Шум и вибрации при спирачките? Може би проблемът е в дисковете!

Как дисковете допринасят за шума и вибрациите при спирачките

Научната основа на деформираните дискове и шума от спирачките с висока честота

Когато дисковете се деформират, възникват неравномерни места вследствие на топлинно напрежение или просто от механично налягане. Това нарушава начина, по който спирачните колодки всъщност докосват повърхността на диска. Следващото нещо е доста интересно – тези непостоянни точки на контакт създават различни промени в налягането напред-назад. Тези колебания водят до вибрации с висока честота, които ние чуваме като досадния писък на спирачките, обикновено в диапазона от 1 до 16 kHz, който съвпада точно с честотния диапазон, в който ушите ни са най-чувствителни. Дори нещо толкова малко като разлика от 0.15 мм в дебелината на повърхността на диска може сериозно да увеличи нивото на вибрации с около 60%, когато някой натисне спирачката. Това не само че създава повече шум, но и дава неприятно усещане на шофьора чрез педала на спирачката.

Състояние на повърхността на ротора и неговото влияние върху триенето и шума

Миниатюрните канали и възлите с по-твърда структура върху повърхността на роторите нарушават необходимия процес на пренасяне на материала за постигане на добро спирачно представяне. Неравномерният слой от пренесен материал води до т.нар. триене с пресичане (stick-slip), когато спирачните колодки се задържат за повърхността на ротора, а след това внезапно се отпускат, предизвиквайки неприятни вибрации, които чуваме при спирането. На металното ниво също се случват интересни процеси. Един от тях е миграцията на въглерод, която променя начина, по който материалите взаимодействат. Тези металургични промени могат всъщност да увеличат нивото на триене с около 40% в сравнение с добре обработени ротори. А по-високото триене означава по-голям шум като цяло, което никой не иска по време на ежедневната си работа.

Термични напрежения: Водеща причина за деформация на роторите

Когато спирачките многократно се прегрятят, те се разширяват и свиват неравномерно по повърхността си. Това създава зони с компресионно напрежение, които могат завинаги да деформират формата на ротора с течение на времето. Проблемът се влошава, когато температурата на повърхността достигне над 650 градуса по Целзий, докато централната част остава около 200 градуса. Разликата в температурата кара различните части на диска да се свиват с различни скорости, което изкривява цялата конструкция извън подравняването. Шофьорите в градовете срещат този проблем значително по-често в сравнение с тези, които шофират по магистрали, тъй като движението в задръствания създава около 50 до 70 допълнителни цикъла на загряване на спирачките за всяко пътуване в сравнение с шофиране с постоянна скорост. Затова виждаме все повече спортни коли днес, оборудвани с вентилирани ротори, които имат тези извити вътрешни пера. Тези конструкции помагат за преместване на въздуха през спирачната система по-бързо, което поддържа по-ниска температура в интензивни спирачни ситуации.

Градски тенденции в шофирането и увеличен шум от спирачките, свързан с роторите

Интензивното движение в задръствания увеличава натоварването върху роторите – всяко забавяне от 50 km/h генерира приблизително с 95% повече топлина в сравнение с еквивалентно спиране на магистрала. В резултат на това роторите в градовете изпитват по-високи термични натоварвания и завишен риск от вибрации:

Тези условия допринасят за повърхностно затвърдяване и умора на материала, увеличавайки резонанса между накладките и роторите до 300% в градски условия в сравнение със селски маршрути.

