Моноблочный суппорт что это такое

Обновлено: 22.11.2024

Я все время читаю в вашем журнале о «радиальных», «радиально-насосных» и «моноблочных» тормозах. Что означают эти термины и чем эти типы тормозов лучше других? - Винс Грдина Вест Ванкувер, Британская Колумбия, Канада

Термин «радиальное крепление» относится к тому, как тормозные суппорты крепятся к нижней части корпуса вилки. Традиционно и даже в настоящее время на велосипедах с более низкими характеристиками суппорты устанавливались с помощью болтов, параллельных оси. В суппортах с радиальным креплением крепежные болты ориентированы радиально к оси, как следует из названия. При обычном креплении оба болта находятся в передней части суппорта или на задней кромке с точки зрения вращения диска. Радиальное крепление помещает болт спереди и сзади суппорта, что увеличивает жесткость сборки и уменьшает вращение суппорта при торможении. Это, в свою очередь, улучшает чувствительность рычага и способствует более равномерному износу колодок.

«Моноблок», иногда пишется как «моноблок», относится к тормозным суппортам, изготовленным из одного (моно) куска металла (блока). Здесь мы говорим об обычных многопоршневых суппортах, у которых поршни расположены с обеих сторон суппорта, а не о суппортах со скользящими штифтами, у которых поршни расположены только с одной стороны. Самый простой (и дешевый) способ изготовления такого суппорта - сделать его из двух половин, так как отверстия поршня и каналы для жидкости могут быть обработаны с открытой стороны. На обычном многопоршневом суппорте обычно можно увидеть шов посередине и головки болтов, скрепляющих суппорт. Опять же, все, что увеличивает прочность и жесткость тормозной системы, улучшает ощущение рычага, и Brembo была первой компанией, разработавшей запатентованный процесс и инструменты, которые позволяют обрабатывать отверстия, даже если суппорт отлит или обработан как единое целое. Другие производители нашли способы обойти эту сложную часть; Honda, например, просверливает заднюю часть суппорта и после этого приваривает заглушку, в то время как Yamaha делает то же самое, но использует завинчивающиеся заглушки.

Вот четырехпоршневой моноблочный тормозной суппорт, изготовленный из цельного куска материала. Обратите внимание на ориентацию монтажных отверстий, что делает суппорт радиальным креплением. Предоставлено Brembo Brakes

Немоноблочные тормозные суппорты изготавливаются на заводе Brembo. Рассмотрим сложность этой операции на моноблочном суппорте. Предоставлено Brembo Brakes

У автомобильного тормозного суппорта есть основная проблема. Вещь обязательно имеет форму буквы «С» с усилием поршней, воздействующим на верх и низ буквы. Эта сила раздвигает штангенциркуль, как раскрытую книгу. В результате часть усилия, генерируемого педалью и главным цилиндром(ами), расходуется (фактически тратится впустую) на разведение суппорта. Неизбежными результатами являются увеличенный ход педали и износ колодок. Разработчики суппортов тратят много времени, пытаясь свести к минимуму это отклонение. Проблема в том, что для моста, соединяющего внутреннюю и внешнюю половины суппорта, не так много места — примерно как в раскладушке. Мы не будем касаться одинарного поршня или скользящего суппорта, которые я считаю преступлением против природы.

Некоторые рекламодатели рекламируют «моноблоки» (то есть изготовленные из заготовок, литых, штампованных или полутвердых поковок или традиционно выкованные из одной детали, а не из двух половинок, скрепленных болтами) как окончательное решение проблем с торможением. Может быть, а может и нет, но сначала давайте посмотрим на историю.

Сегодня моноблок — это продукт эпохи производства CAD/CAM, анализа методом конечных элементов (FEA) и очень эффективного маркетинга.

Суппорты с оппозитными поршнями, сделанные из чугуна, которые нас здесь мало интересуют, всегда представляли собой сборки из двух частей. Сам материал достаточно жесткий, так что, всегда предполагая в основном грамотную механическую конструкцию, изгиб суппорта обычно не является проблемой.

