Композитные диски для авто

Колесные диски из композитных материалов?

Мои поиски легкого диска завели меня в дебри научной задачи.
Я разместил на своей странице в Фейсбуке объявление о том, что я ищу Sparco Viper или LE37К, или иные диски на покупку. Ну там же я и пояснил, что мол найти их за вменяемые деньги тяжелее чем кажется, так как лимитка и т.д.
Мои френдсы, часть из которых взрослые дяди с множеством инженерных дипломов, спросили — нахера такой гиммор? Я ответил — хочу поэкспериментировать с весом, и зафиксировать свои ощущения, а так же бытовую функциональность — расход топлива, разгон, торможение и т.д.

И тут френдсы мне и говорят — а давай попробуем тебе колеса свить из композита! Карбон получается дорого, можно попробовать из стекловолокна или… (дальше инженеры общались на моей странице на своем птичьем языке, который мне — юристу, непонятен:-)

Поначалу меня вогнали в ступор. Мне известно что такие колесные диски реально существуют, в частности я о таких слышал на Lamborgini Sixth Element, подобные колеса делает фирма HRE, ESC и даже BMW (только обод, лицо кованное), но стоит это все от 15000 уев на круг, и у всех одно и то же — думаю использован один и тот же проект и производитель. Но это для богатеньких буратино, а у меня даже мысль об изготовлении кастомнонго диска для себя не появлялась…, а процесс изготовления такого колеса в принципе мне непонятен, и тем более бюджет такого эксперимента.

Но меня успокоили — не ссать! тех процесс нам понятен, материалы недорогие, купим, техническая возможность имеется — один из френдсов главный инженер какого то цеха с кучей разномастных станков, в т.ч. и «карбоновой швейной машинки». Уже даже директор этого предприятия дал добро:-)))

Вообщем меня поставили перед фактом — давай проект колеса, или чертеж, или эскиз, что бы этот проект они засунули в какую то очень умную проектировочную программу, и попытались просчитать все это дело с разными другими материалами, в т.ч. с композитами на нагрузки и т.д.

А откуда у меня проект? Да ниоткуда. И тут я вспомнил про Solomon Alsberg (на сайте Forged ). Позвонил им, написал, мол дайте 3D модель колеса, а лучше парочки, что бы мы его посчитали, результатом поделимся.

Я боялся что они скажут — нах, мы типа тут сидели, считали, а вы нахаляву хотите наши проекты кованных колес. Но вроде негатива не вызвал, написал им, вот жду ответа, надеюсь что пришлют файлик с 3D моделью.

В любом случае, даже если сейчас мы столкнемся с какой то непреодолимой трудностью (ну например бюджет на изготовление тестовых 4-х колес вылезет несусветный), то все равно, процесс уже интересный, а задача по уровню интереса аж зашкаливает)))

Источник

Карбоновые колесные диски

Хочешь ездить быстро – убирай вес везде, где можно. Примерно таким девизом руководствуются разработчики транспортных средств, постоянно находя новые решения, и… новые материалы для различных узлов и деталей. В случае с колесными дисками выбор не так уж велик, ведь кроме малого веса они должны иметь высокий запас прочности.

Одним из «подходящих» вариантов можно назвать карбон – композитный материал из углеродных волокон, сплетенных с резиной или кевларом. Если с велосипедами все просто – хоть весь из него делай, то мотоциклы, а тем более автомобили требуют к себе большего внимания и уважения.

Немного истории.

Первые автомобильные диски из карбона появились еще в 2008 году, их выпустила немецкая компания, специализирующаяся на комплектации гоночных авто. Комплект таких дисков делался под заказ и стоил порядка 15 тысяч зелененьких президентов. Из-за цены, а еще из-за трудоемкости процесса и не всегда гарантированного качественного результата, эти колеса в серию так и не пошли.

К тому же, карбоновыми в полном смысле они не являлись, это было сборное изделие из стали и углеродного влокна, то есть, итоговая разница в весе была не столь большой, чтобы платить за нее такие деньги.

На фото слева изображен диск с карбоновым ободом и основанием (ступичной частью), изготовленным из кованного алюминиевого сплава.

