وان استاپ بریکمجله آموزشی
دیسک ترمز چیست ؟
دیسک ترمز چیست و چگونه کار می‌کند؟
دیسک ترمز یا روتور، صفحه‌ای معمولاً چدنی است که همراه چرخ می‌چرخد. هنگام فشردن پدال ترمز، کالیپر لنت‌ها را به دو طرف دیسک فشار می‌دهد؛ اصطکاک ایجادشده انرژی حرکتی خودرو را به گرما تبدیل می‌کند و سرعت چرخ کاهش می‌یابد. دیسک باید این گرما را جذب و دفع کند تا ترمزگیری پایدار باقی بماند.
انواع رایج دیسک ترمز از نظر طراحی
- دیسک توپر یا ساده: ساختاری یکپارچه و بدون کانال خنک‌کننده داخلی دارد.
- دیسک تهویه‌دار: دو سطح اصطکاکی آن با پره‌ها و کانال‌های داخلی به هم متصل‌اند تا دفع گرما بهتر انجام شود.
- دیسک شیاردار: شیارهای سطحی به خروج آب، گاز و گرد لنت و تازه‌شدن سطح لنت کمک می‌کنند.
- دیسک سوراخدار: سوراخ‌های سطح اصطکاکی به خروج آب و گاز و مدیریت حرارت کمک می‌کنند.
- دیسک دوتکه یا کامپوزیتی: رینگ اصطکاکی را به کلاهک سبک‌تر متصل می‌کند تا وزن و انتقال حرارت به توپی کاهش یابد.
برای آشنایی با ریخته‌گری، ماشین‌کاری و کنترل نهایی این قطعه، راهنمای ساخت دیسک ترمز را بخوانید.
درترمزهای خودروهای مدرن ، یک جفت اصطکاکی شامل یک استاتور ( عضو ثابت ) از جنس ماده اصطکاکی است که بر روی یک صفحه پشتی مقاوم و بادوام ( در ترمزهای دیسکی ) یا کفشک ترمز ( در ترمزهای کاسه ای ) نصب شده است.برای درک بهتر این مجموعه، پیشنهاد می‌کنیم ابتدا مقاله لنت ترمز چیست؟ را مطالعه کنید .استاتور در تماس و اصطکاک با روتور ( عضو متحرک ) قرار می گیرد و همراه با چرخی که به آن متصل است ، می چرخد . انواع بسیار متفاوتی از جفت های اصطکاکی امروزه مورد استفاده قرارمی گیرند. برخی از آن ها ساختار ساده ای دارند .( برای مثال کفشک های ترمز چدنی هنوز در واگن های ریلی استفاده می شوند ، که بر روی سطح غلتش چرخ های فولادی عمل می کنند.) در حالی که برخی دیگر بسیار پیشرفته و خاص هستند ، مانند کامپوزیت های الیاف کربن ( کربن – کربن ) در هواپیما و خودروهای مسابقه ای فرمول یک ، یا کربن سرامیک که در خودروهای جاده ای با عملکرد بالا به کار می روند.
چدن خاکستری ( با ساختار گرافیت ورقه ای ) بیش از 100 سال است که برای ساخت دیسک ها و کاسه های ترمز مورد استفاده قرارمی گیرد . این ماده کاملا تثبیت شده بوده و استحکام کافی برای کاربردهای ترمزی دارد. چدن خاکستری دارای خواص مکانیکی پایدار ، ماشین کاری آن آسان و با هزینه پایین به راحتی در دسترس است. این آلیاژ با وجود شکل پذیری پایین و مدول یانگ کمتر نسبت به فولاد ، از دوام مکانیکی و حرارتی خوبی برخوردار است. ساختار تریبولوژیکی مناسبی از جمله مقاومت سایشی مطلوب با بسیاری از انواع لنت ترمز ( ماده اصطکاکی ) دارد. دیسک ترمز چدنی به دلیل ویژگی های بسیار خوب انتقال حرارت ( به ویژه رسانایی حرارتی و ظرفیت گرمایی ویژه ) و داشتن دمای کارکرد بیشینه بالا، مناسب برای کاربرد های ترمزی است.
الف ) ساختار دیسک ترمز :
ورقه های گرافیت که شاخص ریزساختار دیسک ترمز ( چدن خاکستری ) هستند ، در طی انجماد آهسته از حالت مذاب شکل می گیرند. شناخت دقیق این ریزساختارها ما را به مبحث مهم و تخصصی جنس دیسک ترمز می‌رساند .« چدن با گرافیت کروی» ( SG ) که گرافیت در آن به صورت کروی تشکیل می شود ، شکل پذیری بالاتری دارد . اما خواص انتقال حرارت آن کاهش می یابد.
« چدن گرافیت فشرده » ( CG ) دارای ریزساختار و خواصی بین چدن خاکستری و چدن گرافیت کروی است . چدن های SG و CG عمدتا زمانی برای دیسک های ترمز استفاده می شوند که شکل پذیری اهمیت ویژه ای دارد. برای مثال زمانی که مقاومت در برابر ترک خوردگی و خستگی نسبت به چدن خاکستری مدنظر باشد.
ب) بهترین ساختار برای دیسک ترمز :
همان طور که اشاره شد دیسک ترمز خودروهای سواری جاده ای به صورت کلی از جنس چدن هستند . پس برای یافتن بهترین ساختار برای آن باید معرفی مختصری از انواع چدن ها داشته باشیم.
چدن :
چدن ها آلیاژهایی از آهن ، کربن و سیلیکون هستند که نقطه ذوب آن ها از فولاد پایین تر و سیالیت آن ها بالاتر است .