Первые легкие алюминиевые гоночные суппорты были изготовлены компанией Girling — двухпоршневые серии AR, BR и CR, представленные в начале 1960-х годов. Они были изготовлены из цельной отливки с отверстиями для поршней, выточенными насквозь с одной стороны сзади и до длины поршня с другой. Сквозные отверстия в задней части закрывались ввинчивающимися пробками и пломбами. Секция моста была относительно тонкой. Из-за низкого коэффициента трения между колодками и роторами линейное давление в течение дня было довольно высоким, а суппорты изгибались, что приводило к неоптимальному ощущению педали и уменьшению износа колодок. Мы жили с этим, потому что должны были — и, возможно, именно тогда появился миф о том, что длинная педаль тормоза помогает модуляции.

В течение следующих двадцати лет или около того компании Girling и Automotive Products (AP) разработали усовершенствованные цельные суппорты из легкого сплава с большим количеством поршней и более жесткими мостами. Их было достаточно до тех пор, пока аэродинамическая загрузка не сделала качественный скачок с развитием граунд-эффектов в конце 1970-х годов.Хотя коэффициент трения между колодками и дисками существенно не увеличился, коэффициент между шиной и гусеницей увеличился. Тормозной путь резко сократился.

То же количество тепла, которое вызывало проблемы до воздействия земли, теперь вырабатывалось за гораздо меньшее время. Потребность в увеличении массы радиатора и площади излучающей поверхности потребовала максимального увеличения диаметра диска, что уменьшило пространство, доступное для мостов суппорта внутри колес. Прогиб суппорта стал серьезной проблемой. Решением стал суппорт из двух частей со стальными болтами в плотно прилегающих отверстиях для придания жесткости сборке. Расположение болтов также имеет решающее значение для общей жесткости устройства. Размещение их ниже, ближе к осевой линии поршня, приводит к меньшему прогибу.

С академической точки зрения использование болта с чрезвычайно высоким пределом прочности на растяжение в данном случае не дает никаких преимуществ — опять же, нам нужна жесткость, а не прочность. Жесткость является функцией модуля упругости материала, и все стали имеют одинаковый модуль упругости (около 207 гигапаскалей на кубический миллиметр или ГПа. Использование метрических единиц будет иметь смысл ниже, когда мы перейдем к установлению правил в гонках). Также нет никаких преимуществ в использовании гайки на резьбовом конце болта. При условии достаточного зацепления резьбы (и хорошей резьбы) болт, ввернутый в резьбовую половину суппорта с оптимальной предварительной нагрузкой, так же хорош, как и система болт-гайка.

Коэффициент трения между колодкой и ротором был значительно увеличен за счет разработки «углеродно-металлической» тормозной колодки для чугунных роторов и почти одновременной разработки углеродно-углеродной тормозной системы с примерно таким же коэффициентом, но в несколько раз меньше. масса. Быстро были разработаны многопоршневые (до шести) суппорты со смещенными диаметрами поршней. Несколько суппортов на одном диске также ненадолго появились в гонках. Эта стратегия в другой форме теперь используется только в нескольких типах уличных суппортов с несколькими комплектами колодок и до восьми поршней в одном узле. В этом случае первоначальная компоновка суппорта с несколькими суппортами была лучше, потому что длинные неподдерживаемые боковые поверхности суппорта с несколькими наборами колодок усугубляют проблему изгиба суппорта. Шесть поршней — это практическое ограничение для жесткой сборки, и хорошо спроектированные четырехпоршневые суппорты всегда будут меньше изгибаться для заданной площади поршня, чем шестипоршневые, аналогично хорошо спроектированные для того же колесного зазора.

