ブレーキで制動する仕組みや、ドラムブレーキ、ディスクブレーキについて、詳しい方教えてください。

Question

知恵袋の回答の中で理解出来ないのがあります。


１、ドラムブレーキは摩擦力が大きく、ディスクブレーキは発熱量が多い、なのですか？
摩擦力と発熱量は比例しないのですか？

2、「発熱量によって車体に減速Gを出す」
この記述が理解出来ません。


以下が引用元です
〜〜〜〜〜
この滑り摩擦力はドラムの方が大きくなります。
「発熱量」はディスクの方がはるかに大きくなります。

「車体に減速Gを出すのはこの「発熱量」です。
運動エネルギーが減って行く＝減速する＝減加速度が出る＝減速Gが出る＝ということです。

https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13240439483

Answer 1

＞発熱量によって車体に減速Gを出す
・・・？
EVやHVの「回生ブレーキ」が、「運動エネルギーを電気エネルギーに変えて減らすことで減速Gを出す」というのはわかりますか？
運動エネルギーが（何か別のエネルギーに変わることで）減る＝速度が落ちる＝マイナスの加速度が出る＝減速G。
ということです。


もしかすると、
「そういうことではなく、パッドとローターの摩擦力の方が圧倒的に大きくて、擦られて発生する熱は少ししか無いんじゃないですか？
動摩擦力の方が遥かに大きいのではないですか？」という疑問でしょうか？

では、
車重1000kg、時速100km＝秒速28ｍの車の停止距離を、
ブレーキ力＝パッドとローターの動摩擦力、
として、ざっくり計算してみましょう！

制動距離の求め方は、
「運動エネルギー＝力ｘ距離」の公式より、
「距離＝運動エネルギー/力」。

まず、運動エネルギーは、
運動エネルギー；（1/2）mv²より、
1000ｘ28ｘ28/2＝392，000

次に「力」であるブレーキの動摩擦力はいくらか？

日本車の場合、国交省への新車登録試験＝車検の基準で、
「タイヤを回転させない制動力＝ブレーキの静止摩擦力＝車重の半分」となってます。
すると、車重1000㎏の車の場合は、
ブレーキの「静止摩擦力」；1000÷2＝500kgf
・・・これは「密着させたまま動かない力＝静止摩擦力」なので、このブレーキが滑ってる時（ある速度からブレーキをかけてる時）＝動摩擦力はいくらか？
・・・ブレーキはほぼ鉄なので、鉄の摩擦係数比率から、
静止摩擦係数を1.0とすると動摩擦係数は0.4位。
すると、
ブレーキを掛けて擦りあわされてる時＝動摩擦力は静止摩擦力の0.4倍になるので、500x0.4＝200
よって200kgf＝200ｘ9.8＝1960・・・これがフルブレーキを掛けた時の動摩擦力になります。

従って制動距離＝392，000÷1960＝200ｍ
パッドとローターの動摩擦力だけで停止するとすると、
100キロからの制動距離200ｍ、となります。

ところがJAFの実測値は、国産で約50ｍです（空走距離含まず）。
どこに150ｍ消えたのでしょう？
・・・この消えた150ｍ分は「熱によって空気中に発散」してしまったのです。
熱によって空気中に発散してしまったエネルギー＝減った車体の運動エネルギーです。
熱を発生させて、その発生した熱エネルギー分の「車体の」運動エネルギーが減る＝速度が落ちる＝マイナスの加速度＝減速G。

※話の前提として、
パッドとローターの動摩擦力は、擦り合わされる速さによらずほぼ一定です。
けれど、発熱は、擦り合わされる速さが速いほど大きくなります。
→ブレーキパッドの専門メーカーのサイトにグラフがありました。
http://bm-zone.com/product/03c/index.html
サイトのページ下部のグラフを見ていただけるとよくわかりますが、
制動トルク＝（タイヤの回転を止める）動摩擦力で、
①ブレーキ踏力に応じて制動トルクが大きくなる。
②発熱が大きくなって行っても（グラフの横軸を右に、）制動トルクは変わらない（むしろ徐々に落ち込む）。
という性質があることがわかるかと思います。



ドラムブレーキは、仮にディスクと同じように発熱しても、ディスクと同じように発散しない。内部に熱をため込んでしまう。
すると、すぐに温度上昇の上限に達してしまって、それ以上発熱できなくなります。（いわゆる、フェード現象）


