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山地车碟刹可以提供多大的制动力?更大的碟片又会带来哪些问题?

 单车基械匠 2020-11-17

大家好,欢迎大家收看新一期的单车基械匠(TB同名店铺)。

我相信有不少车友会为了增加碟刹得制动力,而选择把碟刹盘片的尺寸加大。那么这样做的结果可以给我们额外带来多少制动力呢?如今的山地车上,220mm的盘片都已经开始慢慢普及,特别是在轮径29er的速降自行车上,车手往往会通过使用更大的盘片,来获得更多的制动力。
今天这篇文章是翻译总结自BIKERUMOR上的文章。文章通过和shimano,TRP,Hope以及Magura的专业人士沟通,详细讲解了关于碟刹盘片的尺寸能给我们带来多大的额外制动,油压刹车的实际夹紧力的大小,以及常见的卡钳活塞粘连卡死问题的原因以及解决方法。另外最后还八卦对比了一把乘用车和山地车刹车之间的比较。由于内容较多,本文分为两个部分发布,欢迎持续关注。

 关于油压刹车的夹紧力,究竟有多大?

TRP:如果你想要确定油压刹车从刹把到卡钳的夹紧力度,实际是有一个杠杆和扭力的公式的。通过测量刹把的长度,以及刹把到活塞制动力产生时移动的距离,就可以计算出杠杆比率,也就是我们额外获得的机械优势(MA=Fr/Fe=de/dr)。而实际的夹紧力还和卡钳活塞的面积以及刹把活塞的面积相关,也就是物理上的液压比率。

这只是一个简单的计算公式,但是在真实环境中,这还关系到刹车的型号,品牌,刹车油管的粗细,刚度以及每个车手使用刹车时不同的力度。因此,如果想要计算出精确的夹紧力是不现实的。而且在这一计算过程中,还没有考虑到来令片和刹车盘片之间的摩擦系数。因为如果没有摩擦力,那么上边的一切都将无济于事。也就是说,摩擦系数低的高卡钳夹紧力反倒会没有摩擦系数高的低卡钳夹紧力。


玛古拉:我们认为夹紧力是指活塞或者来令片加紧盘片的力。因此,单说夹紧力的话,是和盘片的大小没有关联的。

夹紧力的大小取决于车手施加在刹把的力。你施加的力越大,那么夹紧力也就越大。除此以外,这还和杠杆比率(从手指挤出点到刹把活动到来令片接触到碟片中的杠杆比率,这是个变化的量,但是变化范围不大),液压比率(卡钳活塞的底面积/刹把活塞的底面积)相关。

例如,在Magura MT7刹车上使用了HC刹车手柄的情况下,机械杠杆比率为5.8;液压比率为5.8;总比率为33.64。

下边说回到车手的刹车力道。就大部分车手来说,在减速过程中平均的刹车手力在30N到70N之间(1N约合0.98kg)。车手正常的手力一般在100N左右。

那么如果给刚刚提到的MT7施加100N的力,那么根据上边计算出来的总比率为33.64,可以得出来令片施加在盘片上的夹紧力为3364N(也可表示为3.36kN)。

以上所评估出来的夹紧力仅仅是来令片施加在碟片上的制动力,用以减速自行车,但是这其中还要取决于来令片和碟片之间的摩擦系数,碟片的尺寸,车轮的尺寸,以及上边所提到的车手施加在刹把的力和制动力的总比。

当相同的力被施加在Magure Mt7上的时候。如果使用了更长的刹车手柄,则杠杆力会更大。例如,一上边100N的力施加在老款的2指手柄上的花,则刹车的夹紧力会上升到3820N。但是,刹车手柄的手感是不同的。新款HC刹车手柄会感觉更硬朗,而老款的2指刹车手柄则会更为绵软一些。


HOPE:如果只考虑制动系统而不考虑刹车盘片,则可以通过杠杆比率和液压比率计算出来令片上相应的夹紧力。对于我们目前的刹车系统来说,该比率平均为55:1到65:1。由此可以大概估算出当有50N的力施加在刹车手柄时,来令片的夹紧力为2750N(50*55)。

关于刹车盘片尺寸的改变,可以额外带来多少制动力,并且这些制动力是否还是更加线性,又或者会变的更为复杂呢?

Shimano:shimano给出的答案简单明了,由于220mm比200mm多出了10%,所以可以给刹车额外带来10%的制动力。


TRP:在所有条件都相同的情况下,更大的刹车盘片可以提供更大的制动力臂。花鼓是一个旋转的杠杆支点,在220mm的盘片和200mm的盘片之间,你可以用多出来的10%的力臂来阻止车轮旋转(制动力臂是测量盘片的半径,而不是直径)。

因此,较长的制动力臂等于给停止旋转提供了更多的机械优势。从理论上讲,这是个线性的关系,但是,当你把夹紧力,摩擦系数,车手的重量等一些变量加入其中的话,就会让最终的结果更为复杂。


玛古拉:我们计算出220mm的刹车盘片比200mm的提高了10%的制动力。但是,需要考虑的是,相对于尺寸更小的碟片,大碟片的转动速度更快(角速度相同,直径越大,线速度越快)。当来令片和碟片接触时,会和使用更小碟片时有不同的感觉,这还可能会成为一种不利的情况,大碟片比小碟片的可调控范围更窄。并且更快的旋转速度也会让热量更快的积聚起来。


HOPE:我们认为,如果来令片上的夹紧力相同的话,则更大的盘片产生的制动力将随着碟片尺寸的增加而增加,这是一个正相关的关系。所以,在200mm和220mm的碟片之间,制动扭矩将会增加1.1倍。

需要注意的是,如果你把车轮尺寸变大的话,那将会带来相反的效果,因为轮胎和地面的接触点到轴心支点之间的力臂将会变长。因此,如果你使用了更大的车轮,则就应该把碟片的尺寸也进一步加大。

好了,今年的第一部分先到这里,第二部分会讲解关于卡钳上的活塞为什么有些可以伸缩,但是有些却像被粘滞住了一样不运作,或者运作的行程很短呢?之前我们在节目中有讲解过如何解除卡钳活塞单边动的问题,这和今天讨论的是同一种问题。在此之前,普遍的解决办法是重建油路,并用刹车所使用的同型号刹车油擦拭卡钳活塞。通常情况下,我们的油压刹车的保养间隔都不会很长,一般半年到一年就需要保养/重建油路。但是你可能会好奇,为什么在汽车上的油压制动系统却可以使用几年时间不用重新注油,而山地车的刹车却几乎每年都要重建油路呢?

以及最后一个问题:为什么后刹车要比前刹车更频繁地排气换油?

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