آشنایی فنی با ترمزهای مکانیکی

نمایش تمام تامین کنندگان ترمز مکانیکی

ترمزهای مکانیکی انرژی یک ماشین یا جسم را از طریق نیرو، معمولاً اصطکاک، متوقف می کنند. بیشتر افراد کاربرد این نوع ترمز را در ترمزهای خودرو دیده اند؛ اما ترمزهای مکانیکی در جابجایی مواد، ساخت و سایر کاربردهای انتقال نیرو نیز ضروری بوده و کاربرد دارند. 

ترمزهای مکانیکی از طریق نیروی وارد شده به بدن در حرکت چرخشی یا خطی، مانند محور، شفت یا چرخ، برای کاهش یا توقف حرکت عمل می کنند. ترمزهای مکانیکی اغلب در یک مجموعه با یک کلاچ مکانیکی برای درگیر شدن و جدا کردن شفت ها هستند. برای اطلاعات بیشتر در مورد این دستگاه‌ها، صفحه مجموعه‌های ترمز و کلاچ مکانیکی را ببینید .

ترمزهای مبتنی بر اصطکاک از یک ماده درشت و ناهموار (به عنوان مثال آستر ترمز) استفاده می کنند که برای کاهش سرعت بر روی بدنه در حال حرکت سفت یا فشرده می شود. ترمز مبتنی بر اصطکاک گرمای بسیار زیاد و مقداری سر و صدا ایجاد می کند و تمام نواحی سطح درگیر را تخریب می کند. ظرفیت ترمز با هر چرخه کاهش می یابد و نیاز به بازرسی و تعویض دارد. ترمزهای اصطکاکی به شدت در کاربردهای خودرو استفاده می شوند.

ترمزهای دندانه دار دارای سطوح تماس دندانه ای هستند که قدرت را بدون لغزش یا تولید گرما منتقل می کنند. دندان ها فقط زمانی درگیر می شوند که متوقف شوند یا با سرعت کم (کمتر از 20 دور در دقیقه) کار کنند.

ترمزهای غیر تماسی از فناوری هایی مانند میدان مغناطیسی یا جریان های گردابی برای ارائه عملکرد ترمز استفاده می کنند. نیروی ترمز متناسب با سرعت تولید می شود. مزیت جریان گردابی و ترمزهای مغناطیسی این است که اصطکاک وجود ندارد، بنابراین هیچ قطعه ای که فرسوده می شود وجود ندارد. عیب این ترمزها این است که هیچ نیروی نگهدارنده ای برای اجسام ساکن ندارند.

کلاچ و ترمز فنر پیچی با اتصال شفت ورودی و شفت خروجی با فنر کلاچ مارپیچ مناسب تداخل کار می کند. هنگامی که شفت ورودی در جهت باد فنر کلاچ می چرخد، گشتاور به شفت خروجی منتقل می شود. یک فنر ترمز جداگانه می چرخد ​​تا زمانی که گیره کنترل فنر ترمز قفل شود، که فنر ترمز را در اطراف شفت خروجی در موقعیت به توپی ترمز ثابت که به صفحه پیچ می شود، سفت می کند. همزمان فنر کلاچ آزاد می شود. ترمزهای فنری بسته بندی، توقف دقیق (0.5 ± درجه) را در ماشین آلات صنعتی فراهم می کنند، اما کلاچ ها و درایوهای فنر پیچی کاملاً مکانیکی به اندازه های کوچکتر محدود می شوند. اندازه های بزرگتر الکترومغناطیسی هستند.

اندازه و وزن

اندازه و وزن ملاحظات مهمی برای ترمزهای مکانیکی هستند. آنها به عملیات وزن اضافه می کنند، به سیستم های اختصاصی نیاز دارند و ممکن است به منبع تغذیه نیاز داشته باشند، اما ترمزها نیز برای کنترل حداکثر نیروی جنبشی که ممکن است اعمال شود، بیش از حد مهندسی شده اند. وزن همچنین به اینرسی و گشتاور دینامیکی که توسط ترمزهای فنری پیچیده تجربه می شود می افزاید.