Измерване на вибрациите: случай-пример за нееднородно представяне на роторите

Повечето техници разчитат на лазерни микрометри при проверка на вариацията в дебелината (TV) и използват стрелкови индикатори за измерване на страничното биене по време на инспекции на спирачките. Опитът показва, че търговските автопаркове, които поддържат вариацията в дебелината на дисковете под 0.05 мм, получават около 71 по-малко оплаквания за вибрации на автомобил, в сравнение с тези, които допускат вариации над 0.1 мм. Новото поколение сканиращи устройства всъщност може да изобразява повърхностите на дисковете с невероятна разделителна способност до 0.001 мм. Тези напреднали инструменти засичат дребни хармонични изкривявания, които просто не могат да бъдат забелязани с просто око, което обяснява защо има толкова ясна връзка между неравностите по повърхността и онези досадни високочестотни шумове, за които често се оплакват шофьорите.

Чести проблеми с дисковете, които предизвикват вибрации при спиране

Деформирани дискове: механична реалност или неразбрано явление?

Хората често използват термина "деформирани дискове" при описване на проблеми със спирачната система, но реална структурна деформация почти не се случва. За да се стигне до такава, спирачките трябва да достигнат екстремни температури над 700 градуса по Целзий, което повечето автомобили просто не изпитват редовно. Това, което всъщност повечето шофьори усещат, е нещо, което прилича на деформация, но всъщност е неравномерен пренос на материала от спирачните колодки. Тези втвърдени отлагания формират малки изпъкналости по повърхността на диска, които предизвикват онези досадни вибрации през спирачния педал. Според проучване, публикувано миналата година в списание "Vehicle Dynamics Quarterly", този вид отлагания се срещат около четири пъти по-често в сравнение с действителната деформация на дисковете. Когато хората забелязват, че воланът вибрира или усещат пулсиране в спирачния педал при спиране на магистрала, най-често причината са тези неравности по повърхността, а не действителна деформация на диска, както мнозина предполагат.

Материална умора и вариации в дебелината при дискове с голям пробег

Роторите, изминаващи над 50 000 мили, често развиват вариации в дебелината си вследствие на многократно термично циклиране и умора на материала. Проучвания показват, че 70% от роторите с висок пробег имат отклонения, които надвишават 0,003 инча, което може да предизвиква хармоничен резонанс при спиране. Съществени фактори са:

• Промени в кристалната структура на чугуна вследствие на термичното циклиране
• Локално втвърдяване поради неравномерно охлаждане
• Прогресивно износване, довеждащо до конусовидност или заостряне
• Диференциално разширение по зоните на триене

Редовни измервания на дебелината помагат за предотвратяване на вибрации, особено при превозни средства, използвани за продължително спиране на магистрали.

Преувеличават ли механиците проблема с деформираните ротори?

Данни от индустрията показват, че 40% от проблемите с вибрации на роторите се решават само с почистване, а не с подмяна (Автомобилни сервизни доклади 2024). Често преувеличаването идва от:

• Бъркане на временния пренос на накладката с постоянни повреди
• Недостатъчна подготовка на повърхността при смяна на накладките
• Игнориране на корозирали пинове на супинатора, които ограничават движението
• Пропускане на измервания за неравномерност и дебелина преди подмяна

Правилната оценка изисква показания с микрометър в няколко точки и почистване с разтворител, за да се отстранят отложенията, преди да се определи дали действително е необходима обработка или подмяна.

Диагностициране на проблеми с роторите чрез визуален преглед и измерване

Точната диагностика разграничава преходния шум от механични повреди. Започнете с визуален преглед, след което потвърдете резултатите с прецизни инструменти.

Визуален преглед: Идентифициране на канали, пукнатини и горещи точки

Почистете роторите старателно с почистващ агент за спирачки, за да се разкрият скрити дефекти. Основни индикатори са:

• Плодове : Надрези по-дълбоки от 0.050 инча намаляват ефективния контакт с накладките, увеличавайки риска от вибрации
• Разцепи : Радиални пукнатини в близост до вентилационните отвори са индикатор за термична умора – срещани при 38% от роторите с голям пробег
• Горещи точки : Синкави, втвърдени зони създават непостоянни повърхности на триене
• Загадяването : Неравномерни полирани петна показват прехвърляне на материал от накладките

Записвайте резултатите цифрово за бъдещо сравнение и проследяване.

