Тормозная система в легковых автомобилях базируется на дисковом механизме. Изредка производители используют барабаны на тяжелых машинах и бюджетных моделях. Однако эволюция тормозных дисков показывает, что данный механизм будет только усиливать свои позиции.
Достоинства дисков
Вытеснение других типов тормозных механизмов дисками произошло благодаря целому ряду преимуществ.
- Дисковый механизм способен создать большое усилие. Чугун не боится сильного сжатия, он не деформируется и не теряет свои свойства.
- Чугунный диск отличается уникальной способностью к быстрому охлаждению. При вращении происходит ускоренный теплообмен, и удаляются продукты износа.
- Дисковый механизм позволяет точно осуществлять авторегулировку тормозов, хорошо сочетается со ступицей, он прост в обслуживании.
Проблемные места тормозных дисков
Первые диски подвергались доработке с целью улучшения способности к охлаждению. Тормоза перегревались во время частых или затяжных замедлений, из-за чего происходил ускоренный износ деталей. В дальнейшем все усилия конструкторов были направлены на увеличение тепловой мощности дисков.
Решить важнейшую проблему удалось благодаря комплексу мер. Работы велись в таких направлениях, как вентиляция, материал диска и диаметр.
Вентиляция
Ускорить процесс охлаждения нагретого диска можно, увеличив площадь или улучшив вентиляцию. Благодаря внутренним радиальным каналам удалось обеспечить доступ воздушного потока к внутренним частям диска. Также увеличилась площадь охлаждения, что привело к увеличению мощности в 5-6 раз. Добиться увеличения площади помогает и перфорация, к тому же данный прием позволил улучшить очистку рабочей поверхности. К сожалению, усложнять конструкцию уже стало проблематично, да и теплопроводность чугуна ограничивает фантазии инженеров.Диаметр диска
Благодаря увеличению диаметра тормозного диска удалось решить две проблемы.- Площадь охлаждения возросла.
- Увеличился тормозной момент и скорость вращения детали в районе трения с колодками.
Новые материалы
Увеличить теплоотдачу при торможении можно, повысив рабочую температуру диска. Для того чтобы деталь не разрушалась при 1000ºС, необходимо искать новые материалы.
Перспективно выглядят разработки композитов на основе керамики, углерода и металлокерамической матрицы. Несмотря на высокую себестоимость изготовления, композитные материалы прижились по нескольким причинам.
- У композитных материалов ниже плотность, чем у чугуна, что позволяет уменьшить массу детали на 50-70%.
- Композитный диск способен выдерживать предельную температуру в 1400ºС, что положительно сказывается на теплоотдаче.
- Волокнистые композиты из кремний-углеродной матрицы отличаются высокой износостойкостью. Даже гонщикам не удается их вывести из строя.
- Так как поверхность композитного диска более скользкая, то для торможения приходится создавать большое усилие и повышать температуру. В холодном состоянии композитный диск уступает по эффективности чугунному аналогу.
- У композитного диска слабым местом является торцевая часть. Но именно на нее оказывается сильная нагрузка в местах крепления диска.
Конструкции дисков
Повысить эксплуатационные характеристики тормозного диска можно изменением конструкции. Существует несколько перспективных направлений.- Так как рабочая поверхность расположена на внешнем крае детали, конструкторы решили использовать составной диск. Основание делается из легкосплавного материала, к которому крепятся чугунные кольца. Тормозные колодки работают с чугунной поверхностью, при этом получается более дешевая и легкая деталь. Такая конструкция нашла применение в тормозных системах спортивных и гоночных болидов.
- Суть плавающих дисков заключается в разнице расширения чугуна и легкосплавного материала. Центральная часть крепится неподвижно, а внешний чугунный слой может сдвигаться. Благодаря такой технологии снижаются нагрузки, возникающие вследствие разных коэффициентов расширения чугуна и легкого сплава.
- Попытки внедрить в автомобильной отрасли многодисковые конструкции по аналогии с самолетами не увенчались успехом. Применение дополнительных дисков решает проблему увеличения площади, сохранив диаметр колеса. Однако применение дополнительных дисков приводит к увеличению массы тормозного механизма и определенных проблемам при обслуживании. К тому же в автомобилях наблюдается неполное растормаживание дисков.
Доработки суппорта
Важнейшим узлом в дисковом тормозном механизме является суппорт. Этот узел не претерпел кардинальных изменений с момента появления. Если изначально суппорт оснащался двумя цилиндрами, то впоследствии стали применяться одноцилиндровые конструкции с плавающей скобой. Такой вид суппорта имеет небольшие габариты, малый вес и простое обслуживание.
В некоторых случаях одноцилиндровый суппорт неравномерно прижимает колодку, из-за чего накладка изнашивается с одной стороны. Для устранения перекоса конструкторы прибегли к усложнению гидравлики. Увеличив количество цилиндров до 4 или 6 штук, разработчикам удалось обеспечить равномерный прижим колодок с большой площадью.
Попытки повысить эффективность торможения путем добавления суппортов не привели к желаемому результату. Только на лимузинах премиум-класса (Роллс-ройс, ЗиЛ), где безопасность пассажиров находится на первом месте, тормозной механизм оснащен двумя независимыми суппортами. 