ملاحظات رایج اندازه برای ترمزهای اصطکاکی عبارتند از:

• ضخامت دیسک/درام - عرض سطح اصطکاک درگیر شده توسط لنت یا کفش

• قطر دیسک/درام - فاصله مقطع دیسک یا درام

• سطح کل لنت - مساحت سطح مربع لنت یا کفشک ترمز

• منطقه اصطکاک پوشیدنی - سطح مربع سطح ترمز

• اندازه سوراخ - قطر داخلی دیسک یا درام

• سوراخ های پیچ - مقدار و اندازه سوراخ های سوراخ مورد استفاده برای اتصال محور

• فاصله در حال اجرا - فاصله بین لنت ترمز و سطح در زمانی که ترمز درگیر نیست

• ضخامت پوشش - ارتفاع مواد پوشش ترمز

هندسه ترمز بسته بندی فنر:

• قطر سوراخ - قطر داخلی مجموعه فنر بسته بندی

• اندازه قاب - اندازه پاکت اسمی کلاچ و ترمز، معمولاً بین 2 تا 45

• قطر - عرض در سطح مقطع مجموعه فنر

• تعداد توقف - مقدار و درجه فواصل مکان های توقف روی یقه ترمز

• درگیری با نخ - عمق سوراخ های رزوه ای برای سخت افزار در قرقره ها / هاب ها

 خودکار با توقف شفت آزاد می شود.

از چه موادی ساخته می شوند؟ 

مواد پوشش ترمز بسته به کاربرد بسیار متفاوت است. مواد باید نرم، سخت، مقاوم در برابر حرارت و دارای ضریب اصطکاک دینامیکی بالایی باشند. آنها روی پدها یا کفش های ساخته شده از ورق فلزی جوش داده شده یا پرچ شده اعمال می شوند.

• غیر فلزی - مواد آلی یا مصنوعی کامپوزیت، از جمله سلولز، آرامیدها، پلی اکریل نیتریل و شیشه متخلخل. پوشش های غیر فلزی سایش روتور را به حداقل می رساند، اما عمر مفید کوتاهی دارند.

• نیمه فلزی - مواد کامپوزیت پر شده با تکه های فلزی برای بهبود مقاومت در برابر سایش و عمر مفید با افزایش سایش روتور یا درام. نیاز به گشتاور ترمز بالاتری دارد.

• فلزی - اغلب برای عملکرد یا کاربردهای انرژی بالا محفوظ است. متشکل از فولاد متخلخل است که به سرعت روی روتورها سایش می کند، به گشتاور ترمز بیشتری نیاز دارد و صدا ایجاد می کند.

• سرامیک - خاک رس و چینی مخلوط با تکه های مس و رشته ها. دوام متوسط، طول عمر، و گشتاور مورد نیاز با صدای درک صفر. با این حال، دمای عملیاتی بالا می‌تواند لنت‌ها و سایر اجزا را منحرف کند.

کولیس ها معمولا صفحات فلزی با سیلندرهای ساخته شده از پلاستیک، آلومینیوم یا فولاد کروم اند. مواد دیسک عبارتند از:

• کامپوزیت سرامیکی - سرامیک تقویت شده با فیبر کربن اصطکاک پایدار را در سرعت بالا و در تمام دماها فراهم می کند، 50٪ سبک تر از آهن خاکستری است، اما همچنین بسیار گران است.

• آهن خاکستری - چدن با ریزساختار گرافیتی که دارای ظرفیت حرارتی و میرایی بالا با مقاومت در برابر سایش و ماشین کاری است. این رایج ترین ماده برای روتورهای خودرو است.

