بررسی اجزا و نحوه عملکرد سیستم ترمز خودرو

پردیس فناوری کیش-طرح مشاور متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

هر خودرو علاوه بر اینکه به سیستم هایی برای تولید نیروی محرکه برای حرکت احتیاج دارد ، به سیستم های دیگری نیز جهت کنترل حرکت خودرو نیازمند است . یکی از این سیستم ها ،سیستم ترمز نام دارد.

وظایف سیستم ترمز خودرو

اساس کار این سیستم بر مبنای اصطحکاک است . وظیفه این سیستم کم کردن سرعت و نهایتا توقف خودرو میباشد . البته در خودرو های پیشرفته و گران قیمت ، این سیستم وظیفه ی کنترل پایداری خودرو سر پیچ ها و جلوگیری از چرخش های حاصل از ترمز را نیز دارد . حتی به عنوان سیستم کمک کننده برای بهبود عملکرد موتور که در خودرو ها مسابقه ای کاربرد دارد .

انواع سیستم ترمز خودرو

سیستم ترمز انواع مختلفی دارد ؛ مانند : ترمزهای هیدرولیک ، بادی ، سیمی (کابلی) . . . در اتومبیلهای سواری ترمزهای اصلی چهار چرخ از نوع هیدرولیک هستند و ترمز دستی (اضطراری) از نوع سیمی است .

در ترمزهای هیدرولیک ، از یک مایع (روغن ترمز) استفاده می شود که غیر قابل تراکم است و این حالت تراکم ناپذیری خود را در هر شرایطی حفظ می کند.سیستم های ترمز خودرو را میتوان طور دیگری نیز دسته بندی کرد. ۱-ترمز های کاسه ای ۲- ترمز های دیسکی .

چون بیشترین فشار هنگام ترمزگیری روی چرخ های جلو است ، این چرخ ها مجهز به ترمز دیسکی هستند که نسبت به مدل کاسه ای عملکرد بهتری دارند و کمتر داغ میشوند .(هزینه نصب و نگهداری یترمز دیسکی از کاسه ای بیشتر است) . برای مثال خودروی پراید که ترمز های جلوی آن دیسکی و عقب آن کاسه ای است.

نحوه ی عملکرد سیستم ترمز خودرو

به طور خلاصه میتوان گفت : زمانی که راننده  به وسیله  پای خود روی پدال  ترمز  فشار میاورد ، این فشار وارد سیستم هیدرولیکی میشود  و باعث جلو رفتن پیستون پمپ اصلی ترمز شده و پیستون روغن ترمز موجود در سیلندر ترمز که جلوی پیستون قرار دارد را تحت فشار قرار داده و هم زمان با حرکت خود در داخل سیلندر انرا با فشار زیاد از  طریق لوله های فولادی رابط که در مقابل فشارهای جانبی بسیار مقاوم می باشد  به سمت سیلندر چرخها رانده و به  این  وسیله  باعث  جابجائی  پیستونهای داخل سیلندر چرخ میشود.

  کاسه ای

در سیستم ترمز کاسه ای  پیستونها  فشار خود را به  کفشکهای ترمز منتقل کرده و کفشکها  را  به کاسه  چرخ  می چسباند . واضح  است  که این عمل  باعث  به وجود  امدن اصطکاک  بین  کاسه  و کفشکها  شده و انها را از حرکت باز میدارد یا سرعت آنها را کم میکند .

ﺗﺮﻣﺰ ﮐﺎﺳﻪ ﺍﻱ ﻳﮏ ﮐﺎﺳﻪ ﺗﺮﻣﺰ ﻓﻠﺰﻱ ﺩﺍﺭﺩ ﮐﻪ ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ ﺗﺮﻣﺰ ﻫﺮ ﭼﺮﺥ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺑﺮ ﻣﻲ ﮔﻴﺮﺩ . ﺩﺭﻭﻥ ﺍﻳﻦ ﮐﺎﺳﻪ ﺗﺮﻣﺰ ﺩﻭ ﮐﻔﺸﮏ ﺧﻤﻴﺪﻩ ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﺧﺎﺭﺝ ﺣﺮﮐﺖ ﻣﻲ ﮐﻨﻨﺪ ﺗﺎ ﺳﺮﻋﺖ ﭼﺮﺧﺶ ﮐﺎﺳﻪ ﺗﺮﻣﺰ ﺭﺍ ﮐﻪ ﻫﻤﺮﺍﻩ ﭼﺮﺥ ﻣﻲ ﭼﺮﺧﺪ ﮐﺎﻫﺶ ﺩﻫﻨﺪ ﻳﺎ ﺁﻥ ﺭﺍ ﻣﺘﻮﻗﻒ ﮐﻨﻨﺪ .

این عمل به اینصورت انجام میپذیرد که روغن ترمز پس از منقبض شدن سیلندر اصلی در اثر فشار پدال ، از طریق لوله های فلزی به کاسه چرخ ها میرسد و با فشار آوردن بر کفشک های ترمز، آنها را به کاسه میچسباند و عمل ترمز گیری انجام میشود .