Время шло, карбон «проникал» едва ли не во все узлы автомобилей, даже начали шутить, что пора ожидать появления карбонового двигателя, особенно после того, как на движки стали ставить крышки изготовленные из него, но диски из этого материала все еще оставались мечтой.

И вот в 2012 году, австралийцы «Carbon Revolution» представили первые монолитные диски, получившие название CR9. На презентации было обещано, что это будут не просто первые, полностью карбоновые диски, но и первая серийная модель. Сказано – сделано, правда, пока не до конца. В 2013-ом они начали выпускаться только в двух вариациях – 19х8.5 и 19х12, вес соответственно 7 и 7.9 кг. По внешнему же модельному ряду миру были представлены только девятилучевые классические колеса, со строгим внешним видом и обязательным логотипом компании-производителя на ступице.

На данный момент их выбор стал шире, например изображенный на фото слева монолит фирмы Carbon Revolution.

Достоинства.

Как видим, налицо главное достоинство карбоновых колес – если сравнивать их с литым, и даже кованым алюминием, то получается, что углепластиковые изделия легче на 40-50 %. То есть, вполне очевидно, что они являются самыми легкими из существующих.

Если рассматривать срез карбона под сильным увеличением, то можно рассмотреть множество переплетенных волокон, эта особенность увеличивает физическую прочность на сжатие и растяжение. В итоге, по конструктивной прочности данный материал не уступит ни одному из используемых для автомобильных колес материалов.

Учитывая, что главное предназначение карбоновых дисков, это использование их в качестве детали для скоростных авто, то совсем не лишним будет такой показатель, как высокая температурная стойкость. У данных изделий она достигает 1600 °C, что в сочетании с высокой энергопоглощаемостью обеспечивает долгий срок службы самих дисков и элементов тормозной системы.

В конце концов, внешне они смотрятся просто отлично, и это делает их удачной находкой не только со стороны тюнинга технического, но и внешнего. Что касается коррозийной стойкости, то достаточно вспомнить, что в последнее время пленки именно из углепластиковых материалов используются в качестве защиты лакокрасочного покрытия кузова авто и тему можно закрывать.

Недостатки.

А теперь сравним эту бочищу меда с немаленькой емкостью дегтя. То есть, вспомним, чем карбоновые диски могут расстроить своего владельца, их существенные недостатки.

При высокой общей прочности карбон «не любит» точечных ударов, и при очень сильном ударе может расколоться на множество осколков, что делает невозможным его восстановление. При этом изготовление диска на заказ – это процесс достаточно длительный.

Хотя коррозийная стойкость самого материала на очень высоком уровне, но его прямой контакт с металлическими элементами ходовой в сочетании с соленой средой приводит к быстрому разрушению металла. Чтобы исключить подобную проблему потребуются дополнительные вставки из стеклопластика, между карбоном и металлом.

Также в обязательном порядке требуется дополнительная защита от ультрафиолетовых лучей – карбон быстро выгорает на солнце, теряя всякую привлекательность, а ведь он наиболее внешне привлекателен именно неокрашенном виде.

Ну и, наконец, самая большая проблема – чтобы готовый карбоновый диск имел все те высокие качественные показатели, его изготовление должно вестись в строгом соответствии с предусмотренными технологиями. А это означает высокую цену, настолько высокую, что титановые колеса «нервно курят в стороне». Комплект качественных карбоновых колес «потянет» на целый автомобиль, не «ламборгини», конечно, но на отечественный вполне хватит, быть может, даже не один…

Источник

Есть ли будущее у дисков из карбона

Глядя на поток автомобилей, мы автоматически отмечаем, из какого материала сделаны колеса. Сегодня карбоновые диски встречаются нечасто, ведь их стоимость может доходить до четверти цены самого автомобиля. Этой осенью на автофорумах и журналах появилась новость: себестоимость углепластиковых колес удалось снизить почти на 40 процентов, так что многие известные производители престижных авто задумались об установке карбона на серийные машины. Можно ли этому верить?

