Документ составлен на основе анализа открытых источников информации. Состав смеси колодок, и точный сплав роторов тормозных дисков является коммерческой тайной производителей и не разглашается. Производители неохотно делятся результатами тестов работы колодок на роторе или роторов на колодках. Ответственность за выбор колодок и дисков, в сегодняшнем разнообразии, лежит полностью на потребителе и эта статья - ему в помощь.
1. Образующие подложки тормозной колодки
Современная фрикционная подложка это сложная смесь, в которую входят около 20 веществ. На тормозные качества подложки влияют состав и процентное соотношение используемых компонентов. В производстве, процентное соотношение элементов контролируется вплоть до 0.5. Хотя составы колодок различны, можно выделить основные составляющие, присущие каждой подложке:
абразивы
модификаторы трения
продюсеры трения
наполнители
усилители
связъ-образующие элементы
Такое разделение довольно условно, т.к. компоненты несут неоднозначную нагрузку.
1.1 Абразивы
Абразивы очищают трущиеся поверхностей, помогая формировать фрикционную пленку на границе трущихся диска и колодки. Вторая функция абразива - увеличение коэффициента трения, особенно в момент начала торможения, когда абразив колодки сильнейшим образом влияет на "начальную хватку". Сильная начальная хватка колодки говорит о высокой пористости и жесткости структуры, свойстве, присущей абразивам.
Материл Комментарии
окись алюминия Используется несколько видов с различным уровнем жесткости. В мотоциклетных колодках, обычно используется средняя форма - анигидратная. Шлифу диск, придает дополнительную жесткость колодке, может стать причиной увядания. Производители вынуждены искать компромисс при выборе абразивов Если абразива слишком много - трется ротор, если слишком мало, то ротор полируется. Коэффициент терния на отполированном диске ниже, чем на пористом. Отполированный диск - верный признак неработающей колодки.
оксиды железа Гематиты, магнетиты
кварц Измельченный в порошок кварц.
силикат циркония
1.2 Модификаторы/продюсеры трения
Материалы несут две функции:
управляют фрикционной пленкой между трущимися колодкой и диском
продюсируют большую часть коэффициент трения колодки Материл Комментарии
графит Наиболее широко используемый элемент. Коэф. трения зависит от структуры. Не работает при температурах выше 600С, сгорает при температурах > 700C.
медь Используется в порошкообразном виде. Приводит к чрезмерному износу роторов, сделанных из разновидностей серого чугуна и железа. (Обычно используется в Sintered колодках)
Оксиды металлов
сульфиды металлов Cu2S, Sb2S3, PbS
Коэф. терния
Sb (0.47 - 0.49)
PbS (0.40 - 0.47)
Cu 2S.36-0.52)
нефтяной кокс
1.3 Наполнители
Или формирователи структуры. Служат для заполнения пространства колодки между продюсерами трения, усилителями и абразивами. Дополнительная роль - продюсер трения.
Материл Комментарии
асбест Наиболее широко распространенный наполнитель (до 97г.). Запрещен к использованию из вредности для здоровья механиков. По результатам исследования, - на рынке тормозных колодок, даже сейчас, около 15% асбесто-содержащих. Информации об использовании асбесто-содержащих колодок в мотоспорте - нет.
бариты
титанат калия Усилительные фибры, кевлар
волластонит
вермикулит
базальтовый фибер
роквул
керамический фибер "Фиберфакс"
1.4 Усилители
Предают большую износоустойчивость композиции. Как правило, это фибры металлов их сплавов или синтетические фибры, например кевлар. Дополнительная роль - продюсера трения. Некоторые материалы, используемые как усилитель:
Материл Комментарии
cинтетические фибры Кевлар, Дупонт Кевлар
фибры оксидов металлов
фибры металлов сталь, медь, бронза
органика Хлопок, кремнозем (в мотоколдках не используется)
1.5 Связь-образующие элементы (матрица)
Это своего рода клей, связывающий компоненты воедино. Дополнительная роль -продюсер трения.