 کفشک ها از جنس فلز هستند و روی آنها ، لنت ترمز چسبانده میشود و یا پرچ میشود ، لنت ترمز باید مقاومت خوبی در برابر گرمای حاصل از اصطحکاک تماس با کاسه داشته باشد به این منظور لنت ها را از جنس فایبرگلاس و یا مواد نیمه فلزی میسازند . در گذشته این لنت ها را از جنس آزبست میساختند اما این ماده برای محیط زیست بسیار زیان آور است .

ترمز های کاسه ای بر اساس نحوه قرارگیری کفشک ها ها درون کاسه به حداقل چهار نوع تقسیم میشوند :

•   Loading and training shoe brakes
•  Dou-servo shoe beakes
• Two leading shoe brakes
• Two training shoe brakes

دیسکی

در مورد سیستم ترمز دیسکی ، پیستون ها فشار خود را به لنت های ترمز وارد میکنند و لنت ها به دیسک ترمز میچسبند و عمل ترمزگیری انجام میشود .

ساختار و مکانیسم این نوع ترمز تا حدود زیادی با ترمزهای کاسه ای متفاوت است ، به جای کاسه از یک دیسک چرخان استفاده شده است و به جای کفشک های خمیده از یک جفت کفشک صاف که به آن لنت ترمز میگویند استفاده شده است . این لنت ها در دو طرف دیسک قرار دارند و و از پشت به یک سیلندر و پیستون مجهز اند .

هنگامی که پدال ترمز فشرده میشود و روغن توسط نیروی هیدرولیکی از مجاری فلزی به سیلندر چرخ میرسد ، پیستون را به سمت بیرون فشرده میکند و لنت ها به دیسک میچسبند و باعث توقف یا کاهش سرعت چرخش آن میشوند .

کلاچ خودرو

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

کلاچ وسيله ايست براي انتقال حرکت چرخشي از يک شفت به شفت ديگر. کلاچ در واقع يک وسيله قطع کردن و يا وصل کردن است که در سيستم‌هاي انتقال نيرو بکار مي‌رود. اصولاً در سيستم‌هاي انتقال نيرو، توان و نيروي توليد شده در موتور براي استفاده به شکلي ديگر يا استفاده در جايي ديگر نياز به جابجايي و انتقال دارد.  براي آنکه بتوان بر روي اين انتقال نيرو کنترلي را اعمال کرد. ساده‌ترين راه استفاده از يک کلاچ است تا هر زمان که نياز به توقف انتقال نيرو باشد، اين عمل انجام پذيرد.

کلاچ يک اتصال اصطکاکي ميان موتور اتومبيل به عنوان منبع توليد توان و جعبه دنده اتومبيل برقرار مي‌کند. در حالي که کلاچ اتومبيل درگير است توان از موتور به جعبه دنده و از آنجا به چرخها انتقال مي‌يابد. ليکن گاهي لازم مي‌شود که دنده مورد استفاده در جعبه دنده ماشين بر حسب شرايط جاده و سرعت حرکت ماشين تغيير کند..

ويژگيهاي لحاظ شده در طراحي بهينه کلاچ:

جهت طراحي بهينه کلاچ بايد موارد گوناگوني را در نظر گرفت که در زير به آنها اشاره مي کنيم:

•  انتقال ماکزيمم گشتاور : طراحي کلاچ بايد بگونه اي باشد که بتواند 125 تا 150 درصد ماکزيمم گشتاور توليدي موتور را منتقل کند.
  
•  درگيري و خلاصي تدريجي : کلاچ و سيستمهاي عملگر آن بايد بگونه اي طراحي شوند که حين خلاصي و درگيري صفحات کمترين تکان را به خودرو منتقل کند.
  
•  پخش سريع حرارت توليد شده : حين درگيري کلاچ بعلت وجود لغزش در ابتداي امر، گرماي زيادي توليد مي شود که بايد به طرقي دفع شود.
  
•  بالانس ديناميکي : چون کلاچ عضو دوار متحرک است، بنابراين در سرعتهاي زياد جهت جلوگيري از بوجود آمدن نيروهاي جانبي بايد از لحاظ ديناميکي بالانس باشد.
  
•  استهلاک نوسانات : طراحي کلاچ بايد به گونه اي باشد که سبب از بين رفتن نوسانات انتقالي از موتور به سيستم انتقال قدرت و نوسانات انتقالي از چرخها به موتور شود.
  
• ابعاد کلاچ : از لحاظ ابعادي، کلاچ بايد کمترين فضاي ممکن را اشغال کند.
  
•  اينرسي : قطعات متحرک کلاچ بايد کمترين اينرسي ممکن را داشته باشند.
  
•  سادگي در تعويض و تعمير : تعويض قطعات و تعمير آنها بايد به سادگي صورت گيرد.
  
•  سهولت در عملکرد کلاچ نزد راننده : عمل کلاچ گيري و تعويض دنده نبايد براي راننده حالت خسته کننده و طاقت فرسايي داشته باشد.