• فولاد - فولاد ضد زنگ معمولاً در ترمزهای دوچرخه و موتور سیکلت ادغام می شود، اما رسانایی حرارتی ضعیفی دارد. فولاد ممکن است برای کاربردهایی با نیازهای حرارتی بالاتر قابل قبول باشد، اما باعث خوردگی نیز می شود.

• آلومینیوم - یک فلز سبک وزن با ویژگی های حرارتی عالی؛ فقط برای کاربردهای RPM کم به دلیل کاهش مقاومت در برابر سایش و استحکام مناسب است. گاهی اوقات روی دوچرخه پیدا می شود.

• تیتانیوم - فقط با آسترهای آلی یا رزینی سازگار است. سبک وزن با استحکام خوب و مقاومت در برابر خوردگی، اما دارای اصطکاک سطحی و طول عمر کم است.

برخی از مواد رایج درام عبارتند از:

• چدن - رایج ترین مواد درام ترمز

• آلومینیوم - سبک تر از آهن با بهبود اتلاف گرما و محو شدن ترمز. برای حفظ یکپارچگی ساختاری به آستر آهنی یا فولادی نیاز دارد

• پوسته های فولادی یک وسیله رایج برای کاهش وزن و بهبود عملکرد درام چدنی هستند

• کامپوزیت - مواد هیبریدی، مانند آلومینیوم ریخته گری پر شده با کاربید سیلیکون، باعث کاهش وزن با مقاومت اصطکاک و سایش کافی می شود.

نصب آن ها به چه شکل است؟ 

اجزای عملیاتی ترمزهای درام (فنر، سیلندر و کفشک) به صفحه پشتی چسبانده می شوند. این یک براکت سفت و بدون چرخش است که اغلب به آستین محور متصل می شود. ترمزهای دیسکی نیز از صفحه پشتی استفاده می کنند، اما هدف آن به حداقل رساندن تجمع گرد و غبار ترمز است و گاهی اوقات اختیاری است.

دیسک‌ها روی محور نصب می‌شوند، در حالی که کولیس‌هایی که حاوی سیلندر و لنت هستند یا ثابت هستند یا شناور هستند. کولیس های شناور فقط از یک پیستون استفاده می کنند، بنابراین حرکت جانبی محدودی به کولیس با پین ها و بوش ها ارائه می شود. سیلندر یک پیستون را با لنت ترمز به روتور فشار می دهد، در حالی که این حرکت سمت دیگر کالیپر را - که فقط با لنت ترمز مجهز شده است - به سمت دیگر روتور می کشد. کالیپرهای ثابت شامل دو پیستون است که به طور همزمان لنت ترمز را به طرف مقابل روتور فشار می دهد. به طور کلی، کولیس های شناور ارزان تر، سبک تر و به همان اندازه برای کاربردهای اساسی مفید هستند، با این حال آنها به یک پیستون محدود می شوند. کولیس های ثابت فشار را یکنواخت تر اعمال می کنند و می توانند تا 12 سیلندر را استفاده کنند. آنها در سیستم های ترمز عملکردی رایج تر هستند.

ترمزهای باند نسبتاً ساده هستند. درام به محور متصل می شود، در حالی که نوار به دور درام پیچیده می شود و یک سر آن به یک پیچ یا نقطه لنگر متصل می شود. انتهای دیگر باند به یک میله ترمز یا سایر اتصالات متصل است. اگر هر دو سر ترمز نواری به اتصالات متصل باشد، از ترمز دو طرفه پشتیبانی می کند.

ترمزهای فنر پیچی روی یک صفحه پشتی مستطیلی که شامل یک محرک، یک شیر برقی و مجموعه کلاچ/ترمز است، مونتاژ می شوند. صفحه پشتی مستطیلی نیز شامل چهار سوراخ است، اما تنها یکی از این سوراخ ها باید به یک سطح غیر چرخشی ثابت شود. نصب سخت افزار در سوراخ های بیشتر از حد لازم، تحمل محوری مورد نیاز را نمی دهد و منجر به کاهش عمر مفید و عدم دقت ترمز برای ماشین های دقیق می شود.

