W publikacjach takich jak ta – o układach hamulcowych, ich konstrukcjach, użytkowaniu i serwisowaniu – napisano już chyba wszystko. Natomiast relatywnie mało można znaleźć informacji na temat projektowania kinematycznej pary tarcza-klocek. Spróbujmy zatem przyjrzeć się zagadnieniu.

Zadanie jest proste – zatrzymać pojazd. By tego dokonać, należy wykorzystać tarcie zachodzące na styku tarcza-klocek. Dzięki temu zjawisku energia kinetyczna pojazdu zamieniana jest w energię cieplną. Nic więc prostszego, gdyby nie fakt, że zbyt wysoka temperatura układu może okazać się szkodliwa dla komponentów i bezpieczeństwa pasażerów. Współczesne techniki numeryczne pozwalają na symulację obciążeń oraz kalkulację pola rozkładu temperatur na tarczach i klockach hamulcowych, a za pomocą technik elementów skończonych w środowiskach takich jak Matlab symuluje się różne modele hamowania do wymiarowania hamulców we wczesnych fazach projektowania samochodu. Czy zadanie jest łatwe? Oczywiście nie, bowiem w ciągu eksploatacji pojazdu powstaje wiele zmiennych, dlatego techniki modelowania bywają różne. Pomijając oczywistości, jak chociażby indywidualne współczynniki tarcia charakterystyczne dla konkretnych materiałów, jedne modele zakładają idealny kontakt między dwoma współpracującymi elementami, inne kontakt nieidealny/niedoskonały. Każdy z tych przypadków może być także rozpatrywany pod kątem równomiernej siły nacisku klocka na tarcze lub nierównomiernego zużycia.
Jeśli na tym etapie brzmi to niezbyt skomplikowanie, spójrzmy na zagadnienie przepływu ciepła w tarczy hamulcowej. Założenie równomiernego nacisku klocka na tarczę hamulcową rodzi dwie konsekwencje. Po pierwsze: podczas kontaktu, w którym dochodzi do uślizgu (tarczy pod klockiem), prędkość względna wzrasta wraz z oddalaniem się od środka tarczy w kierunku jej obrzeży. Ta różnica prędkości generuje wyższą temperaturę na promieniu zewnętrznym. Po drugie: wzdłuż klocka hamulcowego także dochodzi do rozkładu temperatury. Poza powierzchnią, która styka się z tarczą, jego pozostała część ma czas na ostygnięcie, zanim dojdzie do ponownego kontaktu, a ponieważ prowadzi to m.in. do zużycia elementu, potrzebny jest model starzenia/zużycia elementu.
Jeśli to brzmi dobrze, szybko udowodnimy, że to za mało. Opisane modele zakładałyby identyczne temperatury tarczy hamulcowej i klocka w momencie ich zetknięcia, a tak nigdy nie będzie. W rzeczywistości „idealny kontakt termiczny” nie jest możliwy ze względu na powstające zużycie (najczęściej klocka) i rozszerzalność cieplną materiałów, z których są wykonane komponenty układu hamulcowego (głównie tarcza i klocek). Trudności w zbadaniu rozkładu temperatur pomiędzy tarczą a klockiem zmuszają do stworzenia modeli opartych o standardowe wskaźniki, jak współczynnik podziału ciepła, który odnosi się do ilości ciepła wytworzonego przez tarczę, a rozproszonego/przekazanego do klocka. I znów, nie byłoby większego problemu, gdyby nie emisja ciepła do zacisku, który ze względu na swój kształt i materiał ma zdolność do dalszej emisji ciepła, zawiera w sobie płyn hamulcowy absorbujący ciepło i tak dalej, i tak dalej.
Żadne modele nie dają 100% pewności ani jednoznacznych odpowiedzi. Szczególnie w kwestii bezpieczeństwa. Dlatego niezastąpione okazują się empiryczne testy (najpierw laboratoryjne, później drogowe) podzespołów, bazujące na skalkulowanych geometrycznych wymiarach czy materiałach. W klockach i tarczach montuje się termopary pomiarowe (służące pomiarom temperatury), w pojeździe czujniki przeciążenia, a także oczujnikowanie mierzące nacisk na pedał hamulca, ciśnienie i temperaturę płynu hamulcowego, a następnie doprowadza się do warunków typowych dla eksploatacji, w tym skrajnych, silnie obciążających układ, jak np. 10 kolejnych cykli bardzo mocnego hamowania z dużej prędkości. Różnice? Współczesne stale udoskonalane modele matematyczne pozwalają na osiąganie wyników różnych o około 16% od rzeczywistości. To dobry wynik, biorąc pod uwagę złożoność problemu.
Sprawny układ hamulcowy jest gwarancją bezpieczeństwa nie tylko naszego, ale także innych uczestników ruchu drogowego. Pewność i niezawodność w każdej sytuacji dają nam podzespoły układu hamulcowego MaXgear, które są wytwarzane z najwyższą starannością, potwierdzoną przez liczne kontrole jakości.
Szeroka oferta układu hamulcowego MaXgear to ponad 6000 referencji, w tym ponad 1000 indeksów klocków hamulcowych, 3000 tarcz hamulcowych i ponad 1200 referencji zacisków hamulcowych.

www.maxgear.pl