×
در مورد لنت ترمز طراحی شده برای عملکرد با سرعت بالا، یافتن ترکیب مناسب از مواد بسیار حیاتی است. ترکیب ایده‌آل باید بتواند اصطکاک را بدون گرم شدن بیش از حد تحمل کند، استحکام خود را تحت فشار حفظ کند و در شرایط سخت کاری از هم نپاشد. گزینه‌های نیمه فلزی از ترکیب الیاف فولادی و مسی با عوامل چسباننده مختلف، استحکام لازم را فراهم می‌کنند. این مواد در سرعت‌های بالای ۱۲۰ مایل بر ساعت کارایی خوبی دارند، در حالی که ترمزهای معمولی شروع به از دست دادن عملکرد می‌کنند. لنت ترمزهای سرامیکی رویکرد متفاوتی دارند و از ساختارهای سرامیکی تقویت شده استفاده می‌کنند که در واقع سایش دیسک را کاهش داده و صدای ناهموار ترمز را کم می‌کنند. برخی نسخه‌های پیشرفته هم الیاف کربنی را به کار می‌برند که این امکان را فراهم می‌کند تا دمایی در حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد را قبل از تخریب تحمل کنند. برای کاربردهای جدی مسابقاتی، سازندگان اغلب از ترکیبات خاصی استفاده می‌کنند که آلیاژهای فلزی را با رزین‌های آلی خاصی ترکیب می‌کنند. این ترکیب قدرت ترمز کردن حداکثری را برای راننده در همان لحظات مهم و شدید فرایند ترمز فراهم می‌کند.
| نوع ماده | سطح اصطکاک | مقاومت در برابر گرما | بهترین کاربرد | سطح صدا |
|---|---|---|---|---|
| نیمه فلزی | بالا (0.4–0.5 ¼) | متوسط | رانندگی پر شور خیابانی | متوسط |
| سرامیک | متوسط (0.3–0.4 ¼) | بالا | مسافرت روزانه | کم |
| کربن-سرامیکی | متغیر (0.35–0.6 ¼) | قهرمانی | سوپرکارها/استفاده از سبک ترک | حداقل |
| ترکیبات ریسینگ | خشن (0.5–0.7 ¼) | خیلی بالا | مسابقات موتوری رقابتی | بالا (در بارگذاری) |
ضرايب اصطکاک بالاتر در دیسک‌های نیمه‌فلزی و مسابقه‌ای، دندانه‌ای فوری ایجاد می‌کنند اما سایش دیسک را تسریع می‌کنند. دیسک‌های سرامیکی دندانه‌ای راحت‌تری ایجاد کرده و مقاومت بهتری در برابر کاهش اصطکاک دارند که آنها را برای توقف‌های مکرر با سرعت بالا ایده‌آل می‌کند. سیستم‌های کربن-سرامیک عملکرد اصطکاکی قابل‌انطباقی ارائه می‌دهند و حتی پس از 15 توقف سخت متوالی نیز ثبات خود را حفظ می‌کنند.
در مورد ترمز کردن با سرعت بالا در مسافت‌های طولانی، واقعاً به موادی نیاز داریم که پیشرفت خوبی در اصطکاک داشته باشند و بتوانند گرما را به خوبی تحمل کنند. جامعه مسابقاتی دریافته است که ترمزهایی که با ماتریس‌های غنی از مس ساخته شده‌اند، میزان خستگی ترمز را در مقایسه با ترکیبات معمولی ترمز حدود 40 درصد کاهش می‌دهند، همان‌طور که در آزمون‌های عملکردی اخیر مشخص شده است. با این حال، هیچ چیز نمی‌تواند ترمزهای سرامیکی کربنی را برای خودروهایی که سرعتشان از 150 مایل بر ساعت فراتر می‌رود، شکست دهد. این سیستم‌ها قابلیت فوق‌العاده‌ای در مدیریت گرما دارند و علاوه بر این، بسیار سبک‌تر از گزینه‌های سنتی هستند، به همین دلیل انتخاب اصلی برای کارهای جدی روی ترک هستند، هرچند قیمت بالاتری دارند.
