Comments 49
В вашем случае происходит трение, и этот процесс является нелинейным. Усилие торможения зависит от различных скоростей. Кроме того, нагрев также изменяет свойства контактного материала устройства. Это будет резина? Спеченая металлическая пыль с керамикой? В данной ситуации можно выделить два варианта: либо ваш подход придет к поломке колеса и я поясню его дальше, либо произойдет переход на (условно, говоря) генерацию тормозного усилия, которое будет выражаться в дерганном торможении. Зажимающие колодки будут отскакивать, клиниться и потом соскакивать.
Теперь о генерации тормозного усиия. Откуда такое название? Классическая конструкция генератора включает в себя нелинейный элемент и источник энергии. Например, как в радиотехнике или когда вибрирующая деталь водяной задвижки вызывает вой и биения в водопроводных трубах. Наверняка вы слышали подобный шум и удары в трубах, которые передаются на несколько этажей во все стороны.
Отчего может появиться отпускание зажимания, тот самый нелинейный эффект, когда уже прижим получился достаточно сильный и должна уже быть остановка? Нагрев контактных поверхностей, который сделает поверхности более скользкими или вообще подплавит и эти мягкие слои материала сорвет. В результате прижим кратковременно отпустит, как будет в место контакта брызнули масла.
О заклинивающем зажиме. Если вам нужен пример использования подобного подхода, обратите внимание на устройства зажимов для альпинистских веревок. Существует множество конструкций таких зажимов, например, gri-gri от компании Petzl и аналогичные им китайские модели. В этих устройствах кулачок, который захватывает веревку, одновременно выполняет функцию зажима для веревки, проходящей через специальный паз и который благодаря трению вызывает достаточное усилие на придавливающем кулачке.
Если вы сможете достичь аналогичного рычага в своей конструкции тормоза, то создаваемое усилие будет настолько велико, что сомнет или проломит обод колеса, боковину покрышки или куда вы там собрались давить или вызовет деформации тормозного диска, на который вы планируете воздействовать своим зажимом. Оба этих варианта выведут из строя ваш тормоз довольно быстро. Как только металлические детали от таких ударных нагрузок достаточно деформируются, девайс перестанет работать или выломает вам колесо.
Выводы. Я считаю торможение с заклином будет приводит к сильным механическим деформациям или к пропиливающему эффекту на давящих поверхностях с сильными нагревами в точке контакта. Контакт может быть давящим, но у него должно быть максимальное давление, которое ограничего и, ВАЖНО, перестает зависеть от сдвига колеса. В ином варианте процесс будет вызывать сверхнагрузки на конструкцию, что в скором времени выведет ее из строя. См. картинку.
Написал я это по-быстрому, не для статьи, возможно эти абзадцы нужно обдумать или как-то в голове скомпоновать. Так или иначе, такая вам обратная связь.
Гри-гри это спусковой тормоз. При резком рывке может повредить верёвку.
В транспорте аналог - стояночный тормоз, там самозаклинивание - полезный эффект.
Написал я это по-быстрому, не для статьи, возможно эти абзадцы нужно обдумать или как-то в голове скомпоновать.
Прибедняетесь, отличный анализ же :) Особенно
переход на (условно, говоря) генерацию тормозного усилия, которое будет выражаться в дерганном торможении. Зажимающие колодки будут отскакивать, клиниться и потом соскакивать.
Очень даже может быть! При попытке ЭТИМ затормозить — вместо плавного нарастания усилия на ручке и колодках получится громкое «ДРРРРРРР!!!», сопровождаемое дикой трясучкой.
Вот ещё вариант пришёл в голову, проще и (вероятно) лишённый этого недостатка: впереди ставим что-то типа советского клещевого тормоза, но на шарнире. Сзади — ещё две колодки, связанные с ним рычагами. Колесо увлекает его вперёд, он поворачивается на своём шарнире и зажимает дополнительные колодки с намного бо́льшим усилием, но его собственные колодки зажаты только тросиком — положительной обратной связи не возникает.
Может быть, можно даже колодки как-то хитро сделать таким образом, чтобы одни «лапти» генерировали усилие сдвига, а вторые через какой-нибудь ролик или клинышек его использовали, не передавая обратно на ручку.
