Jak działają hamulce bębnowe? Budowa i zasada pracy

Hamulce bębnowe działają dzięki tarciu między okładzinami szczęk a wewnętrzną powierzchnią bębna obracającego się razem z kołem. Po naciśnięciu pedału hydrauliczny cylinderek rozpycha szczęki na zewnątrz, a ich docisk spowalnia obrót koła i zamienia energię ruchu w ciepło. Zamknięta konstrukcja chroni mechanizm przed brudem, lecz utrudnia odprowadzanie temperatury. Charakterystyczny dla tego rozwiązania efekt samowzmocnienia zmniejsza siłę potrzebną do uzyskania odpowiedniego hamowania.

Na czym polega działanie hamulca bębnowego?

Bęben hamulcowy jest połączony z piastą, dlatego obraca się razem z kołem. W jego wnętrzu znajdują się dwie zaokrąglone szczęki hamulcowe z okładzinami ciernymi. Same szczęki są zamocowane na nieruchomej tarczy nośnej, więc nie obracają się wraz z bębnem.

Po uruchomieniu hamulca rozpieracz przesuwa szczęki w kierunku wewnętrznej powierzchni bębna. Okładziny zaczynają trzeć o obracający się element. Powstała siła tarcia przeciwstawia się ruchowi obrotowemu, a energia kinetyczna samochodu zostaje przekształcona przede wszystkim w ciepło. W ten sposób maleje prędkość koła, a samochód zwalnia.

W typowym układzie hamulca roboczego rozpieracz jest uruchamiany hydraulicznie. Ciśnienie płynu hamulcowego przesuwa tłoczki cylinderka, które naciskają na obie szczęki. Hamulec postojowy może korzystać z mechanicznego mechanizmu, na przykład dźwigni lub krzywki połączonej z linką.

Z czego składa się hamulec bębnowy?

Najważniejsze elementy układu tworzą mechanizm, który przenosi nacisk z pedału na powierzchnię bębna:

• Bęben hamulcowy – wiruje razem z kołem, a jego wewnętrzna powierzchnia współpracuje z okładzinami.
• Szczęki hamulcowe z okładzinami ciernymi – są rozpierane na zewnątrz i wytwarzają tarcie potrzebne do hamowania.
• Rozpieracz, najczęściej cylinderek hydrauliczny – wykorzystuje ciśnienie płynu do przesunięcia szczęk.
• Sprężyny powrotne – odsuwają szczęki od bębna po zwolnieniu pedału.
• Tarcza nośna – nieruchoma podstawa, do której mocuje się szczęki, sprężyny i cylinderek.

W niektórych konstrukcjach rozpieracz może być mechaniczny. Nie zmienia to podstawowej zasady pracy, ponieważ także wtedy jego zadaniem jest dociskanie szczęk do bębna.

Jak przebiega hamowanie krok po kroku?

Proces od naciśnięcia pedału do wytracenia prędkości można przedstawić w następującej kolejności:

1. Naciśnięcie pedału hamulca zwiększa ciśnienie płynu w układzie hydraulicznym.
2. Ciśnienie przesuwa tłoczki w cylinderku hamulcowym.
3. Tłoczki rozpierają szczęki, które obracają się o niewielki kąt wokół swoich punktów podparcia.
4. Okładziny dociskają się do wewnętrznej powierzchni obracającego się bębna.
5. Tarcie ogranicza moment obrotowy koła, a energia ruchu zmienia się w ciepło.
6. Po zwolnieniu pedału sprężyny cofają szczęki, dzięki czemu przestają one naciskać na bęben.

W czasie hamowania współpracują ze sobą hydraulika, mechanika i materiał cierny. Samo ciśnienie płynu rozpoczyna proces, ale ostateczny efekt zależy także od stanu okładzin, bębna, temperatury oraz siły tarcia.

Na czym polega efekt samowzmocnienia?

Efekt samowzmocnienia sprawia, że obracający się bęben pomaga dociskać jedną ze szczęk do własnej powierzchni. Nie chodzi więc wyłącznie o siłę pochodzącą z cylinderka. Gdy szczęka zetknie się z bębnem, siła tarcia działa w taki sposób, że może częściowo „wciągać” ją w kierunku obrotu bębna.

Szczękę obracającą się zgodnie z kierunkiem obrotu bębna nazywa się szczęką współbieżną. To ona korzysta z samowzmocnienia w największym stopniu. Druga szczęka, poruszająca się względem bębna w przeciwnym kierunku, jest szczęką przeciwbieżną. Jej działanie nie daje tak silnego wspomagania.

W praktyce moment obrotowy koła zwiększa docisk szczęki, więc układ może uzyskać dużą siłę hamowania przy mniejszym nacisku hydraulicznym. To jedna z przyczyn trwałości i niskiego zapotrzebowania na siłę w hamulcach bębnowych. Zjawisko ma jednak także drugą stronę. Charakterystyka hamowania zależy od kierunku obrotu, konstrukcji szczęk i temperatury, a niewłaściwe działanie mechanizmu może powodować nierówną pracę.

Hamulce bębnowe i tarczowe – najważniejsze różnice

Oba rozwiązania wykorzystują tarcie do wytracania energii, ale różnią się sposobem kontaktu elementów i odprowadzania ciepła. W hamulcu tarczowym klocki zacisku ściskają odsłoniętą tarczę. W bębnowym szczęki naciskają na powierzchnię znajdującą się wewnątrz zamkniętego bębna.

Największym ograniczeniem bębnów jest odprowadzanie ciepła. Przy wielokrotnym lub długim hamowaniu temperatura może wzrosnąć na tyle, że pojawi się fading, czyli czasowe osłabienie siły hamowania. Rozszerzanie się bębna i pogorszenie właściwości materiału ciernego zmniejszają wtedy skuteczność układu.

Z tego powodu hamulce bębnowe często montuje się na tylnej osi. Podczas hamowania większa część obciążenia przenosi się na przód, więc tylne hamulce pracują w lżejszych warunkach. Bęben zapewnia przy tym trwałość, ochronę przed zanieczyszczeniami i wygodną realizację hamulca postojowego. Jest jednak zwykle cięższy, co zwiększa masę nieresorowaną.

Podobny układ spotyka się w części samochodów elektrycznych. Rekuperacja ogranicza częstotliwość użycia hamulców ciernych, a rzadko używana tarcza może łatwiej korodować na powierzchni roboczej. Zamknięty bęben na tylnej osi jest mniej narażony na taki problem. Nie zastępuje on tarcz tam, gdzie potrzebna jest wysoka odporność termiczna, lecz może dobrze pasować do mniej obciążonej osi i spokojnego profilu jazdy.

Hamulce bębnowe są więc kompromisem między chłodzeniem a trwałością. Ich działanie opiera się na prostym tarciu, a efekt samowzmocnienia zwiększa siłę docisku. Dzięki temu pozostają użyteczne w wielu samochodach miejskich, lekkich pojazdach i na tylnych osiach, mimo że hamulce tarczowe lepiej radzą sobie z intensywnym odprowadzaniem ciepła.