ترمز یکی از اجزای مصرفی در خودرو با درجه ایمنی Grade A یا فوق ایمنی میباشد که این درجه ایمنی نشان از اهمیت زیاد این قطعه که در ظاهر ساده به نظر میرسد دارد. در ترمزگیریهای شدید و در مواقع ضروری که صحبت ا ایمنی جان سرنشینان اتومبیل و خسارات مالی سنگین مطرح میگردد، اهمیت لنت ترمز بیشتر نمایان میشود. اما یکی از مواردی که رانندگان گاهی اوقات با آن برخورد دارند، صدای ناشی از لنت براثر ترمز کردن میباشد. این صدا گاه در مواقع خاصِ حرکتی و گاه به دلیل استفاده از نوعی ماده به خصوص در لنت و یا اجزای سیستم ترمزی، تولید و باعث مراجعه مکرر دارندگان اتومبیل به نمایندگی شرکتهای خودروساز یا سایر تعمیرگاه ها میشود چون سبب ایجاد احساس عدم اعتماد راننده به سیستم ترمز میشود و این تصور را به وجود میآورد که عملکرد آن ایراد دارد. این مسئله مخصوص یک یا چند کشور نیست بلکه موضوع روز بسیاری از شرکتهای مهم اتومبیل ساز و قطعهساز در جهان است و باعث تحمیل هزینه های زیای به آنها شده است.
صدای لنت با توجه به شدت و زیادی آن به طور کلی صدای ارتعاش آرام را ناله و صدای ارتعاش سریع را جیغ میگویند.
در طراحی لنت موارد زیر باید در نظر گرفته شود:
شیار وسط لنت به عنوان نشانگر حد مجاز استفاده از لنت ترمز همچنین محلی برای خارج شدن گاز و گرد و خاک ناشی از مصرف لنت است.
1- در شرایط متفاوت جوی میبایست عملکرد یکسانی داشته باشد. این عملکرد دلخواه باید در محدوده مختلف حرارتی در زمان رانندگی هم حفظ شود.
2- پدالگیری درست در همه مواقع.
3- طول عمر بالا
4- قابلیت کارایی در شرایط متفاوت، بدون داشتن صدا.
5- لنت باید به طرز مطلوبی توانایی توقف اتومبیل را دارا باشد.
6- محدودیتهای ابعادی برای مونتاژ.
7- استفاده نشدن از مواد آزبستی.
8- خروجی غبار کمترتا چرخ تمیز تر بماند
میزان خروجی گرد و خاک لنت و تفاوت سطوح داخلی دو چرخ گاه استفاده از یک ماده نرمتر برای لنت به منظور مانع شدن از ایجاد سر وصدا پیشنهاد میگردد که این موضوع باعث کم شدن عمر لنت ترمز میشود.
در این جا با بخشهای اصلی ساختمان لنت آشنا میشویم چون شاید در بعضی موارد تغییر ساختار مواد مصرفی در لنت، یکی از راه های از بین بردن صدا باشد. موادی که در ترکیب لنت ترمزمورد استفاده قرار میگیرند، عبارتند از: مواد اصطکاک زا مانند گرافیت، پودر فلز مثل سرب، روی، برنج و آلومینیم، مقیدکننده ها، پُرکننده ها و عوامل بهبوددهنده که در ادامه درباره ی آنها توضیح میدهیم
1- پودر فلز به منظور بالابردن مقاومت مواد در برابر حرارت و سایش به ترکیب افزوده میگردد.
2- مقیدکننده ها چسب هایی که مواد اصطکاکی را در کنار هم نگه میدارند. رزین Phenolic رایج ترین نوع آن میباشد.
3- Filler ها همانند تراشه های لاستیکی هستند که در مقادیر پایین برای کم شدن صدای لنت ترمز به ترکیب اضافه میگردند.
تنوع زیاد نوع لنت و ترکیبات آن، تاثیر زیادی بر صدای تولیدی لنت ترمز دارد. در ادامه به بعضی از پارامترهای مربوط به آن اشاره می شود:
لنتهای نیمه فلزی: معمولاً باعث ایجاد سر وصدا میشوند که این مسئله به دلیل سختی بیشتر آنها نسبت به لنت های غیرآزبستی میباشد. ترکیبات فلزی این نوع لنته ا، هنگام ترمزگیری و سایش فلز به فلز باعث ایجاد صدای جیغ میگردد.
