Дисковые тормоза или V-brake (а также чуть-чуть арифметики)

Это так бы и было, если б Ваше колесо вращалось в воздухе(для чистоты эксперимента). Попытаюсь привести другой пример: баба копра. Она тормозится сваей, при этом в месте удара выделяется тепло
,но и свая уходит глубоко в землю. Каково соотношение этих двух работ?
Насчет сотен кг ,действующих на шпильку, тоже сомнительно. А если и действуют, то на ось, ибо колесо покоится на оси, а не на шпильке.
На шпильку же,гипотетически, может действовать разрывающее усилие, если колесо действительно начнет выворачивать и крепежные элементы шпильки упрутся в буртики на вилке. Однако, чтобы разорвать ее,полагаю, никаких сотен не хватит. Другое дело,имеющиеся приведенные единичные случаи обломов могут иметь место по совершенно иным причинам, коим несть числа. Shimano проводит ,по моему,как раз сейчас кампанию отзыва дефектных шпилек(можно найти на ихнем сайте подробнейшую информацию).
Благодарю за внимание.

_________________
старость меня дома не застанет

Коллега, прошу вас, не фантазируйте столь жестко. Ваши уподобления тормоза эл. лампе и свае с копром, конечно, неожиданны и красивы. Но в лампе и копре энергия преобразуется совершенно по-другому. Тарас как инженер сказал совершенно правильно.

Если вы сомневаетесь в том, что

- пощупайте самолично руками диск после затяжного торможения. А потом - резину. Попробую угадать: диск будет горячим, резина - холодной.
Так где в основном рассеивается энергия - на резине/земле или таки на колодках/диске?
Если проделать то же с ви-брейками, горячим окажется обод. А резина - по-прежнему холодной.



Прикинем очень грубо порядок усилий. Диаметр диска в 3,5 раза меньше диаметра обода (160 мм против 559 мм). При отрицательном ускорении 1g (вполне достижимо в начале торможения со злой резиной) практически весь вес гонщика и байка приходится на переднее колесо.
Допустим, вес байка с гонщиком - 85 кг. На ободе будет усилие торможения чуть больше (внешний диаметр резины больше диаметра обода). Простая прикидка дает примерно 100 кг. На диске же тормозное усилие будет 100х3,5=350 кг.
Причем сила реакции на оси втулки примерно равна тормозному усилию на диске. Но при этом усилие не распределено на две "ноги" вилки (как у ви-брейков), а сосредоточено целиком на левой "ноге" и на левой части шпильки у концентратора напряжений - в точке, где на шпильку крепится эксцентрик.
А вилочный дропаут "открыт" вниз. Это же обычная вилка для ХС, а не вилка под вставную ось для жестких дисциплин.
Именно туда - вниз - и направлена сила реакции на втулке в ответ на силу, развиваемую дисковым тормозом. См. недавно приведенную картинку.



Ось нам не сильно поможет, ибо дропаут, как сказано, открыт вниз. А именно туда дисковый тормоз и вытесняет эту самую ось (снова та же картинка).



Это ваше дело - верить в представленную модель или нет. Я тоже не говорю, что она 100%-но правильная. Я говорю лишь о вероятной причине поломок.
Кстати, если ломается шпилька, то всегда - передняя. По всяческим данным - только если стоит дисковый тормоз. С "ви" подобных аварий не замечено.

2 Andr
Выкладки совершенно неверные. На ось в этом случае действует сила гораздо больше той, чем ты предполагаешь.
Считать неохота, но надо воспользоваться втором законом Ньютона, по которому сумма всех сил равна произведению массы на ускорение (-1g как ты условно принял). На ось действуют не прямые силы, а пропорциональные тангенсу угла между горизонталью и прямой соединяющей ось с геометрическим центром колодок в суппорте. Второе, усилие колодок на ободе и то же самое усилие на диске - совершенно разные (при одинаковом замедлении) в связи с тем, что разные диаметры и соответственно разные площади тормозящих поверхностей (пи дельта р в квадрате). Поэтому усилия будут отличаться не линейно а в квадратично. Т.е. в случае с дисками усилие на ось будет отличаться на порядок, по сравнению с вибряками.
Именно поэтому, охотно верю, что шпильки легко лопаются на дисках.
Сам подобного не видел (слава Богу). Но предупрежден - значит вооружен. Спасибо за инфу.

