http://www.5i01.cn/topicdetail.php?f=318&t=382571&p=1

在國內各大 自行車論壇里,

一定會有這么一二篇:
我快被我的油壓剎車 搞死了
怎么換了油煞煞車煞車力道更差?......等

貓也曾經 是這些喊救命的一員,嗯......應該不是曾經.....我也將來應該還會是...

幾次遇到問題,幾次的摸索,也慢慢使貓對油壓煞車有了點的概念
故在此,分享給各位車友


在此貓就以SHIMANO的油壓煞車為題材,來做討論

一般油壓煞車,由上而下大致分為3部分
1.煞把Brake Lever
2.油管Hose
3.卡鉗Caliper


其中
煞把又包含 油壺,主油缸, 煞車桿
油管又包含 銅頭, 油管本體
卡鉗則又包含 活塞, 副油缸, 煞車片



以下,貓就由上而下開始介紹.......


由左而右就是把煞把的壺蓋取出的順序(里面的剎油貓已預先抽干)
左:把2支螺絲打開
中:首先看到的是油封
右:把油封拿開,可見整個油壺


油壺油封


打開油壺,可以看見主油缸(總泵)外型(紅線)



油管

shimano 的油管的接頭有2種規格,分別為SM-BH59及SM-BH61二種
上圖為BH59接頭加上850mm的油管,完整貨號如上圖SM-BH59 0850
所以要自己要訂購油管,要把貨號記清楚,免得買到不合用的
BH61的接頭是用側鎖式的(如06XT卡鉗)




卡鉗


一般而言,卡鉗是由上圖的幾個小零件組裝而成
如果,貓還是以上圖來介紹卡鉗,那就遜掉了............
貓,這次要把卡鉗再大部分解一層,好讓各位看看卡鉗的作動機轉及理論



如同先前提到的:卡鉗是由 活塞, 副油缸, 煞車片 來組成
所以,貓在這4項里再做申論




首先,活塞







原則上這個活塞是不會出大問題
不過,貓曾經在對岸的論壇中看到有人提出,他的油煞,每到下雪季節就會從活塞里冒出油來,
所以貓懷疑是否是因為冬天寒冷以致這個活塞體積縮小,造成活塞與油封間出現空隙,再加上油壓缸里的液壓......結果就溢出了


由上圖可知,活塞的直徑為20mm(方格為20X20mm)

也或許是油封老化造成的
老化原因是用錯剎車油嗎?dot4? 流言終結者~~(煞車油腐蝕試驗)



卡鉗活塞油封





副油缸........


上圖:
左圖棉花棒由注油孔插入,可由油管孔看到棉花棒另一端,
而得知右圖紅色部分是相通的(煞車油走的通道)





由以上介紹 我們大略可以想像出以下的動畫













再來我們可以假設以下的情況
設:煞車油理想狀態體積為完全不可壓縮,油管彈性系數為0
故:可推出V1=V2


下圖:則把要討論的V1(活塞伸出體積)及V2(剎車總泵活動體積)
圖示化以方便理解V1=A x H ; V2=a x h
PS: V1=V2




再下來 我們要導入液壓常用的巴斯卡原理
巴斯卡原理的中心思想: 對一密閉液體所施的壓力，必會傳遞到液體各部份及容器壁上，且其值不變


設:a即是煞把推活塞的圓面積,而推動煞把活塞的力量為f
則我們施予整個煞車密閉系統中煞車油壓力為f/a
此為表示在此時整個剎車系統里的剎車油是處于f/a的壓力下
當然,推動剎車活塞部分的煞車油也是處于f/a的壓力下

如下圖
把推動煞車活塞部分的煞車油再放大詳解
由下圖不難理解,此時推動單一活塞的總力量為f/a X A




依前文
我們得到一個公式:


耶~~等等,XTR不是為對向的雙活塞卡鉗嗎?
那推煞車片的力道(Fb)不該是2倍fA/a嗎?
貓認為這樣講似乎是不對的,貓舉一例子來反面解釋為什么不是2倍

因為如果以單活塞卡鉗來看其實,在另一邊還是有裝上煞車皮的
只是這個煞車皮是不動的(直接貼緊卡鉗),那這一邊的煞車力道是哪來的?