Можно, но зачем? Положительная обратная связь по тормозному усилию даст вам либо авто генерацию в виде дергания, либо полное заклинивание. Гидропривод позволяет получить любое контролируемое усилие.
дисковые тормоза... гидравлика... погнутые ди...
Как вы умудряетесь погнуть диск?
Удачно лежащий именно в месте падения(как это часто бывает), камень или палка при падении на бок шансов не дают никому. А уж сколько раз гнулся диск от стремных велопарковок в которых колесо как карандаш в стакане, велик если не упадет, то завалится на бок либо от ветра либо кто-то его заденет вынимая свой.
Разве в существующих исправных велотормозах есть проблемы? Усилий рук вполне хватает чтобы перелететь через руль и на дисках и на вибрейках. При физической деформации или загрязнении, да, начинаются неудобства. Но это вообще не связано с кинематической схемой прижима.
У тормозов должен быть линейный отклик. Вне зависимости от скорости движения, прилагаемого усилия и этапа торможения. Все что я видел из тормозных систем с параллельным подводом колодок по прямолинейной траектории относительно вращения.
Проблемы всегда можно придумать, иначе изобретение велосипеда не было бы нарицательным :-D допустим, мы хотим умный цифровой тормоз, но не хотим к нему электромагниты восемь на семь. Берём этот принцип и…
У тормозов должен быть линейный отклик. Вне зависимости от скорости движения, прилагаемого усилия и этапа торможения.
Очень может быть. «Ай да мы» у меня в соответствующем месте текста состоит из сарказма на 50%, остальные 50% — надежда, что оно может оказаться удобным (только кто ж пробовал).
Но производители шуруповёртов с BLDC тоже так думали, а получилось лютое г…
Дам идею. При торможении большой ход ручки тормоза обусловлен двумя факторами. Первый - не жесткая конструкция как самих суппортов, так и тормозного привода (у тросиков вообще все плохо, с гидравликой получше). Второй - большой зазор между колодками и тормозной поверхностью. Обуславливается износом и дефектами (биением) диска или обода.
Мы можем побороться с зазором, остальное - вопрос качества изготовления.
Предлагаю делать подводящий механизм, который подводит не колодки, а суппорта в минимальный зазор, и как только встречает сопротивление, расклинивает суппорт (фиксирует). Т.е. малым усилием нажатия на рычах делается большой ход колодок до момента касания. После этого тормозной рычаг работает уже не на большую подвижку суппортов малым ходом ручки, а на малый ход колодок. Вне зависимости от усилия нажатия на ручку суппорта изначально выставляются в минимальный зазор до касания колодок и дальше блокируются, дальше требуется только минимальный ход для изменения усилия прижатия.
Вполне даже! В принципе, можно сделать по-ленивому — один общий рычаг с переменным плечом, который сначала сводит раззявленные бегемотом ви-брейки быстро и нежно, но чем ближе они к дистанции «ширина обода плюс колодки минус запас на износ» — тем меньше ход и больше усилие. Не идеально, но уже заметно дальше позволит ставить от потенциальной «восьмёры» (повысить живучесть) и при этом не жертвовать силой сжатия.
Но чистое решение (с подвижными суппортами), конечно, красивее :) Дать колесу их увлечь с собой вместе с тормозами на пару миллиметров, но преобразовать это движение не в сжатие, а в фиксацию суппортов. Это например, а наверняка ещё есть варианты.
Насколько я разбираюсь в автомобильных тормозах, там после каждого торможения колодки отходят от диска только на ту величину, на которую их отталкивает диск. Поэтому всегда торможения начинается с одинакового зазора вне зависимости от износа. Но там биение в разы меньше чем у вибрейков.
Был удвилен как мало стало классических тормозов на стоковых великах. Недавно мимо просвистел карапуз на беговеле с дисковым тормозом.
Так что интерес скорее академический, ибо когда все исправно, обычных дисковых тормозов (даже механики) хватает для обычного пользователя.
Был удвилен как мало стало классических тормозов на стоковых великах.