Алюминиевые поковки значительно прочнее отливок, но не обязательно жестче, и было немного клиентов, которые хотели бы в конечном итоге платить за сложные штампы, необходимые для производства суппортов различных размеров и конфигураций в виде поковок из экзотических сплавов. Затем, с появлением многоосевого фрезерного станка с ЧПУ, стало возможным изготавливать моноблочные суппорты из цельных алюминиевых заготовок путем обработки отверстий поршня из центрального окна, что устраняет необходимость в ковочных штампах (и в неприятных ввинчиваемых заглушках). .

Примерно в то же время стало общедоступным программное обеспечение для анализа методом конечных элементов. Хотя МКЭ все еще находится в стадии разработки, и каждая программа требует некоторой калибровки в соответствии с конкретным приложением, этот метод позволяет очень точно моделировать предполагаемую конструкцию в ожидаемых рабочих условиях нагрузки и температуры. Модель определяет области с высоким и низким напряжением, что позволяет конструктору итеративно уменьшать массу, вырезая области с низким напряжением, и одновременно повышать жесткость конструкции, изменяя форму или поперечное сечение областей с высоким напряжением. FEA должен быть подтвержден физическими испытаниями, но при правильном использовании программы могут создавать очень эффективные конструкции с точки зрения отношения массы к жесткости и массы к прочности. Однако модуль упругости алюминия составляет всего около 71 ГПа. Равно 10,3 x 10 6 фунтов на квадратный дюйм, и очень трудно получить конструкцию моста, которая была бы достаточно жесткой, но при этом оставляла место для ротора большого диаметра.

Большим шагом стала разработка алюминиевых композитных материалов с металлической матрицей (MMC) с модулем около 135 ГПа, что в два раза превышает жесткость алюминия. Алюминий Бериллиевые сплавы с модулем 192 ГПа еще жестче — в три раза жестче алюминия и почти такие же, как у стали. Оба этих алюминиевых сплава сохраняют высокую степень своей первоначальной прочности при повышенных температурах, что намного больше, чем можно сказать об алюминии. Целое новое поколение очень жестких, очень прочных, очень легких и очень дорогих суппортов прибыло в Формулу-1 и World Sports Cars — единственные игроки, которые могли их себе позволить. До сих пор бесплодные усилия по снижению стоимости гонок на вершине теперь запретили алюминий-бериллий и большинство композитов с алюминиевой металлической матрицей, просто указав максимальный модуль упругости 80 ГПа - (есть врезка. Тем не менее очень значительный на 13% больше, чем у алюминия).В Формуле-1 обширная итеративная работа по МКЭ позволила восстановить около 30% жесткости за счет конструкции. Поскольку методы измерения для определения модуля не очень хорошо повторяются, между производителями и FIA также происходят всевозможные развлечения и игры, но это нас здесь не касается.

Случилось так, что методы FEA, впервые примененные в старые времена Формулы-1, где не было никаких затрат, были применены к некоторым послепродажным и серийным суппортам. В случае моноблочных конструкций, изготовленных из заготовки, после того, как станки были оплачены, производство моноблочных суппортов может оказаться дешевле, чем двухкомпонентных. Кроме того, существуют недавно разработанные методы крупносерийного производства, при которых моноблочные суппорты изготавливаются из штампованных или полутвердых поковок почти сетчатой формы, снова заканчиваемых механической обработкой отверстий поршня от центрального окна. Как и в случае с заготовкой, в случае конструкций, изготовленных из штампованных или полутвердых поковок, после оплаты литейной оснастки и станков производство моноблочных суппортов определенно дешевле. Нынешнее поколение суппортов Monobloc от авторитетных производителей в лучшем случае не уступает по жесткости обычным двухкомпонентным суппортам — при температуре окружающей среды.

Есть загвоздка. Тормозные суппорты, особенно те, которые устанавливаются на автомобили с высокими эксплуатационными характеристиками, не работают при температуре окружающей среды. Рабочие температуры суппорта могут и часто превышают 300 градусов по Фаренгейту на высокопроизводительных дорожных транспортных средствах. – в этот момент алюминиевый мост моноблока потерял более половины своей прочности, в то время как стальные болты в двухкомпонентном блоке не пострадали. На самом деле, сталь практически не подвергается воздействию примерно до 200 градусов по Фаренгейту, когда она начинает набирать прочность. Прочность стали увеличивается на 25-32 процента, когда она достигает пика при температуре около 400 градусов по Фаренгейту. Мы также видим конструкции для производства, такие как другая старая конструкция Гирлинга, называемая суппортом из четырех частей (начало 70-х - ужасные проблемы с изгибом), возвращающимся туда, где мосты сделаны из именно по этой причине он встроен в монтажный кронштейн вместо алюминия. В этой конструкции поршни размещены в двух алюминиевых корпусах, скрепленных болтами с каждой стороны мостов. Этот тип со всеми четырьмя алюминиевыми деталями, но сильно ребристыми для охлаждения, также был конструкцией первого суппорта Porsche Turbo (середина-конец 70-х годов).

Механические свойства некоторых алюминиевых сплавов, используемых в производстве суппортов, при различных температурах показаны в таблицах с 1 по 3.

ТАБЛИЦА 1 Данные для отливок в постоянные формы из алюминия A356.0 T61 (72 ГПа).

ТАБЛИЦА 2 Данные для деталей, изготовленных литьем под давлением или полутвердой ковкой с использованием алюминия A356.2 – T6 (72 ГПа).

ТАБЛИЦА 3 Данные для деталей, изготовленных из поковок или из заготовки Алюминий 7075 Т73 (71ГПа).

Температура испытания ( o F)	Предел прочности (тыс.фунтов/кв.дюйм)	Предел текучести (тыс.фунтов/кв.дюйм)	Удлинение (типичное, %)
75	70	60	13
212	63	58	15
300	31	27	20-30
400	16	13	22-55

Итак, что все это значит. Рабочие характеристики суппорта зависят от прочности материала и сочетания конструкции и жесткости материала. Моноблочная конструкция суппорта, разработанная для изготовления из очень прочного и очень жесткого материала, не обеспечит такого же уровня производительности, если она изготовлена из более распространенных производственных материалов.

Это означает, что моноблоки послепродажного обслуживания имеют значительно меньшую прочность и жесткость, чем нынешние блоки Формулы-1, не говоря уже об унобтаниевых блоках прошлых дней. Это означает, что если вы хотите потратить намного больше денег на хороший гоночный моноблочный суппорт, если он доступен с площадями поршня, которые подходят для вашего автомобиля, вы можете получить хитроумный моноблочный суппорт, который почти наверняка будет изгибаться больше, чем оптимальные два. штука и на несколько унций легче. Это также означает, что если вы можете использовать моноблочный суппорт, разработанный для производственного применения, изготовленный методом выдавливания или полутвердой штамповки, стоимость может быть сопоставима, но любое заявление о том, что они по своей сути лучше, чем хорошо спроектированный двухкомпонентный суппорт с болтами, является необоснованным. просто неправда. Это чистый маркетинговый ход, когда имеющийся в продаже суппорт monbloc, производственная стратегия которого была направлена на снижение затрат на производство фиксированной многопоршневой конструкции, представлен на вторичном рынке как лучший, чем любая другая конструкция.

Чтобы еще больше подчеркнуть, что если бы не было таких оговорок, как стоимость или какое-либо правило санкционирующего органа, оптимальным расположением суппорта, возможно, была бы моноблочная конструкция, но с установленными стальными мостовыми болтами и усиленным окном. Мне?Я бы предпочел использовать лучше всего спроектированные двухкомпонентные блоки, сделанные из прессованных или полутвердых поковок, подходящего размера для моего приложения, иметь самую жесткую педаль тормоза, которую я могу получить, и потратить дополнительные деньги на что-то, чтобы моя машина управлялась лучше, например шокирует.

