны находиться к нему максимально близко. Тем не менее фрикционные накладки на колодках со временем изнашиваются и расстояние постепенно увеличивается, что приводит к замедлению скорости срабатывания, а то и вовсе к недостаточному контакту колодок с барабанном.

Наглядный пример работы автоматического регулятора положения колодок:

Существенный недостаток барабанных тормозов — склонность к перегреву. Объясняется это самой конструкцией, ведь доступ воздуха с одной стороны закрыт опорным щитом, а с другой — барабаном. В этом плане открытые всем ветрам дисковые тормоза оказываются на порядок эффективней.

Тем не менее лишний раз отказываться от достижений современного автомобилестроения не стоит, ведь если дисковым тормозам и их совершенствованию внимание уделяется до сих пор, то «барабаны» по сути топчутся на одном месте. Другими словами, эффективность первых пытаются повысить, а эффективность вторых — лишь сохранить

Как устроен тормозной барабан и для чего он нужен?

Несмотря на то что барабанные тормоза были изобретены намного раньше современных дисковых, они до сих пор остаются актуальными для производителей и автовладельцев. Такая популярность была завоевана за счет простоты конструкции. Барабан тормозной намного проще, а, соответственно, и надежнее, и неприхотливее дисковых тормозов.

История производства

А изобретены они были еще в далеком 19-м веке. Первыми прототипами современных тормозов была примитивная система всего лишь из трех составляющих. Это был собственно тормозной барабан, крепящийся к колесу, прочная и гибкая лента, расположенная вокруг него, а также рычаг, натягивающий последнюю деталь. Естественно, срок службы такой системы был недолгим, к тому же в нее попадали различные камни и грязь.

Усовершенствовалась конструкция лишь в начале 20-го века. Тогда инженер Луи Рено изобрел новый тормозной барабан с более надежными комплектующими. Впервые в него входили колодки, расположенные внутри механизма. Тормозное устройство было хорошо защищено от попадания грязи, в связи с чем его срок службы существенно увеличился.

С тех пор тормозной барабан неоднократно менял свою конструкцию и материалы, однако его функция оставалась неизменной. Такое устройство по-прежнему уменьшало скорость автомобиля при необходимости. Также оно выполняло функцию ручного тормоза.

Из чего состоит современный барабанный диск тормозной?

Передний и задний барабаны изготовляются исключительно из высококачественной и высокопрочной чугунной стали. Готовый элемент на выходе шлифуют с внутренней стороны и устанавливают на автомобиль. Деталь крепится на опорный вал или же на ступицу колеса.

Помимо этого в конструкцию тормозного барабана входят следующие элементы:

Тормозные колодки с особым составом фрикционного материала (каждый производитель в тайне хранит свой метод изготовления).
Гидравлический цилиндр (их может быть несколько штук).

Защитный диск. Специальный фиксатор. Стяжные пружины. Механизм самоподвода. Колодочная распорка. Механизм подвода колодок.

Как действует тормозной барабан?

Принцип работы данного механизма заключается в следующем. Водитель при нажатии на педаль тормоза создает определенное давление в системе рабочей жидкости. Она в свою очередь действует на поршень тормозного цилиндра. После преодоления усилий стяжной пружины последний элемент приводит в действие тормозную колодку, расходящуюся по бокам и плотно прилегающую к поверхности барабана. Вследствие этого скорость вращения детали существенно снижается, а вместе с тем уменьшается скорость автомобиля.

Заключение

Как видите, состав конструкции тормозного барабана действительно сильно изменился за более чем 100 лет существования. Все технологии, применяемые сейчас, обеспечивают автомобилю максимально короткий тормозной путь на любом дорожном полотне. По эффективности они ни на шаг не уступают своим конкурентам – дисковым системам. Поэтому барабанные тормоза до сих пор пользуются высоким спросом у автолюбителей, хотя в последнее время многие автокомпании отказываются укомплектовывать свои машины такими устройствами, отдавая предпочтение дисковым.

Почему тормозные колодки, диски и барабаны изнашиваются

Трение, выступая в роли основного рабочего фактора эффективности тормозов, имеет вполне определённую физическую сущность. Это столкновение между собой малейших неровностей, шероховатостей трущихся поверхностей, которое не всегда остаётся для них без последствий.

И эти последствия тем печальней, чем выше коэффициент трения, то есть чем быстрее машина останавливается. Приходится выбирать компромисс между качеством торможения и долговечностью деталей.

По многолетнему опыту материалы накладок и дисков подобраны таким образом, чтобы средний диск мог пережить три-четыре комплекта колодок. Это оптимум с точки зрения соотношения цены массивного и дорогого диска со стоимостью относительно недорогих колодок, считающихся расходниками.

Причины быстрого износа

Снижение срока службы фрикционных элементов тормоза обуславливается несколькими факторами.

Стиль езды. Вполне естественно, что при частом пользовании педалью износ будет идти быстрее, особенно если у тормозов не будет времени на охлаждение.
Отклонения в свойствах материалов. Не всегда при текущих заменах диски (барабаны) и колодки устанавливаются точно такие же, как и на заводе. Диски могут быть сделаны из разного по твёрдости и содержанию углерода чугуна, а колодки изготавливаются по разным технологиям, с использованием традиционных материалов без асбеста, включением металлов или органических волокон. В результате можно при равной эффективности в различных сочетаниях чаще менять колодки или диски.
Попадание грязи на рабочие поверхности. Пыль и песок работают как абразивы, что ускоряет износ.
Коррозия дисков и деградация материала накладок. Могут происходить как по причине редкого пользования тормозами, так и наоборот, постоянных перегревов.
Неисправности направляющего аппарата тормоза. Колодки будут прижиматься неравномерно, что вызовет нештатный односторонний износ.
Проблемы со ступичными подшипниками, когда люфтящее колесо вызывает постоянные задевания колодок по диску.
Нарушения в выдерживании зазоров. Пренебрежение регулировками барабанных тормозов или закисание поршней в дисковых.

