Педаль создаёт давление. Нажатие на педаль через вакуумный усилитель и главный цилиндр создаёт давление тормозной жидкости: 20–40 бар при обычном торможении и 100–150 бар при экстренном.
Давление становится силой. Сила равна давлению, умноженному на площадь поршня. Поршень 57 мм — это 25,5 см², при 100 бар он давит на колодку с силой 25,5 кН, как груз в 2,6 тонны.
Плавающий суппорт. Корпус скользит по пальцам, поэтому одного поршня хватает, чтобы зажать диск с двух сторон одинаковой силой. Если пальцы закисли, работает только одна колодка.
Трение и тепло. Момент = 2 × трение × сила × радиус: 2 × 0,4 × 25,5 кН × 0,122 м ≈ 2500 Н·м. Мощность торможения с 100 км/ч — сотни киловатт, она уходит в нагрев диска.
Детали в модели «Дисковый тормоз»
Фрикционные накладки. Новая накладка около 10–11 мм. Колодки меняют при остатке 2–3 мм, всегда комплектом на обоих колёсах оси. Торцы накладки скошены, чтобы колодка не «закусывала» и не скрипела.
Основа колодки и пластина-шим. Стальная пластина 5,5 мм, на которой держится накладка. Её «ушки» скользят в пазах скобы, а тонкий шим 0,6 мм сзади гасит вибрацию и скрип.
Показ по шагам
Педаль отпущена. Колодки отведены на десятые доли миллиметра, диск вращается свободно. В суппорте почти нулевое давление.
Поршень выходит. Жидкость давит на дно поршня 57 мм, он выдвигается и прижимает внутреннюю колодку. Квадратное кольцо в канавке при этом слегка скручивается.
Корпус плавает. Реакция поршня отталкивает корпус внутрь по направляющим пальцам, и его лапы прижимают внешнюю колодку. Сила с обеих сторон диска одинаковая.
Энергия в тепло. Трение превращает энергию движения в тепло: автомобиль замедляется почти на 1 g, колесо останавливается. Почти всё тепло уходит в диск, одна остановка со 110 км/ч нагревает его примерно на 60–70 °C.
Отпускаем. Кольцо распрямляется и отводит поршень назад, корпус освобождает внешнюю колодку. Водитель снова разгоняется, диск остывает потоком воздуха через рёбра.
Что ломается и как это проявляется
Изношены колодки. Признаки: сначала тонкий писк при торможении: пластина-индикатор касается диска. Если ездить дальше, появляется скрежет, педаль уходит глубже, на диске прорезается канавка. Что проверить: толщину накладок на обоих колёсах оси (через окно суппорта или сняв колесо), уровень жидкости в бачке, канавки и кромку на диске. Колодки меняют комплектом на ось.
Перегрев колодок. Признаки: после долгого спуска или нескольких резких торможений подряд тормоза слабеют, хотя педаль твёрдая. Пахнет горелым, на дисках цвета побежалости. Что проверить: на спусках тормозить двигателем. Проверить колодки на остекленение (блестящая твёрдая корка), жидкость на влагу. Для активной езды ставят колодки с более высокой рабочей температурой.
Упрощения модели
Зазор между колодкой и диском и ход суппорта увеличены в 20 раз: на самом деле это десятые доли миллиметра. Биение диска тоже показано крупнее.
На дороге автомобиль 1,6 т тормозят все четыре колеса, на это переднее приходится около 35 % силы. Замедление ограничено сцеплением шин, около 1 g, дальше работает ABS. Сопротивление воздуха и качению не учтены, после отпускания педали водитель снова разгоняется до заданной скорости.
В режиме «На стенде» колесо крутят ролики с постоянной скоростью, как на тормозном стенде: так нагляднее рост температуры. Нагрев посчитан для диска массой около 9 кг, охлаждение — упрощённо.
Пластины в пазах скобы есть, но нет противодребезжащей пружины суппорта и датчика ABS: датчик и зубчатое кольцо показаны в лаборатории «Гидропривод тормозов и ABS», электропривод стояночного тормоза — в лаборатории «Стояночный тормоз».
Индикатор часового типа — инструмент проверки биения, его стрелка качается так же крупно, как увеличено биение. Ржавчина на пальце и поршне показана наплывами, порванные пыльники — с вырванным куском.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.