У колодок с двумя степенями свободы геометрическая ось их поворота имеет возможность перемещения, что позволяет колодке самоустанавливаться, а следовательно, обеспечивает лучшее прилегание ее к барабану и более равномерный износ накладки. Колодки с двумя степенями свободы либо опираются закругленным концом на скошенную плоскость суппорта и скользят по ней, либо соединяются с последним при помощи промежуточного звена, которое, в свою очередь, имеет неподвижную геометрическую ось поворота относительно суппорта. Иногда таким звеном является вторая колодка тормоза.

Эффективность различных барабанных тормозных механизмов при одинаковых их размерах и равных приводных силах сильно отличается. Наиболее эффективным является тормозной механизм, имеющий одну прижимную и вторую сервоколодку со скользящими опорами и одно приводное устройство в виде двустороннего колесного цилиндра. У тормозного механизма этого типа серводействие достигает наибольшей величины. Однако чем выше эффективность тормозного механизма, тем более он чувствителен к изменению коэффициента трения фрикционной пары. Так как коэффициент трения является величиной переменной и зависит от многих факторов (скорости и температуры в зоне трения, величины приводной силы, жесткости деталей тормоза и др.). самые эффективные тормозные механизмы обычно и самые нестабильные. При их работе чаще возникают вибрации, писк и т. д. В связи с этим область использования таких тормозных механизмов постепенно сужается.

Рис. 36. Статические характеристики тормозных механизмов

В последние годы с распространением автоматизированных тормозных приводов, позволяющих увеличить приводную силу, все шире применяются тормозные механизмы с небольшим серводействием. Следует отметить, что колодки с двумя степенями свободы имеют большее серводействие, чем с одной. Однако такие колодки, особенно со скользящей опорой, очень склонны к вибрациям и писку. Кроме того, угол наклона опоры колодки должен быть таким, чтобы колодка возвращалась в исходное положение после торможения.

Одним из наиболее простых является барабанный тормозной механизм с шарнирными опорами колодок и кулачковым приводным устройством. Его конструкция показана на рис. 37. Колодки такого тормоза имеют равные перемещения, определяемые формой разжимного кулака (механизмы этого типа иногда называют тормозными механизмами с равными перемещениями). Вследствие этого тормозные моменты, создаваемые обоими колодками, равны, а приводная сила, действующая на отжимную колодку, значительно больше, чем действующая на прижимную. Суммарный тормозной момент этого тормоза при вращении тормозного барабана в обоих направлениях практически одинаков; почти одинаковы и износы обеих накладок. К достоинствам такого тормозного механизма относится его высокая стабильность, а также то, что приложенные к тормозному барабану со стороны колодок силы практически уравновешиваются и не создают дополнительной нагрузки на подшипники колеса. Недостатком тормоза с равными перемещениями является необходимость в значительной приводной силе и сравнительно низкий коэффициент полезного действия кулачкового приводного устройства. По данным отечественных исследователей КПД кулачкового приводного устройства колеблется в пределах от 0,60 до 0,80. Для уменьшения трения между кулаком и колодкой устанавливается ролик, а в опорах кулака применяются подшипники скольжения, что повышает КПД приводного устройства до 0,75—0,90. На практике вследствие попадания грязи в опоры кулака и в оси, на которых вращаются ролики, КПД кулачкового приводного устройства находится на нижнем пределе. Следует указать также на повышенную трудоемкость технического обслуживания такого тормозного механизма из-за необходимости периодически смазывать опоры кулака.

