油壓碟煞原理介紹

工作原理

碟煞的運作是利用巴斯卡原理,請參考下圖。

左端為把手總泵活塞,右端為卡鉗活塞,假設兩邊的管徑分別為A1與A2。當壓下煞車把手時,兩邊的位移量分別為H1與H2,因碟煞油無法被壓縮,故兩邊移動的液體必須等量,因此:

A1 x H1 = A2 x H2

此外,左方所施加的壓力(P1)會等於右方所承受的壓力(P2),各可表示為

P1 = P2

P1 = F1/A1, P2 = F2/A2

其中F1為煞車手把對活塞所施加的力量,而F2為卡鉗活塞對碟片所作用之正向力,再利用摩擦力(Fb)等於正向力乘於摩擦係數(Cn)

Fb = F2 x Cn

Fb即是我們所謂的煞車力道,綜合上述公式可表示如下:

Fb = F1 x Cn x (A2/A1)

雖然這邊沒考慮到把手對總泵活塞的槓桿比,但上面的公式告訴我們,要達到比較大的煞車力道,可以利用下面幾種方式

1. 加大F1:更用力的拉煞把........廢話 =.=

2. 增加Cn:讓摩擦係數係數變大,可以採用不同的碟盤或者改煞車皮。

3.提高A2/A1:A2/A1

這個比值我們稱之為油壓放大倍率,這個值通常在原廠設計該組碟煞時就考慮進去,除了一些高階玩家會自己換不同的總泵與卡鉗搭配,一般使用者是沒辦法改的。總泵的油量可以這樣來估計: 制動活塞數*活塞面積*0.3mm(制式來另片與碟盤間距)*2mm(活塞行程)

那我用個"針孔大的總泵活塞"跟"砂鍋大的卡鉗活塞"不就可以得到超強煞車力道了?

理論上,越小的總泵活塞(A1),越大的碟煞卡鉗面積(A2)可以得到較大的煞車力道。這也是為什麼重度用途的碟煞會使用到四活塞的設計,越大的油壓放大倍率在相同條件下可達到比較大的煞車力道;但最上面的公式告訴我們,天底下沒有白吃的午餐,高放大倍率的設計,卡鉗活塞所走的距離也比較短,因此它的碟片對卡鉗的對準要比較精確。

以khufu97大大的使用經驗為例,若用01 LOUES配99 CLARA把手雖換得很強的制動效果,但間隙不足0.2mm,起身抽車碟盤都會磨到,甚至如Magura的Gustav M的設計就是預設會輕微磨到碟盤的,所以只適用在下坡車上。

另外要考慮來令片與碟盤的接觸面不是理想的平面,故來令片即使接觸到碟盤,但並不代表就能達到完整的煞車力道,通常需要再行進一段距離才能達到最大的煞車效率,若活塞行進距離太短則無法發揮煞車力道。另一方面,整個碟煞油路也並非完美剛體,例如油管可能會因壓力而稍微膨脹,若總泵活塞所推出的油太少無法克服這個體積,那麼活塞推動的力道都被油管膨脹給吸收掉,自然整體的煞車力道也會受到相當大的影響。

等等,你好像沒講到活塞是怎麼自己推回去的...

在卡鉗鬆開之後,碟盤轉動的力道會自動把活塞往外推,另外在把手部份也會有彈簧把煞把推回原處,而活塞也就這樣被"吸"回去,有的廠牌加上一片V型的彈片來幫助活塞歸位。

為什麼碟煞很怕跑空氣進去呢? 最上面我們的討論都是在煞車油是不可壓縮的前提下,若在油路中有空氣的話,由於空氣很容易被壓縮,活塞的推動就只造成空氣的壓縮而不會造成油的移位,力量自然無法傳導到卡鉗端造成煞車失靈。

碟盤大小的影響

增加碟盤大小是最常見也最方便用來提高煞車力道的方式,但碟片所增加的煞車力道其實並沒有你想像中的大喔!

舉個最極端的例子,假設原來使用的是160mm的碟盤,若改成203mm的碟盤能提高多少的力道呢?改變碟盤大小就是改變來令片施力點到輪軸中心這段的力臂大小,若假設施力中心是在碟盤邊緣往內5mm的地方,則原來的力臂即為160/2-5=75mm,更換後的力臂長為203/2-5=96.5mm,新的力臂為原來的96.5/75=1.287,也就是說單純考慮碟盤增大所增加的煞車力道為原來的28.7%,似乎比起它帶來的視覺震撼還少了許多呢!

不過,事情也不是那麼悲觀,因為摩擦力所做的功=摩擦力x作用距離,其中作用距離正比於碟盤直徑,因此大碟盤還是有"能在越短的輪胎轉動距離把車子煞停"的好處,而且較大的碟盤面積也能幫助散熱。 

參考資料:

恐龍實驗室

另外特別感謝本站khufu97大大,其中很多都是他提供的資訊,我只是把它整理起來而已啦!

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