ドラムの「制動力＝止まったタイヤをそのまま動かないようにする力＝輪留め効果力」が大きいのは、力が加わる方向のためです。

質問者からのお礼コメント

回答終了してしまいますので、こちら↓へお願いします。
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13241324533?post=1

Answer 2

＞１、ドラムブレーキは摩擦力が大きく、ディスクブレーキは発熱量が多い、なのですか？

間違いです。
ディスクブレーキは放熱性が良いというだけです。


＞2、「発熱量によって車体に減速Gを出す」

↑発熱量で減速Gなんて出ません。

ブレーキ（制動）は「摩擦力」です。
発熱は「摩擦熱」であり「摩擦力」から発生するものです。


発言元の方は物理的な思考が苦手な方で混乱してるのでしょう？

Answer 3

言葉使いがおかしい。
ディスクブレーキは放熱量が多くて連続使用時でも熱ダレが少ないと言う意味、普通ディスクブレーキのメリットに「発熱量」とは言わない。
発熱量ではなくて運動エネルギーを熱エネルギーに変換と言います。

Answer 4

「発熱によって車体に減速Gを出す」
→「発熱の仕事をさせる事によって車体に減速Gを出す」
なんでないの？

Answer 5

制動とは
運動エネルギー(速度)を熱エネルギーに変えて(摩擦熱)放出する事です。

同じ重さの車が同じ速度から停止するための制動力はドラムブレーキでもディスクブレーキでも一緒。
ディスクブレーキは｢放熱性｣が良いからフェードしにくい。

Answer 6

ドラムもディスクも発熱しますが、ドラムブレーキはドラムの中の密室に近い中でブレーキシューとドラムの摩擦で発熱する為、熱がこもりやすく、連続して使うと制動力の低下が起こりやすいブレーキです。
対してディスクブレーキは、ローターが露出している為、外気で冷却されるために放熱性が優れており、連続で使ても制動力の低下が起こり難いといった特徴があります。
制動力と言っても、ドラム式も大型になればディスクブレーキより制動力は高くなるし、ディスクブレーキもローターが大きくなればドラム式より強い制動力が発生するわけで、構造が違う2種類のブレーキ性能を比較する為には、それぞれが何をどれくらいの大きさにするかを決めて条件をフェアにする必要が有る為、そこが決まらなければ制動力の優劣を付けるのは難しいでしょうね。
因みに強い制動量を必要とする大型トラックの多くはドラムブレーキとなっていますが、更に重い重機や航空機はディスクブレーキを使ってます。
これはコストの関係もありますが、制動力はそれぞれの大きさで変わる為、優劣は付けられませんが、連続で使い続けた場合に限っては、放熱性の高いディスクブレーキの方が性能の低下が少ない為、優れていると言えるでしょうね。

Answer 7

１、ドラムブレーキは摩擦力が大きく、ディスクブレーキは発熱量が多い、なのですか？

そうなります

Answer 8

ドラムブレーキはその機構と形状の問題で力がかかりにくく熱の発散がしにくいです。
熱が発散でいないということは、発生させられる熱量に限界があるということになるので、ドラムブレーキの発熱量はディスクブレーキよりすくないのです。
要するにディスクブレーキ並みの熱量を出そうとするとドラムブレーキはぶっ壊れます。


質量保存の法則をおもいだしてください。
変化する前と変化後の質量は変わらないというものです。
つまり、
ブレーキする前の速度 ＝ ブレーキ後の速度 + ブレーキの力
ということになります。
今でいうブレーキの力はブレーキから発せられる熱量からその量がわかります。

Answer 9

１．機構的にドラムフレーキの方がシューとドラムの方が摩擦力はディスクより大きい傾向にあります。ですから、ディスクは倍力装置でブレーキ力を上げて制動力を上げて使いますので、結果として制動力は高くなっているものが多いです。
制動力と言うのは全て摩擦力で作動していますので、効きが良いと言うことは単純に発熱量が多くなります。
ディスクブレーキの場合は、ディスクロータからものすごく放熱が良いので、発熱が多くても熱はたまりません。
２．1にも書きましたが、フレーキの摩擦力でクルマの運動エネルギーを熱エネルギーに変えて減速していると言う意味ですね。

Answer 10

簡単にいうとドラムブレーキは熱をためこんで放散することが苦手なので冷えてる時はガツンと効きますが、熱をもつと効かなくなりますので高速や連続使用に向きません。ディスクブレーキはその逆です。