میزان Fillerها و Binderها در ماده اصطکاکی لنت تفاوت قابل توجهی در میزان صدای جیغ تولیدی از لنت های جلو یا عقب بوجود می آورد. در این حالت اضافه کردن اجزایی نظیر گرافیت،کربن و ترکیبات بهبود دهنده لاستیکی میتواند باعث کمتر شدن صدای لنت گردد. اضافه کردن برنج میتواند باعث رفع ارتعاشات و همچنین تمیزکاری دیسک و یا کاسه چرخ شود.
شکل هندسی لنت هم بر میزان صدای تولیدی تاثیر دارد. لنتی با گوشه های پخ خورده میتواند روی دیسک ترمز، بدون ایجاد ارتعاش لغزش کند.همچنین لنتهای چاک دار باعث تغییر فرکانس لنتهای لرزان میگردند.
برخی لنتها پوشش خاصی دارند که به سطح دیسک انتقال پیدا میکند. این پوششها باعث بوجود آمدن یک نوع فیلم روی دیسک میشوند که ارتعاش و صدا را پایین می آورد.
صدای جیغ ترمز عقب اغلب به دلیل جمع شدن گرد لنت و ... بین لنتها و کاسه چرخ ایجاد میشود. برای حل کردن این مشکل، گرد و غبار ناشی از لنت ترمز را از روی کفشک ها و صفحه پشت بند لنت ترمز و قطعات مربوطه تمیز کنید.
اولین دلیل صدای ترمز لرزش است. در ترمزهای دیسکی ارتعاشات میتواند بین لنت و دیسک، لنت و کلیپر یا کلیپر و اتصالات نصب شده بر روی آن وجود داشته باشد. در ترمزهایی که از سیستم کاسه چرخ بهره میبرند، لرزشها میتواند بین کفشک و کاسه چرخ یا کفشک و صفحه پشتبند آن ایجاد گردد. همچنین لرزش در یک قسمت میتواند باعث تحریک و بوجود آمدن لرزش در قسمتی دیگر گردد؛ مخصوصا که اجزا بصورت مداوم در حال سبکتر شدن میباشند و در نتیجه لرزش راحت تر انجام میپذیرد.
برای حذف صداهای اولیه، استفاده از صلبیت قطعات سیستم ترمزی در اولویت میباشد که در طراحی سیستم های ترمزی، دمپینگ یا حذف کننده لرزش و ارتعاش اولیه توسط عوامل زیر قابل انجام است:
1- هنگام ترمزگوش کنیم و دقت کنیم که صدایی از لنت ترمز شنیده میشود یا نه و در صورت ضرورت چک کنیم لنتها در جای خود محکمند؛ به طوری که با دست نمیتوان آنهارا جابه جا کرد.
2- استفاده از عایق ها که Shim نیز نامیده میگردند. درحقیقت عایقها یک جدا کننده اند که مثل بالشتک عمل میکنند و برای مانع شدن از لرزش مورد استفاده قرار گرفته اند. اگر لنت ها در جای خود صحیح نصب شده باشند ولی هنوز صدا تولید کنند، یکی از ارزان ترین و بهترین راه ها برای حذف صدای مذکور این است که لنتها را از جای خود درآوریم و پشت آنها Shim نصب کنیم زیرا Shimها لرزش بین لنت و کلیپر را کم میکنند
3- گیرهها که با محکم کردن اتصالات و قطعات به همدیگر باعث میشوند صلبیت سیستم ترمزی افزایش یابد باید امتحان شوند و مطمئن شویم به درستی نصب شده اند و در جای خود محکم هستند.
4- همه گیرهها، پینها و فنرها که به واسطه حرارت بالای ترمز حالت فنری خود را از دست داده و شُل شده اند باید تعویض گردند.
5- تمیز کردن و روغنکاری متعلقات کلیپر به از بین بردن این لرزشها کمک میکند. ارتعاشات میتواند به دلیل خراب شدن یا لق بودن اجزای مربوطه باشد.
6- جایگزینی پین ها و بوش ها نیز میتواند به عنوان یک راه حل برای این مشکل در نظر گرفته شود.
