Budowa i rodzaje hamulców

Hamulec służy do zmniejszania prędkości pojazdu samochodowego lub do utrzymywania go w bezruchu . Prawidłowość i skuteczność działania hamulców decydują o sprawności oraz bezpieczeństwie ruchu drogowego. Prawie we wszystkich krajach znalazło to odzwierciedlenie w przepisach drogowych ,określających wymagania co do własności i skuteczności działania hamulców .
Ujmując ogólnie , zadaniem hamulców jest zmniejszenie prędkości jazdy aż do jej całkowitego wytracenia wówczas , gdy kierowca uzna za stosowne zatrzymać samochód .
Zależnie od sposobu pracy rozróżnia się następujące mechanizmy hamulcowe:

* chwilowego działania - przystosowany do działania przez krótki czas 
z dużą skutecznością i powodujący gwałtowne opóźnienie ruchu pojazdu , np. w niebezpiecznej sytuacji ,

* ciągłego działania - ( tzw. zwalniacz ) - przystosowany do pracy przez dowolnie długi czas i powodujące umiarkowane opóźnienie ruchu pojazdu , np. podczas zjeżdżania po pochyłości ,

* postojowy - przystosowany do utrzymania w bezruchu pojazdu na postoju przez nieograniczony czas , nawet na drodze o dużym pochyleniu .

Hamulce są skonstruowane tak , że kierowca może regulować chwilową skuteczność ich działania przy czym siły hamowania w zasadzie rozkładają się równomiernie na koła poszczególnych osi .
Między siłami hamowania kół osi przedniej i tylnej bywa zachowany pewien stały lub zmienny stosunek , dobrany odpowiednio do rzeczywistego statycznego lub dynamicznego obciążenia osi kół jezdnych .

1. Bębnowe mechanizmy hamulcowe .

a ) Układ - SIMPLEX

Mechanizm hamulcowy o stosunkowo najprostszej konstrukcji
składa się z bębna osadzonego na piaście koła jezdnego
oraz dwóch szczęk zawieszonych na tzw. tarczy hamulca.
Szczęki hamulcowe są zaopatrzone w okładziny z materiału
charakteryzującego się dużą odpornością na ścieranie .
Każda ze szczęk jest ułożyskowana na sworzniu osadzonym
na tarczy hamulca osłaniającej jednocześnie otwartą stronę
bębna hamulcowego .Ze swobodnymi końcami szczęk
współpracuje rozpieracz , który podczas hamowania dociska
szczęki do bieżni bębna . Sprężyna odciągająca działa
odwrotnie tj . po zwolnieniu pedału hamulca zbliża szczęki
do siebie ( oddalając ich okładziny od bieżni bębna ).
Wskutek oporów tarcia podczas hamowania bęben usiłuje
przekręcić dociskaną do niego szczękę , czemu przeciwstawia
się jej sworzeń łożyskowy . W ten sposób siła hamowania
jest przenoszona kolejno poprzez oponę , tarczę koła , piastę
i bęben , sworznie szczęk , tarczę hamulca i elementy zawieszenia
- na ramę pojazdu . Jeżeli szczęki są zawieszone na oddzielnych 
sworznia , rozpieracz hydrauliczny działa na obie z jednakową siłą .
Największy luz między okładziną cierną szczęki a bębnem , wzrastający w miarę zużywania się okładziny ( tj.zmniejszania się jej grubości ) , reguluje się krzywką przekręcaną śrubą regulacyjną .

Mechanizm hamulcowy SIMPLEX o szczękach 
zawieszonych na sworzniach .

-3-
Wskutek większych nacisków okładzina szczęki współbieżnej 
zużywa się znacznie szybciej niż okładzina słabiej dociskanej 
szczęki przeciwbieżnej . Ze względów naprawczych wskazane 
jest , aby okładziny obu szczęk zużywały się z podobną 
intensywnością , co można zapewnić przez :

* zaopatrzenie szczęki współbieżnej w okładzinę o odpowiednio 
zwiększonej odporności na ścieranie niż okładzina szczęki przeciwbieżnej , 

* zwiększenie czynnej powierzchni okładziny ciernej szczęki współbieżnej ( zwiększenie kąta opasania ), 

* zróżnicowanie nacisków wywieranych przez rozpieracz , tak aby
na szczękę przeciwbieżną działała siła większa niż na szczękę współbieżną .

b) Układ - DUPLEX

Dużą skutecznością hamowania można uzyskać stosując układ 
o dwóch szczękach współbieżnych , w którym każda ze szczęk 
jest dociskana przez oddzielny rozpieracz i zawieszona na niezależnym sworzniu oporowym.


