หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
เบรคทำหน้าที่อะไร
คำตอบสั้นๆ คือ ทำให้ช้าลง
ตำตอบเชิงวิชาการ คือ เบรคถูกออกแบบมาเพื่อทำให้รถวิ่งช้าลง แต่บางครั้งก็ไม่ได้เป็นไปตามที่เราๆ ท่านๆ เข้าใจ ความเข้าใจผิดที่พบได้บ่อยคือที่ เข้าใจว่าเบรคไปบีบกับดรัมหรือแผ่นดิสก์และทำให้ช้าลง นั่นถูกต้องเพียงบางส่วน เบรคเป็นกลไกทางกลศาสตร์ในการเปลี่ยนประเภทของพลังงาน เมื่อรถวิ่งด้วยความเร็ว รถจะเกิดพลังงานจลน์ เมื่อคุณเหยียบเบรค แป้นหรือรองเท้าจะไปกดดุมเบรคหรือตัวหมุนให้กลายเป็นพลังงานความร้อนโดยผ่านความเสียดทาน การระบายความร้อนของเบรคที่กระจายความร้อนแล้ว และยานพาหนะช้าลง กฎแรกของเทอร์โมไดนามิกบางครั้งเรียกว่ากฎของการอนุรักษ์พลังงาน ในขั้นนี้พลังงานจะไม่สามารถเปลี่ยนหรือทำลายได้ ทำได้แต่เพียงถูกเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่งเท่านั้น ในกรณีของเบรคส่วนใหญ่เบรคใช้แรงเสียดทานในการแปลงพลังงานเป็นความร้อน
แรงเชิงมุม
เนื่องจากการกำหนดค่าของผ้าเบรคและตัวหมุนในดิสก์เบรค ตำแหน่งของจุดที่สัมผัสกันจะมีการเสียดทานซึ่งให้พลังไฟฟ้าเพื่อต้านแรงหมุน
เทอร์โมไดนามิก, เบรคจม, จานเบรค
หากคุณขับขี่มอเตอร์ไซค์ หรือรถแข่ง คุณอาจคุ้นเคยกับอาการเบรคจม ซึ่งผมได้เคยพูดไว้แล้วว่าจะเกิดเมื่อเบรคร้อนเกินไป ตย.ที่ดีคือเมื่อขับรถลงเขา จะเกิดจากความร้อนสะสมในระบบสูงมากเพราะใช้เบรคหนัก ต่อเนื่องนาน ในขณะที่คุณเริ่มลงจากเนินเขาเบรคจะเกิดความร้อนขึ้นและทำให้รถช้าลง? แต่ถ้าคุณเหยียบเบรค ตัวหมุนหรือดุมจะยังคงร้อนอยู่และอุณหภูมิจะไม่ลดลงเลย ในบางกรณีที่เบรคไม่สามารถดูดซับความร้อน ยังจะทำให้ผ้าเบรคเกิดความร้อนด้วย ในผ้าเบรคทุกประเภท เนื้อผ้าเบรคที่มีการจัดเรียงของเรซิ่นติดอยู่ด้วย? และมันจะเริ่มมีความร้อนและเรซิ่นจะค่อยๆ ระบายความร้อน เกิดเป็นก๊าซ และเพราะก๊าซไม่สามารถอยู่ระหว่างผ้าเบรคกับตัวหมุนได้ จึงจับตัวเป็นชั้นบางๆ และพยายามที่จะหลุดออก? ?ผ้าเบรคจะไม่เสียดสีกับตัวหมุนทำให้ลดการยึดเกาะ จึงเป็นที่มาของเบรคจม
การแก้ไขอาการเบรคจมคือให้รถหยุดและรอสักพัก เมื่อส่วนต่างๆของเบรคเย็นลงแล้วจะมีการระบายความร้อนและครั้งต่อไปจึงค่อยใช้เบรค จานเบรคประเภทนี้พบได้ในรถยนต์รุ่นเก่าๆ รถยนต์สมัยใหม่จะมีการระบายก๊าซออกจากผ้าเบรค โดยการลดความดันหรือให้ความร้อน แต่ก็ยังมีเบรคจมอยู่ ทำไม? ก็เพราะยังมีความร้อนสะสมอยู่มากเกินไป ด้วยองค์ประกอบของผ้าเบรคยุคใหม่ๆ ผ้าจะสามารถถ่ายเทความร้อนไปยังคาลิเปอร์เมื่อดุมเกิดความร้อนมากเกินไป และน้ำมันเบรคจะเริ่มเดือดและเป็นฟองอยู่ภายในระบบเบรค เมื่อมีการเหยียบเบรค อากาศจะถูกบีบอัด (ไม่ใช่น้ำมันเบรค) ฟองอากาศบีบอัดแทนที่จะเป็นการส่งผ่านของเหลวไปยังปั๊มเบรค นั่นคือ เบรคจมแบบสมัยใหม่