Что такое карбон, и чем он лучше традиционных сплавов

Основу карбона составляют волокна углерода, которые часто соединяют с резиновыми нитями. Плотность углеродных нитей — 1600 кг/м³, но способность сопротивляться растяжению и разрыву выше, чем у стали. Но углерод — еще не карбон. Чтобы получить исходный композитный материал для карбоновых дисков, волокна углерода и резины переплетают под строго выверенным углом, получая ткань. А затем слои ткани склеивают между собой эпоксидной смолой. Так изготавливают самый дорогой в мире материал для изготовления колесных дисков.

Почему карбон так дорог? Это связано с технологией получения волокон углерода. Существует несколько способов выращивания длинных нитей: выращивание в световой дуге, автоклаве, химическое осаждение на специальный носитель. В процессе изготовления самых дорогих видов температура нагрева достигает 3500 градусов, а менее прочные сорта требуют температуры как минимум до 260 градусов. Разогревать исходное сырье (полиакрилонитрин) нужно только в инертной газовой среде, что приводит к дополнительным расходам.

Впрочем, затраты окупаются за счет уникальных характеристик углепластика. Углеволокно на 40% легче стали, может выдерживать нагрузку до 70 000 кг на квадратный миллиметор, прочность на разрыв составляет около 5 Гпа. Колесные диски из углепластика получаются легкими и исключительно прочными, а привлекательный внешний вид поверхности привел к появлению дизайна моделей из сплавов «под карбон».

Плюсы и минусы углепластиковых дисков

Вначале карбоновые колеса устанавливали только на гоночные спортивные машины. Легкие и прочные колеса обеспечивали прекрасную управляемость болидов, не боялись перегрева из-за высоких скоростей, имели более высокий ресурс прочности. Кстати, из того же материала изготавливают детали тормозной системы, капоты, фрикционные накладки, крылья, детали салона.

Легкость и красота колес из карбона — не единственные его достоинства. Диски не склонны к деформации, выдерживают высокие температуры, не боятся коррозии. Теоретически, на программируемом оборудовании можно изготовить модели любых типоразмеров с каким угодно дизайном. Но на практике высокая стоимость отпугивает даже состоятельных покупателей.

Тем не менее у карбоновых колесных дисков есть несколько серьезных минусов. Сами они не подвержены коррозии, но вот все металлические детали от контакта с углепластиком придется тщательно защищать. Если положить вплотную друг к другу фрагмент карбона и стальную деталь и сбрызнуть их соленой водой, коррозия будет распространяться со скоростью лесного пожара. Так что в местах контакта с металлическими деталями придется устанавливать накладки из нейтрального материала или наносить защитные лаки повышенной прочности.

Второй важный недостаток — неремонтопригодность. Согласитесь, отдать несколько тысяч долларов за колесный диск и выбросить его в случае повреждения будет обидно. Тут не спасут ни экономия топлива за счет малого веса, ни великолепные аэродинамические характеристики. Наконец, колеса из углепластика боятся ультрафиолета. Их свойства остаются прежними, но поверхность выцветает и становится не такой красивой.

Сенсационное заявление от Porsche

Недавно компания Порше заявила о создании новой технологии изготовления карбоновых колесных дисков. Продукт получился на 20% легче и на ту же величину жестче, чем лучшие спортивные модели из стали. Конструкторы собираются поставить колеса на новую модель 911 Turbo S Exclusive Series.

Стоимость углепластиковых дисков будет чуть больше пятнадцати тысяч евро — дорого, но значительно ниже обычных цен на карбон. Удешевить производство без потери характеристик карбоновых колес удалось за счет использования принципиально нового подхода. На производстве установили гигантский девятиметровый станок для плетения нитей. Именно на нем изготавливается основа, которую пропитывают смолой, обжигают в автоклаве и красят.

Представители бренда Porsche считают, что у дисков из углепластика
большое будущее. И предсказывают их скорый выход в серийное
производство. Осталось дождаться снижения цен.

Источник

Разработка колесного диска из полимерных композиционных материалов для машин высокой проходимости

Дата публикации: 22.04.2017

Статья просмотрена: 771 раз

Библиографическое описание:

Хоробрых, М. А. Разработка колесного диска из полимерных композиционных материалов для машин высокой проходимости / М. А. Хоробрых. — Текст : непосредственный // Техника. Технологии. Инженерия. — 2017. — № 3 (5). — С. 27-31. — URL: https://moluch.ru/th/8/archive/62/2390/ (дата обращения: 19.12.2021).

