Types of Brakes

Two types of brakes are used in modern cars: drum brakes and disc brakes. Since 1976, all cars have used disc brakes on the front wheels. Most cars use drum brakes on the rear wheels . In both drum and disc brakes, a hydraulic system applies the brakes. The hydraulic system connects the brake pedal to the brake parts at each wheel.

1   Drum brake

Drum brakes have two shoes. anchored to a stationary back-plate,  which  are internally expanded to contact the drum by hydraulic cylinders  or a  mechanical linkage (FIg. 4-2)

A leading shoe may be defined as one where the direction of drum  rotation is from the applied  load end or toe to the fulcrum end or heel.  Conversely, a trailing shoe is one where the direction of  drum rotation over  its liner is from the heel to the toe. The significance of leading and trailing  shoes  is that they are self-energizing and non-self-energizing respectively.  That is, a leading shoe will  generate a greater braking drag force on the drum than a trailing shoe for the same applied load at  their toes. On the other  hand, a leading shoe is more sensitive to variations in friction level with   heating and thus tends to be less stable in operation than a trailing shoe.

Different drum brake designs result from considerations with regard to  application, support and adjustment of the brake shoes. brakes are assessed in terms of the brake factor C"\ which expresses the ratio of longitudinal to  tensioning force at the brake shoe. The brake factor takes into  consideration  the effect the of and the interal transmission ratio of the brake.

1)  Simplex Drum Brakes

There are different types of simplex drum brakes, primarily depending upon the  type of application (floating, fixed) and the type of support  (rotating  shoes, sliding shoes) . Wheel  brakes with floating brake applcaton and  rotating-shoe support, for example, are common. In  case of hydraulic brake  force acmuaton, the brakes are applied by means of floating pressure pistons  whose travel is not fixed, and develop tensioning forces which are equal in  both directions.  One of the two shoes is the leading shoe, . e. the frictional  foreces between the brake lining  the  brake drum act to support the   application force, whereas the frictional forees in the cases of the  trailing  shoe  act to oppose the tensioning force.

In the case of the simplex brake, "C" is the sum of the values for the individual shoes, and is≈2.0  (referred to a special coeficient of  friction). A disadvantage of this design is the great difference in  the brake  effect between the two brake shoes, and the resulting greatly increased wear on the leading  shoe. For this reason, the trailing shoe is often equipped with a much thinner lining than the lead  ing shoe.

A simplex drum brake can also be actuated by means of wedge unit, a  design which is being  used more and more often in light-duty commercial  vehicles.

The type of wheel brake used most often in heavy-duty commercial  vehicles is the pneumatic S-cam simplex drum brake with fixed application

Advantages of the S-cam brake:  Uniform lining wear on leading  and  trailing shoes as a result of  application, and resulting long lining life. This  type of drum brake has an application mechanism which is simpler, more  reliable and insensitive to temperature. It comprises diaphragm cylinder,  automatic slack adjuster, brake shaft and S-cam.

Disadvantages of the S-cam brake:  High internal forces, and thus relatively  heavy brake construction because unequal cam forces occur and lead to high free bearing forces. A relatively low  brake factor which results in a  correspondingly large amount of application work during barking. Due to the roughly equivalent application travel of leading and trailing shoes, the  application forces  behave the opposite of the brake factors of the individual  shoes. In general, the brake factor of this brake with the same coefficient of  friction is somewhat lower than that of the above-mentioned simplex break.

2. Duo-duplex Drum Brakes

The duo-duplex dnum brake (, with wedge type actuator) has  two  leading shoes .This type of drum brake is used on medium and heavy-duty trucks.

This type of drum brake is characterized by floating application and the  corresponding necessary  sliding shoe support. The brake adjustment  mechanism is an integral part of the wedge units. An  advantage of this type  of brake is the nearly equal brake lining wear on both shoes and the higher  internal transmission ratio in comparison to simplex brakes. With two leading shoes, brake factors of  C≈3. are achieved, however these figures cannot be  held constant throughout a long period of  brake due to the susceptibility to  fading of this type of brake.

3. Duo-servo Drum Brakes

Duo-servo drum brakes are widely used in light-duty commercial  vehicles ( particularly at the  rear axles) . They are characterized primarily by the fact  that the support force of the primary shoe is  used as the tensioning force for the secondary shoe both during forward and reverse vehicle motion. The brake factor is C≈5.0.

The reason for the popularity of the duo-servo brake is that the high brake  factors allow even relatively heavy vans and light-duty trucks up  to  a weight of approx. 7.5t to be operated with a vacuumassisted braking system. At the same time, the integral manually operated parking brake is able to   generate a brake torque of considerable magnitude. Significant fluctuations  in the brake factor occur  however, thus limiting the range of application of  this type of drum brake and making necessary a sys  tem of brake force  apportioning which is well matched to the vehicle in question.

2  Disc Brakes

Exposed to the air, disc brakes  radiate the heat to the air better  than  drum brakes: This means that the brake can operated continuously for  a  longer period, i. e. they have a greater resistance to fade (fall-off in brake  efficieney due to heat).

Disc brakes as used in most passenger cars are slowly beginning to be  used in commercial  vehicles as well. Aside from their use fast coaches,  current  use of disc brakes in commercial vehicles  is primarily limited to  frontaxie brakes or commercial vehicles up to a weight of appra. 7. 5t  which  are driven in a manner similat to passenger  cars.

Advantages over drum brakes:  much  better gradual braking efficiency;   equal  wear of the inboard and outboard brake  pads if the proper degree of heat dissipation is provided:  brake noise is better  suppressed; relatively  constant brake factor performance with lower susceptibility  to fading.

Disadvantages over drum brakes: possible short brake pad life when used on  heavy-duty commercial vehicles, and  higher acquisition and operating  costs as  compared to drum brakes. The high degree of adaptive braking at  high highway  speeds is generally handled better by disc  brakes with less  fading and lower suscep tibility to disc cracking than with drum  brakes.  The  brake factor is C≈7.5.

Floating-caliper disc brakes continue to replace the fixed-caliper brakes  generally used to date. This tendency has resulted from efforts to design  lighter and cheaper brake assemblies which are more temperature-resistant.  The caliper itself is not subjected to braking torque, and  thus promotes  gradual and constant brake action.