  انواع کلاچ:

• بدون لغزش : اين نوع کلاچها دو حالت دارند؛ حالت خلاصي و حالتي که کلاچ کاملاً درگير است. بنابراين در اين حالت لغزش يا سايش در کلاچ به هيچ عنوان مشاهده نمي شود. 
  
• يکطرفه : اين کلاچها در گردش از يک طرف همانند کلاچ بدون لغزش عمل مي کند، اما اگر چرخش در جهت مخالف صورت گيرد دو صفحه کاملاً روي هم سر مي خورند و هيچگونه انتقال نيرويي صورت نمي گيرد؛ بنابراين در اين کلاچها گشتاور تنها از يک طرف منتقل مي شود

• اصطکاکي : اساس عملکرد اين کلاچها درگيري دو صفحه داراي ضريب اصطکاک نسبتاً بالاييست که اين درگيري سبب انتقال نيرو از يکي از صفحات به صفحه ديگر مي شود. انواع مورد استفاده اين نوع کلاچها شامل ديسکي، مخروطي، صفحه اي و تسمه اي مي باشد.
  
• هيدروليک : در اين نوع کلاچها نيرو از يکي از صفحات به سيال و سپس از سيال به صفحه متحرک مورد نظر منتقل مي شود.
  
  از ميان انوا کلاچهاي فوق تنه دو نوع آخر در خودروهاي امروزي مورد استفاده قرار مي گيرد .

کلاچ اصطکاکي:

اين نوع کلاچها به پنج نوع عمده زير تقسيم مي شوند :

•   کلاچ مخروطي
•  کلاچ تک صفحه اي
• کلاچ چند صفحه ای
• کلاچ نيمه گريز از مرکز
• کلاچ گريز از مرکز

  کلاچ مخروطي (Con Clutch) :

در اين کلاچها همانگونه که از اسم آن پيداست سطوح اصطکاکي به شکل مخروطي هستند. هنگامي که کلاچ در گير مي شود، گشتاور از طريق فلايويل که سطح داخلي آن به شکل مخروطي است به سطح مخروطي ديگري که درون فلايويل جاي مي گيرد منتقل مي شود. براي خلاص کردن کلاچ نيز سطح مخروط خارجي کمي از درون فلايويل بيرون کشيده مي شود تا تماس دو سطح قطع شود.

مزايا : براي فشار يکسان وارده بر پدال، نيروي اعمالي برروي سطوح اصطکاکي در اين حالت بزرگتر از نيروي محوري اعمال شده نسبت به کلاچ صفحه اي است.

معايب : اگر زاويه مخروط کوچکتر از حدود 20 درجه انتخاب شود، ممکن است حالت خود قفلي پيش بيايد و جدا کردن دو سطحي که با هم در حالت چرخش هستند مشکل شود.

کلاچ تک صفحه اي با فنر ديافراگمي (Diaphragm Spring Clutch ):

اساس کار اين نوع کلاچها همانند کلاچ تک صفحه اي است با اين تفاوت که در اينجا بجاي فنرهاي پيچشي از فنر ديافراگمي استفاده مي شود؛ اين فنرها در حالت عادي به شکل مخروط ناقص هستند، اما هنگامي که فشرده مي شوند حالت تخت به خود مي گيرند.

مزايا : 

• به علت ذخيره انرژي در امتداد شعاعي طرح نهايي اين کلاچ در امتداد محوري به مراتب کوچکتر و جمع و جورتر خواهد بود.
• فنر ديافراگمي در مقايسه با فنرهاي تخت کمتر تحت تاثير نيروي گريز از مرکز قرار مي گيرند، لذا براي استفاده در دورهاي بالاتر مناسب تر مي باشند.
• در اين طرح فنر ديافراگمي هم بعنوان فنر فشارنده و هم بعنوان قطعه ناخني عمل مي کند، لذا اين قطعات از سيستم حذف شده اند و باعث کاهش وزن کل و سر و صداي سيستم مي شوند. 
  
  

  معایب

• نيروي فنر نسبت فنرهاي پيچشي کمتر است، بنابراين فقط در ماشينهاي سبک مي تواند مورد استفاده قرار گيرد

عملکرد اين کلاچ همانند کلاچ تک صفحه اي است با اين تفاوت که در اينجا بجاي يک صفحه کلاچ، به تناسب گشتاور انتقالي مورد نظر از چندين صفحه اصطکاکي استفاده مي شود. اين امر باعث مي شود که کلاچ بتواند گشتاور بزرگتري را منتقل کند. بنبراين اين کلاچها بيشتر در خودروهاي سنگين يا خودروهاي مسابقه اي که به انتقال گشتاور بزرگتري نياز دارند، مورد استفاده قرار مي گيرد.

 کلاچ نيمه گريز از مرکز

در اين نوع کلاچها، فنرها براي انتقال گشتاور در سرعتهاي معمولي طراحي مي شوند، در حاليکه در سرعتهاي بالاتر نيروي گريز از مرکز به انتقال گشتاور کمک مي کند. در اين کلاچها نيروي گريز از مرکز از طريق وزنه هايي بوجود مي آيد که همراه ساير اجزا دوار کلاچ مي گردند