7- اگر کلیپراستهلاک یافته و بسیار کهنه شده است و لق لق میزند، شاید عوض کردن آن تنها راه ممکن باشد.
8- از دیگر دلایل صدای جیغ در ترمزهای عقب، برخورد ضعیف بین کفشک و کاسه چرخ میباشد که این اشکال با جایگزین کردن لنتهای ترمز عقب یا پرداخت مجدد سطح درونی کاسه چرخ قابل حل شدن میباشد.
9- گرفتن لَقی قطعات سیستم ترمز عقب که باعث ایجاد لرزش بین صفحه پشتبند و لنت ترمز عقب و در آخر عامل بوجود امدن صداست، یکی دیگر از راههای از بین بردن صدای ترمز عقب محسوب میشود.
اتومبیل های دیفرانسیل جلو یا عقب به دلیل وجود تفاوت اساسی در سیستم های انتقال قدرتشان، بر کارایی سیستمهای ترمزی خود تاثیر میگذارند.
1- در طراحی، قطعات سیستم ترمزی در اتومبیلهای دیفرانسیل جلو کوچکتر و دارای جرم پایینتری هستند پس دمپینگ تاثیرگذارتری روی سطح نویز اولیه نخواهند داشت؛ در حالیکه اجزای سیستم ترمزی در اتومبیلهای دیفرانسیل عقب به علت داشتن قطعات سنگینتر مثل تعلیق، Spindle و فریم های بزرگ، نویز اولیه را جذب میکنند.
2- در اتومبیلهای دیفرانسیل جلو بخش بالایی از عمل ترمزگیری توسط ترمزهای جلو و بخش پایینتری از آن توسط ترمزهای عقب انجام میگردد؛ در حالی که این موضوع در اتومبیلهای دیفرانسیل عقب حالت ضعیفتری دارد. به این دلیل دمای کارایی در اتومبیلهای دیفرانسیل جلو بسیار بالاتر است که نتیجه آن، افزایش درصد شیشه ایشدن و همچنین افزایش صدای جیغ لنت در لنتهای ترمز جلوست.
صداهایی که در ترمزگیری سبک ایجاد میگردند ، مناسب با دوران چرخ میباشد و ممکن است تا توقف کامل ماشین ادامه پیدا کند؛ مخصوصا زمانی که فشار کمی به پدال وارد میگردد. برای تشخیص این مشکل باید موارد زیر امتحان شود:
Rotor Run Out
انحراف بیش از حد دیسک باعث اصطکاک نامنظم دیسک و لنت ترمز و حرکت لنت هنگام درگیری دیسک با لنت میگردد که در نهایت لرزش ایجاد شده باعث ایجاد صدا می شود. انحراف دیسک باعث سایش نامنظم میگردد.
Parallelism
ضخامت دیسک باید حداقل در 4 نقطه بررسی شود. تغییرات در ضخامت دیسک میتواند باعث حرکت لنت و ایجاد صداهای ناخواسته شود. در مواردی که ضخامت لنت کم میشود، لنت به سمت داخل حرکت کرده و زمانی که ضخامت لنت بیشتر شود، لنت به سمت خارج رانده میشود که این جابه جایی به سمت داخل یا بیرون باعث ایجاد نویز میگردد. لنگی دیسک باید بررسی و امتحان شود. ضخامت دیسک باید یکسان باشد.
Material Transfer
اگر یک اصطکاک ناهمگون و غیر یکسان در سطح دیسک اتفاق افتد، امکان دارد باعث ایجاد لغزش یا چسبندگی بهواسطه سایش کمتر یا بیشتر شود. این اصطکاک غیر یکسان در برخی مواقع باعث حرکت آسان و در مواردی باعث حرکت آرام لنت روی دیسک میگردد که خود، عامل ایجاد ضربان و نوسان است. بسیاری از خودروسازان با این موضوع مواجه بودهاند، که دلیل آن استفاده از ماشینهای تراش دانسته شده است.
Loose Parts
همه اجزا باید از لحاظ شُل بودن ازموده گردند.
Non Directional Finish
خطوط جهت داری که هنگام فرایند ماشینکاری روی دیسک به وجود میآیند باعث حرکت لنت میگردند. برای رفع این ایراد باید فرایند تولید به طوری باشد که روی دیسک، شیار ایجاد نکند.