لنت های ترمز در ماشین های سریع، اغلب در هنگام ترمز کردن شدید راننده، با گرمایی بالای 650 درجه سانتی گراد مواجه می شوند. اگر این قطعات به گونه ای ساخته نشده باشند که بتوانند چنین گرمای شدیدی را تحمل کنند، مواد اصطکاکی به دلیل یک پدیده به نام گلازینگ (glazing) شروع به تخریب می کنند. این اتفاق زمانی رخ می دهد که سطح بیش از حد داغ شود و یک لایه سفت و سخت در سطح خارجی ایجاد کند که در واقع باعث می شود توقف ماشین دشوارتر شود. مشکلات دیگری نیز وجود دارد. دماهای بسیار بالا می توانند باعث تغییر شکل فلز و سایش بسیار سریعتر از حالت عادی شوند. برای تیم های مسابقه ای، این موضوع به این معنی است که هر سال هزینه های بیشتری را صرف تعمیر ترمزها کنند، به جای اینکه ساده تر قطعات جدیدی بخرند.
کامپوزیت های تقویت شده با سرامیک 92% استحکام برشی خود را در دمای 800 درجه سانتی گراد حفظ می کنند نشریه علمی علم مواد کامپوزیتی .
ترمز دادن مداوم در سرعت های بالای 200 کیلومتر بر ساعت گرما را سریعتر از آنچه بیشتر سیستم ها می توانند دفع کنند، تولید می کند و منجر به کاهش ترمز —کاهش خطرناکی در کارایی اصطکاک.
| متریال | آستانه فیبر (°س) | زمان بازیابی پس از 10 ثانیه در دمای 600°س |
|---|---|---|
| نیمه فلزی | 500 | 45 ثانیه |
| کربن-سرامیکی | 850 | 12 ثانیه |
لنت‌های کربن-سرامیک به دلیل مقاومت در برابر جذب گرما در محیط‌های موتور اسپرت برجسته هستند مقاومت در برابر جذب گرما , ایجاد اصطکاک پایدار حتی پس از توقف‌های پر انرژی مکرر.
لنت ترمز با دمای بالا امروزی از کامپوزیت‌های لایه‌ای شامل:
این نوآوری‌ها دمای عملیاتی اوج را تا میزان 28% نسبت به ترمزهای تک‌موادی کاهش می‌دهند , همان‌گونه که در آزمایش‌های مسیری سیستم‌های نمونه‌سازی شده نشان داده شده است.
تبادل حرارت خوب در سرعت‌های بالا برای عملکرد ترمز بسیار مهم است. وقتی مواد بتوانند گرما را به سرعت از محلی که لنت ترمز با دیسک تماس دارد به پشت فلزی آن منتقل کنند، آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این امر باعث کاهش تقریباً 38 درصدی دیسک‌های تابیده شده توسط ScienceDirect در سال 2024 می‌شود. طراحی‌های جدید برای زیرلایه‌های سرامیکی نیز تفاوت‌های بزرگی ایجاد کرده‌اند. برخی از سازندگان شروع به استفاده از کانال‌های خنک‌کننده خاصی کرده‌اند که ایده‌هایی از مطالعات ترموالکتریک را در بر می‌گیرند. این ویژگی‌ها مانع از داغ شدن بیش از حد سیستم ترمز حتی پس از توقف‌های مکرر از سرعتی بیش از 200 مایل بر ساعت می‌شوند که دقیقاً همان چیزی است که رقابت‌کنندگان بیشترین نیاز را به آن دارند.
| متریال | رسانایی حرارتی (W/m·K) | دمای حداکثر کارکرد (°C) | ضریب مقاومت در برابر کاهش ترمز* |
|---|---|---|---|
| نیمه فلزی | 45–55 | 650 | 6.8/10 |
| ترکیب سرامیکی | 60–75 | 800 | 8.9/10 |
| *بر اساس شبیه‌سازی‌های مسابقه‌ای که از 15 توقف شدید متوالی از سرعت 150 مایل بر ساعت فراتر می‌رود |
کامپوزیت‌های سرامیکی در شرایط بارگذاری شدید، هدایت حرارتی را 25 تا 35 درصد بیشتر حفظ می‌کنند و این امر به احساس پدال یکنواخت‌تری در حین ترمز کردن با سرعت بالا و مداوم کمک می‌کند.
