브레이크는 움직이는 차량이나 기계의 속도를 줄이거나 멈추게 하는 제동 장치다. 마찰 제동에서는 패드나 라이닝을 회전체에 접촉시켜 마찰력을 만들고, 운동 에너지를 대부분 열에너지로 바꾼다.[2][3]
1. 개요
2. 마찰 제동의 원리와 열 관리
마찰재가 회전하는 디스크나 드럼에 눌리면 마찰력이 생기고, 이 힘은 회전을 방해하는 저항 토크를 만든다. 그 결과 회전체의 속도가 줄며, 운동 에너지의 대부분은 접촉면에서 열로 바뀐다.[2]
발생한 열은 주로 접촉면을 통해 디스크나 드럼으로 전달된 뒤 대류와 복사로 주변에 방출된다. 열이 충분히 빠져나가지 못하면 과열로 제동력이 떨어지는 브레이크 페이드가 생길 수 있고, 디스크의 환기 구조는 열 배출을 돕는다.[2]
마찰 제동은 구조가 비교적 단순하고 제동력을 조절할 수 있지만, 마찰재의 마모가 발생한다. 제동 성능은 마찰재의 소재와 표면 상태, 온도, 가해지는 압력에도 영향을 받는다.[2]
3. 자동차의 드럼·디스크와 유압 작동
드럼 브레이크는 드럼 내부의 패드 두 개가 드럼을 밀어 누르는 구조다. 디스크 브레이크는 캘리퍼가 휠에 장착된 디스크를 조여 제동한다.[3]
유압식 브레이크는 브레이크 시스템과 휠의 드럼을 파이프로 연결한다. 밀폐된 파이프에 브레이크액을 채우면 압축되지 않으므로 페달을 밟을 때 제동력을 손실 없이 전달하고, 모든 경로에 같은 압력을 적용할 수 있다. 유압식 브레이크의 개발로 와이어 방식에서 어려웠던 제동력의 네 바퀴 분배 문제가 해결되었다.[3]
디스크 브레이크는 캘리퍼가 밀폐 구조가 아니어서 열을 내보내기 쉽고, 휠의 타공 디자인이나 냉각 덕트도 열 방출을 돕는다. 드럼 브레이크는 밀폐형 구조여서 부식에 더 강하고 주차 브레이크 역할도 할 수 있지만, 디스크 브레이크는 제동력과 열 배출에 유리한 방식으로 소개된다.[3]
4. 철도 차량의 공기 제동과 마찰 장치
철도 차량의 공기 제동 사례에서는 공기압축기가 만든 공기가 제동 패널을 거쳐 보조공기통에 저장된다. 제동할 때는 보조공기통의 공기가 패널의 밸브를 통과해 제동통으로 들어가 마찰 장치를 작동시킨다.[1]
동력차는 제륜자를 차륜답면에 눌러 마찰을 만든다. 이 방식은 경제적이고 열 방산에 유리하지만, 제륜자의 마모가 심하고 마찰계수가 속도에 따라 크게 변할 수 있다.[1]
객차 사례에서는 제동통의 공기압으로 패드와 디스크를 접촉시켜 제동한다. 디스크는 차륜답면의 모양과 관계없이 설치할 수 있어 마찰면을 넓게 만들 수 있으며, 자료는 이를 열 방산과 제동 성능에 유리한 점으로 설명한다.[1]
5. 전자식 제동 제어
전자식 제동 장치는 휠 스피드 센서, 전자제어장치, 액추에이터를 이용해 바퀴별 제동력을 조절한다. 센서가 각 바퀴의 회전 속도를 감지해 제어 장치에 전달하면, 제어 장치는 데이터를 분석해 제동력을 조절한다.[4]
제동 중 특정 바퀴의 회전 속도가 급격히 떨어져 다른 바퀴나 차량 속도에 비해 현저히 낮아지면, 제어 장치는 잠김이 시작된 것으로 판단한다. 이어 액추에이터를 통해 해당 바퀴의 유압을 낮추고, 바퀴가 다시 회전하면 유압을 높여 제동력을 다시 가한다.[4]
이 감지와 유압 조절을 반복하면 급제동 중 바퀴 잠김을 방지하고 조향 안정성을 유지하는 데 도움이 된다. 바퀴의 회전 속도를 바탕으로 제동력을 조절하는 핵심 부품이 휠 스피드 센서다.[4]
6. 관련 문서
- 브레이크 패드
- 라이닝
- 디스크 브레이크
- 드럼 브레이크
- 휠 스피드 센서