وان استاپ بریکمجله آموزشی
تحلیل ارتعاش دیسک ترمز
تحلیل ارتعاش دیسک ترمز
تحلیل ارتعاش دیسک ترمز، عملکرد یک سیستم ترمز را با استفاده از یکی از چندین روش (بسته به الزامات سازنده) بررسی می‌کند. درک صحیح این پدیده‌ها و شناخت علت صدای ترمز نقشی کلیدی در عیب‌یابی دقیق دارند. چنین آزمایش‌هایی تا حد زیادی شامل تجزیه و تحلیل مقادیر سه پارامتر سرعت، فشار و دما هستند. رویه‌ها معمولاً شامل یک یا دو مرحله پیش گرم کردن با اندازه‌گیری‌هایی برای تعیین نقطه‌ای است که عملکرد ترمز با کاهش مجدد دما بازیابی می‌شود. اگرچه اتحلیل ارتعاش دیسک ترمز شامل کل ترمز می‌شوند، اما می‌توانند اطلاعات خاصی در مورد دیسک ارائه دهند. برای یک فناوری خاص و ضخامت دیسک مشخص، تجزیه و تحلیل دما داده‌هایی در مورد تهویه هنگام اتصال خود دیسک به چرخ ارائه می‌دهد. سایش را می‌توان در پایان آزمایش تحلیل ارتعاش دیسک ترمز اندازه‌گیری کرد، اگرچه پس از بررسی‌های قرار گرفتن در معرض حرارت، بیش از همه برای اعوجاج احتمالی انجام می‌شود. آزمایش‌های اندازه‌گیری سایش به ندرت در جاده انجام می‌شوند زیرا بسیار زمان‌بر هستند. در عوض، در حال حاضر از آزمایش شوک حرارتی برای تعیین حد مجاز ترک خوردگی استفاده می‌شود.
یکی از جنبه‌های واقعاً جالب تحلیل ارتعاش دیسک ترمز, تحلیل ارتعاشات و نویز است. در واقع، در این حوزه خاص از عملکرد ترمز، فقط آزمایش‌هایی که روی خودروها انجام می‌شوند، واقعاً مهم هستند. یک سیستم ترمز (کالیپر ترمز، دیسک ترمز و لنت ترمز ) ممکن است هنگام استفاده در یک خودروی خاص، نویز (ارتعاشات خاص خود) تولید کند، اما در مدل دیگر این پدیده را ایجاد نکند. همچنین توجه داشته باشیم که ممکن است فقط واحدهای خاصی از یک مدل در معرض ارتعاشات قرار بگیرند. از این رو می‌توان استنباط کرد که مشکلاتی که ممکن است از نوع طراحی به نظر برسند، در واقع فقط نتیجه سیستم محرک یا اجزای جانبی (سیستم تعلیق، لاستیک، توپی و غیره) نیستند، بلکه از شرایط استفاده (آب و هوا، مسیر، نوع، بار، کاربر و غیره) ناشی می‌شوند. از دیدگاه نظری، تفاوت زیادی بین ارتعاشات و نویزها وجود ندارد، زیرا نویزها توسط ارتعاشات خود تولید می‌شوند که باعث می‌شوند هوای اطراف با فرکانس به اندازه کافی بالا حرکت کند تا برای گوش انسان قابل شنیدن باشد. با این حال، ما به طور جداگانه به این دو پدیده خواهیم پرداخت، زیرا علل و روش‌های ایجاد ارتعاشات و صداها بسیار متفاوت هستند.
منظور ما از تحلیل ارتعاش دیسک ترمز، حرکات قسمت‌هایی از وسیله نقلیه است که توسط راننده احساس می‌شوند، نه اینکه شنیده شوند، حتی اگر برخی از ارتعاشات با صدا همراه باشند. اکثر این ارتعاشات در سطح پدال ترمز یا فرمان درک می‌شوند. به عبارت ساده، می‌توان گفت که ارتعاشات اساساً به دلیل ضربات متوالی بین دیسک و لنت‌ها هستند. در نتیجه، قابل درک است که فرکانس چنین ارتعاشاتی با سرعت چرخش چرخ مرتبط است و بنابراین، این فرکانس به تدریج با ترمزگیری، یعنی با کاهش سرعت، کاهش می‌یابد. همچنین گفته می‌شود که این ارتعاشات سنکرون هستند. فرکانس از حدود صد هرتز یا بیشتر هنگام ترمزگیری با سرعت ۱۳۰ کیلومتر در ساعت در بزرگراه تا تقریباً صفر زمانی که خودرو تقریباً متوقف شده است، متغیر است. اگر یک قسمت ناهموار روی دیسک وجود داشته باشد، در هر چرخش چرخ فقط یک ضربه وجود خواهد داشت. با این حال، معمولاً حداقل دو قسمت از این نوع وجود دارد. به عنوان مثال، اگر دیسکی را در نظر بگیریم که به خوبی نصب نشده و با توپی چرخ موازی نیست، اولین ضربه لنت چپ و سپس، نیم چرخش بعد، لنت راست را درگیر خواهد کرد. در بسیاری از موارد که ارتعاشات وجود دارد، برای هر چرخش چرخ بیش از دو ضربه وجود دارد.
در تلاش برای توصیف بهتر تحلیل ارتعاش دیسک ترمز، آنها بر اساس نحوه ایجادشان و نه بر اساس اثرشان طبقه‌بندی می‌شوند. دو گروه بزرگ از ارتعاشات را می‌توان شناسایی کرد: لرزش سرد، که به ناهنجاری‌های ابعادی مستقل از استفاده از ترمزها مرتبط است (ناهنجاری‌هایی که اغلب هنگام عدم استفاده از ترمزها رخ می‌دهند) و لرزش گرم که پس از استفاده در دمای بالا رخ می‌دهد. ارتعاشات لرزش سرد هم به دلیل نقص‌های هندسی خود دیسک و هم به دلیل نقص‌های ناشی از نصب و لقی بیش از حد (به عنوان مثال، در یاتاقان‌ها) و به عنوان یک قاعده کلی، به هر چیزی که ممکن است لرزش دیسک را افزایش دهد، ایجاد می‌شوند. این لرزش باعث ساییدگی نامنظم دیسک و لنت می‌شود. لرزش سرد، لرزشی است که معمولاً در اثر ساییدگی در هنگام عدم استفاده از ترمزها (سفرهای طولانی در بزرگراه) ایجاد می‌شود.
این لرزش‌های لرزش سرد در هنگام کاهش سرعت و در فشارهای کم تا متوسط قابل توجه هستند، موقعیت‌هایی که اغلب هنگام کاهش سرعت جزئی در بزرگراه رخ می‌دهند. چنین لرزش‌هایی فرکانس بالایی دارند و اثر آنها هنگام حرکت با سرعت بالا حتی ناخوشایندتر است. اگر دیسک واقعاً علت چنین لرزشی باشد، این به دلیل نقص تولید است: تغییر قابل توجه در موازی بودن به عنوان DTV (تغییر ضخامت دیسک) یا نقص لقی یا مسطح بودن شناخته می‌شود که به نوبه خود باعث DTV می‌شود. موارد این امر به لطف روش‌های تولید و کنترل‌هایی که قبلاً توضیح داده شد، بسیار نادر است. در چنین شرایطی، انجام تست دیسک ترمز می‌تواند به تشخیص دقیق‌تر منشأ لرزش و ارزیابی وضعیت سطح دیسک کمک کند. هنگامی که لنت‌ها به سطح ترمز فشار می‌آورند، ممکن است با “حفره‌ها” یا “برآمدگی‌ها” برخورد کنند. با عبور از روی دومی، آنها به سمت پیستون رانده می‌شوند و این حرکات متناوب (لنت راست، لنت چپ) باعث لرزش می‌شوند. هنگامی که این پدیده رخ می‌دهد، احتمالاً چند صد یا هزار کیلومتر پس از نصب، لرزش به تدریج شروع می‌شود اما با افزایش مسافت طی شده شدیدتر می‌شود. در موارد خاص، لنت‌ها در غیاب عمل ترمز، مثلاً هنگام حرکت در بزرگراه، نوسان می‌کنند و می‌لرزند. آنها به دیسک برخورد می‌کنند و باعث سایش سطحی دیسک می‌شوند. نتیجه نهایی تقریباً مشابه DTV از نوع تولیدی است. در موارد دیگر، یک دیسک جدید که به دلیل نصب، لنگ می‌زند، باعث ایجاد نوع مشابهی از سایش لنت می‌شود و پس از چند هزار کیلومتر، علائم مشابهی را نشان می‌دهد. تغییر ضخامت دیسک برابر یا بیشتر از ۳۵ میلی‌متر برای ایجاد لرزش کافی است، حتی اگر این مورد از خودرویی به خودروی دیگر متفاوت باشد. اگر دیسکی باضخامت کم یا بد طراحی شده باشد، ممکن است در اثر افزایش قابل توجه دما، اعوجاج ایجاد شود. وقتی سرد می‌شود، به شکل اولیه خود برنمی‌گردد و لنگ زدن ناشی از آن منجر به سایش نامنظم و پس از طی مسافتی مشخص، ظهور ارتعاشات از نوع لرزش سرد می‌شود.