مشخصات فنی 

• نیروی اهرمی - کل نیروی موجود که یک سیستم ترمز می تواند اعمال کند

• زمان پاسخ - تاخیر بین فرمان ترمز و درگیری مکانیسم، معمولاً در میلی ثانیه.

• ظرفیت ترمز - اثر کاهش سرعت تجمعی سطح لنت ترمز و نیروی محرک (به استثنای متغیرهایی مانند شرایط جاده، مقاومت باد و غیره).

• سرعت - حداکثر سرعت چرخشی محور سازگار برای یک ترمز مکانیکی معین، معمولاً در RPM

• قدرت - حداکثر اسب بخار (HP)

• گشتاور ترمز - نیروی مورد نیاز برای متوقف کردن یک دیسک یا درام در یک بازه زمانی خاص (فوت تا پوند)

• رتبه‌بندی گشتاور - حداکثر گشتاوری که می‌توان بر حسب فوت پوند (فوت تا پوند) روی یک قطعه چرخان اعمال کرد.

• پیک نیروی - حداکثر فشاری که می تواند توسط محرک اعمال شود

• اتلاف مداوم نیرو - قدرتی که ترمز قبل از خرابی می تواند تحمل کند

• عمر مفید لنت ترمز - به نیروی اعمال شده، مواد، چرخش و دمای کار بستگی دارد.

• گشتاور استاتیک - نیروی اعمال شده به دیسک، درام یا شفت برای جلوگیری از چرخش هنگام توقف یا پارک

• استحکام کششی - فنرهای بسته بندی فقط می توانند گشتاوری را منتقل کنند که از استحکام مواد آنها تجاوز نکند

• نسبت گشتاور به اندازه - نسبت قطر ترمز به گشتاور ترمز

• گشتاور ضد عقب / ضد سرریز - گشتاور برای حذف حرکات عقب یا جهنده توسط شفت در هنگام توقف.

امکانات

• عملکرد دوگانه - یک سیستم فشار جداگانه در رساندن گشتاور به ترمزها کمک می کند

• عکس العمل صفر - هیچ تحملی در هنگام ترمزگیری وجود ندارد

• دو جهته - ترمزها می توانند چرخش شفت ها را در هر جهت کاهش دهند

• نشانگر لغزش - بازخوردی مبنی بر عدم عملکرد مطلوب سیستم ترمز

• گشتاور قابل تنظیم - یک تنظیم قابل تنظیم برای گشتاور اعمال شده

• شستشو - سیستم ترمز را می توان با شلنگ یا شستشو با فشار تمیز کرد

• بازخورد - ترمزها از سیستمی برای نظارت بر عملیات پشتیبانی می کنند

• تقویت ترمز - با استفاده از واحد کنترل پایداری الکترونیکی در زمانی که بوست خلاء کافی نیست، قدرت ترمز را تکمیل می کند.

استانداردها

انجمن مهندسین خودرو (SAE) بدنه استانداردهای برتر برای خودروها است و چندین استاندارد مرتبط با ترمز خودرو دارد. سایر استانداردها ممکن است به روش‌های صنعتی کاهش سرعت شفت برای کاربردهای انتقال نیرو اشاره کنند.

SAE J431 -  ریخته گری آهن خاکستری

SAE J101 -  عملکرد و دوام سیلندرهای چرخ برای ترمزهای درام

 SAE J1713 - تعیین قدرت و عمر خستگی سیستم ترمز دیسکی برای وسایل نقلیه

برای مطالعه فنی تر و دقیق تر درباره این ترمزهای مکانیکی، می توانید به لینک زیر که در منبع آمده مراجعه کنید. 

 منبع: globalspec.com