این ویژگی ها باعث می شود که چدن در بسیاری موارد به صورت ریختگری به کاررود.
معرفی چدن ها :
ماده اولیه که چدن خام نامیده می شود ، اغلب با حذف گوگرد و آرسنیک از کانی های اکسید یا کربنات آهن تهیه می شود.
طبقه بندی چدن ها :
چدن ها به شش گروه اصلی زیر طبقه بندی می شوند :
- چدن سفید
- چدن مالیبل با گرافیت اسفنجی شکل
- چدن خاکستری با گرافیت لایه ای یا ورقه ای
- چدن داکتیل با گرافیت کروی
- چدن با گرافیت فشره یا کرمی شکل
- چدن آلیاژی
پنج گروه نخست در مقاصد عمومی و کاربردهای عمده مهندسی استفاده می شوند . گروه چدن آلیاژی برای شرایط خاص مانند مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و کار در دمای بالا کاربرد دارند.
دیسک ترمز چدن خاکستری با گرافیت ورقه ای یا لایه ای :
چدن های خاکستری جزء مهم ترین چدن های مهندسی می باشند که کاربرد های زیادی دارند. نام این چدن ها از رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن ها و شکل گرافیت گرفته شده است. خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت و ساختار زمینه بستگی دارد. به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالا ، مدول الاستیسیته و قابلیت تحمل شوک های حرارتی کمی دارند. قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشین کاری شده و سطح تمام شده ماشین کاری نیز در برابر سایش لغزشی مقاوم است.
دیسک ترمز چدن با گرافیت فشرده :
چدن با گرافیت فشرده شبیه چدن خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت ها به صورت کرمی بوده و از نظر خواص در ردیف نیمه نشکن ها قرار می گیرند. در واقع نوعی چدن با گرافیت نیمه کروی است که کرُه های گرافیتی کامل نشده اند و یا به نوعی دیگر یک چدن با گرافیت لایه ای است که نوک گرافیت ها گِرد شده و به صورت کِرمی
شکل درآمده اند. این چدن ها از نظر خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری قرار دارند. چدن با گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت کششی ، صلبیت ، انعطاف پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت در دمای بالا و مقاومت به ضربه بالاتری برخورداراست و همچنین از نظر قابلیت ماشین و هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر می باشد. به طور کلی ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب این چدن ها را به عنوان انتخابی ایده آل جهت کاربردهای گوناگون مطرح ساخته است. مقاومت بالا در مقاوم ترک خوردگی ها ، آن ها را برای قالب های شمش ریزی مناسب می سازد. وجود خصوصیات مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث گسترش کاربرد آن ها برای قطعاتی مانند دیسک ترمز شده است.
شکل و طراحی دیسک ترمز :
دیسک های ترمز با چرخ های خودرو می چرخند و طبق الزامات طراحی برای یک محور خاص ، به صورت خارجی یا داخلی نصب می شوند. این دیسک ها از آلیاژ چدن و تمام ماشین کاری شده به شکل کلاهک سیلندری هستند تا اعواج را به حداقل برسانند. در برخی خودروها با کارایی بالا به جای نصب مستقیم دیسک به توپی چرخ ، از یک استکانی نصب
(Mounting bell ) که معمولا از جنس آلیاژ آلومینیوم است ، استفاده می گردد. این امر باعث می شود کاهش وزن فنر بندی نشده می شود و احتمال اعوجاج ناشی از حرارت در قطرهای بزرگ را به حداقل می رساند.
دیسک ترمز هوا خنک :
درحال حاضر به عنوان یک روش رایج ، دیسک ترمز از طریق پره های شعاعی یا منحنی شکل که بین سطوح سایشی آن قرار گرفته است ، تهویه می شود . بنابراین این پره ها به عنوان پروانه ای عمل می کنند تا خنک کنندگی را بهبود بخشیده و سایش دیسک ترمز و لنت ترمز را کاهش دهند. این اثر خنک کنندگی با قرار دادن ورودی پره ها در خارج از استکانی نصب به طوری که کمترین مانع برای جریان هوا وجود داشته باشد ، افزایش می یابد.
دیسک ترمز شیاردار و سوراخ دار :
به جهت افزایش کارایی دیسک ترمز ، شیارهای زاویه دار در سراسر سطوح سایشی دیسک تراش می دهند . این شیارها همچنین در تراشیدن لنت های لعاب دار ( لنت شیشه کرده ) ، خارج کردن گرد و غبار لنت ترمز و تخلیه پاشش آب ، نقش دارند. از طرف دیگر دیسک ممکن است دارای سوراخ هایی متقاطع باشد که با فضاهای تهویه داخل دیسک ارتباط برقرار می کنند . هرگونه وقفه درسطوح سایشی دیسک قطعا باعث کاهش سطح موثر نصب می شود ، اما مزیت خنک کنندگی عموما بر این ملاحضه غلبه دارد. 
اندازه ی دیسک ترمز :
ابعاد فیزیکی دیسک مربوط به گشتاور ترمز و ظرفیت حرارتی مورد نیاز است . گشتاور ترمز به شعاع موثر مسیر اصطکاک لنت ترمز و دیسک ترمز مربوط می شود. ظرفیت حرارتی نیز وابستگی مستقیم به ضخامت دیسک دارد. ز آن‌جایی که هم لنت و هم دیسک در عملکرد کارآمد ترمز دیسکی نقش دارند، وضعیت هر دوی آن‌ها باید در طول کارکرد خودرو با دقت بررسی شود. در همین راستا، آشنایی با زمان تعویض دیسک ترمز می‌تواند از کاهش عملکرد ترمز و بروز آسیب‌های