МЕНЮ
26.08.2026
Личный кабинет

Исследование влияния фрикционного материала тормозной колодки на изменение микрогеометрии рабочей поверхности и микроструктуры материала тормозного диска при стендовых испытаниях

Статьи от автора: Болдырев Д.А.
 Болдырев Д.А.,  Криштал М.М., Любимов А.Э.
Научно-технический центр ОАО «АВТОВАЗ»

Проведены испытания на трение и износ образцов из чугуна Gh190, используемого для изготовления тормозных дисков автомобилей ВАЗ, с шестью видами фрикционного материала тормозных колодок, применяемых для различных марок легковых автомобилей. Оценено влияние фрикционного материала на изменение микрогеометрии и формирование вторичных структур в материале тормозного диска при стендовых испытаниях.

Для изготовления тормозных дисков в ОАО «АВТОВАЗ» используют серый перлитный чугун Gh190 (литьё ОАО «АЛНАС»), соответствующий по механическим свойствам и микроструктуре марке СЧ25 (по ГОСТ 1412-85). Особенности чугуна Gh190 и его ориентировочный химический состав (по ТУ 4111-041-00219454-99) приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1. Структурные и механические характеристики отливок из серого чугуна Gh190.

Микроструктура в обозначениях по ГОСТ 3443-87*
Механические свойства
Металлическая основа в структуре чугуна рабочей зоны деталей
Графит
Временное сопротивление на разрыв
Твёрдость по Бринелю
Перлит пластинчатый  Пт1, П96(Ф4)
Цементит
<= 1%, следы
Форма включений ПГф1, ПГф2, Пгф4
Распределение включений ПГр1 - преобладающее, ПГр4, ПГр7, ПГр9 - допускаемое
sв >= 255 МПа
190…235 НВ
* Пт1 - перлит пластинчатый;
   П - площадь, занятая перлитом в металлической основе, %; (например, П96: 96±2% перлита + 4±2% феррита);
   ПГф1 - прямолинейная пластинчатая форма графита;
   ПГф2 - завихрённая пластинчатая форма графита;
   ПГф4 - гнездообразная форма графита;
   ПГр1 - равномерное распределение графита;
   ПГр4 - веточное распределение графита с междендритными колониями;
   ПГр7 - розеточное распределение графита;
   ПГр9 - междендритное распределение графита (с преимущественным распределением);  

Таблица 2. Рекомендуемый химический состав чугуна Gh190.

Содержание химических элементов, %
C
Si
Mn
Cu
Ni
Cr
S
P
3,25…3,50
1,80…2,20
0,50…0,70
0,20…0,50
0,10…0,30
0,10…0,20
<= 0,12
<= 0,10
S(Cu+ Ni)=0,60

Фрикционный материал тормозной колодки представляет собой композит, состоящий из фракций различной степени дисперсности и химического состава (латунная или медная стружка, стальная вата и др.), связанных органическим наполнителем – фенолформальдегидной смолой.

Для исследования воздействия фрикционного материала на характеристики тормозного диска были проведены стендовые триботехнические испытания тормозных дисков с шестью видами материала тормозных накладок (1–6), химический состав которых представлен в табл. 3.

Таблица 3. Химический состав материалов фрикционных накладок тормозных колодок.

№
Содержание элементов, %
Cсвоб
S
Al
Cu
Fe
Si
Zn
Pb
Ni
Ti
Ba
Mg
Mn
Na
Sr
K
Ca
1
18,1
-
0,84
11,80
27,4
-
3,28
0,13
-
0,140
-
-
-
-
-
-
-
2
24,2
2,95
3,95
3,34
14,9
1,08
2,23
0,08
0,020
-
-
-
-
-
-
-
-
3
19,4
3,49
0,67
8,23
19,4
0,11
2,41
0,09
0,010
0,002
2,88
0,10
0,13
0,05
0,02
0,04
2,88
4
22,7
-
1,97
5,84
14,3
1,12
3,67
0,16
0,023
0,140
-
-
-
-
-
-
-
5
19,1
-
0,13
11,77
35,2
0,29
3,52
0,05
0,008
0,020
-
-
-
-
-
-
-
6
19,0
3,91
0,82
9,85
19,6
0,24
3,56
0,16
0,050
0,080
2,87
0,30
0,17
0,05
0,03
0,21
0,36
* Связующий компонент – фенолформальдегидная смола.

Испытания проводились на инерционном динамометрическом стенде (приложение 1).

Изготовитель оборудования:

-        стенд (рама, инерционный вал с маховиками и динамометрическая головка) - ф. FIAT (Италия);

-        электропривод вала, вентиляция, система управления тормозом, автоматизированная система управления стендом и обработки результатов испытаний - ДТР ОАО «АВТОВАЗ».

 

Стенд обеспечивает заданные режимы работы тормозного узла и имеет контрольно-измерительное оборудование, позволяющее контролировать и регистрировать следующие параметры:

-     температуру в диапазоне от 0 до 600 °С с погрешностью ±10 °С;

-        давление жидкости в тормозном цилиндре в диапазоне от 0 до 9,81 МПа (от 0 до 100 кгс/см2) с погрешностью ±1,6 %;

-        тормозной момент в диапазоне от 0 до 1472 Нxм (от 0 до 150 кгсxм) с погрешностью ±1,5 %;

-        частоту вращения инерционного вала стенда в диапазоне от 0 до 30 с–1 (от 0 до 1800 мин–1) с погрешностью ±1,5 %;

-        время между торможениями в диапазоне от 0 до 60 с с погрешностью ±1,5 %.

Режим испытания исследуемой пары трения:

-        момент инерции J=4,18 кг'м2;

-        количество торможений при каждой начальной температуре нагрева тормозного диска: N=200;

-        начальные температуры нагрева тормозного диска перед торможением: 100°С, 150°С, 200°С, 250°С, 300°С и 350°С;

-        замедление: ja=3 м/с2;

-        момент трения: Мт=38 кг'м;

-        начальная скорость торможения: Vнач=100 км/ч;

-        конечная скорость торможения: Vкон=60 км/ч.

По результатам испытаний оценивали:

  1. 1.Максимальное значение коэффициента трения пары и его снижение до минимального при повышении температуры испытаний: fmax, fmin и Df (рис. 1).
  2. 2.Суммарный линейный износ фрикционного материала накладки тормозной колодки за серию испытаний: Iк, мм (рис. 2).
  3. 3.Линейный износ рабочих поверхностей тормозного диска при заданной температуре за определённое количество торможений (рис. 3).
  4. 4.Суммарный линейный износ рабочих поверхностей тормозного диска при торможениях во всём диапазоне установленных температур (рис. 4): Iд, мм.
  5. 5.Снижение биения тормозного диска после приработки и серии торможений: 701"