Ободные тормоза V-brake и клещи. В чём сила, брат?

По многочисленным просьбам читателей предлагаю вашему вниманию физику процесса работы ободных тормозов клещевого и V-типов. Ввиду отсутствия точных данных в виде размеров и значений сил, буду лить голую теорию, которую можно будет впоследствии применить на практике, обладая не хитрыми инструментами и пытливым умом.

Итак, система ободных тормозов состоит из собственно тормоза с колодками (то, что прикручено к вилке), троса и ручки (то, что прикручено на руле). Я не буду рассматривать тут части тормозов и настройку, а покажу какие куда действуют силы и где же располагаются рычаги. На вопрос о том, какие тормоза сильнее из ободных вы сами сможете ответить используя мои выкладки. Однако, и все досконально силы не стану расписывать, потому как они только помешают пониманию основной задумки. 🙂

Начну с самих тормозов — в чём их кардинальное отличие.

Тормоз клещевого типа. Отличается тем, что обе лапки тормоза находятся на одной (достаточно длинной) оси. Конструкцию и настройки, думаю все знают и понимают. Это рычаги 1 рода, когда плечи находятся с разных сторон от точки опоры — оси тормозов.

клещевые тормоза

Красными линиями обозначены те самые рычаги, которые действуют на прижимание колодок к ободу колеса. Рычаги обладают плечами. Плечо в направлено от оси тормоза к поверхности колодки — назовём его приводимым плечом, так как оно приводится в действие приводящим плечом. (а вы как хотели — всё просто). Приводящее плечо обзовём а. Почему на рисунке есть а1 и а2? Потому, что они разные. 🙂 Действительно в расчёт нужно брать только плечо, имеющее меньшую длину, так как именно это плечо определяет силу воздействия на тормоз. Большее плечо а2 только лишь подводит вторую лапку к ободу. Конечно, плечо а2 участвует в процессе торможения, но ввиду своей бОльшей длины создаст бОльшее усилие, которое должно будет компенсироваться плечом а1 с другой стороны обода. Поэтому бОльшее плечо а2 и так будет создавать необходимое усилие. Определяющим в создании прижимающей силы будет плечо а1.

Тормоза V-типа. (бряки, брейки, иногда U-brake и прочий слэнг) Отличаются тем, что каждая лапка имеет свою ось и свою возвратную пружину.  Это рычаги 2 рода, когда плечи рычагов находятся с одной стороны от точки опоры.

V-brake

Здесь всё то же самое. Приводящее плечо а и приводимое плечо в. Оба плеча обеспечивают одинаковый ход и давление с обоих сторон обода при ПРУ (прочих равных условиях).

Немаловажную роль в создании силы давления на обод играют рычаги ручек тормоза. Вот они нарисованы красным и обозначены также а — приводящее плечо и в — приводимое плечо. Ручки могут быть разного типа, но соотношение плеч, несмотря на размер ручек может отличаться как в ту, так и в другую сторону. Смотрим.

ручка тормозаручка тормоза

Не стоит думать, что маленькую ручку будет сложно нажимать, совсем нет. Может оказаться, что и наоборот легче! Всё зависит от конструкции и соотношений длин плеч.

Теперь предлагаю для онимания и собственно рассчётов упрощённую схему, где нарисовал рычаги, плечи и силы. Силы нарисовал не все — их там намного больше, но ими пренебрегаем.

разложение сил

Тут всё становится ясно. Можно мысленно представлять как действует система. Велосипедист с силой Ч давит на плечо а ручки тормоза и приводит в действие плечо в, которое в свою очередь с другой уже силой Т действует на плечо а тормоза, приводя тем самым плечо в тормоза и создавая силу прижатия колодки к ободу П. В результате давления на обод создаётся противодействующая сила сопротивления сжатию колодки (не обозначена на схеме), которая через рычаг тормоза создаёт силу С. Разность сил Т и С в тросе оказывает силу, которая при достижении определённого значения  разрывает трос.

Что такое красное р на схеме? Да это грубо радиус обода колеса. Почему здесь? Потому, что колесо тоже будет являться своего рода рычагом. Колесо бОльшего радиуса будет легче остановить при ПРУ, потому что момент массы тормозящего тела будет приложен к рычагу р, обозначенному на схеме. Соответственно, к меньшему радиусу обода нужно приложить бОльшую силу П, чтобы тормозной путь был одинаковым и при ПРУ.  🙂

Тут можно много мечтать и рассуждать, но основные выкладки я привёл. Немного упомяну ещё столь немаловажный параметр как ход.  Всем известный Архимед, как знаете хотел свернуть Землю, только просил точку опоры (хорошо, что ему не предоставили её). Многие говорят, что это возможно было бы, однако:

1. Точки опоры нет

2. Нужен супер-пупер материал для изготовления рычага

3. Ему бы понадобилось много световых лет, чтобы перемещать приводящее плечо (куда прикладывается его — Архимедова сила)

4. Толку в этом никакого, а только стёб перед другими мыслителями и запугивание мирных граждан 🙂

В случае с тормозами, если переложить вышеуказанные выкладки, то:

1. Точки опоры есть — это оси тормозов и ручек

2. Материал нужен соответствующий и он добывается на Земле в виде алюминия и его сплавов. Однако, есть предел уменьшению габаритов рычагов с сохранением соотношений плечей. Можно уменьшить габариты, действующие силы и соотношение плечей сохранятся, но рычаги должны обладать бОльшим пределом на слом.

