به چه دلیل دیسک ترمز را تعویض کنیم؟

تجربه نشان می‌دهد که رانندگان معتقدند دیسک‌ها به ندرت تعویض می‌شوند. در نتیجه، وقتی یک مکانیک می‌گوید که این کار را انجام داده است، مشتریان گمان می‌کنند که یا سیستم ترمز معیوب است یا اینکه او فریب خورده است. معمولاً این‌طور نیست زیرا سایش یک اتفاق طبیعی است و برای درک بهتر این فرایند، آشنایی با این‌که دیسک ترمز چیست و چه نقشی در توقف خودرو دارد، اهمیت زیادی پیدا می‌کند.پس از اینکه دیسک‌ها به حداقل ضخامت خود رسیدند، نباید در تعویض آنها تردید کرد. همانطور که نشان خواهیم داد، وقتی دیسک بیش از حد ساییده می‌شود، ایمنی فوراً به خطر نمی‌افتد، با این حال، می‌تواند در مدت زمان بسیار کوتاهی این اتفاق بیفتد.

سایش و ترک خوردگی دیسک ترمز

اگرچه دیسک ترمز به طور معمول ساییده می‌شوند، حتی اگر سرعت وقوع آن متفاوت باشد، ترک خوردن دیسک پدیده ای که باید جدی گرفته شود و همیشه ظاهر نمی‌شود. ترک برداشتن دیسک ترمز در اثر فرسودگی بیش از حد  نشان دهنده تغییر شکل چدن است . این پدیده معمولاً زمانی رخ می‌دهد که دیسک به طور کامل ساییده شده باشد ، به همین دلیل است که هنگام تعویض دیسک‌ها کشف می‌شود.

علت ترک خوردن دیسک ترمز

مطالعات بسیار پیچیده و عمیقی در مورد این پدیده انجام شده است.. در مرحله ی اول  می‌توان مشخص کرد که ترک خوردن زمانی رخ می‌دهد که سطح دیسک در نتیجه عمل ترمز در معرض نیروها و تبدیلات انرژی بسیار بالایی قرار گرفته است . بنابراین، از آنجایی که این اساساً یک مشکل ابعادی است، چنین فرسودگی در اتومبیل‌هایی که سیستم ترمز به درستی ابعادبندی شده و حاشیه وسیعی دارد، تنها زمانی رخ میدهند که فرسودگی بیش از حد باشد . با این حال، تکنسین‌ها هنوز هم موفق به طراحی آزمایش‌های بسیار سختی می‌شوند که باعث ایجاد ترک در دیسک‌های جدید می‌شود. ترک خوردن به خودی خود برای ایمنی مضر نیست، اما می‌تواند نشانه اولیه شکستگی در آینده باشد و این موضوع بسیار خطرناک‌تری است. مکانیسمی که ترک‌ها از طریق آن تشکیل می‌شوند، با دقت بسیار زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است. در اینجا، ما صرفاً اصول را شرح خواهیم داد. همانطور که می دانیم ، در طول ترمزگیری دمای سطح دیسک بسیار بالاتر از دمای داخلی آن است و در نتیجه، اتساع سطح بسیار بیشتر می‌شود. سطح دیسک همچنین تحت نیروی فشاری قوی اعمال شده توسط لنت‌های ترمز قرار می‌گیرد. اگر این نیرو از حد الاستیسیته ماده تجاوز کند، هنگام خنک شدن دیسک، اعوجاج شروع می‌شود و ترک خوردگی رخ می‌دهد. واضح است که این اتفاق در نتیجه اولین حرکت حرارتی رخ نمی‌دهد، بلکه پس از تعداد زیادی چرخه رخ می‌دهد. این همان چیزی است که معمولاً به عنوان خستگی حرارتی شناخته می‌شود. بررسی زیر میکروسکوپ نشان می‌دهد که ترک‌های کوچک اغلب در نقطه‌ای شروع می‌شوند که غلظت زیادی از پوسته‌های گرافیت وجود دارد. بنابراین، یک چدن بسیار همگن کمتر در معرض این پدیده قرار می‌گیرد. ترک خوردگی به تدریج رخ می‌دهد. در ابتدا ترک‌ها بسیار کوچک هستند و چیزی که به عنوان ترک خوردگی نامیده می‌شود، قابل مشاهده است. در عوض، وقتی ترک‌ها آشکارتر می‌شوند، می‌توان دید که به صورت شعاعی در سطح دیسک امتداد می‌یابند. این به دلیل یک مکانیسم مکمل رخ می‌دهد. سطح دیسک در هنگام ترمزگیری، عمود بر جهت حرکت لنت‌ها، تحت تأثیر نیروهای کششی قرار می‌گیرد. این مکانیسم تمایل به ایجاد ترک دارد: به عنوان ترک مکانیکی شناخته می‌شود. مطالعات روی تعدادی از مقاطع نشان داده است که عمق ترک‌ها سریع‌تر از طول آنها افزایش می‌یابد. آزمایش‌های موسوم به “شوک حرارتی” یا “خستگی حرارتی” به وضوح نشان می‌دهند که ترک‌ها با افزایش ترمزگیری تکثیر می‌شوند. علاوه بر این، می‌توان اشاره کرد که ضخامت دیسک تأثیر قابل توجهی بر سرعت رشد ترک‌ها دارد. مقایسه بین یک دیسک نو و یک دیسک فرسوده برای نشان دادن این موضوع کافی است. به منظور سرعت بخشیدن به آزمایش‌ها، یک دیسک جدید تهیه می‌شود که از قبل در حداقل سطح ضخامت قرار دارد. بدیهی است که وقتی ترک‌هایی به طول چند دهم میلی‌متر روی سطح دیسک قابل مشاهده باشند، قطعه باید تعویض شود، زیرا گسترش چنین ترک‌هایی اغلب در فضای بین دو تیغه در سطح ترمز دیسک می‌تواند باعث شکستگی شود.. جدا از این واقعیت که ممکن است راندمان ترمز به خطر بیفتد، این امر همچنین باعث فرسودگی سریع لنت می‌شود زیرا دیسک عملاً مانند یک سوهان عمل می‌کند. مطالعات علل اصلی توسعه وگسترش ترک‌ها و راه‌حل‌های خاصی برای حل این مشکل به دست داده اند .