Използване на микрометри и измерители за люфт, за откриване на неравности по роторите

Количественото тестване предотвратява погрешна диагноза. Използвайте следните стандарти:

Направете поне осем измервания за дебелина около диска, за да идентифицирате моделите на износване. За измерване на люфта, монтирайте стрелковия индикатор към стъпалото, за да избегнете въздействието на замърсявания. Според проучвания в областта на диагностиката, прецизните измервания в най-износените точки намаляват ненужната смяна на дискове с 72% в сравнение само с визуална проверка.

Превантивно поддържане за удължаване на живота на дисковете и намаляване на шума

Обработка на повърхността срещу смяна: Рентабилна стратегия за дискове

Възстановяването на роторите вместо тяхната подмяна може да спести от 40 до 60 процента от разходите, като при това се поддържа добро съприкосновение между спирачните колодки и роторите. Но има едно предимство. Роторът трябва да остане над минималната дебелина, зададена от производителя, която обикновено е отбелязана директно върху самия ротор. Ако преминем тази маркировка по време на обработката, нещата стават опасни, защото роторът вече няма да разсейва правилно топлината, а структурата му става по-слаба. Това означава по-голям шанс за деформация в бъдеще. Повечето от изпитаните майстори ще посъветват клиентите просто да заменят ротора напълно, ако изглежда, че ще достигне тази минимална дебелина преди и без това да се наложи смяната на следващия комплект спирачни колодки.

Най-добри практики за съгласуване на спирачни колодки и ротори

Контролът върху шума започва с осигуряването на правилното взаимодействие на всички компоненти. Полуметалните спирачни накладки са по-издръжливи, но често предизвикват досадни високочестотни вибрации при спиране с обикновени дискове, особено когато е студено навън. Керамичните накладки са по-различни. Според изследвания на NHTSA те намаляват пищенето с около 70% и работят по-стабилно както при горещо, така и при студено време. Коефициентът на триене варира между 0,38 и 0,42, което всъщност е доста добро. Има и недостатък – керамичните накладки изискват дискове, които могат да поемат по-високи температури без деформация. Затова при сглобяването на спирачна система е изключително важно да се подбират компоненти с подобни характеристики на триене и толерантност към топлина. Повечето майстори ще ви кажат, че това прави голяма разлика за по-гладкото и стабилното функциониране на системата на всеки ден.

Компромисът: Агресивните накладки подобряват представянето, но ускоряват износването на диските

Падите за повишените изисквания използват метални добавки, за да засилят спирачната сила, увеличавайки триенето с 25–40%. Въпреки това това води до излишен нагрев, ускорявайки термичните цикли и предизвиквайки кристални промени в диска. Тези промени водят до неравномерна дебелина, често в рамките на 15 000 км. За ентусиастите е важно да балансират печалбите в производителността с по-чести проверки и подмяна на дисковете.

Съвети за редовно поддръжка, за да се предотврати преждевременно износване на дисковете

• Почиствайте повърхните на стъпалото всяка шест месеца, за да се предотврати дисбаланс
• Проверявайте отлаганията по дисковете на всяко три месеца чрез измерване с индикатор за отклонение
• Разгрявайте внимателно спирачките при утринни шофьорски сеанси, за да изпарите влагата и да предотвратите корозията

Модернизация на дисковете за по-тиха и по-гладка работа на спирачките

Дискове с канали срещу дискове с отвори: кои по-ефективно намалят шума?