Потому что это эффективнее чем вибрейки и достаточно просто. Даже без гидравлики :)
У меня тоже на стыке DIY и академического :) Хотя барабанный вариант (ниже там) меня в целом интригует, ощущается там потенциальная возможность сделать даже повеселее дисковых :)
Втулка, допустим, «песочными часами» (чтобы массогабарит не слишком раздувать), слева — «пилотный тормоз» (разжимается нежным поворотом подвижной лапки), справа — «основной тормоз» (разжимается трубочкой со скосами, надетой на ось, которую с другой стороны со зверской силой проворачивает «пилотный тормоз»). Ну, и с другой стороны — традиционная неподвижная лапка а-ля «Торпедо», которая прикручена к перу, потому что надо ведь куда-то момент девать.
У автомобиля рабочую поверхность тормозного диска можно принять абсолютно плоской, при толщине диска в 20 мм и его защищённости от ударов его практически невозможно погнуть. Можно перегреть и резко охладить в луже, и это его покоробит так, что придется точить или менять.
А у велосипеда тормозной диск тонкий, ничем не закрыт, и при падении его можно погнуть. Причем случился это может в процессе катания, а возить с собой запасной диск не очень хочется. Отсюда и проблема, которую пытается решить автор.
У велосипеда два тормоза. Аварийно добраться до дома можно и на одном. Если падаем хорошо, то страдают не только тормозные диски. Как бы путь в веломастерскую (веломагазин), если не в больничку. На соревнованиях это проблема механиков. Для простого обывателя более вероятной проблемой является прокол. Многие из тех кто катается не способны справиться с проколом на выезде.
Рынок технических решений, их цен, востребованности уже отрегулировался. Задачка действительно академическая.
Задачка действительно академическая.
А почему бы и да, в самом деле :)
Ну, сделали же планетарную коробку передач в ступице - получилось удобно. Если удастся туда же упаковать тормоз, будет ещё лучше.
Даже я кривую лапку приложил — сделал версию без переключения, как в Hirondelle Retro-Direct, только всё внутри ступицы. Выкинул из «торпеды» тормозной барабан и сунул вместо него планетарку от шуруповёрта, которая быстрое вращение назад преобразует в медленное вращение вперёд :) Было прикольно. Но запоздало пришла мысль, что там ему не место, а вот в педальном узле такая штука была бы идеальна! Не вместо заднего, а вместе с ним — то есть вместо переднего.
Пока то да сё, китайцы первыми запатентовали, на пару месяцев обошли :(
По опыту - диск, в большинстве случаев, прекрасно можно править руками. Если, конечно, есть подходящий инструмент. Стандартно - маленький разводной ключ, но можно и просто железкой с узкой прорезью. Небольшой изгиб даже голыми руками можно исправить
Да чтоб только этот инструмент или железка с собой были... Ни первого ни тем более второго в наборе велоаптечек особо не встречал. Обычно это "семейник" и комплект шестигранников. У продвинутых еще велоотвертка, она же монтажка, она же безразмерный захват для небольших гаек. Зная такую потенциальную необходимость можно пропилить подседельный штырь под захват диска. Иначе остается гнуть диск только проушиной передней вилки под ось колеса.
Если вам нужен пример использования подобного подхода, обратите внимание на устройства зажимов для альпинистских веревок.
Не обязательно так далеко ходить. Саморасклинивание испокон веку применяется в тормозах, только в барабанных, а не в дисковых.
Вот это странно, потому что только что до меня дошла эта же простая истина (реально, почти минута в минуту с Вашим комментарием) — и при этом на великах я этого не видел.
А видел я там простое «Торпедо», где барабан расклинивается исключительно усилием с приводной цепи. Тормоз шикарен, безотказен, практически вечен — но обладает недостатком, с которого я начал статью. Там нужен сразу и большой ход, и большое усилие. Почему, собственно, они и были только задние. Ногами не проблема создать сразу то и другое.
И, собственно, почему бы не применить эту концепцию в барабанном тормозе (особенно если она там «испокон веку»?) Маленькая нежная лапка деликатно приводится в действие тросиком и расклинивает первичный барабан (втулка длинная, места хватит). Барабан, естественно, пытается улететь вслед за колесом и своей обратной стороной расклинивает главный барабан, который срисован с «Торпедо» практически 1:1.