Рис. 37. Тормозной механизм автомобиля ЗИЛ-130:
1 — тормозной бп раб-зи; 2 — фрикциониая накладка; 3 — заклепка; 4 — тормпзнач колодчп; 5 — разжимный кулак; 6 — регулировочный рычаг; 7 — нал червяка; 8 — червяк; 9 — оттяжная пружина колодок; 10 — суппорт; 11 — ось колодки

Рис. 38. Тормозной механизм автомобиля ГАЗ-21:
1 — тормозная колодка; 2— заклепка; 3 — фрикционная накладка; 4 — регулировочная шайба-эксцентрик; 5 — колесный цилиндр; б — оттяжная пружина; 7 — фиксатор колодки; 8 — ось колодки; 9 — суппорт

Широкое распространение получил тормозной механизм, который показан на схеме II рис. 34. Он имеет шарнирные опоры колодок и приводное устройство в виде двустороннего колесного тормозного цилиндра (рис. 38). Здесь к колодкам прикладываются равные приводные силы, однако тормозной момент, создаваемый прижимной колодкой, больше, чем отжимной. Соответственно больше и износ накладки прижимной колодки. Этот тормозной механизм одинаково эффективен при вращении барабана в обе стороны. При равном приводном усилии он дает больший тормозной момент, нежели описанный выше тормозной механизм с кулачком, за счет большего серводействия и более высокого (до 0,95—0,98) КПД приводного устройства.

Недостатком данного тормозного механизма является наличие внешней силы, нагружающей подшипники колеса, а также неодинаковая долговечность фрикционных накладок.

Для устранения этих недостатков применяются ступенчатые колесные цилиндры, создающие разные приводные силы. Иногда накладку на отжимной колодке делают меньшей площади или тоньше, чем на прижимной.

Конструкция третьего достаточно распространенного тормозного механизма приведена на рис. 39. Это тормозной механизм со скользящими опорами колодок и двумя приводными устройствами в виде односторонних колесных цилиндров. Обе колодки являются прижимными при вращении тормозного барабана вперед и отжимными при вращении его назад, вследствие чего эффективность тормозного механизма при движении автомобиля задним ходом значительно меньше.

Рис. 39. Тормозной механизм автомобиля «Москвич-408»:
1 — тормозная колодка; 2 — фрикционная накладка; 3 — прижимная пружина; 4 — оттяжная пружина; 5 — колесный цилиндр; 6 — суппорт

Рис. 40. Клиновое приводное устройство барабанного тормозного механизма:
1 — корпус; 2 — возвратная пружина роликов; 3 — плунжер; 4 — головка плунжера; 5 — штифт; 6 — пылезащитный чехол; 7 — собачка; 8— пружина собачки; 9 — фиксатор; 10 — ролик; 11 — держатель роликов; 12 — шток; 13 — уплотнитель; 14 — возвратная пружина штокаа; 15 — корпус тормозной камеры

Это существенный недостаток такого тормоза. Кроме того, применение двух разнесенных приводных устройств затрудняет привод стояночной тормозной системы. Однако равенство моментов колодок, равномерность износов и большое серводей-ствие позволяют с успехом применять механизм этого типа на передних колесах легковых автомобилей.

В последние годы создана новая конструкция барабанных тормозных механизмов для тормозных систем с пневматическим приводом. В ней колодки разжимаются не традиционным кулаком, а клиновым приводным устройством (рис. 40). Так как шток клина выполнен плавающим, то такой тормозной механизм имеет более высокую эффективность, чем описанный выше тормозной механизм с кулачковым приводным устройством. Опора колодок выполняется как скользящей, так и шарнирной. Весьма перспективной является конструкция тормозного механизма с двумя клиновыми приводными устройствами, причем на одном из них установлена обычная тормозная камера, а на другом — камера с пружинным энергоаккумулятором. Преимуществами тормозного механизма с клиновым приводным устройством являются более равномерный и меньший по величине износ деталей трущейся пары, более высокий КПД, меньшая размерность тормозных камер, вследствие чего значительно меньше количество потребляемого сжатого воздуха. Однако клиновое приводное устрой ство имеет и недостатки: повышенную стоимость в изготовлении и необходимость в хорошей грязезащите.

Важнейшими элементами тормозного механизма являются детали, составляющие его пару трения — тормозной барабан и фрикционные накладки. Эффективность тормоза и ее сохранение в различных условиях практически полностью зависят от качества этих деталей.

