Tìm hiểu về phanh đĩa và phanh tang trống

Hầu hết chúng ta đều biết phanh đĩa và phanh tang trống khác nhau như thế nào? Nhưng vì sao phanh đĩa lại phổ biến như ngày nay? Vì sao phanh tang trống bị thay thế bởi phanh đĩa nhanh đến như vậy? Bài viết này sẽ giúp chúng ta hiểu thêm về điều đó.

Phanh tang trống

Phanh tang trống gồm 2 phần cơ bản: trống phanh và má phanh. Phần trống phanh có dạng hộp rỗng, gắn liền với trục dẫn động với bề mặt tiếp xúc bên trong được làm nhám nhằm tăng hiệu quả phanh. Guốc phanh được làm bằng thép, bề mặt tiếp xúc với trống phanh được phủ 1 lớp hợp chất chịu ma sát. Guốc phanh được điều khiển bởi dây cáp hoặc piston thủy lực để tạo lực bung, ép vào trống phanh. Hệ thống này khá phức tạp, nhiều chi tiết cồng kềnh, độ bến kém, quá trình bảo dưỡng phức tạp…Lớp vật liệu dùng làm bề mặt ma sát thường được chế tạo bằng asbestos hoặc hợp chất của nó. Hợp chất này rất có hại đến sức khỏe con người. Các nhà khoa học đã chứng minh được rằng asbestos gây nên một số ung thư trên cơ thể người và nó đã bị cấm sử dụng từ những năm 1980.

Kết cấu của phanh tang trống khá đa dạng, tùy thuộc mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật. Dưới đây là một ví dụ:

Mỗi guốc phanh gồm 1 đầu cố định và đầu tựa vào piston thủy lực. Với cấu hình như trên, khi tang trống quay, lực ép từ piston thủy lực làm cho má phanh trước ép vào tang trống. Do cách bố trí, chiều từ đầu cố định đến đầu di chuyển của má phanh trước trùng với chiều chuyển động của tang trống, khiến cho lực ép bị giảm. Vì thế, các kỹ sư đã tăng diện tích tiếp xúc của má phanh trước để bù đắp lại mất mát này. Với cách giải thích tương tự, má phanh sau sẽ có chiều hướng tự làm tăng lực ép lên tang trống, khiến việc điều khiến khó khăn và dễ dàng gây ra hiện tượng “bó phanh”. Thế nên, phần diện tích tiếp xúc của nó đã bị cắt giảm.

Phanh đĩa

Phanh đĩa gồm 3 phần chính : đĩa phanh, má phanh và cùm kẹp phanh. Cùm kẹp phanh giữ các má phanh và ép chúng tỳ lên mặt đĩa phanh để tạo lực phanh. Điều này tiện lợi hơn phanh tang trống vì kích thước má phanh nhỏ hơn nhiều, gần như toàn bộ diện tích tiếp xúc của má phanh đĩa đều tiếp xúc với đĩa phanh (trên phanh tang trống, diện tích tiếc xúc của bề mặt guốc phanh bị hạn chế do sự khác như ở bán kính cong của guốc phanh và tang trống). Hơn nữa, đĩa phanh liên tục quay tròn và được làm mát liên tục, phần diện tích tiếp xúc với má phanh sẽ phải hoàn thành hết một vòng quay mới tiếp tục bị ma sát với má phanh.

Về thiết kế, hê thống phanh đĩa được phân làm 2 dạng: dạng trôi (floating) và dạng cố định (Fixed).

Cùm kẹp phanh dạng trôi được thiết kế có 1 piston bên 1 phía, phía còn lại là mặt tựa. Khi có lực tác động, piston ép má phanh tỳ lên mặt đĩa phía bên này, phản lực từ đĩa sẽ đẩy cả cùm phanh di chuyển, nên kéo theo má phanh bên mặt tựa ép vào mặt đĩa còn lại.

Không giống như cùm kẹp phanh dạng trôi, cùm phanh cố định không hề di chuyển vì 2 bên mặt đều có piston thủy lực được bố trí đối xứng. Khi có tác động, các piston 2 bên ép 2 má phanh tỳ vào đĩa phanh, quá trình không đòi hỏi sự di chuyển của cả cùm phanh. Điều này làm cho giá thành sản xuất đắt đỏ và kết cấu phức tạp hơn dạng cùm trôi. Trên một số dòng xe thể thao hiệu năng cao, các cùm phanh này thường được bố trí nhiều piston kẹp mỗi bên, thường sẽ là 4, 6, thậm chí 8 piston trên 1 cùm phanh.

Việc bố trí nhiều piston ép trên 1 cùm phanh giúp tăng lực ép từ má phanh lên đĩa phanh, giúp tạo ra tổng lực phanh lớn hơn. Tuy nhiên, tăng lực phanh lớn chưa hẳn đã tốt nếu nó vượt quá mức giới hạn và gây bó phanh. Việc tăng lực ép từ má phanh lên đĩa phanh sẽ làm tăng nhanh quá trình mài mòn, dẫn đến làm giảm tuổi thọ hệ thống phanh. Để khắc phục điều này, các kỹ sư đã tăng đường kính của đĩa phanh lên, đồng thời tăng diện tích tiếp xúc của má phanh với đĩa phanh. Chính việc này giúp cho lực phanh trải đều trên diện tích lớn hơn, dẫn tới áp suất đặt lên đĩa phanh nhỏ lại. Lợi điểm là sẽ giúp tăng khả năng giải nhiệt của đĩa phanh hơn.

Hầu hết các đĩa phanh được làm bằng thép carbon, vì nó cho khả năng chịu nhiệt và mài mòn tốt trong suốt quá trình phanh, thậm chí nó có thể nóng đỏ lên nếu có đủ năng lượng phanh. Nếu nhiệt độ lên quá cao, chất liệu ma sát trên má phanh có thể bị thăng hoa (chuyển đột ngột từ trạng thái rắn sang trạng thái khí), tạo ra một lớp màng đệm giữa đĩa phanh và má phanh như một dạng bôi trơn. Điều này làm giảm hiệu năng phanh của hệ thống. Để khắc phục điều này, đĩa phanh làm từ hợp chất gốm-carbon đã ra đời. Hệ thống mới này có khả năng chịu nhiệt gấp 2 lần so với kiểu thiết kế đĩa thép-carbon.