Поліпшення гальмівної системи
Кажуть, що гальма придумали труси. Нехай буде так, але цей атрибут на автомобілі обов'язковий, - більш того, в правилах дорожнього руху нашої країни строго обумовлені показники гальмування для всіх видів автомобілів. Наприклад для легкових автомобілів гальмівний шлях зі швидкості 40 км / год не повинен перевищувати 14,7 м. Якщо автомобіль виготовлений раніше 1988 року - не більше 16,2 м.
Як би там не було, а гальмівна система автомобіля - найважливіша. Вона забезпечує безпеку Вашої і не тільки життя. Саме тому конструктори автомобілів роблять цю систему все надійніше, додаючи їй всяких "фішок" типу АБС. Але ми з вами користуємося розробками вітчизняного автопрому, де спереду дискові гальма, а ззаду барабанні, і в зв'язку з цим, установка спортивних гальм в наших автомобілях вітається. Чому ж конструктори масово встановлюють на задню вісь архаїчні барабанні гальма? В цьому я і пропоную розібратися!
Трошки історії. Барабанні гальма з'явилися набагато раніше дискових, і ставилися вони спочатку на всі колеса, аж до шістдесятих років минулого століття. Їх ефективності на той момент часу вистачало, оскільки автомобілі їздили за сьогоднішніми мірками нешвидко.
Принцип роботи барабанних гальм
Барабанні гальма складаються власне з барабана, жорстко пов'язаного з колесом і гальмівних колодок, на які надіті фрикційні накладки. Під час руху автомобіля барабан обертається. При гальмуванні зафіксовані колодки розсуваються, і впираються в стінку барабана, змушуючи його зупинити обертання. У цій парі тертя виробляється тепло, і чим сильніше відбувається гальмування, - тим більше тепла виробляється. Ось тут і криється вся проблема барабанних гальм: найбільша температура виникає на фрикційної накладки і на внутрішній поверхні барабана. Охолоджуюча деталь - зовнішня стінка барабана. Вентиляції всередині барабанних гальм немає, і як наслідок - можливий перегрів, який веде до їх відмови.
У шістдесятих роках автомобілі почали розвивати таку швидкість, гальмування з якою "вбивало" б такі гальма. У зв'язку з цим почали встановлювати більш прогресивний вид гальм - дисковий.
Принцип роботи дискових гальм
Дискові гальма складаються з диска, виготовленого з жароміцної стали, і супорта з гальмівними колодками. При гальмуванні колодки зводяться до диска і починають про нього тертися, що і переводить кінетичну енергію в теплову. Оскільки нагріте диск безпосередньо охолоджується, - ці гальма не так схильні до перегріву, і як наслідок - більш ефективні.
Однак до сьогоднішнього дня дискові гальма на більшості автомобілів економ сегмента встановлені тільки спереду. Ззаду там як і сто років тому стоять барабани. Чому так? По-перше навантаження на задню гальмівну систему набагато менше ніж на передню (близько 40% всього гальмівного зусилля). По-друге незважаючи на всі недоліки барабанних гальм, - у них є дві незаперечні переваги перед дисковими: ресурс (майже вдвічі більший між ТО) і захищеність від пилу. На наших запилених і забруднених дорогах задні дискові гальма дуже швидко виходять з ладу. Тільки дуже якісні і дорогі дискові гальма здатні протистояти нашим пекельним дорогах.
Загалом і не дивно, що в наших з вами машинках стоять доісторичні задні гальма.
І тут я думав поставити крапку в своєму записі ... Але тоді б це була просто запис як в більшості бортжурналі :)
Гальмування на автомобілі
Всі ми їздимо швидко, особливо за містом. Швидкість 110 км / год це цілком звичайна швидкість, якої нікого не здивуєш. Гальмування з такою швидкістю на завантаженому автомобілі виділяє 640 кілоджоулів тепла. Ця цифра мало що дає звичайній людині, тому переведемо її в щось зрозуміле для всіх. Цього достатньо щоб закип'ятити два літри води в чайнику! На кожен із задніх барабанів доводиться 127 кілоджоулів, що вистачить перетворити 380 грам сирої води в кип'ячені. Однак це тепло розсіюється в повітря, і толку від нього ніякого)) З цими кілоджоулі справляється вот такой вот барабан:
Барабан ВАЗ 2109
Цей барабан зроблений мул алюмінієвого сплаву, що дуже добре, оскільки він набагато краще відводить тепло ніж чавунний як на старих автомобілях.
Дуже часто люди фарбують свої гальма для краси, і отримують щось на подобу цього:
Вобщем мені стало цікаво як впливає фарба на тепловіддачу гальм в цілому, оскільки фарба дуже погано проводить тепло, і служить як ізоляція для барабана. Перевіримо?
У програмі Solidworks мною була створена 3d модель гальмівного барабана. Дамо на його внутрішню поверхню велику теплове навантаження скажімо ... 3600 Вт (це як два електричних чайника). Охолоджувати гальма будемо на швидкості 15 м / с. Це як їзда з гори з постійною швидкістю. Одним словом це граничне навантаження на задні гальма))
Запускаємо розрахунок ... і ...
Як видно на зображеннях - максимальна температура становила 378 градусів. Приблизно така ж температура і на зовнішній поверхні барабана, що й не дивно, - алюмінієвий сплав дуже добре, майже без опору відводить тепло. Давайте розглянемо що б було, якщо він був би чавунний як в жигулях.
В налаштуваннях міняємо матеріал і запускаємо розрахунок:
Як видно на зображеннях температура набагато підвищилася, в порівнянні з авіаційним матеріалом. Температура зросла до 465 градусів що майже на 20% більше ніж нагрівся алюмінієвий сплав! Мені стало цікаво, наскільки виросте температура при фарбуванні алюмінію.
Я створив нове тіло, яке покриває барабан і вибрав матеріал "фарба".
Як видно на малюнку, товщина покриття становить 0,1 мм, що приблизно дорівнює товщині фарби, що наноситься. Створюємо ті ж температурні навантаження на деталь і отримуємо: