เทคโนโลยีและการทำงานของคาลิเปอร์เบรก

คาลิเปอร์เบรกเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของระบบเบรกของรถยนต์ หน้าที่หลักของส่วนประกอบนี้คือแปลงพลังงานไฮดรอลิกเป็นพลังงานกล การแปลงพลังงานนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงดันไฮดรอลิกจากแม่ปั๊มถูกส่งต่อไปยังลูกสูบคาลิเปอร์ทำให้เกิดแรงสำหรับกดแผ่นเบรกเข้ากับจานเบรกและทำให้ความเร็วรถลดลงหรือรถหยุดนิ่ง

ประเภทของคาลิเปอร์เบรก: แบบลอยตัวและยึดกับที่

คาลิเปอร์แบบลอยตัว

คาลิเปอร์แบบลอยตัวประกอบไปด้วยลูกสูบ (โดยปกติมีหนึ่งหรือสองตัว) ที่ด้านหนึ่งของคาลิเปอร์

ลูกสูบจะกดแผ่นเบรกหนึ่งแผ่นโดยตรงเข้ากับจานเบรก ในขณะที่แผ่นเบรกอีกผ่านจะถูกกดจากแรงเคลื่อนของตัวคาลิเปอร์แบบลอยตัวซึ่งจะเลื่อนไปตามรางที่ทำขึ้นเป็นพิเศษ

คาลิเปอร์แบบลอยตัวโดยปกติใช้กับรถยนต์ขนาดกลางและรถบรรทุกขนาดเล็ก (LCV) ปกติจะทำจากเหล็กหล่อกราไฟท์ทรงกลม

คาลิเปอร์แบบยึดกับที่

คาลิเปอร์แบบยึดกับที่เป็นชิ้นส่วนชิ้นเดียวที่ยึดกับระบบกันสะเทือนของรถ

โดยประกอบไปด้วยลูกสูบสองตัวขึ้นไปที่จะทำงานสวนทางกับแผ่นเบรก ในบางกรณีอาจมีการเลือกใช้ "ลูกสูบดิฟเฟอเรนเชียล" เช่น กรณีที่ลูกสูบมีขนาดแตกต่างกันในประกับชุดเดียวกัน

คาลิเปอร์แบบยึดกับที่ใช้สำหรับรถยนต์ระดับสูงและรถสปอร์ต ส่วนใหญ่ผลิตจากอะลูมิเนียมอัลลอย

กล่าวได้ว่าคาลิเปอร์แบบลอยตัวมักมีราคาถูกกว่าและขนาดเล็กกว่า ชิ้นส่วนมีความแข็งแรงและสามารถใช้งานกับระบบการทำงานที่แตกต่างกัน ในทางกลับกันคาลิเปอร์เบรกแบบยึดกับที่จะมีน้ำหนักเบากว่า สึกหรอเสมอกันมากกว่าและมีแรงบิดตกค้างน้อยกว่า รวมทั้งมีการออกแบบมาโดยเฉพาะ

คาลิเปอร์แบบชิ้นเดียวและสองชิ้น

คาลิเปอร์แบบยึดกับที่อาจผลิตจากวัสดุชิ้นเดียว (โมโนบล็อค) หรือสองชิ้นก็ได้ คาลิเปอร์แบบวัสดุชิ้นเดียวที่ผลิตจากวัสดุหล่อชิ้นเดียวจะมีสัดส่วนการเคลื่อนระหว่างมวล/ของเหลวที่ดีกว่า และมีรูปทรงที่ยืดหยุ่นกว่าเนื่องจากไม่ต้องใช้สกรูหรือสลักเกลียว นอกจากนี้ยังใช้พื้นที่แนวรัศมีน้อยกว่าเนื่องจากไม่มี Conical Draft

ในทางกลับกัน คาลิเปอร์เบรกแบบสองชิ้นจะผลิตและประกอบได้ง่ายกว่าเนื่องจากไม่ต้องขึ้นรูปชุดเครื่องมือพิเศษเป็นการเฉพาะ

การทำงานที่ถูกต้องของคาลิเปอร์เบรกจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง รวมทั้งคุณภาพของมาตรฐานการผลิตชิ้นส่วน การประกอบที่ถูกต้องและวัสดุที่เหมาะสม ความเรียบของลูกสูบ คุณภาพของแนวพื้นผิวและการดูดซับเชิงปริมาตร (ปริมาตรของน้ำมันเบรกที่ถูกดูดซับระหว่างการเบรกเนื่องจากการเปลี่ยนรูปของคาลิเปอร์) เป็นอีกปัจจัยสำคัญที่ทำให้ระบบเบรกมีการตอบสนองที่รวดเร็วและแม่นยำ

ส่วนประกอบหลักของคาลิเปอร์เบรก

คาลิเปอร์เบรกประกอบไปด้วยส่วนประกอบหลายอย่างได้แก่

ตัวคาลิเปอร์: ชิ้นส่วนจะต้องสามารถทนต่อความเค้น เพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นเบรกจะคงตำแหน่งอยู่ที่จานเบรกและรองรับลูกสูบได้
กระบอกสูบ: ทำหน้าที่รองรับลูกสูบและซีลกันรั่วระบบไฮดรอลิกเพื่อให้ลูกสูบสามารถเคลื่อนได้อย่างราบรื่นขณะเบรก
ลูกสูบ: ทำหน้าที่แปลงแรงดันไฮดรอลิกเป็นแรงกลเพื่อส่งแรงไปยังแผ่นเบรกโดยตรง ชิ้นส่วนผลิตจากวัสดุที่เป็นฉนวนเพื่อจำกัดการถ่ายเทความร้อนจากแผ่นเบรกไปที่น้ำมันเบรก โดยออกแบบมาให้ทนต่อการเปลี่ยนรูปที่อุณหภูมิสูงและไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำมันเบรก
รางเลื่อน: ทำหน้าที่รองรับการเคลื่อนตัวเชิงสัมพัทธ์ระหว่างตัวคาลิเปอร์และฐานรองยึดกับที่เพื่อให้แรงเบรกเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ
ซีล: ทำหน้าที่กันรั่วน้ำมันเบรกและยอมให้ลูกสูบเคลื่อนกลับไปที่ตำแหน่งเดิมหลังการเบรก (roll-back function) แม้ว่าจะได้รับแรงดันสูงถึง 350 บาร์ที่อุณหภูมิระหว่าง -40° และ +200° C แต่ในทิศทางตรงกันข้าม ซีลชนิดพิเศษนี้จะส่งคืนลูกสูบกลับไปที่ตำแหน่งในการทำงานที่ถูกต้องเมื่อการเปลี่ยนรูปแนวขวางของจานเบรกส่งแรงดันกลับเข้ามา (knock-back function) ทั้งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าช่วงการเบรกจะไม่มากเกินกว่าพิกัดที่กำหนด นอกจากนี้ซีลลูกสูบยังต้องไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำมันที่สัมผัสกับชิ้นวัสดุระหว่างการทำงาน (EPDM สำหรับน้ำมันเบรกมาตรฐาน DOT, HNBR สำหรับน้ำมันสูตรแร่)

ฝาครอบกันฝุ่น: ทำหน้าที่ป้องกันกระบอกสูบจากสิ่งสกปรกและความชื้น ป้องกันความเสียหายและการกัดกร่อน
สปริงแผ่นเบรก: ทำหน้าที่ดันแผ่นเบรกกับไปที่ตำแหน่งพักหลังทำการเบรก สปริงนี้ยังทำหน้าที่กดแผ่นเบรกไว้กับลูกสูบ ชิ้นส่วนทำจากสแตนเลสสตีลหรือเหล็กสปริงที่มีผิวเคลือบป้องกันการกัดกร่อน
สกรูไล่ลม: ทำหน้าที่ไล่ลมออกจากคาลิเปอร์
หูยึด (Fastening ears): ส่วนประกอบเหล่านี้ทำหน้าที่ยึดคาลิเปอร์เบรกเข้ากับฐานดุม ชิ้นงานอาจเป็นแบบแนวรัศมีหรือแนวแกนขึ้นอยู่กับโครงสร้างการทำงาน
รูแนวรัศมี: ใช้สำหรับจานเบรกเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ช่วยจำกัดการเปลี่ยนรูปภายใต้แรงบิดและทำให้แผ่นเบรกมีการสึกหรอที่เสมอกัน
รูแนวแกน: เป็นรูที่เจาะได้ง่ายกว่าเนื่องจากเป็นแนวขนาน และสามารถติดตั้งกับคาลิเปอร์แบบลอยตัว

สายนำส่ง

ส่วนประกอบอื่น ๆ ที่สำคัญยังได้แก่สายนำส่งที่ทำหน้าที่ป้อนจ่ายไปยังคาลิเปอร์เบรก สายนำจ่ายอาจเป็นสายอ่อนแบบยางหรือสายโลหะถักและ/หรือสายโลหะแบบแข็ง

สายนำส่งที่เหมาะที่สุดจะถูกพิจารณาตามโครงสร้างและเงื่อนไขด้านประสิทธิภาพในการใช้งาน เช่น สายเบรกสำหรับรถยนต์สมรรถนะสูงอาจประกอบไปด้วยท่อแข็งบริเวณใกล้กับคาลิเปอร์เบรก จากนั้นจะเป็นท่ออ่อน ที่เป็นเช่นนี้ก็เนื่องจากท่อแข็งสามารถทำหน้าที่เป็นฉนวนเพื่อปกป้องชิ้นส่วนอ่อนจากอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นจากคาลิเปอร์