До кучи можно сделать зубцы двухсторонними, чтобы оно работало во всех направлениях, позах и в неподвижности — тоже. Просто малый барабан расклинивается тросиком и «липнет» к втулке, а любые попытки его туда-сюда качнуть вместе с ней — сразу злобно вгоняют в большой барабан любые клинья, ролики, бобышки и т. д. Получается, что мы расклиниваем малый барабан с усилием X, а большой — с усилием 10X, пропорционально углу клина (или чего мы там сделаем).
И вот у нас необслуживаемый закрытый тормоз, который боится примерно ничего на свете, как советское «Торпедо» — но требующий слева провернуть входной вал не усилием «стою на педали во весь рост», а усилием «мизинчиком нажал ручку». Офигенно же. Ну, и потоньше его сделать, ибо наверняка оно будет переднее.
С заблокированным на ходу колесом на скорости 50 км/ч я бы не хотел оказаться. Даже в железной коробке жигулей.
Ну как бы тут вся статья и все комментарии про то, как бы сделать тормоз работающим от небольшого усилия и не сделать случайно вот это вот.
Пока мне больше всего нравится вариант с двумя барабанами — там явно будет усилие дозироваться очень точно.
Надёжно контролируемо - никак. Ну или, в современных тенденциях, напихать туда электроники с электроприводом. Физику пока обмануть никому не получалось. Оно или будет клинить на ходу, или не будет работать на малой скорости.
Да, кстати, это переменное усилие, которое на совсем остановке даже ничем не разовьешь. Когда стоишь на месте, основной тормоз даже и не подумает схватываться. Или придется городит еще и прямой привод минуя пилотный для стоячего положения. Оно в городе как бы не особо надо, но как только выезжаешь на внедорожную покатушку с горками, держать байк на склоне из неподвижного положения ой как надо. Особо весело будет оттормаживание на подьеме в горку, когда после остановки тормоза просто расслабляются.
На самом деле надо. В транспорте, например. Обычно резинкой зажал тормоз и вел никуда при рывках не уедет, а тут с этим проблемы будут. И что он при откате работать не будет - в горах может быть опасно. Тормоз - это штука, которая должна работать предсказуемо при любых условиях, а не в соответсвии с длинным описанием мелким шрифтом.
Ну вот этим мне и нравятся два барабана (оххх, рисовать мне опять, чует моё сердце!) — они единственные решают эти проблемы.
Вот мы зажали (то есть разжали, строго говоря) малый барабан. Он прилип изнутри к ступице колеса и дальше живёт с ним одной жизнью, потому что на оси он никак не зафиксирован (сам по себе он не тормозит).
Подвижно колесо, неподвижно — любое приложенное к нему усилие (в любую сторону) через несколько скосов на торце малого барабана превращается в усилие расклинивания большого барабана (который длинный и главный). Ну то есть колесо на пару градусов, конечно, успеет качнуться — но потом само себя заклинит. То есть в неподвижности оно не будет зажато мёртво (это недостаток, да), но гулять сможет только в пределах свободного хода большого барабана, пока малый барабан своими косыми зубами (как в советском ножном тормозе, только двухсторонние) находится в нейтральном положении. Чуть от нейтрального положения отошёл — большой барабан расклинился.
То есть барабанный вариант не зависит от подвижности/неподвижности, он зависит только от того, на какой угол ушло колесо после зажатия тормоза.
Естественно, можно зажать не очень сильно — тогда колесо будет проскальзывать по малому барабану, прикладывая к нему не очень злобный момент, скосы на торце малого барабана будут разжимать большой барабан тоже не очень злобно, и он будет тормозить колесо не насмерть, а только до полусмерти :)
От положительной обратной связи мы тут вовсе отказались, разжимающее усилие никак не возвращается на малый барабан, поэтому остался один недостаток — переходная область между шатанием вперёд и назад. В транспорте, возможно, придётся переднее колесо приподнять, зажать тормоз и ногой его пнуть, чтобы выбрало зазор, потом уткнуть вел в стенку.
От самозаклинивания в тормозах наоборот уходят. Вот в ам Волга, на барабанных тормозах, на передней оси стояли два тормозных цилиндра, каждый на свою колодку. Причем колодки стояли по направленю вражения, те вращение их обратно сводило. Сзади 1 цилиндр на 2 колодки. 1 колодка по направлению движения, а вторая против и на этой колодке была уменьшенная фрикционная накладка, примерно 2/3, что приводило к снижению ее эффективности и эффекта клина.