Для огромных территорий России, техника с высокой проходимостью особенно актуальна и эффективна. Ее используют для доставки людей и грузов в труднодоступные места, для проведения контроля трубопроводов и т. д.

В настоящее время на рынке представлены колесные диски большого диаметра, из алюминия выполненные литьем и сварные — стальные. Основной недостаток таких дисков — это масса изделия.

Идея проекта состоит в разработке колесного диска большого диаметра, применив в конструкции из полимерного композиционного материала (ПКМ).

Сегодня на рынке представлены колесные диски фирм «Трекол» [1] и «Авторос» [2], основной недостаток этих дисков — это масса изделия. Средний вес колесного диска 25 кг. Как правило у вездеходов 8 колес, следовательно, только колесные диски имеют массу 200 кг.

Проектирование колесного диска проводится в современном программном пакете. Внешний вид разработанного диска представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Внешний вид колесного диска

Колесный диск состоит из внутреннего обода (Рисунок 2), наружного обода (Рисунок 3) и ступицы (Рисунок 4). Герметичность между внутренним и наружным ободами обеспечивается за счет резинового уплотнительного кольца, который располагается на внутреннем ободе.

Рис. 2. Внутренний обод

Рис. 3. Наружный обод

Чтобы оценить преимущества применения ПКМ, было произведено сравнение колесных дисков из разных материалов алюминия, стеклопластика и углепластика. Результаты сравнения приведены в таблице 1.

Сравнение массовых характеристик колесных дисков, изготовленных из алюминия, стеклопластика иуглепластика

Деталь

Масса, кг

Из таблицы 1 видно, что масса колесного диска, изготовленного из ПКМ гораздо меньше алюминиевого. Очевидно, что под действием нагрузки колесный диск будет деформироваться, а на практике изделия, полученные из углепластика, обладают высокими жесткостными характеристиками, нежели из стеклопластика, поэтому было принято решение в дальнейшем использовать стеклопластик.

Разрабатываемый диск из ПКМ имеет следующие преимущества:

− Компактность хранения дисков на складе;

− Возможность изготовления ступичной части без отверстий;

− Диск, выполненный из ПКМ будет иметь массу приблизительно на 35 % меньше чем у аналогов.

Бескамерная шина низкого давления имеет массу 42 кг, Колесо в сборе имеет массу 67 кг. С диском из ПКМ колесо в сборе будет иметь массу 57 кг, т. е. возможно снизить массу колеса в сборе на 15–20 %.

Чтобы убедиться в целесообразности выбора ПКМ в качестве материала для изготовления колесного диска, было проведено математическое исследование методом конечных элементов. Для данного исследования была использована ранее спроектированная 3D-модель колесного диска [3].

Для задания характеристик материала в расчетной программе вводим данные модуля упругости, пределов прочности и текучести стеклопластика с учетом коэффициента К = 0,8 (данный коэффициент является следствием допущения, что материал изотропный и вводится для упрощения моделирования и увеличения скорости расчетов) [4]. Характеристики стеклопластика приведены в таблице 2.

Характеристики стеклопластика

Плотность

Для моделирования стеклопластика допускаем, что предел текучести равен пределу прочности при растяжении.

Для дальнейшего расчета были смоделированы болтовые соединения в местах соединения ободов со ступицей, а также в местах крепления ступицы к валу были добавлены закрепления по всем степеням свободы, чтобы обеспечить неподвижность диска, затем модель разбивается на конечные элементы (рисунок 5).

Рис. 5. Закрепления модели колесного диска

Рис. 6. Нагрузки, приложенные к модели колесного диска

Далее к модели прикладываются нагрузки. Давление камеры на колесо принимаем с запасом P = 0,8 атм. (красные стрелки на рисунке 6), а также сила F = 7500 Н (750 кг) по бокам ободов (оранжевые стрелки на рисунке 6).

После того, как создан материал, к модели приложены все нагрузки и закрепления, можно приступать к расчету.