Материл Комментарии
феноло-альдегидный полимер (органика) Наиболее часто используемая матрица в органических подложках. Избыток элемента приводит к снижению коэффициента на высоких температурах (увяданию).
cплавы металлов (Cu, Fe, Ni) Используется в металлических колодках типа Sintered
Различные модификации феноло-альгидных полимеров. Добавки крезола, эпоксида, бора, и т.п. Используется в металлических и полуметаллических колодках
1.6 Типичный состав колодки
Точное процентное содержание элементов в колодке является предметом исследования и коммерческой тайной, обобщая, состав органической или полуметаллической колодки можно свести в таблицу:
Элемент Диапазон (
Обычное содержание (
феноло-альдегидный полимер (матрица) 10-45 20-25
сульфат бария (наполнитель) 0-40 20-25
фибры (усилитель) 5-30 -
частицы анакарда 3-30 15-20
графит 0-15 5-7
сульфиды металлов 0-8 0-5
абразивы 0-10 2-3
"фрикционная пыль" 0-20 -
В разряд полуметаллической подложка переходит по достижению общего содержания металлов не менее 30%. Наличие металла не мешает подложке содержать органические элементы. Даже металлически колодки Sintered могут содержать довольно большой процент органики.
2. Подложка тормозной колодки под микроскопом
Для демонстрации влияния матрицы, как одного из образующих подложки, на физическую прочность колодки - приводятся две фотографии. На фотографии - матрица номер 1 с вкрапленными фибрами усилителя. Фибры плохо держатся в матрице, их можно легко вырвать. Структура непрочна и обладает низкой износоустойчивостью, т.к. усилители/продюсеры трения, в роле которых выступает фибр выдираются из матрицы при контакте с тормозным диском.
На фотографии матрица номер 2. Фибры хорошо удерживаются матрицей, подложка будущей колодки - обладает высокой износоустойчивостью.
3. Коды коэффициента трения
SAE разработала систему идентификации уровня трения в основе которой лежат две буквы. Первая буква - это усредненный нормальный коэффициент трения, взятый в четырех точках- 90С, 122С, 149С, 205С после нормального разогрева колодки от комнатной температуры. Вторая буква это усредненный горячий коэффициент трения, взятый в 10 точках после восстановления колодки от перегрева. Подробнее с методикой замера коэффициента трения можно познкомиться прочитав описание метода тестирования J661 "Chase Machine".
Код Коэф. трения
C до 0.15
D с 0.15 до 0.25
E с 0.25 до 0.35
F с 0.35 до 0.45
G с 0.45 до 0.55
H 0.55 до 0.8
Z не определен
В номерах колодок часто пишут HH, GG, GF - это и есть результаты тестирования методом J661 . У колодок, нуждающихся в прогреве, первая буква меньше второй. На низкотемпературных колодках (органике), в виду неустойчивости к большим температурам вторая буква бывает меньше первой. На колодках, устойчиво работающих на тестируемых температурах обе буквы одинаковы. У метода J661 есть свои недостатки. Бывает, используя альтернативные методы тестирования (Fast Machine) получают противоречивые результаты. Между тем, метод SAE J661 является официальным стандартом качества колодки.
4. Диапазоны температур
Не следует гоняться за спортивными колодками, работающими в высоком диапазоне температур, полагая, что вы тормозите круто. Спортивные колодки требуют прогрева, начиная работать с 177С, что полностью обесценивает их в городе. Даже при очень активной уличной езде, температура колодки не превышает 370С. Необходимостью прогрева можно объяснить нелинейную, прогрессивную схватку присущую спортивной колодки проявляющейся сразу после прогрева. На холодную, колодка продюсирует коэффициент трение, меньше обычной низкотемпературной органики. После прогрева до170 градусов - происходи скачкообразный рост коэффициента трения до рабочего. Если колодку регулярно подогревать (что происходит на треке естественным образом), то высокий коэффициент трения будет устойчив, не смотря на экстремальные температурные условия. Хорошая, но не спортивная колодка ведет себя противоположным образом. Она сохраняет свой коэффициент трения практически с 0 до 350 градусов, затем наступает момент увядании - резкого падения коэф. трения под воздействием избыточной температуры, дальнейший перегрев колодки может привести к её разрушению.