رسانایی حرارتی

رسانایی حرارتی اجزای اصلی سیستم ترمز باید افزایش یابد تا دماهای پایین‌تری ایجاد شود. به طور خاص، رسانایی مواد پد لنت ترمز باید بالاتر باشد، البته این رسانایی نباید باعث ایجاد قفل بخار(vapor lock) شود. قفل بخار زمانی رخ می‌دهد که مایع ترمز به نقطه جوش می‌رسد و حباب‌های بخار در مدار هیدرولیک تشکیل می‌دهد.

مدول یانگ

مدول یانگ لنت – یعنی خاصیت ارتجاعی آن – نیز تأثیر خاصی دارد، زیرا سطوح اصطکاک باید افزایش یابند تا تنش‌های مکانیکی موضعی کاهش یابند. برای دستیابی به این هدف، چه از نظر اثر سایش و چه از نظر اعوجاج  دو سطح باید یکدیگر را تکمیل کنند.

 علاوه بر این توصیه‌ها، واضح است که هر اقدام ممکنی باید برای کاهش دما انجام شود. روش هایی برای خنک کردن دیسک ترمز و در نظر گرفتن ابعاد مناسب برای آن است.  

سایش دیسک ترمز

سایش یک اتفاق طبیعی است، اگرچه برای عملکرد صحیح ترمز اجباری نیست. در زمینه مواد، پیشرفت‌های زیادی حاصل شده است و احتمالاً در آینده پیشرفت‌های بیشتری نیز حاصل خواهد شد. با این وجود، ما هنوز سیستم اصطکاکی را کشف نکرده‌ایم که تمام ویژگی‌های لازم برای ترمزگیری صحیح را داشته باشد اما در معرض سایش نباشد. اول، باید بین سایش چدن و ​​سایش مواد اصطکاکی لنت ترمز تمایز قائل شد، زیرا اغلب تمایلی وجود دارد که هر دو نوع سایش را به لنت‌ها نسبت دهند. به همین دلیل، شناخت نشانه‌ها و معیارهای زمان تعویض دیسک ترمز اهمیت زیادی دارد تا سایش واقعی دیسک با فرسودگی لنت اشتباه گرفته نشود.به این دلیل است که جنس دیسک ثابت می‌ماند (تغییرات در ترکیب آلیاژهای مختلف در مقایسه با مخلوط‌های مورد استفاده برای لنت‌ها حداقل است)، در حالی که برای دستیابی به برخی مصالحه‌ها، جنس لنت‌ها بسیار متفاوت است. در مورد سایش به تنهایی، موادی شناسایی شده‌اند که سایش کمی نشان می‌دهند اما باعث سایش زیادی در دیسک می‌شوند و برعکس. در مواجهه با چنین انتخابی، تولیدکنندگان خودرو تمایل دارند گزینه دوم را انتخاب کنند. همچنین خواهیم دید که بین این دو نوع سایش تعامل وجود دارد و تعویض دیسک‌ها به همان اندازه اقدام مشابه در مورد لنت‌ها، چه از نظر ایمنی ترمز و چه از نظر سطح راحتی، مهم است.