اگر دیسک کوچک باشد یا طراحی بدی داشته باشد، ممکن است در نتیجه افزایش قابل توجه دما، اعوجاج ایجاد شود. اگر ارتعاشات پس از یا در حین قرار گرفتن در معرض دمای بالا ظاهر شوند، این پدیده به عنوان لرزش داغ (hot judder)شناخته می‌شود.
در تلاش برای ایجاد چنین ارتعاشی، مجموعه‌ای از اقدامات ترمزگیری با کاهش سرعت متوسط در حالی که سرعت تا 90٪ از حداکثر سرعت افزایش می‌یابد، انجام می‌شود. به عنوان مثال، این نوع آزمایش شبیه خروج از بزرگراه است: سرعت بالا است در حالی که عمل ترمزگیری متوسط است اما طولانی است زیرا تا زمانی که وسیله نقلیه متوقف شود ادامه می‌یابد. در نتیجه، دما به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. اگر اصطکاک در کل سطح ترمز دیسک یکنواخت باشد، انرژی به طور مساوی توزیع می‌شود و هیچ اتفاق بحرانی رخ نمی‌دهد. اگر اصطکاک در یک یا چند نقطه بیشتر باشد، انرژی مبادله شده در آن نقاط در ابتدا بیشتر خواهد بود و افزایش سریع و موضعی دما وجود خواهد داشت. ارتعاشات به طور همزمان در نقاط داغ ظاهر می‌شوند که معمولاً به طور یکنواخت روی دیسک توزیع می‌شوند و این نقاط، پس از خنک شدن، لکه‌های تیره یا نقاط آبی کم و بیش قابل مشاهده‌ای ایجاد می‌کنند. این مکانیسم تبدیل، که علت آن را می‌توان به جنس لنت (تغییر سریع ضریب اصطکاک، رسوب، تست‌ها) نسبت داد، بسیار مضر است و دیسک به طور غیرقابل تعمیر آسیب می‌بیند. در واقع نقاط آبی، تبدیل موضعی چدن به سمنتیت – ماده‌ای بسیار سخت – هستند. این تبدیل در دمای بسیار بالا رخ می‌دهد و برگشت‌ناپذیر است: از آنجایی که نقاط آبی کمتر در معرض سایش سطح قرار می‌گیرند، این پدیده با هر بار ترمزگیری از نوع شرح داده شده گسترش می‌یابد. تبدیل چدن به چنان عمقی روی آن تأثیر می‌گذارد که بازسازی سطح مشکل را حل نمی‌کند. در طول توسعه لنت‌ها برای یک وسیله نقلیه جدید، احتمال اینکه یک ترکیب خاص ممکن است باعث لرزش داغ شود، دلیل کافی برای دور انداختن آن است. در نتیجه، لنت‌هایی که توسط سازنده تجهیزات اصلی تأیید شده‌اند، این نقص را ندارند. با این حال، باید توجه داشت که استفاده از دیسک‌هایی که کمتر از حداقل ضخامت خود ساییده شده‌اند، می‌تواند علت این نوع فرسودگی باشد، زیرا دماهای رسیده به این دماها معمولاً بسیار بالاتر است. پدیده «لرزش ناگهانی» شروع صداهایی است که گاهی اوقات با لرزش همراه هستند. این به دلیل تغییر در گشتاور ترمز است که علت آن را می‌توان به ناپایداری ضریب اصطکاک ماده لنت نسبت داد. حرکت نادرست لنت درجا می‌تواند همزمان هم علت و هم معلول این مشکل باشد. این مشکل در موارد ترمزگیری شدید، هرچند نه حاد، ظاهر می‌شود؛ درک دقیق‌تر این رفتارها زمانی کامل‌تر می‌شود که بدانیم دیسک ترمز چیست.