Mechanizm hamulcowy DUPLEX o dwóch 
szczękach współbieżnych podczas jazdy w przód.


-4-
Układ ten zapewnia pełną skuteczność hamowania tylko w jednym określonym kierunku obrotu bębna. W przypadku zmiany kierunku obrotu bębna skuteczność hamowania znacznie maleje , ponieważ wówczas obie szczęki pracują jako przeciwbieżne.


c) Układ - DUO-SERVO.

Wadą prostego układu samo wzmacniającego jest konieczność stosowania rozpieracza mechanicznego o obustronnym działaniu .
Obracaniu się rozpieracza przeciwdziała bowiem nacisk górnego końca szczęki przeciwbieżnej wskutek czego nacisk na pedał hamulca musi być odpowiednio większy niż w przypadku 
zwykłego mechanizmu hamulcowego .



Mechanizm hamulcowy o szczękach w układzie
samo wzmacniającym i hydraulicznym rozpieraczem .


Rozpieracz mechaniczny takiego mechanizmu ma jedną krzywkę i osadzony jest przesuwnie . Podczas hamowania szczęka przeciwbieżna opiera się swym górnym końcem o ruchomy zderzak , co zapewnia odciążenie rozpieracza i zmniejszenie wymaganego nacisku na pedał hamulca .

3. Tarczowe mechanizmy hamulcowe

Tarczowy mechanizm hamulcowy różni się w zasadzie od bębnowego tylko tym , że funkcję bębna spełnia sztywna tarcza .
Współpracujące ślizgowo z tarczą hamulca elementy cierne są dociskane równolegle ( a nie promieniowo , jak w mechanizmie bębnowym ) do osi obrotu koła lub wału . Tarczowy mechanizm hamulcowy może być wykonany jako :

* mechanizm z tarczą wirującą : związana z kołem lub wałem , 
tarcza cierna obraca się i jest hamowana przez dociskanie 
przesuwnych szczęk osadzonych w nieruchomej obudowie , 

* mechanizm z tarczą nieruchomą : związana z kołem lub wałem
obudowa obraca cię i jest hamowana dzięki dociskaniu 
odpowiednich elementów ciernych do nieruchomej tarczy ciernej 
lub w skutek rozsuwania członów tarczy ciernej .

a ) System - DUNLOP

Tarczowy mechanizm hamulcowy zakładany na koło samochodu ,
na nieruchomą obudowę zaopatrzoną w dwa rozpieracze 
hydrauliczne dwutłoczkowe , umieszczone naprzeciw siebie .
Podczas hamowania tłoczki rozpieraczy zbliżają się do siebie
i za pośrednictwem płytek oraz okładzin zaciskają wirującą
tarczę , związaną z piastą koła .

Tarczowy mechanizm hamulcowy koła samochodu wykorzystuje 
się często dodatkowo jako hamulec postojowy . W takim
przypadku obudowa zapatruje się w pomocniczy mechanizm
zaciskowy , sterowany cięgłem i dźwignią ręczną przez kierowcę .


b) System GIRLING .

Tarczowe mechanizmy hamulcowe samochodowych kół jezdnych ,
produkowane według licencji DUNLOP , wyróżniają się jedynie
drugorzędnymi szczegółami wykonania .
Na uwagę zasługuje podwojenie liczby cylindrów i wkładek
ciernych , dzięki czemu promień działania wypadkowych sił
tarcia jest większy , a więc większy jest moment hamujący w porównaniu z równoważnym pod względem czynnych powierzchni
tarcia rozwiązaniem z jedną parą wkładek .


c) System DBA-BENDIX .

Mechanizmy hamulcowe tego typu są stosowane w licznych 
samochodach europejskich m.in. w samochodzie Polski Fiat 125P.
Mechanizm taki odznacza się lekkością konstrukcji i nadaje 
się do instalowania na dowolne koła jezdne . 