Диапазоны температур:
Экстремальная эксплуатация в городе:
Содержание кремния (
Предел прочности на разрыв Твердость по Бринеллю
Легкие 2500 3.20-3.50 2.0-2.4 170 170-229
Умеренная 2500а мин. 3.40 1.6-2.1 180 180-235
Средняя 3000 3.10-3.40 1.9-2.3 198 187-241
Прочная 3500b мин. 3.40 1.3-1.8 217 207-255
Сверх прочная 3500с мин. 3.50 1.3-1.8 230 210-265
Сверх прочная 4000с 3.15-3.40 - 260 217-259
Плотности сплавов варьируются от 7.15-7.2 гр/см2, температура плавления от 1150 до 1142С. Максимальная, безопасная рабочая температура ротора из серого чугуна: 800-900С (зависит от качества сплава, наличия дефектов в металле).
На практике, сплав ротора у каждого производителя - свой, кроме того, возможны вариации сплава не только от мотоцикла к мотоциклу, но и от года к году.
Роторы из серого чугуна работают на органических или полуметаллических колодках. Из-за недостатка прочности, роторы не рекомендуется использовать на жестких металлических колодках Sintered из-за чрезмерно износа.
Из сильных сторон - серый чугун обладает не только высокой теплоемкостью в сравнении с диском из нержавейки, но и втрое лучшей теплопроводностью. Эти качества обеспечивают ротору линейность и устойчивую работу на высоких температурах, благодаря быстрому равномерному разогреву ротора во всех точках.
Один из ведущих производителей высококачественных чугунных роторов - Beringer.
6.2 Диски из ковкого железа
Менее распространенный тип дисков, выпускается компаниями BrakeTech, Spiegler, EBC (Pro), к сожалению, информация о точном составе железного ротора EBC Pro неизвестна, поэтому сюда он относится условно. Считается, что технологично выточенные диски из ковкого железа, прочнее литых роторов из серого чугуна, обладая схожими термическими характеристиками. На этих роторах могут использоваться как мягкие органические колодки, так и более жесткие - полуметаллические. Производители утверждают, что ковкое железо поглощает и рассеивает выделяемое тепло лучше, чем диски из нержавейки и серого чугуна, придавая тормозам линейность и устойчивость к увяданию. По словам гонщиков, использующих этот тип диска с металлизированными (Sintered) колодками - диски из ковкого железа обладают высокой устойчивостью к поводке и линейны, но колодки их быстро изнашивают. Тем ни менее, с точки зрения производительности, использование комбинации ковкое железо/ металлизированная колодка является одним из самых эффективных решений на сегодняшний день.
6.3 Диски из нержавеющей стали
Большинство дисков сделаны из аустенитовой нержавеющей стали.
Несмотря на меньшую теплоемкость стали, её плотность достигает - 7.93 гр/см2, а безопасная рабочая температура - 1200С. Типичная жесткость аустенитовой нержавейки по бринеллу - 217.
Как правило, именно эти диски, рекомендуются производителями для колодок Sintered, т.к. только некоторые сплавы серого чугуна обладают той же износоустойчивостью, что и аустенитовая нержавейка.
Характерной особенностью стальных дисков является сильная начальная хватка на холодную, затем, в виду свойств материала (плохой теплопроводностью и теплоемкостью) диск сильно разогревается и наступает увядание.
Основные проблемы стального диска напрямую вытекают из термических свойств нержавеющей стали. Высокая температура на его поверхности, ведущая к увяданию клодки и неравномерный прогрев ротора, ведущий к образованию неровностей на поверхности диска и как следствие - появление разрушающих вибрации. Из вышесказанного напрашивается жизненно важное условие для данного типа дисков - эффективное охлаждение ротора. А именно сохранение момента, свойственного первоначальной хватке на стальном роторе как можно дольше. В этом направлении и движутся производители.