ترمزها بازه های مختلفی از صدا را هنگام ترمزگیری یا رها کردن ترمز ایجاد میکنند. کارایی مواد مصرفی در لنتها که به منظور اتلاف انرژی مورد استفاده قرار میگیرند، با ایجاد صدا و دمای بالا همراه میباشد. در نهایت جیغ گاه وبیگاه احتمالاعادی است که دلیل آن سرما، گرما، رطوبت، برف، گِل، نمک و ... است. به عبارتی جیغ گاهوبیگاه همیشه به مفهوم وجود اشکال و یا کم شدن اثر ترمز نمیباشد. فراموش نکنید که بعضی صداها طبیعی اند و رفع آنها به هیچ ترمیم و یا تعمیری نیاز ندارد، مثل:
1- صدای جیغ: هنگامی که ترمزها سرد هستند و معمولاً در اول صبح شنیده میشود. این صدا معمولی است و به هیچ سرویس و تعمیری نیاز ندارد. به این پدیده Morning Sickness هم میگویند. گاهی اوقات صدای جیغ تولیدی نشانگر نیاز اتومبیل به لنت ترمز جدید میباشد.
2- صدای جیغ بلند ممتد: وقتی اتومبیل در حال حرکت است و ترمز گرفته میشود یا حتی وقتی که ترمزگیری انجام نمیشود، شنیده میگردد. این صدا هنگامی که نشانه روی لنت ترمز با دیسک برخورد میکند، ایجاد میشود و نشان میدهد که لنت تمام شده است و باید تعویض گردد.
همچنین هر سیستم ترمزی میتواند در دفعات زیاد ترمزگیری در ترافیک بالا یا جاده های پر فراز و نشیب، صدا ایجاد کند. در این شرایط، دمای دیسک و لنت بسیار زیاد میشود. در این دما جیغ ترمز به دلیل تغییرات متالورژیکی میباشد که در سطح دیسک و یا لنت اتفاق میافتد که دلیل آن نیز تولید یک سطح سخت با عمق پایین روی سطح لنت و یا دیسک میباشد.
3- صدای ناله در طول ترمز و توقف کردن: این صدا معمولاً بهدلیل لعابی یا شیشهای شدن سطح دیسک بهواسطه ترمزهای سنگین و زیاد ایجاد میشود و برای رفع آن باید لنتها عوض بشوند و سطح دیسک دوباره پرداخت شود.
4- صدای نویز: فقط یک بار هنگام ترمز گرفتن از سیستم تعلیق جلو شنیده میشود. این صدا بعلت جابه جا شدن و حرکت لنتها در جهت دوران دیسک میباشد و اگر پدال ترمز محکم فشرده شود، احتمال تولید صدا کمتر خواهد شد. برای از بین بردن این اشکال باید از نصب صحیح لنت ها، گیره ها و Shimها مطمئن شویم.
5- نویز چندگانه: یک بار بعد از روشن کردن موتور شنیده میشود. این صدا مختص سیستم خودآزمای ترمز ABS است و به هیچگونه سرویس و تعمیری نیاز ندارد. سیستم ترمز ABS دارای یک بخش خودآزماست که در بعضی مدلها پس از روشن شدن اتومبیل و با اولین ترمزگیری و در بعضی دیگر بعد از آنکه سرعت اتومبیل برای اولین بار به حد معینی رسید، عمل میکند.
Low Frequency Noise
این صدا در فرکانسهای بین 100 تا 1000 هرتز قرار میگیرد. این قسمت از صدا توسط تحریک نیروی اصطکاک در سطح دیسک و لنت تولید میگردد. در این حالت انرژی داده شده به سیستم به صورت یک پاسخ لرزشی در اتصالات و قطعات مرتبط با سیستم ترمزی نمایان میشود.
الف. بهینه کردن سختی، جرم و دمپینگ قطعات سیستم که با تغییر ماده، سختی اجزای تعلیق و افزودن TMDها قابل اجرا میباشد. این راهحل نتیجه چندان مطلوبی دربر ندارد چون تنها باعث جابه جایی فرکانس صدا آن هم به اندازه 100 هرتز میگردد.