Специфика работы тормозного барабана заключается в том, что вследствие крайне низкой теплопроводности материала фрикционных накладок свыше 95% выделившегося при торможении тепла поглощается именно барабаном. Испытания показали, что температура тормозных барабанов тяжелых автомобилей на затяжных спусках может достигать 250 — 360 °С. Возникающие от таких температур тепловые напряжения в барабане усугубляются действием циклических нагрузок со стороны колодок. Заметим также, что по соображениям безопасности прочность тормозного барабана должна быть гарантирована. Тормозные барабаны грузовых автомобилей и автобусов обычно изготавливаются из чугуна и часто для увеличения прочности, жесткости и теплоотдачи имеют ребра на наружной поверхности. На легковых автомобилях для снижения веса применяют комбинированный барабан — стальной штампованный или алюминиевый литой диск, залитый в чугунный обод.

Применение чугуна для изготовления тормозных барабанов вызвано тем, что этот материал обеспечивает в паре с современными фрикционными накладками высокий коэффициент трения, хорошо работает на сжатие, обладает достаточной теплопроводностью. Менее ответственные барабаны трансмиссионных тормозов иногда делают штампованными из стали.

Фрикционная накладка изготавливается из сложной асбестовой композиции, которая состоит из наполнителя — волокон асбеста и связующего -— синтетических смол или их смеси с различными органическими веществами. Иногда в композицию добавляют цинковые или латунные частицы, которые увеличивают механическую прочность накладки и улучшают ее теплопроводность, но они интенсифицируют износ барабана.

В настоящее время асбофрикционные тормозные накладки в основном изготавливаются методом горючего формования. В последние годы ведутся опыты по применению металлокера-мических и металлосмоляных (полуметаллических) накладок. Однако такие накладки пока используются лишь в тормозных механизмах специальных транспортных средств. Обладая высокой термостойкостью, они имеют недостаточную эффективность в холодном состоянии, вызывают повышенный износ барабана, создают вибрации и писк тормозов.

Фрикционные накладки автомобильных тормозных механизмов должны обладать следующими свойствами:
– высоким коэффициентом трения, стабильным при изменении скорости скольжения, удельного давления и температуры во всем диапазоне реальных режимов эксплуатации;
– высокой износостойкостью; малой влаго- и маслопоглощаемостью, способностью быстро восстанавливать эффективность после намокания;
– прочностью и надежностью, способностью работать без возникновения трещин, вырывов и нанесения материала барабана на поверхность накладки, без задиров и чрезмерного износа материала барабана;
– отсутствием склонности к вибрациям и «писку». Большое значение имеет способ крепления фрикционных накладок к колодкам. Обладающие высокой жесткостью накладки грузовых автомобилей обычно приклепываются или привертываются. Такой способ крепления удобен при ремонте, но уменьшает рабочую площадь накладки и ее долговечность, поскольку уменьшается рабочая толщина. Более тонкие и потому эластичные накладки легковых автомобилей часто приклеивают. Приклеенная накладка работает практически до полного износа, но ее удаление и замена весьма трудоемки.

В процессе эксплуатации фрикционные накладки и барабан изнашиваются, что влечет за собой увеличение зазора между ними в расторможенном состоянии. Увеличенный зазор приводит к запаздыванию срабатывания тормоза, увеличению ходов исполнительных элементов привода, а следовательно, к перерасходу рабочего тела в нем. В гидростатических тормозных приводах по этой причине может произойти отказ.

Во избежание подобных явлений современные тормозные механизмы снабжаются устройствами для ручного или автоматического регулирования величины зазора в паре трения. Принцип действия этих устройств заключается в периодическом изменении положения расторможенной колодки. Различают два вида регулировок: заводскую, которая производится после сборки нового тормоза или после замены его деталей, и эксплуатационную, устраняющую влияние износа. Для эксплуатационных регулировок тормозных механизмов с гидроцилиндрами применяются шайбы со спиральным или эксцентриковым профилем, установленные на суппорте тормоза. Поворот такой шайбы 4 (рис. 38) вызывает соответствующее угловое перемещение опирающейся на нее колодки. У тормозных механизмов с кулачковым приводным устройством для этой цели служит червячная пара в регулировочном рычаге (рис. 37). Поворот вала червяка приводит рычага, а следовательно, разжимного кулака 5 в новое угловое положение, и колодки приближаются к барабану. В клиновом тормозном механизме это достигается увеличением длины плунжера путем вращения головки плунжера (рис. 40).