6.4 Лепестковый диск из нержавеющей стали.
Тема вынесена в отдельный пункт, в связи с большим интересом со стороны мотолюбителей.
Диск, по большей степени, предназначен для работы со спеченной металлизированной колодкой. Необычная форма - не прихоть конструктора, а жизненная необходимость.
Основное преимущество лепестка перед обычным ротором - это лучшее охлаждение. Металлизированная колодка на стальном диске разогревается сильнее, чем серый чугун или ковкое железо. Причина этому - низкая теплоемкость и теплопроводность. При всей прочности стального ротора - он имеет недостаток - более высокая рабочая температура на всех типах колодок, в особенности на спеченной колодке, на которой он и должен работать по замыслу. Поиски эффективного охлаждение стального ротора, напрямую ведущие к увеличению его прочности (устойчивости к ведению), эффективности торможения (сопротивление увяданию), привели к созданию лепесткового ротора. Кроме снижения рабочей температуры, лепестковый ротор ещё и легче обыкновенного, а лепестковая структура и прорези в роторе положительно сказываются на поведении колодки в момент её увядания.
Для ротора из серого чугуна - проблема с перегревом и последующим неравномерном распределени тепла - отсутствует, поэтому мы вряд ли когда-нибудь увидим лепестковые роторы из серого чугуна.
7. Выбор колодок на практике
Подбор колодок индивидуален, колодка должна подходить не только под мотоцикл, но и под стиль езды.
7.1 Задняя колодка
Заднее колесо подвержено блокировке. Это связано с физикой распределения веса мотоцикла. При планомерном ускорении масса мотоцикла (спортбайка или классика) распределяется 50%/50% на оба колеса (против 60%/40% без ускорения). В состоянии торможения 80% массы мотоцикла вместе с пилотом находится спереди, разгружая заднее колесо. Если к неблагоприятному, для торможения задним колесом, балансу добавить торможение двигателем, что не редкость во время экстремального торможения, то задача по передозировке усилия и блокировке заднего колеса упрощается. (Если мастер-цилиндр позволяет, снимите пружину с педали заднего тормоза - она мешает дозировать усилие). Чем меньше начальная хватка и пропорциональнее работа заднего тормоза - тем лучше. Некоторые производители стальных (и в особенности стальных) лепестковых роторов, настоятельно не рекомендуют использовать спортивные высокотемпературные и Sintered колодки сзади из-за сильной начальной хватки, характерной стале. Более того, если вы обратите внимание на комплекты колодок (перед-зад), выпускаемые Lucas для какого-то конкретного мотоцикла, вы увидите, что задние колодки обладают более низким коэф. трения, чем передние и обычно разного класса. Это не случайно.
Для заднего тормоза важен не столько коэффициент трения, сколько начальная хватка и последующая линейность. Спортивные тормоза резко набирают коэффициент трения после прогрева, и тормоз надо отпускать или как минимум перестать его вдавливать дальше, что при торможении ногой не всегда можно почувствовать. Колодки Sintered, особенно на стальном роторе имеют сильнейшую начальную хватку, что не удобно для испоьзования сзади, в случае заднего тормоза. Идеальный задний тормоз должен быть линейным и без сильной начальной хватки.
Отмечу, что линейность в современном мире понятие утопическое. Даже у графитовой органики, за счет использования модификаторов трения и металлических уплотнителей структуры коэффициент трения после прогрева повышается, но не настолько круто как в случае c полуметаллическими спортивными колодками или металлической синтетикой Sintered.
7.2 Передняя колодка
Передний тормоз это хранитель жизни мотоциклиста. Прежде чем его выбрать нужно определиться со стилем езды. Сначала - езда в городе. Вы, конечно, можете использовать в городе трековые колодки, требующие предварительного прогрева, но я исключу этот вариант как неуместный и опасный для города. Это оставляет нас с органикой, обычным полуметаллом и металлической колодкой Sintered. Определим класс вашего мотоцикла.