Когато става въпрос за намаляване на шума при спирането, роторите с канали обикновено се представят по-добре в сравнение с перфорираните. Непрекъснатата канавка помага за по-равномерно разпределяне на топлината и изпускателните газове по повърхността, което означава по-малко натрупване на материал от спирачните накладки и по-малко дразнещи високочестотни звуци, предизвикани от резонансни проблеми. Перфорираните ротори изглеждат стилно на много автомобили, няма съмнение в това, но всъщност създават въздушна турбуленция при достатъчно висока скорост, което води до дразнещото свистене на вятъра, когато скоростта достигне около 60 децибела. Освен това всички тези малки дупки в перфорираните ротори стават точки, в които с течение на времето се натрупва напрежение, правейки ги по-склонни към появата на микроскопични пукнатини. Термични тестове са показали, че роторите с канали остават с около 15 до дори 20 процента по-студени при интензивно спиране, което ги прави по-малко податливи на деформиране или прекомерно вибриране. Шофьорите в градовете особено се възползват от това, тъй като роторите с канали по-добре се справят с уличния шум и осигуряват стабилна производителност дори когато пътят е влажен или мокър.

Керамични накладки и тяхната роля за по-тихо завъртане на роторите

Керамичните накладки намаляват шума, защото осигуряват постоянен контакт с роторите и естествено поглъщат вибрациите. Комбинацията от керамични влакна и мед в тези накладки осигурява по-плавно спиране без неприятния висок визг, който мнозина шофьори мразят. Някои изпитвания са установили, че керамичните накладки могат да направят спирането с около 15 децибела по-тихо в сравнение с по-старите полу-метални видове. Друго предимство е, че керамичните накладки отделят по-малко прах по време на нормално шофиране, което означава по-малко грапав остатъчен прах, който се натрупва между повърхността на накладката и ротора с течение на времето. Това означава по-чисти спирачки като цяло и потенциално по-дълъг живот на компонентите.

• Стабилно триене при различни температури (μ0.38–0.42)
• Минимален пренос на пулсации въпреки температурните цикли
• 44% намаление на износването, довеждащо до засичане на роторите (NHTSA 2024)

Идеално за шофьори, които ценят тихото, чистото и надеждното спиране.

Иновации в дизайна на роторите: покрити и амортизиращи ротори

Новата технология на роторите постига значителен напредък в намаляването на нивото на шум, а също така изработва по-дълго време благодарение на подобрени материали и изкусни решения за демпфиране. Роторите с покритие от цинк-никел се справят много по-добре срещу ръжда, която може да наруши баланса и да създаде досадни вибрации по време на работа. За тези, които търсят още по-усъвършенствани опции, вече съществуват ротори с демпфиране, използващи нещо наречено композитно слоево демпфиране (CLD). По същество, тези ротори имат специален полимерен слой, поставен между металните части, което помага за абсорбиране на нежеланите вибрации. Тестване в акустични лаборатории показва, че тези CLD ротори действително успокояват досадните високочестотни вибрации в обхвата 1 до 5 килогерца, където повечето хора забелязват проблеми. Друга иновация идва под формата на керамични термични бариери, като технологията за покритие KBC-130. Те помагат температурите да не достигат резки пикове в определени зони и осигуряват постоянно ниво на триене по време на употреба. Всички тези подобрения водят до няколко забележими усъвършенствания в общото представяне на системата.

ЧЗВ: Шум и вибрации на спирачките

Какво причинява огъване на спирачните дискове?

Повечето от това, което се усеща като огънати дискове, всъщност е неравномерен пренос на материал от спирачните колодки, създавайки неравности по диска, а не действителна структурна деформация. Високите температури, обикновено необходими за огъване на дисковете, са необичайни при нормално шофиране.

Защо високочестотните шумове са чести при спирачните системи?

Високочестотните шумове възникват поради вибрации между спирачните колодки и неравномерните повърхности на дисковете, често причинени от непостоянно триене или неравномерна дебелина на дисковете.

Как слотовите дискове помагат за намаляване на шума в сравнение с дупчестите дискове?

Слотовите дискове разпределят по-равномерно топлината и газовете, намалявайки резонанса и ограничавайки шума по-ефективно в сравнение с дупчестите дискове, които могат да предизвикат шум от въздушна турбуленция.