Рис. 41. Автоматический регулятор зазора автомобиля ГАЗ-24:

При заводской регулировке, кроме этих устройств, используются и опоры колодок. Так, в тормозных механизмах, показанных на рис. 37 и 38, оси колодоквыполнены в виде эксцентриков и их поворот изменяет положение колодок.

В последние годы широкое распространение получили автоматические устройства для регулирования зазора в тормозном механизме. Такие устройства значительно снижают трудоемкость технического обслуживания тормозной системы и повышают безопасность движения, постоянно поддерживая тормозные механизмы в состоянии технической готовности.

Принцип действия автоматических регуляторов основан на ограничении обратного хода тормозных колодок при растормаживании, если их рабочий ход из-за увеличившегося зазора оказался больше предусмотренной величины. Автоматические регуляторы встраиваются в приводное устройство или устанавливаются непосредственно на колодку. Примеры их конструкций приведены на рис. 41—13.

Встроенный в колесный тормозной цилиндр ограничитель обратного хода поршня (рис. 41) представляет собой разрезное пружинное кольцо, надетое свободно на шейку поршня и вставленное в цилиндр с большим натягом (усилие, необходимое для его перемещения в цилиндре, составляет 60 кгс). Ширина шейки поршня больше ширины кольца, вследствие чего обеспечивается осевое перемещение поршня относительно кольца на заданную величину (от 1,2 до 2,1 мм). Если зазор в тормозе больше предусмотренной величины, то поршень при торможении в конце своего хода переместит кольцо в новое положение (силы давления в приводе для этого достаточно). При растормаживании оттяжная пружина колодок не сможет преодолеть натяг кольца, и поршень вместе с колодкой установится ближе к барабану.

Рис. 42. Автоматический регулятор зазора автомобиля BA3-2103:
1 — тормозная колодка; 2 — ятулка; 3 — фрикционная шайба; 4 — опорная чашка пружины; 5— пружина; 5 —гайка; 7 — ось; 8 — суппорт тормоза

Рис. 43. Автоматический регулировочный рычаг кулачкового приводного устройства

Автономный ограничитель обратного хода колодки, изображенный на рис. 42, состоит из фрикционных шайб, сжимающих ребро тормозной колодки под действием мощной пружины, а также вставленной с большим зазором в отверстие ребра колодки резьбовой втулки и оси, которая приварена к суппорту тормозного механизма. Обратный ход колодки ограничивается трением между ее ребром и шайбами.

Конструкция автоматического регулировочного рычага кулачкового приводного устройства показана на рис. 43. При торможении корпус регулировочного рычага поворачивается против часовой стрелки и зубчатая рейка, упираясь своим зубом в вырез связанного с неподвижным рычагом диска, поворачивает шестерню и наружную конусную полумуфту. При этом под действием силы на штоке тормозной камеры тарельчатые пружины сжимаются и наружная конусная полумуфта не касается внутренней, выполненной заодно с червяком. При оттормаживании зубчатая рейка удерживается в новом положении, вследствие чего червяк, конусная полумуфта которого под действием пружин связана с наружной конусной полумуфтой, поворачивается на небольшой угол. Поворачивается и находящееся с ним в зацеплении червячное колесо, надетое на шлицы разжимного кулака. Таким образом, кулак поворачивается и зазор между накладкой и барабаном уменьшается. Этот процесс происходит при каждом торможении. Величина, на которую уменьшается зазор, зависит от его первоначального значения. Так, при первоначальном зазоре между накладкой и барабаном 1,6 мм за 40 торможений зазор уменьшается на 1,1 мм, а при первоначальном зазоре 0,5 мм — всего на 0,1 мм.