Если у вас легкий дорожный мотоцикл или чоппер с ротором из серого чугуна, то вы можете поставить как органику, так и полуметалл. Нет смысла ставить Sintered колодку, она износит ваш ротор, а вы ведь привыкли много путешествовать. Менять ротор раз в 30 000км очень дорого. Если у вас мотоцикл со стальным ротором, вы можете использовать любую колодку кроме органики. Органика на стальном роторе работает плохо, т.к. благодаря низкой теплоемкости стальной ротор греется сильнее, а графитовая органика страдает увяданием, как только температура колодки подходит к её рабочему пределу, который не высок.
Если у вас тяжелый дорожный мотоцикл или чоппер с ротором из серого чугуна то рекомендуется использование органических колодок с низким содержанием графита или полуметаллические колодки, такие есть у большинства производителей Ferodo, Brembo, EBC, Nissin. У EBC это GreenSuff. Если у вас стальной ротор, то лучше ставить Sintered.
Пожалуй, худший вариант это если у вас спортивный мотоцикл и чугунный ротор. Колодка Sintered показывает отличный результат на роторе из серого чугуна, одновременно она его уничтожает. Если вы решили использовать Sintered в качестве передней колодки то будьте внимательны, измерьте толщину ротора в начале использования колодки и сравните с показаниями микрометра через 5 и 10 тысяч километров. Если вы увидели чрезмерный износ ротора, то вам не повезло и ваш ротор изготовлен из мягкого сплава (обычное дело). Не перегревайте ротор. Сервисный износ чугунного ротора составляет 0.3-0.5мм, в зависимости от веса и кубатуры мотоцикла. Можно рекомендовать использовать те же самые колодки, что и для тяжелых дорожных мотоциклов - полуметалл, органику с низким содержанием графита с коэффициентом трения 0.4- 0.5 и максимально температурой использования 550-600C.
Если мотоцикл оборудован дисками из нержавеющей стали. То ваш вариант - это металлический Sintered. К сожалению, плотность колодки настолько велика, что и стальные диски подвергаются износу на этой колодке, хотя и в меньшей степени, чем диски из серого чугуна.
7.3 Колодки для дисков из ковкого железа
Эти диски - своего рода спортивная альтернатива нержавеющей стали. Диск из ковкого железа + Sintered колодка = внушительный тормозящий момент. Многие гонщики предпочитают мягкий диск стальному, по причине отменного контроля и воистину внушительному тормозящему моменту. К сожалению, эта конфигурация больше подходит для гонщиков, т.к. износ ротора не менее внушителен. Отмечу, что ковкое железо так же рознится в качестве. Может оказаться, что высокий износ справедлив только для роторов EBC Pro. BrakeTech утверждает, что их роторы из ковкого железа могут использоваться на Sintered колодках. В тоже время Ferodo пишет, что их колодка SinterGrip не должна использоваться на ковких дисках, в том числе и Brake Tech. Поэтому при подборе колодок для дисков из ковкого железа нужно четко представлять цель. Если цель - соревнования и она оправдывает средства - колодка Sintered - идеальный вариант (перетормаживает диск из нержавейки на такой же колодке) если цель - продлить жизнь ротору ценой небольшой потери тормозящего момента или езда по городу - то это полуметаллическая органика или органика с низким содержанием металла.
Диск из ковкого железа легко определить внешне. Он очень сильно ржавеет, намного сильнее чугуна. Для того чтобы избежать коррозии в колодки часто добавляют антикоррозийные присадки, препятствующие окислению ротора (например - EBC Green)
7.4 Тормозная жидкость
Не забывайте вовремя менять тормозную жидкость в системе. Тормозная жидкость впитывает влагу из окружающей среды в результате чего, температура её кипения падает. Старайтесь выбирать тормозную жидкость с наиболее высокой температурой кипения и меньшей кислотностью, но совместимую с типом, используемым в вашей системе. (Например, Castrol Response Super).