ب. راه دوم، کم شدن Forcing Function است که با بهره از مواد اصطکاکی نوین ممکن خواهد بود و نتیجه آن، کمتر شدن صدای ایجاد شده است. به این منظور چند ماده اصطکاکی که احتمال میرفت در تولید صدا تاثیر داشته باشند، مورد آزمایش قرار گرفتند تا سرنخهای پتانسیل ایجاد صدا شناسایی گردند. پیشتر، مشخص ترین خاصیتی که آن را با ایجاد صدا همزاد میدانستند، قابلیت منتقل شدن گشتاور مواد اصطکاکی بود.
نکته مهمی که در طول بررسی های متنوع نمایان شد، این بود که یک ماده اصطکاکی که برای یک سیستم ترمزی بیصدا یا کمصدا بهکار میرود، لزوماً برای سیستم ترمزی بی صدا یا کم صدای دیگر کارایی ندارد.
Low Frequency Squeal
پهنای باندی بالاتر از 1000 هرتز و کمتر از 5000 هرتز دارد.
راهکاری که برای از بین بردن صدا با فرکانس ذکر شده توصیه شده، جداسازی مودهای کلیپر و دیسک ترمز میباشد. توسط قیود موجود در سیستم ترمز، تغییر در دیسک ترمز راهکار راحتتری بنظر میرسد؛ اگر چه هیچ علتی مبنی بر اینکه کلیپر قسمتی از راهکار نیست، موجود نیست.
با تغییر مشخصه های دینامیک سازهای دیسک ترمز مانند جرم، دمپینگ و سختی دیسک میتوان به راهکار بالا رسید اما راحتتر از آن، جایگزینی ماده مصرفی میباشد که استفاده از Damped Iron ب هجای چدن خاکستری راهکار خوبی به نظر میرسید که هدف از آن، کمتر شدن دامنه نوسان دیسک میباشد. در واقع ابتدا فرض میشد که با افزایش دمپینگ ناشی از جایگزینی ماده Damped Iron دامنه نوسان دیسک کمتر میشود و Low Frequency Squeal از بین می رود اما با بررسی های بیشتر مشخص گشت که دمپینگ هیچ تاثیری در از بین بردن صدای ذکر شده ندارد بلکه به طور تاثیرگذاری باعث جابه جایی فرکانس تشدید میگردد. به طور مثال در یک مدل خاص باعث جابه جایی فرکانس تشدید از 2600 به 400 هرتز شده است.
در فرکانسهای بالاتر از 5000 هرتز تولید میشود. در طول سالها راهکارهای مختلفی برای کاهش آن ارائه شده است ولی هیچکدام از آنها راهکار مطلق نمیباشد.
الف. کم شدن سختی لنت یا بالا رفتن سختی دیسک به شرط عدم تغییر ضریب اصطکاک باعث کم شدن صدای ذکر شده می شود. در تصور عمومی بالا رفتن سختی دیسک باعث بالا رفتن امپدانس مکانیکی دیسک میگردد و آن را در مقابل پاسخدهی به نیروهای ورودی، مقاومتر میکند. اما نکته اساسی، جابهجایی وضعیت [mode] پاسخ میباشد.
ب. بر اساس آزمایشهای انجام شده با دستگاه دینامومتر معلوم شد که دیسکها با ابعاد موجود حداکثر صدا را ایجاد میکنند ولی بالا رفتن یا پایین آمدن سطح اصطکاک دیسک سبب کم شدن صدا به مقدار چشمگیری میگردد که در شکل زیر نشان داده شده است. میزان تغییرات شدت صدا با توجه به اندازه سطح اصطکاک
ج. از دیگر عوامل تاثیر گذار بر ایجاد صدا, هندسه لنت میباشد که عامل مهمی در تقسیم فشار بر دیسک محسوب میشود.
د. راه حل دیگر کمتر شدن صدا استفاده از عایق های صدا میباشد. عایقهای صدا از دو یا چند لایه فلزی ایجاد شدهاند که میان این لایه ها مواد ویسکوالاستیک به کار رفته. ماده ویسکوالاستیک ماده ای چسبناک و لاستیکی مانند میباشد که میان دو لایه فلزی قرار گرفته است.