答案很簡單:
就是牛頓第3定律(作用力=反作用力)
也是說,一邊卡鉗施多少力,則另一邊也就產生另一反作用力


這種感覺應該可以去問買過 giant某些06車款配的hayes sole 單活塞的車友們
當這些車友由hayes sole 升級 為雙活塞煞車,為什么沒有明顯感覺出雙活塞的煞車力道是單活塞的2倍之大,由此可見一斑







由上面公式,可知要增加煞車力道我們有3種方式:
1.可以增加f (按剎車把力量)
2.增加A(卡鉗伸出活塞的底面積)
3.也可以減少a(煞把活塞底面積)


我們再申論 以上三點(假設要放大煞車力4倍來說),有以下3種方式
1.第1點增加按煞把力量4倍即可
2.增加活塞底面積4倍
3.縮小煞把活塞底面積4倍


第1點增加按煞把力為4倍,這應該很容易理解

比較有問題的是第2.3點
因為2.3點還有一個要素要考量
這個因素就是 煞車油體積(V1=V2)是不變的



以第2點來說:
以煞車油的體積是不變的前提下,如增加活塞底面積4倍
勢必會使活塞伸出長度,縮為原來的1/4
這意味該活塞將使盤片與卡鉗的距離要更近,所以盤片,煞車片間的對準要更精確
如下圖的油壓系統放大倍率為4倍
按這里檢視圖片


以第3點來說
煞車油的體積是不變的前提下,縮小煞把活塞底面積4倍
會使壓煞把的距離增為4倍
當然,這之間要考慮使用者的手指長度與使用上的實用性





而真正的切線煞車力(煞車力矩) =
推煞車片力(Fb) X 煞車片摩擦系數(Fr) X 碟盤半徑(R)
所以,其實要增加切線煞車力(煞車力矩)還有增加煞車片的摩擦系數與加大碟盤半徑,2種方式


首先:談到煞車片摩擦系數就必須談到煞車片....以shimano來說,在煞車皮材質上就有一些小差異了
目前市面上還有流通的大致為Resin 與 Metal這2種
Resin 貨號為M07S
Metal貨號為M06

Resin M07S為新一代的煞車皮配方,新導入合成樹脂,
可以降低長時間煞車鎖產生的噪音
至于舊款的金屬配方,也非一無是處,至少比較耐磨就是一特點

至于在制動力上呢?貓目前手上沒有 M06 Metal 可以與 M07S Resin做比較
所以,報告先欠著了




最后,可以加大煞車力道的方式: 加大碟盤半徑


目前,常使用在自行車上的盤片尺寸分別為160mm;180mm;203mm
一般直覺上我們感覺加大碟盤,所得的煞車力道是隨著盤片半徑(力臂),而做線性提升

以160mm 與 180mm 的碟盤做比較:

160mm與180mm的碟盤半徑分別為80mm與90mm
80mm與90mm則分別為該盤片煞車力臂
故180的盤片煞車力臂為160的90/80=1.125倍

耶~~~怎么才1.125倍啊!!??
等等~~先別急著下定論,注意到沒?
貓是說力臂是1.125倍,并不是說煞車制動力為1.125倍

一般我們說的煞車制動力應是指:
把一個移動中的物體,變成停止狀態

所以,越好的制動力,應是指能在越短距離內使移動物體停止

因此,事情就開始有點復雜了
有些物理底子的人 看到以下這個公式就應該明白了



m=全車質量
v=速度
S=煞車片與盤片摩擦距離

又前文中我們導出:
切線煞車力(煞車力矩):
推煞車片力道(Fb) X 煞車片摩擦力(Fr) X 碟盤半徑(R)

這里我們可得完整公式:


其中S(煞車片與盤片摩擦距離)反比于 盤片半徑(R)
所以,160的盤片 所需磨擦的距離為180盤片的1.125倍
故S160=1.125 x S180 (S180=S160/1.125)

所以我們假設 以160碟盤來磨擦1圈的距離可以完全煞停的動能
換到180的碟盤上則需轉幾圈呢?