حداقل ضخامت دیسک ترمز

مفهوم حداقل ضخامت برای یک دیسک آنقدر مهم است که مقدار آن به طور پاک نشدنی روی آن حک شده است. این مقدار حداقل به سه دلیل توسط سازنده تعیین می‌شود.

اول و مهمتر از همه به دلایل مکانیکی: در مورد دیسک‌های تهویه‌دار، صفحه چدنی نباید در اثر فشار تغییر شکل دهد.

دوم، به دلایلی که به جرم باقی‌مانده چدن مربوط می‌شود: کاهش جرم منجر به دمای بالا می‌شود.

سوم، صرفاً به دلایل هندسی: در واقع اگر با گذشت زمان، لنت‌ها ساییده شوند و دیسک از حداقل ضخامت خود پایین‌تر بیاید، عواقب جدی ذکر شده در زیر رخ خواهد داد. اول از همه، ممکن است محافظ گرد و غبار پیستون پاره شود. این امر خطر فوری ایجاد نمی‌کند، اما در شرایط کثیف و گلی، پودرهای ساینده به سرعت به واشرها آسیب می‌رسانند که به نوبه خود بر هوابندی تأثیر می‌گذارد. در موارد خاص، لنت‌ها ممکن است دیگر هدایت نشوند و از جای خود خارج شوند. ( لنت ها به بیرون پرت شوند )  در چنین مواردی، عملکرد ترمزگیری به سرعت خراب می‌شود یا حتی بدتر، اصلاً وجود نخواهد داشت. اگر موقعیت پیستون خیلی جلو باشد، می‌تواند در اثر حرکت از کالیپر جدا شود. وقتی این اتفاق می‌افتد، وسیله نقلیه دیگر ترمز نمی‌کند! هر زمان که لنت‌ها تعویض می‌شوند، مهم است که اطمینان حاصل شود که دیسک در طول عمر لنت‌های جدید از حداقل ضخامت خود کمتر نمی‌شود.

افزایش دمای لنت و دیسک ترمز

یکی از پیامدهای مهم سایش – و بنابراین، کاهش ضخامت دیسک – افزایش دما در دو نمونه ترمزگیری یکسان از نظر فشار اعمال شده است. مهم‌تر از همه، حجم چدن کمتر است زیرا ضخامت دیسک حداقل است و با توجه به انتقال انرژی برابر، دمای سطوح ترمز بالاتر است.

سایش بیشتر لنت و دیسک ترمز  

در شرایط آزمایش برابر، مقایسه‌ای بین سایش مربوط به ترکیب دیسک و لنت نو و فرسوده نشان می‌دهد که در زمانی که لنت‌ها نو هستند اما دیسک به حداقل ضخامت خود رسیده است، لنت‌ها در مقایسه با دیسکی با ضخامت اولیه، ۳۰ درصد سریع‌تر ساییده می‌شوند. این پدیده در مورد خود دیسک نیز جدی است. همچنین می‌توان دماهای حاصل‌شده در یک ترمز مجهز به دیسک نو و برای همان ترمز با یک دیسک دست‌دوم را مقایسه کرد. این آزمایش شامل انجام یک سری ترمزگیری متوالی و نسبتاً سریع است، به‌طوری‌که دما به‌صورت یکنواخت افزایش می‌یابد. حجم کمتر در سطوح ترمز باعث افزایش سریع دما می‌شود. به دلیل انبساط، دیسک تغییر شکل می‌دهد و شروع به تاب برداشتن می‌کند. از آنجا که این اتفاق بیشتر در مورد دیسک‌های دست‌دوم رخ می‌دهد، سایش لنت ترمز ناهموار می‌شود و راحتی رانندگی کاهش پیدا می‌کند. برای جلوگیری از این مشکلات، رعایت نکات تعویض دیسک و توجه به اصول نصب و بررسی فنی پس از تعویض اهمیت زیادی دارد. چنین اعوجاجی ممکن است دائمی شود و عملکرد صحیح سیستم ترمز را به خطر بیندازد.

محو حرارتی

در آزمایش‌های تحت شرایط فوق، می‌توان شروع سریع‌تر محو شدن – یعنی کاهش ضریب اصطکاک در دماهای بالا – را مشاهده کرد. در این مورد نیز، آزمایش شامل مجموعه‌ای از اقدامات ترمز است که با کاهش سرعت ثابت و در فواصل زمانی مساوی انجام می‌شود. می‌توان مشاهده کرد که برای رسیدن به سطح کاهش سرعت مشخص، فشار به تدریج بیشتری مورد نیاز است. همین امر را می‌توان در مورد نیرویی که باید به پدال ترمز اعمال شود، بیان کرد. در یک آزمایش مشابه، اما با تعداد بیشتری از اقدامات ترمز، می‌توان مشاهده کرد که در پایان آزمایش، افزایش قابل توجهی در شل شدن پدال وجود دارد.