Má phanh xe bạn "thọ" bao lâu?

Tuổi thọ của một bộ má phanh phụ thuộc vào nhiều các yếu tố khác nhau từ phong cách lái xe của từng người đến các quy luật khách quan của vật lý. Nhưng các nhà cơ khí và nhà sản xuất xe hơi cùng cho rằng "thời hạn sử dụng" cho một cặp má phanh trung bình khoảng từ 48 ngàn đến 112 ngàn cây số, nhưng cũng có rất nhiều trường hợp xe chạy đến 160 ngàn cây mới phải thay má phanh.

Có lẽ bạn tự hỏi tại sao lại như thế? Thật ra không có gì khó hiểu. Các má phanh gồm nhiều loại khác nhau và được chế tạo từ những vật liệu khác nhau như compozit, kim loại và cả  gốm. Những miếng má phanh này được gắn vào một hệ thống phanh, tất cả các yếu tố này đều có ảnh hưởng đến tuổi thọ của má phanh. Thêm vào đó là yếu tố nhiệt, áp lực và ma sát sinh ra khi phanh. Nói một cách công bằng thì hệ thống phanh, đặc biệt là má phanh, là một trong những thành phần làm việc cực nhất trong xe của bạn.

 Nội dung bài viết này chỉ gói gọn cho má phanh của phanh đĩa chứ không phải phanh trống. Các má phanh dùng cho phanh trống cũng có cùng tác dụng và được chế tạo bằng những vật liệu giống như phanh đĩa, nhưng cơ chế hoạt động của chúng lại hơi khác.

 
Để trả lời câu hỏi về tuổi thọ của má phanh thì ta cùng nhìn vào vật liệu cấu tạo nên má phanh, hay vật liệu tạo ra ma sát cho phanh. Các má phanh nói chung có bốn loại: hữu cơ, bán kim, kim loại và tổng hợp. Mỗi loại đều có những đặc trưng riêng phải được xem xét để có thể xác định được tuổi thọ của má phanh:

 
Má phanh hữu cơ: được làm từ những vật liệu sợi phi kim liên kết với các vật liệu tổng hợp compozit. Các vật liệu này sau đó được xử lý với các vật liệu điều chỉnh ma sát bao gồm than chì, bột kim loại và thậm chí là vỏ quả hạch. Người ta cũng thêm các chất phụ gia để giảm tiếng ồn và cũng để xử lý truyền nhiệt.

Má phanh bán kim loại: là kết hợp của các vật liệu hữu cơ và các kim loại, từ sắt thép cho đến đồng, sau đó chúng được đúc, đổ khuôn và được gia công gắn kết để hình thành má phanh. Các má phanh này thường cứng hơn và có khả năng chịu nhiệt tốt hơn.

Má phanh kim loại: được hình thành từ việc tổng hợp nhiều loại kim loại được đúc dưới nhiều mức áp suất khác nhau, loại này từng được sử dụng rộng rãi cho các loại xe đua. Nhưng hiện nay, những tiến bộ của các vật liệu compozit và bán kim đã khiến má phanh kim loại gần như lỗi thời.

Má phanh tổng hợp: thường còn được biết đến với cái tên má phanh gốm, được làm từ hỗn hợp các vật liệu phi hữu cơ và phi kim loại, thường là bằng sợi thủy tinh và sợi aramid. (Sợi Aramid là một loại sợi tổng hợp có đặc tính kháng nhiệt và độ bền cao, chống mài mòn, dùng làm áo cho lính cứu hỏa, áo giáp, vỏ xe hơi, dây cáp, vỏ tên lửa...) Các miếng đệm này chỉ nặng bằng một nửa so với các loại má phanh khác, nhưng lại mạnh mẽ hơn, bền bỉ hơn, có khả năng phanh xe tốt hơn và tuổi thọ trung bình cũng dài hơn. Và tất nhiên, giá cả của nó cũng mắc hơn gấp đôi.

