Konstrukcja klamki hamulca

(05.09.2015)

Khem, khem.

Witamy w kolejnym odcinku serialu pod tytułem "Rzężenie Uziego". Dzisiaj na temat faktu, że Hayes i Formula robią absolutnie najgorsze hamulce EVAR!

(Wołoszański mode: on)

Ale nie uprzedzajmy faktów.

(Wołoszański mode: off)

Zasada działania hamulca jest prosta – mamy dźwignię na klamce, mamy klocki. Mamy pomiędzy nimi zespół wihajstrów które ruch X centymetrów dźwigni przekładają na Y centymetrów klocków. Zaś stosunek X/Y nazywamy przełożeniem hamulca. Hydrauliczne tarczówki mają go w okolicach 10-15, hamulce obręczowe to zwykle 4-6.

Tak na oko, oczywiście.

O ile w przypadku hamulców obręczowych większość działa pi*drzwi tak samo, w granicach tego samego typu hamulców, to w przypadku hydraulicznych tarczówek... hulaj dusza piekła nie ma.

Powodu takiego stanu rzeczy możemy szukać w konstrukcji samego hamulca – tzn przełożeniu, materiale klocków, oplocie przewodów itd. I oczywiście znajdziemy różnice, ale także przekonamy się, że zakres parametrów które możemy w tym kontekście dobrać i uzyskać funkcjonalny hamulec jest ograniczona. Owszem możemy różnicować między sobą modele tego samego hamulca, ale dalej mamy ( tzn ja mam, bo mam, lub miałem wszystkie te hamulce ) problem do rozwiązania – daczego Hayes Stroke Ace jest słabszy od Hope Mono 6, które zaś jest słabsze od poczciwego Deore BR-M615.

Chyba uprzedzam fakty.

Dźwignia to najbardziej znana maszyna prosta. Znana w praktyce od starożytności. I oczywiście klamka hamulca jest rodzajem dźwigni.

Oczywiście, wszyscy tutaj wiemy jak prosta dźwignia działa. W klamce w rowerze ciągniemy oczywiści za "dłuższy" koniec, więc siła nacisku na tłoczek jest 'n' razy większa niż siła za którą koniec klamki ciągniemy.

Ale nie jest tak prosto, bo klamka to zwykle zestaw dźwigni i zawiasów które współpracują względem siebie pod różnymi kątami. I te kąty mają kluczowe znaczenie dla pracy hamulca. Narysujmy sobie klamkę, ze wszystkimi elementami:

No to mamy:

czerwone – odkuwka dźwigni

zielone – odkuwka korpusu

niebieskie – popychacz tłoczka

czarne – tłoczek

żółte – zawias klamki

Ale to mało interesujące, więc narysujmy sobie schemat kinematyczny, wraz z siłami:

Fr – siła którą ciągniemy za dźwignię

Ft – siła na tłoczku

Fp – siła na popychaczu

Dk – długość klamki

Dp– odległość od zawiasu do mocowania popychacza

Kr – kąt nachylenia siły paluchowej

Kp – kąt nachylenia popychacza do promienia wodzącego popychacz

Kt – kąt pomiędzy popychaczem a tłoczkiem

Z czego zaś wychodzi nam, że ( i tutaj przepraszam za brak odpowiednich wyprowadzeń, ale kilka osób narzekało, że zwykle są i że są nudne. Więc dzisiaj nie ma. Bo foch. ):

Ft = Fk * Dk / Dp * cos( Kr ) * cos( Kp ) * sin( Kt )

jak widać – mamy stosunek długości dźwigni do promienia mocowania popychacza. Logiczne, im dłuższa dźwignia tym spodziewamy się większej siły. Mamy oczywiście siłę na klamce, co również jest do przewidzenia.

Następnie zaś mamy komplet sinusów i kosinusów – i tutaj zaczyna się robić ciekawie, gdyż jakie wartości funkcje te przyjmą w danym mechanizmie klamki są pod kontrolą konstruktora klamki.