_________________
Удачи!
Сергей.

Позволь не согласиться с тобой.
Здесь оперировать нужно не площадями тормозных колодок. Они тут ни при чем. Ключевое слово задачи о силе, действующей на ось - момент.
Как мы знаем, момент равен произведению силы на плечо:
M=F*L
Для торможения велосипеда необходимо на его колесе создать определенный тормозящий момент. Причем величина тормозящего момента не зависит от типа и конструкции тормоза. Она зависит от веса велосипедиста и величины отрицательного ускорения, которое действует на остановку велосипеда. Разумеется, для простоты понимания я принимаю, что торможение осуществляется только передним тормозом.
Итак, имеем момент торможения Мт. Его создает с одной стороны сила инерции, вызванная отрицательным ускорением торможения, с другой стороны - противодействующая ей сила сцепления колеса с грунтом.

Этот момент торможения и должен уравновешиваться моментом, развиваемым на тормозных колодках.
Момент для тормозов:
Mт=Fk * Lk,
где
Fk - усилие, возникающее на тормозных колодках,
Lk - расстояние от колодок до центра вращения (оси колеса).

Обозначим индексами "о" и "д" соответствующие величины для ободного и дискового тормозов соответственно.
Имеем:
Mт = Fо * Lо = Fд * Lд,
иными слованми:
Fо * Lо = Fд * Lд
или же
Fд = Fо * Lо / Lд

Это и есть усилие на колодках, противодействующее которому и стремится вырвать ось колеса из вилки. Имеем прямую зависимость от расстояния от колодок до оси колеса.

Все не до конца правильно .

1. максимальное тормозное усилие зависит от положения центра масс системы велосипедист-велосипед относительно точки контакта колеса с землей.
2. на колесо действует не один момент и не одна сила. Ну, с моментами andr прав, а вот силы надо сложить все. Векторно. Суть изложенного andr и Тарасом от этого не изменится, но цифры будут немного другими.

А воообще, Андр и Тарас правы.

Я же писал: "Прикинем очень грубо порядок усилий".

Речь шла о влиянии дискового тормоза на ось переднего колеса. И поэтому вышеприведенные теоретизирования строились для сравнения процессов торможения ободным и дисковым тормозами. Для обоих случаев центр масс, тормозное ускорение и прочие величины полагались одинаковыми. Рассматривалось только различие сил, действующих на ось переднего колеса.

впередсмотрящему...

хоть лампы хоть сваи хоть диски хоть вибрейки хоть жопа об асфальт... торможение это превращение кинетической энергии в рассеиваемое тепло...

и чем лучше идет процесс рассеивания тепла с "тормозящих" рабочих поверхностей тем эффективней торможение...

_________________
В экстремальном отдыхе главное - вовремя заметить, когда заканчивается экстрим и начинается 3,14здец...

Завязавщаяся дискуссия не так проста, как может показаться на первый взгляд. Не дай Бог уничтожить эту тему! По результатам издадим коллективный бестселлер "Теория торможения".
Просто изначально надо было уточнять, для какого случая рассматриваются потери энергии. Поскольку ключевым моментом,ИМХО, является инерционный:медленно тормозишь, либо на длинном спуске-на сто пудов с вами согласен. Но при резком,активном торможении-буду стоять на своем!

_________________
старость меня дома не застанет

Хух
Народ попробую ввязаться.

Если происходит проскальзывание в паре трения то соответственно совершаеться некоторая работа по

преодолению сил трения, потери при этом превращаються в тепловую энергию (нагрев), в разрушение

материала(черный след от резины на дороге, стирание обода, колодок тормозного диска) и лучистую

энергию (процент малый но таки есть).
Если происходит проскальзывание и коэффициент трения равен 0 то имеет место свободное качение

когда рассеивания энергии в системе не происходит.
Еще один частный случай когда проскальзывания нет и эллементы системы неподвижны друг по

отношению к другу. В этом случае работы по рассеиванию энергии равна 0.

Расмотрим торможение в общем случае, который представляет из себя торможение с

проскальзыванием шины в пятне контакта и проскальзывание в тормозном устройстве (диск/обод не

суть важно). Т.е. и на колесе и в тормозном узле реализуеться рассеивание энергии. Дальше

интереснее, коэффициент теплопроводности у резины на порядок меньше, поэтому она плохо

нагреваеться и быстро отдает набранное тепло, в крайнем случае могут быть локальные прижоги

(правда не в наших случаях), а за счет соприкосновения с шероховатой поверхности - активный износ

резины Металл тормозных устройств обладает лучшей теплопроводностью и теплоемкостью, поэтому

нагрев сохраняеться дольше. Это что касаеться тактильного восприятия на тему что именно тормозит.