По-моему, «Велосипедизм» пора в отдельный хаб отселить. Он немного про здоровье, немного про транспорт, немного про физику-механику, немного про сопромат и ТММ — в результате народ в целом недоволен «несоответствием тематике Хабра», но велостатей при этом всё больше и больше, а недавно вообще стали постоянной рубрикой от корпоративных блогов. КМК сочетание одного и второго — признак потребности в отселении в отдельный хаб.
Вы решаете очень интересную с точки зрения механики, но отсутствующую на практике проблему.
Вернее, проблема есть, но гнутый диск существует не в вакууме. Он появляется на велосипеде, который хочется сделать предельно лёгким. Поэтому, если вопрос массы остро не стоит, то намного проще будет не городить кибениматику, а сделать диск толще, как на автомобиле. Проблема гнутого диска на этом решена, а проблема обслуживания и настройки часов с кукушкой не появится за отсутствием таковых.
Весоманьячество это отдельная дисциплина в специальной олимпиаде ;) Но будет ли хитрый барабанный тормоз легче простого дискового? Если хочется усиленный тормозной диск - не нужно ли начинать хотеть усиленные колеса, раму, и т.д. ?
Но будет ли хитрый барабанный тормоз легче простого дискового?
Может, и будет, толку-то?
Если мы хотим упороться в минимальный вес - то это будет обычный дисковый тормоз с тонким диском. Устойчивость к гнутому диску страдает, но мы с этим миримся.
А если мы хотим решить эту проблему, то варианта два. Первый - сделать толстый тормозной диск. Дёшево, просто, надёжно. Второй - повесить вместо тормоза часы с кукушкой. Может быть, они окажутся легче, чем тормоз с толстым диском - но они совершенно точно будут тяжелее тормоза с тонким, а надёжность и ремонтопригодность этой конструкции будет ниже плинтуса (не забываем, что на неё тоже можно упасть). То есть это не интересно ни весодрочерам, ни желающим надёжности ценой большого веса. Ну и нафига, спрашивается.
но они совершенно точно будут тяжелее тормоза с тонким, а надёжность и ремонтопригодность этой конструкции будет ниже плинтуса
Это про изначальные «кукшие часы» :)
А барабан
Но будет ли хитрый барабанный тормоз легче простого дискового?
…может оказаться внезапно в выигрыше и по весу, и по сложности его раздалбывания.
Барабан родился в камментах, в статье его не было. Было легко пропустить.
Вы изобрели роллерный тормоз. Это несколько модифицированный барабан с ручным приводом.
Я видел велосипед с этим чудом инженерной мысли. Да, он действительно намного более защищен и от ударов, и от внешнего воздействия (грязь, вода на диске) по сравнению с диском.
Но нет, по массе там радикальный проигрыш, в основном из-за тепла. В дисковом тормозе диск обдувается воздухом - здесь же приходится городить большой радиатор (большой - потому что в дисковом надо охлаждать напрямую диск воздухом, здесь же тепло должно "дойти" до радиатора). А без радиатора при сколь-нибудь интенсивном катании случится перегрев, так что ниша этих тормозов - городские (в том числе прокатные) велосипеды, в основном из-за "неубиваемости" (так-то ободные тормоза легче и проще). И да, даже без радиатора он будет тяжелее ободного или дискового тормоза.
Ну вообще не похоже. В роллерном тормозе большой диаметр барабана и крошечная длина — колечко, а не барабан. Поэтому он разжимается напрямую усилием руки. В заднем барабанном («Торпедо») маленький диаметр барабана и большая длина. Поскольку диаметр маленький, разжимать его приходится напрямую усилием ноги. У меня барабан тоже маленького диаметра, но чтобы не давить ногой — разжимается вторым, совсем крошечным барабанчиком.
Может, даже ещё меньше можно диаметр сделать — но там уже есть риск, что сталь потечёт.