3. Собственно ход рычага. Известно, что есть ограничение хода ручки тормоза, обусловленное размером руки (пальца), чтобы было удобнее дотягиваться до ручки, продолжая держать руль. А также, желательно иметь минимальный зазор между колодкой и ободом по известным причинам (для ликвидации свободного хода, который увеличивает время реакции торможения). Можно также посчитать по схеме и ход троса при торможении.

4. В тормозах как раз есть толк 🙂

Архимед! Если ты нас читаешь — большой тебе респект и уважуха!

Ободные тормоза V-brake и клещи. В чём сила, брат?: 32 комментария

  1. warrior

    Э-э-э… ну ничего себе с утра подарочек!

    Кот, это, читаю… пока только пробежал глазами и увидел чертежи. Ну могуч, могуч однозначно! Силен! По определению уже зачет! Как минимум за чертежи, они много уже сами по себе поясняют, за количество букв, наверное умно закрутил, и за сюрприз!

    🙂

  2. Kot

    Ну это не всё, что можно было бы высосать из пальца с потолка. 🙂 Думаю, что основное будет обсуждаться в комментах 🙂

  3. warrior

    Немножко от меня. Таких тормозов с отверстием посредине уже не выпускают, я имею ввиду Shimano, такие делают для Китай-Байков или детских байков по 100 у. е. за пучок. Правильные тормоза (у нас с прекрасной половиной такие же) изображены ниже.

    велосипедные тормоза Shimano

    Размеры в милиметрах. Мерял +/– и чем попало. Попал в руки первым штангенцыркуль, но на точность это не повлияло. Итак.
    Учитываем также что рычаги там не прямо как нам видится работают, а есть внутри специальная точка приложения силы.

    Велосипедные тормоза чертеж

    Это с шоссейными тормозами значится.

    Теперь про тормозную ручку. Она в шоссеров, как уже написал Кот, отличается в сторону увеличения рычага.

    Велосипедные тормозные ручки шоссе

    Видно, хотя и чертеж не самый удачный.

  4. Алексис

    το βρήκες! (то врИкес! то есть — ты нашел!) врИско — ищу. То что кричал Архимед (АрхимИдис) — Еврика, это на древнегреческом. Сейчас бы кричал ВрИка!)
    Спасибо! Очень наглядно показано.
    Видимо, можно сделать и выводы из рисунков:
    1. V-тип тормозов, проигрывая в ходе по сравнению с клещевыми, проще (=надежнее), и дают бОльшее прижимное усилие (a/b больше, что видно из рисунков)
    2. Большое премущество ободных тормозов, то что это все механика. Без гидравлики в дисковых тормозах не обойтись — радиус колеса заменится радиусом диска.
    А если жидкость в гидравлике вытечет в дальнем походе? Поэтому я предпочел бы в автономный поход отправится с V-брейками. Но может я не прав. Kot! Вам респект! Хорошо бы вообще еще о механике велосипедов поговорить. Вот я на Бергамонте с трудом без рук езжу… Как-то неустойчиво виляет и в сторону норовит уйти… А в дестве без рук километры проезжал на подростковых велосипедах. В чем причина? Изменили кинематику но современнх аппаратах?

  5. Kot

    Алексис совершенно правильные выводы и в самую точку! Упрощённые схемы всегда располагают к правильным выводам 🙂 В долгий поход лучше брать простое и испытанное, которое можно легко починить или заменить подручными материалами — тут полностью согласен.
    Вот физика самого велосипеда займёт значительно больше места, она и инереснее. Я подумаю насчёт езды без рук и как это можно было бы объяснить на пальцах. Но нужно время, чтобы прийти к каким-то выводам и выкладкам. Честно сказать глубоко не думал над этим 🙂

    1. warrior

      Если брать за точку отсчета что новый велосипед изначально сбалансирован и едет ровно и не ведется в стороны, то езда без рук зависит от некоторого количества меняющихся параметров. Как то:

      1. спицовка. появилась восьмерка или яйцо и все – пропал баланс
      2. положение колеса относительно рамы и вилки – снял поставил колесо и велосипед уже ведет, а вчера не вело
      3. кривизна или ровность рамы – упал погнул раму и ведет, еще раз упал – и едет ровно.

      Наверное еще рулевая, положение седла и прочее играет роль, но я не замечал.

  6. Kot

    warrior тут несколько иначе всё будет происходить — несколько иначе, чем ты нарисовал — там куча составных плечей, которые нужно разрисовать в упрощённую схему. Это требует немного времени и терпения 🙂

    1. warrior

      Так это, я просто внес немного своего. Ну, типа поумничал. И всего то. Там таки да плечей и всего остального…

      Саму суть ты отразил в посте и очень доходчиво.