Насчет модели торможения попробую и я внести свою лепту.
Сила приложеная к тормозному диску направлена в противоположную вектору скорости сторону. Так

как колодка распологаеться примерно в 20-45 градусов от вертикальной оси (в зависимости от

конструктивного исполнения) получаем
Ftx=-Ft*cos(alpha);
Ftz=-Ft*sin(alpha);
где Ftx, Ftz-продольная и вертикальная составляющая тормозного усилия соответственно, Ft -

тормозное усилие на тормозе, alpha - угол к вертикальной оси проходящей через ось колеса

Расмотрим силы действующие в пятне контакта переднего колеса с учетом знака от веса велосипеда с

велосипедистом
Fz_fpk=m*g*l1/L+m*a*H;
Fx_fpk=-d*Fz_f0;
где Fx_fpk, Fz_fpk - продольная и вертикальная составляющая силы на оси переднего колеса в пятне

контакта , a - ускорение велосипеда при торможении без учета знака, d - коэффициент трения на

переднем колесе, g - ускорение свободного падения, m - масса велосипеда с велосипедистом, H -

высота центра масс, l1 - расстояние от центра масс до оси переднего колеса, L - база велосипеда

Введем дополнительную связь между усилием на тормозе и ускорением замедления велосипеда
Ft=-Fx_fpk*R/r;=>
Ft=(g*l1/L+a*H)*m*d*R/r
где R - радиус качения колеса, r - плечо действия тормозной силы
Силы действующие на ось колеса вместе защемления со стороны тормоза
Fx_fo=0,5*Fx_fpk+k*Ftx;
Fz_fo=0,5*Fz_fpk-k*Ftz;
=>
Fx_fo=0,5m*(g*l1/L+a*H)-(g*l1/L+a*H)*k*m*d*R/r*cos(alpha);
Fz_fo=-0,5(g*l1/L+a*H)*m*d+(g*l1/L+a*H)*k*m*d*R/r*sin(alpha);
=>
Fx_fo=m*(g*l1/L+a*H)*(0,5-k*d*R/r*cos(alpha));
Fz_fo=m*d*(g*l1/L+a*H)*(k*R/r*sin(alpha)-0,5);
где k-коєффициент учитівающий тип тормоза (k=1 - дисковый, k=0,5-тормозной)
суммарная сила в месте крепления
Получим примерное соотношение приращение силы на оси подставив примерные значения для

дискового и ободного тормозов, при помощи простых получим:
a=Fx_fo_disk/Fx_fo_obod=/(0,5-1*0,8*355/75*cos(12))/(0,5-0,5*355/330*cos(0))/=/-3,2/0,038/=84,21;
b=Fy_fo_disk/Fy_fo_obod=/(0,5*355/75*sin(12)-0,5)/(0,5*355/755*sin(0)-0,5)/=/ -0,056/-0,5 /=0,11;
При сложении соотношений
(a^2+b^2)^0.5=84.21
Вывод, надо с большИм усилием затягивать эксцентрик иначе срежет к чертям собачьим!!!! а еще лучше гайки...

_________________
Умный в гору не пойдет... шептал сапер крутя ручку динамомашины

Norco Kokanee White `06
Fort Agent

Пришел к выводу, что разрыв стержня эксцентрика происходит из-за недостаточной торсионной жесткости вилки. Как нибуть на досуге постараюсь просчитать.

_________________
Умный в гору не пойдет... шептал сапер крутя ручку динамомашины

Norco Kokanee White `06
Fort Agent

Спасибо за мысли. Добавлю лишь, что торможение с проскальзыванием резины по земле (юз) менее эффективно, нежели без проскальзывания. С юзом на прямой всегда больше тормозной путь. Авто- и мотогонщики знают.

Насчет торсионной мягкости ты прав. Если вилка без вставной оси, с диском у нее здорово "заплетаются ноги" и на ось приходится мощная растягивающая/изгибающая нагрузка. Открытые книзу дропауты - скорее, дополнительный фактор риска, чем единственная причина поломок.

Ну вообще то на всех FS диаграммах полученных экспереминтальным путем максимум приходиться на 10-15% проскальзывания, именно эту величину и отлавливает антиблокировочная система.

_________________
Умный в гору не пойдет... шептал сапер крутя ручку динамомашины

Norco Kokanee White `06
Fort Agent

уж ввязался так ввязался. много написал. Тем не менее, низачот.



Здесь у тебя не сошлась размерность. Забыл Н разделить на L. Кроме того, ты не указал, что такое Fz_f0. И не понятно, при чем здесь коэффициент трения. Он нужен только там, где происходит скольжение. Оно будет происходить ИЛИ в тормозной системе ИЛИ в точке контакта с землей. Первое ассоциируется с нормальным торможением, второе - с юзом. Зачем рассматривать юз, который возникает редко, заканчивается плохо и не вызывает пиковых нагрузок на ось?


Здесь не понятно, каким образом сила торможения зависит от силы на колесо в ВЕРТИКАЛЬНОМ направлении. Или откуда взялись "(g*l1/L+a*H)"?