На рисунке 7 видно, что в местах крепления ободов со ступицей выявлены слабые места конструкции, которые не выдерживают заданные нагрузки (на рисунке показано деформированное состояние модели, увеличенное в 10 раз.). В дальнейшем в эти места будут установлены металлические втулки, которые будут воспринимать нагрузку в местах концентрации напряжений. В остальных зонах конструкции напряжения не превышают заявленного предела текучести Па.

Рис. 7. Картина распределения напряжений модели колесного диска

Рис. 8. Напряжения в местах крепления ободов со ступицей (х10)

На рисунке 9 представлены перемещения элементов колесного диска под воздействием нагрузок. Максимальные перемещения l = 3.24 мм не превышают допускаемых.

Рис. 9. Перемещения модели колесного диска (х10)

Разработанная конструкция колесного диска отличается простотой, надежностью и обладает хорошими весовыми характеристиками за счет применения ПКМ. Однако, в дальнейшем, следует учитывать влияние нагрузок на опасные зоны конструкции (места крепления ободов со ступицей). Данные расчеты подтверждают возможность изготовления колесного диска из стеклопластика.

Похожие статьи

Изучение дисбаланса колес, его последствий. Устройство.

Балансировка колес — этопроцедура добавления на внутреннюю и внешнюю часть обода грузиков либо введение внутрь покрышки специальных гранул, которые

Рис. 2. Предельно допустимые биение шины и масса компенсирующих грузов. Виды балансировочных стендов

Система контроля колесных пар железнодорожных вагонов

Откол края обода. если оставшаяся часть ≥120мм.

Основные термины (генерируются автоматически): колесная пара, пар, функциональная схема, внешний осмотр

Внешний вид панели, включающей блок микропроцессорной релейной защиты, показан на рисунке.

Анализ повреждений рулевого управления современного легкового.

Поврежденный колесный диск может иметь как поверхностные внешние деформации (задиры, царапины, сколы металла, риски), так и глубокие внутренние, изменяющие форму изделия (изгиб, вмятины).

Рис. 3. Изменение формы обода колесного диска.

Механическая обработка радиусов кривизны железнодорожных.

Обод колеса непосредственно контактирует с рельсом, а диск соединяет ступицу и обод между собой.

Для увеличения срока службы колес существует два основных пути — совершенствование колесной стали, за счет повышения ее качества и эффективности.

Теоретическое обоснование повышения надежности сцепления.

Внешний вид разработанного диска представлен на рисунке 1.

Шаблон плотно прижимают к внутренней грани бандажа, при этом зазор по поверхности. в любой части оси колесной пары, ободе, диске, спице, ступице и бандаже, а.

Определение взаимосвязи сносов реакций опорной поверхности.

В свою очередь, помимо преимуществ относительно жесткого обода, использование

– повреждение управляемого колеса и связанных с органами управления элементов подвески автомобиля; – повреждение мест крепления элементов рулевого управления (смещение.

Дальнейшее развитие комплексных технологий защитного.

2.2. В случае изготовления диска в виде монолита, то есть состоящего из двух слоев, при склеивании слоев вносится в определенном месте материал

‒ упрощение конструкции и технологии позволяют также выполнять полимеризацию нанесенного топологического рисунка.

Общая методика исследования деформаций автомобильной шины.

Основные термины (генерируются автоматически): возможность регулирования, фотограмметрия, сетка деформаций

Балансировка колес — этопроцедура добавления на внутреннюю и внешнюю часть обода грузиков либо введение внутрь покрышки специальных.

Новая конструкция ходовых колес мостовых кранов

В основном выбраковка колес проходит вследствие износа реборд.

Колесо ходовое крановое с упругим кольцом (1), которое расположено в ободе (2)

ограничена только аппаратными возможностями компьютера и объемом жесткого диска гармоничных составляющих.

Источник

Диаметр, вентиляция и композиты: эволюция дисковых тормозов

Вы наверняка не раз читали про суперкрутые гоночные корчи с композитными вентилируемыми шестипоршневыми 18-дюймовыми дисковыми тормозами по кругу. В целом понятно, что перечисление этих регалий говорит о способности очень быстро и эффективно тормозить. Ну а в деталях?