8. Глоссарий
8.1 Увядание тормозов
Все колодки содержат некоторый процент органических веществ. Связь-образующие смолы это органические нефтепродукты, которые при перегреве выделяют или превращаются в газ образуя пленку, на которой колодка, этот эффект называется увяданием.
8.2 Температурный диапазон
Температура колодки редко когда превышает 370С при езде в городе, даже если вы очень много тормозите. На треке, температура колодки колеблется в диапазоне 480-800С.
8.3 Торможение
Тормоз переводит кинетическую энергию мотоцикла в тепловую, которую затем рассеивает в окружающей среде. Чем больше скорость или масса, тем большей кинетической энергией обладает мотоцикл и тем больше энергии высвобождается в момент торможения и отводится на диски и колодки. Таким образом, способность тормозить всецело определяется максимальной температурой системы, при которой не наблюдается эффекта увядания. Роль колодок и суппортов в этой системе как элементов отводящих тепло - незначительна. Основной элемент, который рассеивает тепло это диск. Поэтому чем лучше он вентилируется и выдерживает температуры - тем надежнее ваш тормоз.
8.4 Пропорциональный отклик
Основная проблема, с которой сталкиваются производители сегодня это пропорциональный усилию отклик тормоза во всем температурном диапазоне. А именно - зависимость между приложенным к мастер цилиндру усилием и тормозящим моментом должна быть линейна. Для пилотов очень важно знать, что прилагая усилие в 500 грамм к рычагу он получает тормозной момент вдвое меньше чем прилагая усилие в 1000грамм, вне зависимости от условий, холодный тормоз или горячий, мокрый или сухой. Достижения линейности работы тормоза при любом тюнинге - цель более важная чем увеличение тормозного момента.
8.5 Выбор колодки
Перед выбором вам нужно внимательно проанализировать прочитанный материал в применении к вашей тормозной системе. Способность системы тормозить определяется типом колодки и типом ротора. Тормозные качества колодки практически полностью определяется типом колодки. Модификаторы и усилители трения, хотя и оказывают влияние на её характеристики - не могут изменить тренд, определяемый продюсерами терния, наполнителем и матрицей.
8.6 Интересно
Хочу обратить внимание на интересную неявную закономерность. Чем выше температурный диапазон колодки, тем с большей температуры она начинает работать.
9. В помощь
9.1 Таблица
Мат. ротора/Колодка Металлическая колодка Sintered Органика с высоким содержанием металла (полуметаллические) Органика с низким содержанием металла
серый чугун ? да да
ковкое железо ? да да
нержавеющая сталь да да ?
? - использование комбинации не рекомендуется
9.2 Таблица "Фирма-Тип колодки"
В таблице классифицированы некоторые составы колодок от разных фирм производителей.
Металлическая колодка Sintered Номера
BRAKING USA CM CM44, CM55
BREMBO-FERODO Sinter Grip FDBxxxxST, FDBxxxxXR (Race)
EBC DoubleH FAxxxHH
LUCAS SV
NISSIN ST
VESRAH JL
Органическая колодка с высоким содержанием металла (полуметалл) Номера
BRAKING USA CM66. KS CM66, KC10 (Race)
BREMBO-FERODO CP911 FDBxxxxCP911 (Race)
EBC Green, Red, Yellow * DP2xx, DP3xx, DP4xx (Race)
LUCAS -
NISSIN NS, RS (Race)
VESRAH SD
* Возможно несоответствие номеров
Органическая колодка с низким содержанием металла Номера
BRAKING USA SM15
BREMBO-FERODO Platinum FDB xxxxP, xxxxSS, xxxxSR, xxxxR
EBC Black FAxxx
LUCAS -
NISSIN NS, RS (Race)
VESRAH SD | 
Фонд DRIVE2MOTO |
Контакты |
RSS
