اختراع لنت ترمز و دیسک ترمز

در سال‌های ابتدایی، آنچه امروز با نام لنت ترمز می‌شناسیم وجود نداشت و از قطعاتی ساخته‌شده از چوب، چرم و فلز برای ایجاد اصطکاک و کاهش سرعت استفاده می‌شد. با افزایش سرعت خودروها در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم، این مواد دیگر پاسخگوی نیاز صنعت نبودند. برای درک بهتر این مسیر تحول، بد نیست ابتدا بدانیم لنت ترمز چیست و چگونه به یکی از مهم‌ترین اجزای ایمنی خودرو تبدیل شده است. نقطه عطف این تحول در سال ۱۸۹۷ رقم خورد؛ زمانی که هربرت فروود (Herbert Frood) نخستین ماده اصطکاکی مهندسی‌شده را برای ترمز خودروها توسعه داد و بعدها شرکت Ferodo را بنیان گذاشت؛ شرکتی که نام آن هنوز هم برای علاقه‌مندان صنعت ترمز شناخته‌شده است. در دهه‌های بعد، لنت‌های ترمز عمدتاً بر پایه آزبست تولید می‌شدند، زیرا این ماده در برابر حرارت مقاومت بالایی داشت و عملکرد مناسبی ارائه می‌کرد. اما با مشخص شدن خطرات جدی آزبست برای سلامت انسان، از دهه ۱۹۸۰ به بعد استفاده از آن در بسیاری از کشورها ممنوع یا محدود شد. امروزه لنت‌های ترمز با استفاده از فناوری‌های پیشرفته و موادی مانند ترکیبات ارگانیک (NAO)، نیمه‌فلزی (Semi-Metallic) و سرامیکی (Ceramic) تولید می‌شوند تا ضمن افزایش قدرت ترمزگیری، دوام بیشتر، صدای کمتر و تولید گرد و غبار کمتر را نیز فراهم کنند.

ناگفته پیداست که اگر چرخ اختراع نشده بود، هیچ یک از وسایل حمل و نقل فعلی ما وجود نداشتند. چیزی که ما کمتر در مورد آن می‌دانیم، تاریخ این اختراع است. مورخان معتقدند که این اختراع بین ۵۰۰۰ تا ۴۰۰۰ سال پیش رخ داده است. اولین چرخ برای اهداف حمل و نقل استفاده نمی‌شد، بلکه برای ساخت ابزارهای ابتدایی بود . یکی از اولین کاربردها احتمالاً چرخ سفالگری است. به کمک آن  ساخت ظروف برای جمع‌آوری و گرم کردن آب را آسان‌تر می‌کردند. این وسیله سپس زمانی بهبود یافت که صنعتگران آن زمان ، چرخ دومی را اضافه کردند. چرخ اول ( چرخ بالایی) جایی بود که خاک رس در آن قرار می‌گرفت و هنگام چرخش مدل‌سازی می‌شد، در حالی که چرخ دوم (چرخ پایینی) که در همان محور قرار داشت، “موتوری” بود که سفالگر با استفاده از پاهایش باعث چرخش آن می‌شد. وقتی صنعتگر می‌خواست چرخ را متوقف کند یا از سرعت آن بکاهد، با فشار دادن قسمت زیرین پای خود به چرخ پایینی، آن را ترمز می‌کرد.همین ایده اولیه، به‌نوعی مقدمه‌ای برای درک این موضوع است که دیسک ترمز چیست و چگونه بعدها به یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم ترمز خودرو تبدیل شد مدت‌ها گذشت تا وسایل نقلیه – آن‌هایی که فقط توسط حیوانات کشیده می‌شدند مجهز به ترمزهای واقعی شدند . سیستم‌های مختلفی برای کاهش سرعت کابین‌ها و کالسکه‌ها به کار گرفته شد: ترمزهای اهرمی، ترمزهای نواری و سپس ترمزهایی با کفشک چوبی که به آج چرخ ساییده می‌شد. این نوع ترمز هنوز هم امروزه در کشاورزی استفاده می‌شود. اولین خودروها حتی عیب بزرگ‌تری داشتند؛ آنها اصلاً ترمز نداشتند. این در مورد اولین وسیله نقلیه چرخ‌دار با نیروی بخار که توسط نیکولاس کوگنوت در سال ۱۷۶۹ ساخته شد، صادق بود. آزمایش‌ها زمانی متوقف شد که وسیله نقلیه به دلیل فقدان ترمز با دیوار برخورد کرد. دانشمندان آن زمان ( افرادی مانند آمونتون در قرن هفدهم و کولومب یک قرن بعد ) قبل از توسعه ترمزهای کارآمد قوانین اصطکاک را تدوین کردند.  قوانینی که هنوز هم توسط مهندسان ترمز استفاده می‌شوند. در حال حاضر علم بررسی اصطکاک را به عنوان تریبولوژی می شناسیم . اولین کاربرد ترمزگیری در وسایل نقلیه برای جابجایی در معادن بود، سپس بعداً با توسعه راه‌آهن از آن بهره برده شد.