 Một bộ má phanh gốm

Đối với các vật liệu trên thì vật liệu hữu cơ có khả năng phanh xe tốt nhất. Tuy nhiên, khả năng phanh tốt cũng đồng nghĩa với việc vật liệu sẽ bị mòn đi nhiều hơn trong mỗi lần đạp phanh. Chính vì thế, các má phanh hữu cơ thường có tuổi thọ trung bình ngắn nhất. Còn các má phanh bán kim mà hầu hết các xe ngày nay thường dùng thì cứng hơn và có tuổi thọ trung bình dài hơn nhưng phanh lại không hiệu quả bằng má phanh hữu cơ. Các má phanh gốm cũng tương tự, mặc dù loại má phanh này có tuổi thọ trung bình cao hơn nhưng nó lại có khoảng cách hãm (phanh) dài hơn một chút.

 
Các má phanh có nhiệm vụ tạo ra ma sát vào các đĩa phanh để hãm động cơ. Nhưng từng xe có khối lượng khác nhau lại có những khoảng cách hãm khác nhau. Thường thì khi khối lượng xe càng lớn thì mô-men của xe càng lớn, và má phanh phải áp mạnh hơn vào đĩa phanh để xe có thể dừng lại hoàn toàn.

Nói một cách đơn giản nhất, nhiệm vụ chính của một hệ thống phanh là chuyển đổi động năng của xe thành nhiệt năng thông qua các thiết bị tạo ra ma sát - cụ thể là các má phanh. Động năng của xe khi đang chạy lại tùy thuộc vào khối lượng xe, tốc độ xe đang chạy và sự thay đổi tốc độ của xe lớn đến mức nào. Thường người ta tính động năng của xe bằng cách lấy khối lượng của xe nhân với bình phương tốc độ đang chạy rồi chia 2.

Ví dụ, hai xe đang chạy với tốc độ 50km/h, một chiếc nặng 900 kg, chiếc kia nặng 1800 kg. Vậy chiếc xe nhẹ hơn tạo ra mô-men khoảng 86,8 Nm, chiếc nặng hơn tạo ra nhiều gấp đôi, khoảng 173,6 Nm.

Hai chiếc xe vẫn chạy và sản sinh ra mô-men xoắn một cách bình thường cho đến khi người lái đạp phanh, lúc này một loạt các sự kiện sẽ xảy ra. Hệ thống phanh phải vượt qua quán tính động của xe (xe vẫn đang chuyển động) và áp đặt quán tính tĩnh lên xe (khiến cho xe dừng lại). Điều này được thực hiện bằng cách biến đổi động năng của xe thành nhiệt năng khiến phanh tạo ra rất nhiều nhiệt. Các má phanh trên những chiếc xe hạng nhỏ đang đi khoảng 96 km một giờ sẽ tỏa ra nhiệt khoảng 232 độ C khi dừng khẩn cấp. Tất nhiên điều này sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của má phanh. Hoặc đơn giản hơn, mỗi lần người lái đạp phanh, các má phanh bị đốt nóng và mòn đi một chút.

Phần cuối cùng trong những yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của má phanh là đĩa phanh (Rô-to). Má phanh ép vào đĩa phanh để hãm xe nhờ vào sự giúp đỡ của một bộ kẹp phanh.

 
Đĩa phanh có thể trông giống như một đĩa kim loại đơn giản nhưng nó được thiết kế rất đặc biệt để làm việc với bộ kẹp phanh và các má phanh. Khối lượng của đĩa phanh cũng như các vây tản nhiệt giúp giản tán bớt nhiệt sản sinh khi phanh và kéo dài tuổi thọ má phanh. Bề mặt đĩa phanh cũng được đánh bóng rất kỹ càng, đủ mịn để kéo dài tuổi thọ má phanh nhưng phải đủ thô để phanh có hiệu quả.