Дисковые тормоза давно вытеснили все остальные варианты тормозных механизмов, и только редкие барабанные еще пытаются что-то им противопоставить на бюджетных легковушках и тяжелой технике. Но со временем сами дисковые тормоза стали разнообразнее: менялись материалы и устройство дисков и суппортов, равно как и размеры. Что же, попробуем разобраться в их эволюции. И в ее смысле.

Коротко о плюсах дисков

Своим успехом дисковые тормозные механизмы обязаны двум факторам. Во-первых, простоте создания большого усилия – сжимать чугунный диск можно очень сильно, и он не согнется, не сломается и не потеряет своих характеристик. А раз усилие сжатия велико, то и тормозная мощность будет ограничена только прочностью суппорта и тепловой нагрузкой на сам диск.

Во-вторых, собственно, хорошей способностью к восприятию этой самой тепловой нагрузки, или, другими словами, хорошими способностями к охлаждению. Пока диск вращается, он создает непрерывный поток воздуха на своей поверхности, эффективно удаляющий тепло и продукты износа.

Помимо двух этих основных факторов, нашлось и множество второстепенных вроде простоты создания авторегулировки тормозов, точности и «прозрачности» усилий, малой массы тормозного механизма, удобства компоновки со ступицей, простоты обслуживания и прочих. Хотя без первых двух они были бы не столь важны.

А первые два фактора можно охарактеризовать в сумме одним словом – это «мощность». Именно мощность тормозных механизмов при малой массе стала тем, что сделало их успешными. Это способствовало созданию все более и более мощных тормозов, способных без ухудшения характеристик переносить многочисленные торможения с большой скорости.

Зачем нужно усложнять диск?

На первом этапе усовершенствования дисковых тормозов постарались улучшить в первую очередь именно способность к охлаждению, чтобы дополнительно снизить риск перегрева при затяжных или частых торможениях. В дальнейшем именно желание увеличить тепловую мощность тормозов будет толкать конструкторов все к новым и новым решениям.

Диск нельзя нагревать бесконечно – материалы банально теряют прочность, колодки «горят», уплотнения суппорта разрушаются, в общем, греть диски ради большей теплоотдачи нельзя, нужно «держать» температуру и охлаждать.

Вентиляция

Обеспечить лучшее охлаждение диску можно двумя путями: либо увеличивая его площадь (об этом чуть позже), либо введя вентиляцию. За счет создания внутренних радиальных каналов внутри диска площадь охлаждения увеличилась в пять-шесть раз, и во столько же раз увеличилась мощность.

Еще немного увеличить площадь охлаждения позволяет перфорация, и она же чуть улучшает очистку диска при прижатии колодок. К сожалению, усложнение конструкции диска дальше маловероятно и ограничено теплопроводностью чугуна. По сути, почти все современные тормозные механизмы выполнены именно по этой схеме: передние – практически всегда вентилируемые, но без перфорации – она ослабляет диск, снижает его ресурс и применяется нечасто.

Увеличение диаметра

Теперь вернемся к размерам. Увеличивая диаметр диска, мы решаем две проблемы. Во-первых, при этом возрастает площадь охлаждения, а во-вторых – тормозной момент и одновременно скорость вращения диска в зоне трения колодок. Тормозная мощность «размазывается» по площади, уменьшается нагрев. Появляется возможность уменьшить давление прижатия колодок, а значит, снижаются требования к фрикционным материалам и повышается удобство пользования тормозами.

Путь увеличения площади хороший, если бы не одна проблема: внешний диаметр диска всегда ограничен размером колеса. Примерно до 19 дюймов увеличение диаметра колесного диска еще может быть оправдано улучшением управляемости, но дальше гигантомания идет во вред. Прежде всего – из-за того, что критически вырастает неподрессоренная масса, страдает комфорт и, как ни странно, управляемость автомобиля. Да и слишком большой диск быстрее коробится. Эту проблему можно было бы решить утолщением диска, но тогда вырастет масса, а она, как мы поняли, и так уже велика. Но конструкторская мысль нашла выход из положения.

Составные диски

По сути, рабочей зоной тормозных колодок является только внешний край тормозного диска. Использовать всю его площадь просто не нужно – тормозное усилие зависит не от площади контакта колодок. При увеличении площади улучшается модуляция и уменьшается износ накладок, но площадь можно сохранить, увеличив только «длину» колодки, а не ее «высоту». Это значит, что вместо большого и тяжелого сплошного диска можно использовать лишь сравнительно тонкое кольцо максимального диаметра.