Logicznie rzecz ujmując, chcemy aby w momencie przylgnięcia klocków do tarczy, siła hamowania była maksymalna. Co oznacza, że chcemy aby iloczyn trygonometrii wyniósł 1 ( słownie: jeden ). Z prozaicznej przyczyny – jeżeli wartość każdej z tych funkcji wyniesie 0.9, to ostatecznie siła na tłoczku zostanie obniżona do ok 70% teoretycznego maksimum.

Zatem chcemy aby:

• kąty Kp i Kr wynosiły 90 stopni
• kąt Kt wynosił 0 stopni

Lub jak najbliżej tych wartości.

No dobra – przeanalizujmy jak to wygląda w hamulcach wyżej wymienionych.

Hayes Stroker Ace:

Stroker Ace posiada klamkę z tzw. pionowym tłoczkiem. Jest to układ który stosowany jest również w np starszych hamulcach Shimano, Formula czy Magura. Najistotniejszą, z punkty widzenia naszych rozważań, elementem takiej klamki jest wysoko i daleko przesunięty zawias klamki, wymagany aby zmieścić popychacz nad sterczącym na sztorc tłoczkiem.

Schematycznie wygląda to tak, siły rozrysowane w momencie kiedy klocki przylgnęły do tarczy:

Od razu widzimy, ze siła od palucha molestującego klamkę jest skierowana pod naprawdę dziwnym kątem. Co więcej, im bardziej ciągniemy tym bardziej jest ten kąt rozwarty i w efekcie, coraz mniejszy procent wysiłku klamkowego trafia w tłoczek.

Możemy również wnioskować, że ergonomia takiej klamki jest mocno podejrzana. Palce mają to do siebie, że są zbudowane tak, aby ciągnąć wzdłuż ścięgna które palec zgina, podczas gdy klamka tego typu wymusza spory ruch palca w bok, co jest po prostu niewygodne.

W każdym razie, wybrałem Strokera Ace na ten przykład, gdyż jest to wręcz patologiczny ( tak samo jak i reszta hamulców serii Stroker i Prime ) przykład takiej klamki – główny zawias jest wysoko i daleeko, przez co ergonomia klamki leży i kwiczy.

Hope Mono 6:

Hope Mono 6 to przedstawiciel klasycznej konstrukcji klamki, którą dzieli z kilkudziesięcioma innymi hamulcami – takimi jak Saint M800, Hayes Nine, Niskie modele Shimano czy wiele hamulców Hope właśnie. W porównaniu do poprzedniej konstrukcji zawias jest niżej, z przodu korpusu. Jest to klasyczna konstrukcja, stosowana od praktycznie „zawsze”. Główną wadą takiego mechanizmu jest jego długość, co zresztą było głównym powodem dlaczego w okolicach 2007 roku nastąpił wysyp hamulców z klamkami z pionowym cylindrem.

Schemat i kinematyka w momencie dociśnięcia do tarczy:

Jak widać, kąt pomiędzy siłą na palcu a klamką jest wciąż raczej „nieprosty”, ale dużo mniejszy niż w klamkach z wysokim zawiasem. Wciąż jednak występuje problem uciekania końca klamki podczas jej naciskania, ale jest dużo mniej wyraźny.

Shimano Deore BR-M615:

Deore, tak samo jak i inne współczesne hamulce Shimano, jest rodzajem klamki który wcześniej widzieliśmy tylko w hamulcach Avid – Juicy, Elixir i teraz Guide. Jest to klamka z niską pozycją zawiasu.

Kinematyka i schemat podczas pracy wygląda tak:

Jak widać, dzięki niskiemu zawiasowi kąt pomiędzy palcem a końcem klamki wynosi praktycznie 90 stopni w momencie przylgnięcia klocków do tarczy. I jest to jeden z powodów dla których nowe hamulce Shimano mają tak rewelacyjny stosunek siły hamowania do ceny.