یک تحلیل در سال 2024 از پروتوتیپ‌های مسابقه‌ای استقامت نشان داد که لنت‌های ترمز سرامیکی 92 درصد از ضریب اصطکاک اولیه خود را پس از 10 دور مسابقه در لاگونا سکا حفظ کرده‌اند، در حالی که لنت‌های نیمه فلزی 22 درصد کاهش ضریب اصطکاک داشتند. تصویربرداری مادون قرمز نشان داد که لنت‌های سرامیکی 40 درصد سریعتر به تعادل حرارتی رسیدند و توزیع یکنواخت‌تری از گرما داشتند که از ایجاد نقاط داغ محلی جلوگیری کرده و عمر لنت را افزایش می‌دهد.
ثابت بودن اصطکاک در محدوده دمایی بالا برای ترمز کردن با سرعت بالا ضروری است. ترکیبات کربن-سرامیک ضریب اصطکاکی بالای 0.45 را حتی در دمای 800 درجه سانتی‌گراد حفظ می‌کنند و این امکان را فراهم می‌کنند که کاهش سرعت از 150 مایل بر ساعت و بالاتر به‌طور مطمئن انجام شود. یک مطالعه انجمن مهندسان خودرو (SAE International) در سال 2024 نشان داد که لنت‌های دیسک با ماتریس گرافیتی هیبریدی در مقایسه با طراحی‌های متداول نیمه فلزی، واریانس اصطکاک را 22 درصد کاهش می‌دهند.
لنت‌های فلزی سینتر شده فاصله توقف را در سرعت 120 مایل بر ساعت 15 درصد کاهش می‌دهند اما میزان فرسایش دیسک را 40 درصد افزایش می‌دهند (FISITA 2023). گزینه‌های سرامیکی راه‌حلی متوازن ارائه می‌دهند که دارای ضریب اصطکاک بین 0.38 تا 0.42 هستند و فرسایش سایشی آنها 30 درصد کمتر است — این لنت‌ها برای خودروهای عملیاتی با مجوز سواری که نیازمند هم واکنش‌گذاری و هم دوام هستند، گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می‌شوند.
ارزیابی‌های انجام‌شده از اتومبیل‌های ورزشی در خط تولید نشان داد که صفحات ترمز آلی بیش از 35٪ از اصطکاک خود پس از سه توقف شدید از سرعت 100 مایل بر ساعت از دست می‌دهند. در مقابل، صفحات ترمز حاصل از موتور اسپرت با تقویت کاربید تنگستن، ثبات اصطکاکی ±5٪ را تحت همین شرایط حفظ کردند و این امر مناسب بودن آنها برای استفاده در اتومبیل‌های فوق سریع با سرعت بیش از 200 مایل بر ساعت را تأیید می‌کند.
صفحات ترمز فلزی با محتوای مس بالا برای استفاده در مسیر مسابقه، مقادیر اصطکاکی تا 0.55 را فراهم می‌کنند، اما با نرخ سایش 2.5 میلی‌متر در هر 1,000 مایل، اغلب پس از تنها 3 تا 5 رویداد نیاز به تعویض دارند. ماتریس‌های پیشرفته کربن-سرامیک اکنون مقادیر اصطکاکی 0.48 تا 0.52 را فراهم می‌کنند با نرخ سایشی به میزان 0.8 میلی‌متر در هر 1,000 مایل، که استانداردهای جدیدی برای دوام در خودروهای عملکردی دو منظوره تعیین می‌کنند.