Как видно, ускоренный износ может появиться как по естественным причинам, так и от невнимания водителя.

Почему появляется неравномерный износ деталей

Чаще всего это происходит из-за внутренней коррозии поршней и цилиндров в гидравлическом приводе. Особенно у многопоршневых механизмов. Встречаются также закисания в направляющем аппарате суппорта.

Скоба перекашивается, отчего колодки сильнее прижимаются одним краем, чем другим. Суппорт приходится разбирать, очищать и смазывать, не допуская попадания смазки на фрикционные поверхности. Но лучше прибегнуть к замене деталей.

Разница между тормозами

Целый ряд автолюбителей интересуются, какие же тормоза лучше для машины – дисковые или барабанные. Хотя системы были созданы примерно в одно и то же время, они поочерёдно вытесняли друг друга.

Сначала разница в эффективности работы тормоза привела к тому, что дисковые оказались менее полезными, нежели барабанные. Но во многом это связано с отсутствием подходящих материалов.

Затем появляющиеся отличия начали действовать в пользу дисков, вытесняя уже устоявшиеся на то время барабанные тормоза. В настоящее время в приоритете оказались именно дисковые узлы. Хотя нельзя исключать и того, что когда-то ситуация снова поменяется.

Достоинства дисковых узлов

Конструктивная разница, актуальная между дисковыми и барабанными тормозами, уже была внимательно рассмотрена. Теперь следует поговорить о достоинствах каждого из представленных вариантов.

Ключевые преимущества дисковых систем связаны с особенностями расположения тормозных накладок и условиями эксплуатации.

За счёт встречных тепловых потоков материалы равномерно расширяются от нагрева и так же равномерно прижимаются накладки
Контакт с окружающей средой даёт неоспоримое преимущество в виде эффективного теплообмена.
Конструктивные особенности дисков и их теплообменные характеристики позволяют акцентировать внимание на таком важном достоинстве как более качественное охлаждение. Для дисковых узлов перегрев менее характерен, чем в случае с барабанами.
Изменения в зазорах между рабочими поверхностями при торможении объясняются симметричными воздействиями
От этого зазоры способны саморегулироваться

У барабанных воздействия являются асимметричными, а потому здесь возникает необходимость в периодической регулировке зазоров.
В дисковых узлах не происходит накапливание продуктов трения. Эти механические частицы считаются очень опасными, поскольку ускоряют износ и нарушают плотность прилегания.

Дисковый тормоз на автомобиле УАЗ

Современные узлы торможения оснащаются гидравлическими и механическими системами. А за последние годы активно внедряются электронные разработки, наиболее ярким примером среди которых считается ABS, то есть антиблокировочная система.

Учитывая конструктивные особенности, именно дисковые тормозные механизмы значительно лучше адаптированы под установку электроники. Барабанные в этом компоненте существенно уступают.

Преимущества барабанных тормозов

Здесь же основные достоинства формируются на основании того, что пара трения изолируется от пагубного воздействия со стороны внешней окружающей среды.

Вряд ли стоит спорить о том, что эффективность процесса торможения выше у дисковых узлов. А вот стоимость обслуживания заставляет владельцев машин с дисковыми тормозами завидовать водителям авто с барабанными механизмами.

Принимая во внимание практичность обеих тормозных механизмов, поставить знак равенства между ними нельзя, поскольку определённое преимущество именно на стороне дисковых тормозов. Но и барабанам есть несколько козырей в виде следующих преимуществ:

Но и барабанам есть несколько козырей в виде следующих преимуществ:

Когда дисковые тормоза интенсивно тормозят и попадают в воду, за счёт открытости конструкции есть вероятность деформации тормозного диска и появления термических повреждений. В итоге узел постепенно разрушается. Для барабанов такая проблема не является актуальной.
Между дисками есть зазоры, куда могут попадать различные частицы с абразивными свойствами. В основном это касается песка, грязи и пыли. Это ведёт к активному износу тормозных накладок. У барабанных износ не столь интенсивный, и имеется защита от абразивных компонентов.
Ремонт и обслуживание барабанных узлов требует меньше сил и денег. А это для многих автомобилистов весомый аргумент.

Сугубо по показателям эффективности торможения с небольшим отрывом выигрывают дисковые системы. При этом нельзя сказать, что барабаны значительно хуже. У них имеются собственные козыри.

Если дорогие иномарки комплектуются всегда дисковыми узлами на всех колёсах, то для более бюджетной категории практикуется принцип комбинирования. Это отличное решение, позволяющее снижать себестоимость машины, не жертвуя качеством работы тормозных систем. В итоге на многих автомобилях можно встретить ситуации, когда сзади стоят барабанные узлы, а впереди располагаются диски.

Вывод

Несмотря на простое устройство, стояночный тормоз выходит из строя не так уж редко. Грамотному автолюбителю следует знать, как этот тормоз устроен и какие неисправности для него характерны. В случае неисправности ремонт может быть осуществлен даже неспециалистом – нужны лишь инструменты, запчасти, немного времени и, опционально, чистящие средства. К счастью, все это можно найти в широком ассортименте даже в небольших магазинах. Категорически не советуем игнорировать неисправности ручника, ведь этот тормоз позволяет не только без опаски парковать автомобиль на уклоне, но еще и отвечает за экстренное торможение.