S160= 160mm x 3.14
S180= S160/1.125 = 160mm x 3.14 / 1.125


而S180是占180盤片的幾圈呢?
S180= 160mm x 3.14 / 1.125
180盤片的圓周=180mm x 3.14
所以是占

嗯!答案出來了! 160碟盤轉一圈可以煞住的動能
拿到180碟盤上只需0.79圈


不只0.79這樣如此,我們還要換算成26吋的輪圈來求實際省下的煞車距離
1-0.79=0.21(180碟盤省下的圈數)
0.21 x 26吋 x 3.14= 17.1444吋=43.55公分

如果以160轉一圈可煞停的動能下,180碟盤可比160碟盤提早43.55公分煞停
嗯~~我想,這個數字應該能比較安慰你了吧!


總結:
為什么V夾的煞車力臂是26吋 輪圈,可是制動力卻比力臂160mm的油碟差?
ANS: 因為 油壓系統可以放大壓煞車片的力道(一般為10~17倍),這倍數遠勝于26吋輪圈對于160mm盤片的倍率



要如何得知你目前煞車的的放大倍率?
原則上,我們可以肉眼來粗估計卡鉗的放大倍率
壓煞把然后觀察 煞把支點移動的距離/卡鉗活塞移動的距離=放大倍率(一般設定在10~17倍)
類似的道理,用在線拉V夾上所得即為1(表示V夾并無放大)
機械碟,因為貓沒玩過機械碟,所以貓猜測:機械碟的卡鉗里應該有類似齒輪的機構來放大煞車力道
一樣應可由上述方式粗估計放大倍率


為什么要有4活塞,6活塞,8活塞的 卡鉗的問世?
ANS:原因很簡單 就是要增加A(活塞伸出底面積),并不單純只是增加磨擦面積而已
所以,我們觀察多活塞的卡鉗,其活塞位移的動作都是很小(造成常常磨碟)


金屬油管的必要性?
其實前文的煞車油V1=V2在現實世界里是不存在的
通常油管都會有些微的彈性,所以V1其實是稍微大于V2的
這其中的小差異就是用來撐開油管所喪失的,要減少這喪失唯有降低油管的彈性
(所以我們觀察按煞把時,可以發現油管是有撐直的趨勢)

以油管外圍包復金屬網即是一個好方法
也可以加厚油管來達成

所以,有人說金屬油管的感覺比較直接,很死硬
而塑膠油管則帶點Q感,即是由此而來

換個技術層面的說法:
當我們用力壓煞把金屬油管是可以比較完整的把力道傳到煞車片上,不流失
而塑膠油管則會把一小部份的力道浪費到撐膨油管上


加大碟盤的優缺點?
優點:同上文所述可以增加制動力,外觀上也讓人更噴張些
缺點:因為盤片圓心離煞車作用區域(圓周)更遠了,使得圓周的固定性更差,
如果轉彎的動作大一點,急一點,盤片就會產生類似蕩劍一般的抖動效果,因而磨到煞車皮




空氣跑進去油壓系統中,一定就會油壓失靈嗎?
不一定如此!
這還要看這個氣泡的位置來定論。如果氣泡是在油壺里 則不影響煞車功能
其實,油壺在整個油壓系統中,是不屬于油壓的一部份的(油壺里的油是不受煞把活塞壓力)
所以,油壺里有沒有跑空氣進去,并不是那么重要(這一點可以從一些機車透明油壺里看到氣泡 得證)

也就有這么一說:把車倒立會造成油壓煞車跑進空氣
其原因就是,如果你的油壺里原先是有氣泡,因為倒立就會讓這氣泡有機會回歸到剎車總泵里(進入油壓系統中)

相反的,有些騎士 其實油管中原先已有空氣,
用著用著,突然一天煞車力道居然回復到先前沒空氣的煞感了
原因就是,在油管里的氣泡 跑到油壺了

如下圖:
表示油壺里的氣泡,并不干擾到整個油壓系統的運作

總結

以上是生活随笔為你收集整理的不只是槓杆原理~~细说油压煞车的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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