ترمزگیری با سرعت بالا باعث ایجاد تنش حرارتی شدید در صفحات ترمز می‌شود، به‌طوری که دماها از حد بحرانی عبور می‌کنند و به مراتب بالاتر از دماهای معمولی می‌روند 650 درجه سانتی‌گراد (نشریه مهندسی موتورسواری 2023) . آزمون SAE J2689 توقف‌های مکرر از 240 تا 0 کیلومتر بر ساعت را به‌منظور ارزیابی فرسایش شبیه‌سازی می‌کند:
| نوع لنت ترمز | میانگین نرخ فرسایش (میلی‌گرم بر توقف) | مقاومت در برابر دمای اوج |
|---|---|---|
| کربن-سرامیکی | 12.7 | 1,100 درجه سانتی‌گراد |
| ریسینگی | 18.9 | 950 درجه سانتی‌گراد |
آزمون دینامومتر دینامیک نشان می‌دهد که لنت‌های کربن-سرامیک 93 درصد ثبات اصطکاکی حفظ می‌کنند پس از 1000 توقف با انرژی بالا، عملکردی بهتر از جایگزین‌های نیمه فلزی دارد که تنها 79٪ عملکرد خود را حفظ می‌کنند.
روکش‌های کربن-سرامیک از ماتریس‌های کربنی تقویت‌شده سه‌بعدی استفاده می‌کنند که سایش ابrazیو را نسبت به کامپوزیت‌های سنتی 41٪ کاهش می‌دهند (موسسه فراونهوفر، 2022). مواد رده رقابتی دوام خود را از طریق ساختار لایه‌ای به دست می‌آورند:
شرکت‌های خودروسازی به طور فزاینده‌ای از فناوری‌های اثبات‌شده در مسیر مسابقه مانند طراحی‌های شیاردار در دیسک ترمز و لایه‌های اصطکاکی با چگالی متنوع در مدل‌های عملکردی. نتایج یک نظرسنجی از مهندسی خودرو در سال 2023 نشان داد که 78% از سازندگان اصلی تجهیزات (OEMs) اکنون از ترکیبات صفحه ترمز مشتق‌شده از موتور اسپرت استفاده می‌کنند، که باعث بهبود عمر مفید تا 32–50% نسبت به طراحی‌های معمولی می‌شود.
یادداشت آزمایش: معیارهای دوام واقعی ترکیبی از شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی و بیش از 20,000 کیلومتر آزمایش روی باند و جاده تحت شرایط بار و رطوبت متغیر هستند.
صفحه‌های ترمز با عملکرد بالا اغلب از مواد شبه فلزی، سرامیکی، کربن-سرامیکی و ترکیبات ویژه مسابقه استفاده می‌کنند. این مواد به دلیل توانایی خود در کار کردن با اصطکاک و دماهای بالا انتخاب می‌شوند.
مقاومت در برابر گرما امری حیاتی است، زیرا ترمزگیری با سرعت بالا گرمای شدیدی تولید می‌کند که می‌تواند منجر به شیشه‌ای شدن و سایش ماده ترمز شود اگر نتواند در برابر چنین دماهایی مقاومت کند.
لنت های سرامیکی دارای درگیر شدن راحت تر و مقاومت بیشتر در برابر کاهش اصطکاک هستند، در حالی که گزینه های نیمه فلزی پاسخگویی بیشتری دارند اما ممکن است باعث فرسایش بیشتر دیسک ترمز شوند.
کاهش ترمز افت خطرناک در کارایی اصطکاکی است که زمانی رخ می دهد که ترمزها داغ شوند، اغلب در حین ترمزگیری های طولانی و با سرعت بالا.
شرکت فناوری هبئی چنگن هوانباو راه‌حل‌های تجهیزاتی پیشرفته برای نیازهای صنعتی ارائه می‌دهد. کنترل کیفیت، مهندسان تجربه‌دار و خدمات مشتری ما رضایت را تضمین می‌کند. امروز با ما تماس بگیرید.
EN