Przede wszystkim zaś, sugeruje to, że inżynierowie Shimano wiedzą jak zrobić dobry hamulec. Podobną konstrukcję posiadają od zawsze klamki Avida i, z mojego stosunkowo ograniczonego doświadczenia, działają podobnie do nowych hamulców Shimano.

Patrząc na schematy, można oczywiście zapytać się, dlaczego tak bardzo skupiam się na pozycji zawiasu, a pomijam resztę elementów klamki. I oczywiście, jest to słuszny krytycyzm. Zakładam jednak, że konstruktorzy wszelakich firm produkujących hamulce są kompetentni na tyle, żeby w momencie przylgnięcia klocków elementy mechanizmu klamki były w odpowiedniej pozycji do siebie. Jest to oczywiście heurestyka, ale aby jej zaprzeczyć, musiałbym dokonać sekcji każdej klamki, każdego producenta, na co nie mogę sobie pozwolić z przyczyn różnych.

Trzeba jednak wspomnieć tutaj o trzech kwestiach.

Po pierwsze. Mechanizm servo-wave w hamulcach Shimano. W rozpatrywanych schematach zastępuje on czynnik cos( Kp ) i pozwala na zmianę przełożenia hamulca w zależności od kąta wychylenia klamki w inny sposób – bardziej wyraźny. Istota mechanizmu servo-wave jest taka że kiedy klamka jest w zluzowana, przełożenie hamulca jest mniejsze, dzięki czemu klocki są w miarę daleko od tarczy. Kiedy klamkę pociągniemy, to mechanizm przeskoczy na część z wyższym przełożeniem, dzięki czemu klocki są przyciskane do tarczy z regularną siłą. Moment „załączenia” hamulca z klamką servo-wave wyraźnie czuć podczas naciskania klamki.

Drugim zaś aspektem który warto poruszyć jest regulacja skoku klamki – tzw 'bite point' lub 'lever throw'. Mechanizm ten może, w niektórych implementacjach, zmieniać sposób działania klamki. Konkretnie niektóre implementacje tej regulacji przesuwają elementy mechanizmu klamki, więc i w efekcie modyfikują cosinusowo - sinusowe zależności pomiędzy nimi. To zaś ma mniej lub bardziej subtelny wpływ na działanie hamulca.

Ostatnią kwestią jest regulacja pozycji klamki, która to, siłą rzeczy, zmienia również kąt pod którym będzie klamka w momencie w którym klocki przylgną do tarczy.

Swoją drogą – jeżeli połączyć ze sobą regulacje pozycji i „bite point” to można korygować potencjalnie negatywny wpływ jednej regulacji za pomocą drugiej, i w efekcie ustawić preferowany sposób pracy hamulca

Stosunkowo zaskakującą kwestią, jeżeli chodzi o kwestie konstrukcji klamek, iż producenci hamulców nie wykorzystują w swoich materiałach marketingowych konstrukcji klamek jako następny punkt na liście rzeczy które mają klienta zachęcić do kupna hamulca. Aczkolwiek, jest „nadzieja” gdyż dokładnie dzień przed publikacją tego artykułu, w relacji z targów Eurobike, całkiem mi nieznany producent „Trickstuff” reklamował swoje hamulce opalane wodą między innymi faktem, iż hamulec „chwyta” wtedy, kiedy klamka vs palec występuje pod kątem 90*. Czyli jest nadzieja.

Następnym etapem będzie pewno powstanie klamek czterozawiasowych, z wirtualnym punktem obrotu. Pojawią się też klamki z pływającym tłokiem zaś stare, nudne klamki z jednym zawiasem zostaną porzucone na śmietniku historii, gdyż jest to oczywiście szmelc i wcale nie hamuje.

Wcale ;).

Howgh.