Моноблочные суппорты Brembo являются примером максимального уровня производительности, которого может достичь мотоциклетный суппорт. Еще одно решение, впервые представленное компанией Brembo благодаря ее удивительной способности к инновациям.

Все началось в конце 1980-х годов в гоночном отделе Brembo. Между различными дизайнерами (работающими как над продуктами, так и над процессами) шел непрерывный диалог, в котором не было недостатка во взаимном поощрении и духе соперничества. И именно в этом контексте начальник цеха (блестящий техник, специалист по станкам с ЧПУ, который всего несколькими годами ранее, несмотря на ограниченные ресурсы, доступные в то время, сумел применить метод механической обработки из твердого тела для производства полузагруженные суппорты, составлявшие двухкомпонентные суппорты, поставляемые командам Ф1), решил расширить границы своего творчества и инновационных возможностей компании еще на несколько ступеней,

Наш человек пошел к инженерам и предложил им еще одну задачу: спроектировать моноблочный суппорт - немыслимое решение даже для самых смелых умов из-за огромных производственных трудностей.

Инженеры-конструкторы слишком хорошо знали о преимуществах суппорта, изготовленного из цельного куска металла: по сравнению с суппортом, состоящим из двух частей, соединенных винтами, этот тип гарантирует большую жесткость и меньший вес. В то же время, он не будет страдать от проблем, вызванных различным горячим тепловым расширением между алюминием полунагруженных суппортов и сталью крепежных винтов.Это было захватывающее решение, которое могло обеспечить исключительную эффективность торможения, но считалось неосуществимым: обработка внутренней части суппорта с помощью инструментов, доступных в то время, была задачей, граничащей с невозможной.

Со множеством сомнений и некоторыми тайными надеждами инженеры, наконец, приняли вызов и согласились спроектировать первый моноблочный суппорт.

Задача была непростой, но опять же благодаря настойчивости и гениальности участников в 1987 году появился первый моноблочный суппорт. И уже в следующем году он впервые появился в Формуле-1. Результат, который дал Brembo значительное конкурентное преимущество перед конкурентами.

Однако нам предстоял долгий путь от Формулы-1 до Гран-при чемпионата мира. Уменьшенный размер мотоциклетных суппортов по сравнению с теми, которые использовались в Формуле 1, сделал механическую обработку внутренней части суппорта еще более сложной. Основная проблема заключалась в изготовлении инструмента нужного размера для входа в «карман» (посадочное место двух тормозных колодок) суппорта, который мог бы обрабатывать седла поршня. Чтобы преодолеть этот камень преткновения, понадобились годы исследований и испытаний, не говоря уже об использовании специальных решений из часового мира. После долгой напряженной работы Brembo, наконец, представила первый моноблочный тормозной суппорт для мотоциклов к концу 1992 года, снова опередив всех остальных.

Первые испытания на трассе были проведены на Yamaha 500 Уэйна Рейни и Луки Кадалора на острове Филлип во время частных испытаний в январе 1993 года. Они продолжались на протяжении всех зимних тестов перед чемпионатом с участием различных команд. В стартовой гонке в Истерн-Крик в Австралии 28 марта 1993 года первыми, кто использовал моноблочный суппорт на трассе, были Honda Мика Духана и Дэрила Битти, а также Cagiva Дуга Чандлера. Yamaha дождалась третьей гонки в Сузуке, прежде чем принять их раз и навсегда. Первая победа на треке пришла спустя три гонки, на Гран-при Германии в Хоккенхайме, где Дэрил Битти выиграл самую первую гонку на мотоциклах с моноблочным суппортом.

Для тонкой настройки продуктов, которые впоследствии будут использоваться на уличных велосипедах, опыт работы на трассе имеет основополагающее значение для Brembo. Вот почему потребовалось еще 13 лет, до 2006 года, прежде чем моноблочный тормозной суппорт был установлен на серийный мотоцикл в качестве оригинального оборудования.

Читайте также: