مکانیزم ترمز خودرو چگونه کار می‌کند؟
همه‌ی ما می‌دانیم که با فشار دادن پدال وسط، ترمز خودرو به کار می‌افتد و خودرو شروع به ایستادن می‌کند. سؤال اینجاست که این فرآیند چگونه رخ می‌دهد؟ نیروی پای شما چگونه به چرخ‌ها منتقل می‌شود و از همه مهم‌تر، چگونه این نیرو چند برابر شده تا بتواند خودرویی سنگین را متوقف کند؟ در ادامه با دیجیاتو همراه باشید تا به این سؤالات پاسخ دهیم.
هنگامی که پدال ترمز فشرده می‌شود، نیروی پای شما چند برابر شده و به چرخ‌ها می‌رسد. چندین نوع سیستم ترمز خودرو مانند هیدرولیکی، مکانیکی، پنوماتیکی، خلأ، مغناطیسی و الکتریکی وجود دارد که رایج‌ترین آن‌ها، مورد هیدرولیکی است و به همین دلیل، آن را بررسی می‌کنیم. با توجه به اینکه نیروی لازم برای نگه داشتن خودرو بسیار بیشتر از قدرت پای راننده است، این نیرو تا زمان رسیدن به چرخ‌ها باید بسیار بیشتر از حالت اولیه شود. دو راه حل برای این مسئله وجود دارد:
- افزایش نیروی مکانیکی (اهرمی)
- افزایش نیروی هیدرولیکی
مهم‌ترین مسئله در توقف خودرو، اصطکاک است. نیروی ترمز به شکل اصطکاک به چرخ‌ها منتقل می‌شود و سپس اصطکاک بین تایر خودرو و جاده است که خودرو را نگه می‌دارد. در نتیجه برای آشنایی با شیوه کار ترمز باید با سه مفهوم اهرم، هیدرولیک و اصطکاک آشنا شویم.
در ابتدا باید در مورد طراحی پدال ترمز صحبت کنیم که مزیت مکانیکی و اهرمی ما را موجب می‌شود. این طراحی به‌گونه‌ای است که کمترین نیرو را گرفته و سپس به مقدار بیشتر به سمت دیگر انتقال دهد. این اهرم با توجه به طول بازوی آن می‌تواند نیرو را حتی چندین برابر نیز کند و با کمترین فشار، میزان حرکت بیش‌تری را در طرف دیگر بازو موجب شود.
سیستم هیدرولیکی ترمزها چگونه کار می‌کند؟
مفهوم دوم، هیدرولیک است. تعریف مکانیزم هیدرولیکی مورد استفاده در ترمزها بسیار ساده است: نیرو از طرفی وارد شده و توسط مایعی تراکم‌ناپذیر به طرف دیگر منتقل می‌شود. این مایع در بیشتر مواقع نوعی روغن است. حال اگر قطر محفظه انتقال مایع را کم و زیاد کنیم، می‌توانیم این نیرو را چندین برابر بیشتر و کمتر کنیم.
اگر دو پیستون در دو سیلندر شیشه‌ای داشته باشیم و آن‌ها را با یک لوله پر از مایع به هم مرتبط کنیم، با فشار دادن یک سیلندر، سیلندر دوم نیز جابه‌جا شده و از آن‌جا که مایع درون لوله تراکم‌ناپذیر است، انتقال نیرو بسیار به‌صرفه انجام خواهد شد.
حال بیایید سیستم هیدرولیکی داخل ترمزها را بررسی کنیم. هنگامی که پدال ترمز فشرده می‌شود، پیستون سیلندر اصلی جابه‌جا شده و این نیرو توسط روغن به سیلندر فرعی منتقل می‌شود. در هر چرخی که سیستم ترمز به آن متصل است، یک سیلندر فرعی وجود دارد که با ورود روغن به آن‌ها، پر می‌شوند و پیستون آن‌ها حرکت می‌کند. در ترمزهای دستی، انتقال نیرو توسط یک یا دو سیم انجام می‌شود.
اصطکاک نیروی مقاومتی است که در برابر حرکت اجسام از سطح به وجود می‌آید. این نیرو فقط در خلاف جهت لغزش است و با لغزش اجسام مخالفت می‌کند. برای ایجاد حرکت در اجسام باید نیرویی بزرگ‌تر از نیروی اصطکاک در جهت حرکت اعمال کرد. در نتیجه، برای اینکه یک جسم در حال حرکت متوقف شود، باید نیروی مخالف بیشتر شود.
با متوجه شدن این سه مفهوم میتوان مکانیزم کار ترمز هیدرولیکی خودرو را به‌طور کامل متوجه شد. برای مثال، تصور کنید که فاصله‌ی قسمت پایینی پدال تا لولا، چهار برابر فاصله‌ی سیلندر اصلی و لولاست. بنابراین، نیروی پای راننده تا به سیلندر اصلی برسد، چهار برابر می‌شود. همچنین در نظر بگیرید که سطح سیلندر فرعی ترمزها سه برابر سطح سیلندر اصلی پدال باشد. به همین دلیل نیروی وارد شده به این سیستم هیدرولیکی ۹ برابر افزایش می‌یابد. در نتیجه، با در نظر گرفتن هر دو مزیت مکانیکی و هیدرولیکی، نیروی پای راننده تا به ترمزهای هر چرخ برسد، ۳۶ برابر می‌شود. یعنی اگر پدال به اندازه ۴ کیلوگرم فشرده شود، ۱۴۴ کیلوگرم نیرو به ترمزها می‌رسد.
ترمز کاسه‌ای در برابر دیسکی
تا به اینجا در مورد انتقال نیرو توسط یک سیستم به ترمزهای چرخ خودرو صحبت کردیم. سیستم‌هایی مانند ABS می‌توانند از قفل شدن چرخ‌ها در ترمزهای شدید جلوگیری کنند. دو نوع کلی ترمز روی چرخ خودروها نصب می‌شود: کاسه‌ای (درام) و دیسکی.
ترمز کاسه‌ای شامل قطعه‌ای با نام کاسه ترمز می‌شود که به چرخ متصل است و به همراه آن گردش می‌کند. لنت‌های ترمز بر روی دو عدد کفشک هلالی قرار گرفته و هنگام حرکت خودرو، با فاصله کمی از کاسه ترمز جای می‌گیرند. با افزایش فشار در سیلندر ترمز، بین کاسه ترمز و لنت‌ها اصطکاک ایجاد شده و خودرو می‌ایستد. مزیت ترمزهای کاسه‌ای قیمت ارزان‌تر و وزن کمتر آن‌هاست. عیب بزرگ این ترمزها بالا رفتن دما و عملکرد ضعیف آن در حرارت است.
ترمز دیسکی به‌جای کاسه ترمز، دارای دیسک چرخان است که با چرخ حرکت می‌کند. این ترمزها دارای یک جفت لنت ترمز مسطح هستند و با افزایش فشار، بین دیسک و لنت تماس برقرار شده و چرخ‌ها می‌ایستند. قیمت و هزینه نگهداری ترمز دیسکی بیشتر از نمونه کاسه‌ای است. در عوض، دمای آن بسیار بالا نرفته، سریع‌تر خنک می‌شود و برای استفاده پیاپی مناسب‌تر است.
در ترمزها با استفاده از مزیت‌های مکانیکی و هیدرولیکی، قدرت پای راننده چند برابر شده و به چرخ‌ها می‌رسد. در ادامه، اصطکاک بین لنت‌ها و چرخ و سپس اصطکاک بین تایر خودرو و جاده موجب ایستادن خودرو می‌شود.
تعریف مکانیزم هیدرولیکی مورد استفاده در ترمزها بسیار ساده است: نیرو از طرفی وارد شده و توسط مایعی تراکم‌ناپذیر به طرف دیگر منتقل می‌شود. این مایع در بیشتر مواقع نوعی روغن است. حال اگر قطر محفظه انتقال مایع را کم و زیاد کنیم، می‌توانیم این نیرو را چندین برابر بیشتر و کمتر کنیم.
مزیت ترمزهای کاسه‌ای قیمت ارزان‌تر و وزن کمتر آن‌هاست. عیب بزرگ این ترمزها بالا رفتن دما و عملکرد ضعیف آن در حرارت است. قیمت و هزینه نگهداری ترمز دیسکی بیشتر از نمونه کاسه‌ای است. در عوض، دمای آن بسیار بالا نرفته، سریع‌تر خنک می‌شود و برای استفاده پیاپی مناسب‌تر است.