Obudowa strzemienia jest nieruchoma , a obejma zaciskowa
może być przesuwana na odpowiednim prowadniku prostopadle
do płaszczyzny tarczy hamulcowej . Wskutek naporu płynu
hamulcowego tłok dociska klocek cierni do tarczy , a 
równoważna reakcja przesuwa w przeciwnym kierunku obejmę
zacisku , wskutek czego drugi klocek cierny również jest
dociskany do tarczy hamulcowej .
Ruch powrotny tłoka po zwolnieniu pedału hamulca jest
ograniczony przez pierścień uszczelniający tłok , odkształcający się wskutek różnicy ciśnień i oporów tarcia .

Konstrukcja mechanizmu hamulcowego tylnego różni się od
konstrukcji mechanizmu hamulcowego przedniego zastosowaniem
samoczynnego nastawnika luzu ( między klockami ciernymi i tarczą )
oraz elementami umożliwiającymi okresowe zaciskanie tarczy
hamulcowej , tj. wykorzystanie mechanizmu jako hamulca postojowego.
Samoczynny nastawnik luzu składa się z gwintowanego sworznia
oraz nakręcanej na nim tulejki odległościowej . Jeżeli wskutek
zużycia klocka ciernego luz miedzy czołem tulejki i dnem tłoka
zwiększy się , wtedy tulejka odległościowa przekręcając się na
sworzniu odpowiednio zmniejsza nadmierny luz . Podczas wyłączania
mechanizmu hamulcowego rozprężające się sprężyny tarczowe 
przemieszczają wzdłużnie sworzeń gwintowany , a tulejka odległościowa poprzez łożysko toczne i pierścień oporowy zmusza
tłok do przesuwania się wraz ze sworzniem gwintowanym .

d) System CHRYSLER.

Tarczowy mechanizm hamulcowy ma obudowę ze stopu lekkiego,
przymocowaną śrubami do piasty koła . Zewnętrzne ścianki dwuczłonowej obudowy zaopatrzone są w żebra usztywniające
i jednocześnie ułatwiające odpływ ciepła , wytwarzającego się
podczas hamowania , do powietrza atmosferycznego .

Wewnątrz obudowy znajdują się dwie tarcze hamulcowe w postaci
sztywnych pierścieniowych płyt dociskowych , podtrzymywanych 
przez sprężyny i osadzonych na nieruchomym wsporniku .
Małe sprężyny śrubowe usiłują zbliżyć do siebie tarcze hamulcowe .
Pozostałe sprężyny utrzymują tarcze hamulcowe w położeniu
środkowym , a jednocześnie tłumią drgania osiowe .
Na zewnętrznych ścianach tarcz hamulcowych naklejone są segmenty
okładzin ciernych . Wewnętrzne ścianki tarcz hamulcowych mają wnęki na stalowe kule swobodne . Do wewnętrznej tarczy hamulcowej przymocowane są dwa rozpieracze hydrauliczne , których
tłoczki współpracują z występami zewnętrznej tarczy hamulcowej .
Podczas hamowania , wskutek wysuwania się popychaczy tłoczków
z cylinderków rozpieraczy , obie tarcze hamulcowe przekręcają się
w przeciwnych kierunkach o pewien kąt , wówczas kule swobodnie 
tocząc się po skośnych bieżniach rozsuwają tarcze hamulcowe 
i dociskają ich okładziny do bieżni obudowy . Prawidłowe luzy 
spoczynkowe zapewnia urządzenie samoczynnie kompensujące 
skutki zużywania się okładzin ciernych .

Klocki hamulcowe

Materiałem ciernym pierwotnie /i do dziś/ stosowanym w klockach hamulcowych była mieszanina materiałów organicznych. Połączenie różnorakich materiałów żywicznych z włóknami azbestowymi /obecnie kevlarowymi/ z odrobiną sproszkowanego metalu. Tego typu klocki słabo sprawują się w deszczu, a także są bardzo podatne na fading. Wymagają także docierania zabezpieczającego je przed zeszkleniem. Polepszając właściwości klocków zaczęto stosować materiały ceramiczne i spieki metaliczne. Dzięki nim gwałtownie poprawiły się opóźnienia hamulców lecz w klockach metalicznych musiano zastosować izolację /lub odpowiednią wentylację/ między klockiem a tłoczkiem z powodu dużej przewodności cieplnej tego typu klocków. Spieki metaliczne w odróżnieniu od materiałów organicznych dobrze sprawują się w wyższych temperaturach, a ich skuteczność wraz ze wzrostem temperatury nie maleje, podobnie jak w deszczu.