تدوین قوانین اصطکاک

پیشگامان این زمینه جورج و رابرت استفنسون و پس از آنها جورج وستینگهاوس بودند. وی آزمایش‌های دقیقی انجام داد که بر تعصبات موجود در آن زمان غلبه کرد و او را قادر ساخت تا قوانین زیر را تدوین کند :

– ضریب اصطکاک با سرعت تغییر می‌کند؛

– ضریب اصطکاک با اعمال فشار کاهش می‌یابد (اثر محو شدن)؛

– ترمزگیری در هنگام چرخش چرخ‌ها نسبت به زمانی که قفل هستند، کارآمدتر است. ABS امروزی کاربردی از این قانون است.

نفت و توسعه ترمز وسایل نقلیه

با ظهور نفت و استفاده از آن به عنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی بود که ترمزهای واقعی خودرو توسعه یافتند. در واقع، افزایش سرعت، کاهش ایمنی و افزایش تصادفات رخ داد. تقریباً در همان زمان (از 1895 تا 1900)، کارل بنز، اف. دبلیو. لنچستر، آلبرت د دیون و ژرژ بوتون اولین خودروها را توسعه داده و به بازار عرضه کردند. با این حال، لنچستر بود که در سال 1902 برای ثبت اختراع ترمز دیسکی اقدام کرد.

این شامل یک دیسک فلزی نازک بود که به محور چرخ متصل شده بود و هنگام ترمزگیری توسط دو قطعه اصطکاکی که با استفاده از اهرم‌ها و میله‌ها کار می‌کردند، گرفته می‌شد. نتایج به دلیل کمبود مواد مناسب و ناکارآمدی مدار کنترل کاملاً ناامیدکننده بود. در همان دوره، هربرت فروود (فردو) با توسعه و ثبت اختراع اولین «مواد اصطکاکی مدرن»، پیشرفت قابل توجهی در زمینه فناوری ترمز و ایمنی آن ایجاد کرد. در سال ۱۹۲۲، مالکوم لوهید (لاکهید) سیستم انتقال قدرت مکانیکی را با یک سیستم انتقال قدرت هیدرولیکی جایگزین کرد.

یکی از گام‌های بزرگ رو به جلو در توسعه ترمز دیسکی در سال ۱۹۵۳ اتفاق افتاد، زمانی که دانلوپ یک جگوار XK 120 را به ترمز دیسکی مجهز کرد. این خودرو که توسط رولد همیلتون رانده می‌شد، در مسابقه ۲۴ ساعته لمانز برنده شد. یک سال بعد در سال ۱۹۵۴، دیسک‌های تهویه‌دار برای اولین بار در یک آلفا رومئو ظاهر شدند. با این حال، تا سال ۱۹۶۳ هیچ کامیون سنگینی به ترمز دیسکی کنور مجهز نشد. مرور این روند تاریخی نشان می‌دهد که پیشرفت ترمزهای مدرن تا چه اندازه به تحول در ساخت دیسک ترمز و بهبود مواد و فرایندهای مهندسی وابسته بوده است. به این صورت بود که راه پرفرازونشیب توسعه ترمزها آغاز شد.