แล้วพวกวิศวกรออกแบบเบรคเพื่อลดอาการเบรคจมอย่างไร ในรถยนต์รุ่นเก่าๆ วิศวกรจะออกแบบให้มีการระเหยด้วยก๊าซ ส่วนรถยนต์รุ่นใหม่กว่า จะเป็นการทำให้เย็นด้วยจานเบรค แต่ก็ลงท้ายด้วยไม่จานเบรคแบบเซาะร่องหรือ? cross-drilled ก็แบบ grooved brake rotor ในขณะที่ร่องพื้นผิวอาจจะช่วยลดการเก็บความร้อนของจานเบรคความร้อนบนจากเบรกมีผล ต่อประสิทธิภาพในการเบรกมากกว่าองค์ประกอบอื่นๆ? อย่างไรก็ดี การเบรคแบบกระชั้นชิดเมื่อเบรคมีความร้อนและเรซิ่นมีการระเหย ร่องเบรคจะอาจเกิดก๊าซได้ ดังนั้น ผ้าเบรคจะยังคงสีกับจานเบรคค่อไปและทำให้รถหยุด
ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับการแปลงจะทำให้เข้าใจว่าเบรคทำงานได้อย่างไร และทำไมจึงต้องออกแบบเบรคเช่นนั้น หากคุณเคยดูการแข่งรถฟอร์มูลา 1 จะเห็นว่าล้อหน้ามีสกู๊ปใหญ่ๆ อยู่ด้านในบริเวณจุดเชื่อมล้อ (ดังภาพ) โดยจะเป็นท่อลมซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งของเบรคที่จะช่วยให้เบรคที่ใช้ในการแข่ง F1 เย็นลงได้ทันท่วงที เพราะใน F1 จะมีการเหยียบเบรคกันเป็นว่าเล่นแทบจะทุกๆ วินาทีจึงทำให้เกิดความร้อนตลอดเวลา หากไม่มีตัวระบายความร้อนแล้ว เบรคอาจใช้การได้ได้ในช่วงโค้งแรกเท่านั้น แต่ไม่ทราบว่าจะเกิดอะไรขึ้นในโค้งต่อๆ ไป
เทคโนโลยีจานเบรค
หากเบรคเป็นเพียงเหล็กหล่อเดี่ยวอาจทำให้ความร้อนกระจายตัวและเกิดการระเหยของก๊าซได้ ด้วยเหตุนี้จานเบรคจึงมีการปรับเปลี่ยนการออกแบบคุณสมบัติในการช่วยให้เย็นได้เร็วขึ้น และทำให้ก๊าซระหว่างจานกับผ้าเบรคระเหยได้ไวขึ้น ไดอะแกรมนี้จะแสดงตัวอย่างของจานที่มีการออกแบบใหม่ซึ่งทำให้มีแรงเสียดทานมากขึ้น ระบายความร้อนและก๊าซดีขึ้น จากซ้ายไปขวาคือ
1.จานเบรคแบบธรรมดา
2. จานเบรคเซาะร่องทำให้ขบและเสียดทานดีกว่า ในขณะที่ผ้าเบรคทำให้ก๊าซถ่ายเทระหว่างผ้าเบรคและจานเบรคได้ดีกว่า
3. ร่องและการเซาะร่อง ทำให้ให้ขบกันดีกว่า และยังช่วยให้อากาศไหลผ่านไปยังดิสก์เบรคดีกว่า ช่วยให้ลดความร้อนลงได้และมีการระบายการพัดของก๊าซด้วย
4. จานเบรคแบบคู่ คือเหมือนกับแบบแรกแต่มีจานเบรค 2 อัน กับใบพัดในการทำให้เกิดกระแสลมเพื่อทำให้จานเย็นเร็วยิ่งขึ้นแม้ในขณะ ?จังหวะดูด? ก๊าซจากผ้าเบรค
ข้อสังเกตของจานเซาะร่อง พบได้ในรถแข่งเท่านั้น การเซาะมีผลทำให้จานอ่อนตัวและแตกหัก ในสนามแข่งไม่ใช่ปัญหาเพราะเบรคจะถูกเปลี่ยนในแต่ละการแข่งขันหรือทุกอาทิตย์ แต่กับรถที่วิ่งบนถนน อาจทำให้จานเบรคแตกได้ซึ่งคุณคงไม่ต้องการ ผมกล่าวถึงเพียงประสิทธิภาพของจานเซาะร่องเท่านั้น โดยที่ผมยังไม่ได้กล่าวถึงข้อมูลความจริงเท่าใดนัก
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น