——————————————
Смотрите, какая фишка. Трение равно коэффициенту умножить на силу прижатия. То есть от площади, если я школу вконец не забыл, не зависит. Дали рукой пять ньютонов — на поверхности барабана будет трение 50, например. Но! Если мы эти 50 прикладываем рядом с осью — мы в пролёте. Момент (ньютоны на метр) у нас никакущий, потому что метров мало. Если подальше от оси — всё отлично. Поэтому площадь барабана упирается чисто в его способность охлаждаться, а залог лёгкого торможения — в диаметре. Поэтому роллерный — большой и короткий. Но «Торпеде» пофиг, её жмут ногой, поэтому там ньютонов завались и много метров не нужно :) Она и не перегревается, собственно — из-за возможности сделать диаметр меньше, в качестве рабочей поверхности — сама ступица :) А этот жабокрокодил, как я погляжу, диаметром раза в два побольше, там сами ролики с палец. Если мы всю втулку такого диаметра отгрохаем — это будет целый танк! :)
Она и не перегревается, собственно — из-за возможности сделать диаметр меньше, в качестве рабочей поверхности — сама ступица
Мне кажется - она не перегревается только потому, что на велосипедах с такими тормозами не ездят на больших скоростях. Чудес-то в физике не бывает: если мы тормозим, то кинетическая энергия превращается в тепло. Тепло надо куда-то деть, и единственный вариант - воздух. У дискового тормоза это диск, у ободного - обод, а у барабана - наружная поверхность барабана.
силу прижатия
Сила прижатия не равна силе на ручке. Золотое правило механики помните? Чем меньше будет ход тормозной колодки при том же перемещении ручки - тем выше сила прижатия. Именно поэтому и надо уменьшать ход колодки, тогда при том же ходе ручки можно увеличить силу прижатия. И когда мы уменьшили ход - дисковый тормоз на малом плече у нас держит лучше, чем ободной на большом, а ручку можно одним пальцем давить.
Может, и поэтому :-D хотя на них даже моторхены ставили типа Д-8, и я тоже, не перегревались вроде %) Поверхность там конская, включая фланцы под спицы.
Насчёт хода колодки — замечание дельное, но у барабанов КМК тут уже подошли к пределу вязкости смазки в зазоре, меньше уже не сделать. Поэтому размер должен быть как у роллерного барабана, а ещё лучше — как у диска. И получается у нас диск.
А единственный способ уменьшить размер, который остался за вычетом этого всего — увеличить силу прижима, и получается «Торпедо». Ну или эта моя фигня %)
Минимальный вес, IMHO, это ободные тормоза на ровный обод. Хотя в шоссе сейчас тоже на диски стали переходить. Тут надо смотреть, есть ли там выигрышь по весу, или там какие-то другие плюсы компенсируют проигрышь.
Предположу, что дело в переходе на карбоновые обода. Карбоновый обод легче алюминиевого (причём масса срезается с периферии колеса), но с ободными тормозами не очень хорошо дружит.
Дождь, тупо дождь, еще и по автомобильной дороге. Мокрые обода, еще и после нескольких луж с остатками ГСМ, и уже оттормаживаться с большой скорости становится очень непредсказуемо. Если на оффроаде это хоть как-то компенсируется частым торможением (самоочистка), малыми скоростями и ожиданием ухуджения от грязи, то на скорости это сразу "аквапланирование колодок" (не знаю, может только у дешевых так), и неожиданность эффекта.
Шоссе не катал, а так при круглогодичном использовании ободных в городе - по любой жиже проблем не испытывал. Кроме одной. Если ехать по глубокому снегу - теплые от торможения обода мгновенно покрываются льдом. После чего тормоза исчезают как класс. Мягкие колодки не в состоянии его счистить. Впрочем у дисков эта проблема тоже есть, только чуть меньше и они быстрее ото льда очищаются. А так в дождь просто надо привыкать тормозить немного заранее, контролируя состояние тормозов. Это актуально на любом транспорте с любыми тормозами. Тем более в дождь ещё и покрытием дороги могут быть большие нюансы. Я несколько раз очень больно поскальзывался на разметке.
Как человек опытный в полётах на велосипеде (да, я именно про такие полёты) - погнуть диск надо ну очень постараться. Основная причина изгиба - это кривые руки хозяина, загнавшего его в велопарковку определённой конструкции (есть такой отвратительный их тип, который создан человеком, ненавидящем дисковые тормоза), либо просто удачно его бросив диском об бордюр.
Тормоз с «эффектом вбитого клина»