Конструктивно проблему можно было решить двумя способами. Традиционный заключается в том, что можно выполнить центральную часть тормозного диска из легкого сплава и прикрепить к ней чугунное кольцо, по которому будут работать колодки.

Второй вариант – прикрепить чугунное кольцо к легкосплавному колесному центру изнутри. Соответственно, и тормозной суппорт тогда будет охватывать тормозное кольцо изнутри, а не снаружи. Второе решение не очень-то прижилось, разве что владельцы ЗАЗ Таврия помнят сей конструктив, да знатоки железнодорожной техники вспомнят локомотивы с подобными тормозными механизмами.

А вот более классическая конструкция диска с легкосплавным центром завоевала мир гоночных и спортивных автомобилей. Составные тормозные диски позволяют экономить по несколько килограмм массы на каждом колесе и к тому же дешевле в эксплуатации – внутренняя сложная легкосплавная часть зачастую не требует замены, меняется лишь простое по конфигурации наружное кольцо из чугуна или другого материала с похожими свойствами.

Плавающие диски

Следующим логичным шагом по пути улучшения стало создание «плавающих» тормозных дисков. Не бойтесь, ни о каком водяном охлаждении речи не пойдет, впрыск воды остается для дисковых тормозов крайне экзотической технологией. Суть куда проще: крепление центральной части такого составного тормозного диска позволяет внешней чугунной части при расширении немного сдвигаться. Тем самым уменьшаются нагрузки, которые возникают из-за разницы в коэффициенте расширения у разных металлов и разнице температур между центральной частью и тормозным кольцом.

А раз нет риска коробления, то можно допустить прогрев диска до большей температуры без риска критического перегрева. Кроме того, улучшаются условия прилегания колодок, и тормоза заработают в полную силу при большей нагрузке. Такой диск может иметь мощность на все 20–30% выше, чем у «жесткой» конструкции, при незначительном, в общем-то, усложнении.

Композитные материалы

При создании составных дисков открылось еще одно направление в развитии тормозных механизмов. Увеличить теплоотдачу можно еще и повышением температуры тормозов, но тогда придется заменить на что-то, умеющее работать при температурах под тысячу градусов. Кандидаты нашлись быстро: в первую очередь это биметаллические диски, металлокерамика и углеволокно.

Биметаллические диски позволяли получить выигрыш в массе, но по совокупности характеристик не получили выигрыша в сравнении с поверхностно упрочненным чугуном, так что эта тюнинговая экзотика почти не встречается. А вот материалы на основе углерод-углеродной, керамической и метал-керамической матрицы прижились, несмотря на очень высокую цену относительно чугуна.

Причин сразу несколько. Во-первых, по сравнению с чугуном композитные материалы имеют в несколько раз меньшую плотность, а значит, на 50-75 % снижается масса диска. Рабочая температура выше 1 100 градусов для них не является проблемой, причем температура поверхности может доходить до 1 400 градусов, поэтому теплоотдача вырастает примерно в полтора-два раза в сравнении с чугуном.

Во-вторых, волокнистые композиты на основе SiC-матрицы обладают очень высокой износостойкостью – такие диски практически «вечные», даже если учитывать особенности эксплуатации в гоночных автомобилях. Чаще всего они выходят из строя не из-за износа поверхности, а из-за разрушения точек крепления и расслоений, свойственных композитам.

В-третьих, у композитных дисков полностью отсутствуют «прихватывания» – точки локального изменения поверхности диска под воздействием высокой температуры и материала колодок.

Именно такие диски можно сделать наибольшего размера, к тому же вдвое увеличив мощность тормозных механизмов. Так почему же композитные материалы до сих пор не вытеснили чугун? Минусы проявились тоже достаточно быстро. Высокая стоимость является очевидным недостатком, но по сути сильно зависит от технологии производства, при появлении массового спроса в автомобилестроении шансы на ее снижение довольно велики. Сами материалы, на самом деле, не столь дороги.

Источник