دو تئوری برای دلیل از بین بردن صدا توسط این عایقها وجود دارد: یکی تاثیر ماده ویسکوالاستیک بر مقاومت ظاهری میان کلیپر و صفحه فلزی پشت لنت میباشد و دلیل دیگر، بالا رفتن دمپینگی میباشد که ماده ویسکوالاستیک بر عناصری که روی آنها نصب شده ، وارد میکند. ولی نکته مهم، وابستگی کارایی عایق به حرارت و فشار میباشد؛ به طوری که دینامیک اینگونه مواد به طور چشمگیری تحت تاثیر عوامل بالا قرار دارد. در راهکار دیگری که در برخی از کارخانه های لنت ساز داخلی نیز مورد بهره برداری قرار میگیرد، پشت صفحه فلزی لنت یک ماده پلیمری با مقاومت دمایی بسیار بالا پاشیده میشود که وظیفه آن، گرفتن لرزش ها و از بین بردن صداهای ناشی از آن میباشد.
هنگام تعویض لنت ترمز، دیسک ترمز را با آب و صابون پاک کنید تا حالت مغناطیسی سطح دیسک از بین برود چرا که این عمل باعث جداسازی کل ذرات از سطح دیسک میگردند؛ در غیر این صورت ذرات مذکور بین دیسک و لنتها باقی می مانند و شاهد پدیده ارتعاش و ایجاد صدا خواهیم بود.
نکته مهم این است که بعد از عوض کردن لنت ها نیاز به گذر زمان میباشد تا سطح دیسک دوباره به میزان مناسب صاف شده و برخورد کامل بین دیسک و لنت ایجاد میگردد چون در بسیاری موارد، هنگام استفاده از لنت ترمز جدید صدای جیغ آن را هنگام ترمزگیری میشنویم.
1. گردش هوا به طور کامل حول مجموعه دیسک و کلیپر باعث خنک شدن لنت و در نتیجه طول عمر زیاد آن میگردد. در سال 1991 کارخانه شورلت امریکا شکایات زیادی دریافت کرد که همگی حاکی از کم بودن عمر لنت ترمز بود. راهکار پیشنهادی کارشناسان شرکت GM آن بود که بادشکن های اتومبیل را از دو سمت قسمت جلویی آن برداشتند. این کار باعث وزش بهتر باد و خنک شدن لنتها و در نتیجه افزایش عمر لنت های آن شد.
2. اکثر اوقات ناکارایی ترمز به دلیل عوض نشدن روغن ترمز میباشد. مثلا روغنی با دمای جوش 400 درجه سانتیگراد ، پس از یک سال استفاده، دمای جوش آن به 300 درجه سانتیگراد میرسد که نتیجه آن، تبخیر در مانورها و ترمزگیری های شدید و عملکرد نامنظم سیستم ترمز میباشد. همچنین تبخیر روغن ترمز به ایجاد حالت قفلی خفیف توسط نیروی پسماند ناشی از فشار بخار روغن میانجامد که مانند این است که راننده پدال را فشار دهد و نگه دارد. این موضوع باعث خرابی زودهنگام لنت میشود.
3. اکثر اوقات کلیپر از ظاهرا هیچ ایرادی ندارد و کاملاً خنک است اما درون آن پر از لجن و رسوبات میباشد که این قضیه باعث تولید نیروی پسماند ناشی از رسوبات پشت پیستون کلیپر و از بین رفتن سریع لنت میگردد. برای رفع این مشکل باید کلیپر باز و تمیز و به طور کامل سرویس کرد.
4. به هبچ وجه لنتهای آزبستی یا غیرآزبستی را جایگزین لنتهای نیمه فلزی نکنید؛ مگر اینکه تامین کننده قطعات اجازه این کار را بدهد. لنتهای آزبستی یا غیرآزبستی بی سر و صداتر از لنتهای نیمه فلزی میباشند اما مثل لنتهای نیمه فلزی در برابر گرما مقاوم نیستند. در نتیجه در صورت جایگزینی غیرمجاز لنتهای آزبستی یا غیرآزبستی به جای لنتهای نیمه فلزی، به دلیل دمای بالا کاهش عمر لنت و از بین رفتن سریع آن را متحمل خواهیم شد.