  7. Kot

    warrior с ездой без рук тоже не совсем прав — я с восьмёрками и овалами без рук ездил без проблем и рама у меня была горбатой после удара о Победу. И даже видел у кого колёса не в одной плоскости, а как у Татры — тоже ездили — тут от диспозиции зависит.

    1. warrior

      Вот, и комплекс этого всего или ведет велосипед или не ведет.
      У меня вот сейчас не ведет. Ни разу. Хотя перья задней вилки оба гнутые и заднее колесо не по штатному сдвинуто влево. Ну, кракодил, что тут и говорить.

  8. Kot

    только вопрос один. винт 7 упирается во вторую лапку? я так понимаю он для регулировки симметричности подхода колодок к ободу

  9. Kot

    тогда вот эта задняя полулапка жёстко прикручена на большой оси 2 при помощи детали 4 или 3?

  10. Kot

    Неужели эта задняя полулапка тоже подвижна? Тогда винт 7 должен упираться в неё, а не в переднюю лапку.

  11. Kot

    А! тогда ты прав со своей схемой рычагов, только, получается, что оранжевые плечи правильно нарисованы, а красные не очень правильно. Красные нужно рисовать от колодки до главной оси 2 и от оси 2 до верхнего края регулировочного винта. У меня тоже не совсем правильно — рисовать надо до верхнего края, куда упирается шланг тросика — там приложение силы.
    Винт 7 является симметрирующим винтом и не влияет на торможение, а силы, приложенные к нему влияют только на позиционирование колодок в момент их подхода к ободу — чтобы они одновременно коснулись обода. Это при правильной регулировке тормоза. При неправильной регулировке вполне возможно, что этот винт будет влиять и на процесс торможения 🙂

  12. Kot

    там это, просто часть прилагаемых сил будет уходить на симметрирование колодок пока они к ободу подходят, а потом есть подозрение, что в последний момент этот винт 7 вообще перестаёт на что либо опираться и рычаги будут такими, как я написал.
    Оказывается всё намного проще 🙂

    1. warrior

      Это, Кот, я винт 7 как-то ни разу не трогал. На обоих велосипедах. а это целых 4 штуки винта 7.
      Почему знаешь?

  13. Kot

    это методом дедукции 🙂 Тут 2 варианта
    1. если винт опирается на заднюю неподвижную полулапку, то там вообще не нужно думать — при торможении он просто отойдёт вместе с лапкой
    2. если он опирается на переднюю лапку — что вероятнее всего, потому что пружина возвращает только одну лапку — кто тогда возвращает вторую? — вот этот винт и возвращает 🙂 Потом предполагаем следующее — проводим вертикальные линии вверх от колодок. Эти линии при нажатии тормоза должны изменять угол одновременно и с одинаковой скоростью. Теперь сделаем в этих линиях изгибы, повторяющие изгибы лапки — получатся две буквы г, смотрящие друг на друга. Нарисуй теперь свой винт 7, где он должен быть (правее от центра). И начинай одновременно изменять угол обоих букв г, как будто тормозишь. Получится, что за счёт разного расстояния точка на верхней загогулине левой Г будет быстрее удаляться от точки винта 7, чем точка на правой загогулине. Думаю так. А что не так всё?

    1. warrior

      Константин, ты сам себя перемудрил. Ответ такой и он прост:

      У нас имеется два велосипеда типа крокодил. Собранных на коленке, на ней же покрашенные и так далее. Поставлены на раму тормоза Shimano и Tektro. Хорошо, правильно и ровно поставлены. Но если случается зацепить чего-то велосипедом, упасть, толкнуть и перекособочить тормоз как комплексную единицу то я просто не мудрствуя лукаво откособочиваю их обратно. И мне все равно что там краска слезет или еще чего. 🙂 Ибо не жалко.

        1. Michalych

          Наверное, нет смысла, Эдуард. Клещи, насколько я убого понимаю, для «Туриста» родные. А разработчики наверняка о чем-то да думали, когда разработничали.
          Впрочем, если:
          а) Вы в погоне за новизной впечатлений;
          б) Вы вообще уверены, что это возможно;
          в) Вы уверены, что сможете реально вымерить все исходные параметры, а потом внятно выбрать на рынке подходящие для Вашего вела (геометрически) тормоза V-типа;
          г) Вы уверены, что реально сможете произвести адекватную замену (если надо — просверлить, если надо — подогнать);
          д) Вы уверены, что в случае «эпик-фейла» сможете без потери в качестве поставить все обратно как было,
          то…
          ДЕЙСТВУЙТЕ!
          Всем всего. И Вам того же!
          Михалыч.

    1. Michalych

      Вечер. Под окнами вокруг дома катается на велике пацан. Мама лениво наблюдает с балкона.
      Мальчик выезжает из-за угла.
      — Ма-ам! Смотри, я умею ездить без рук.
      Мальчик скрывается за противоположным углом.
      Мальчик вновь выезжает из-за угла.
      — Ма-ам! Шмотри, я умею еждищь беж жубов!
      (с)
      откуда-то с этого сайта взято.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *