EN
تأثیر دما بر عملکرد پد ترمز (در محدوده 0–650°C)
درک رتبهبندی دمایی پد ترمز و محدودیتهای عملیاتی
کارایی صفحات ترمز به شدت به دمای کاری بستگی دارد، زیرا مواد اصطکاکی در محدودههای حرارتی خاصی بهترین عملکرد را دارند. سازندگان خودروهای ورزشی صفحات ترمزی را مشخص میکنند که قادر به تحمل دماهای بین ۰ تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد باشند و در عین حال حدود ۸۵ درصد از خواص اصطکاکی اولیه خود را در این محدوده حفظ کنند، همانطور که در آخرین استانداردهای SAE از سال ۲۰۲۳ آمده است. هنگامی که ترمزها بیش از این حد داغ شوند، میزان فرسودگی به شدت افزایش مییابد. صحبت از نرخ تخریب است که با هر ۱۰۰ درجه اضافی فراتر از محدوده ایمن، حدود ۴۰ درصد افزایش مییابد، علاوه بر کاهش قابل توجه در توان توقف. برای بررسی اینکه آیا این محدودههای دمایی در عمل پایدار هستند یا خیر، شرکتهای خودروسازی آزمونهای گستردهای را روی دینامومترها انجام میدهند که در آنها سناریوهای متعدد توقف و حرکت مجدداً از سرعت ۶۵ مایل در ساعت تا صفر مایل در ساعت شبیهسازی میشود.
پایداری ضریب اصطکاک (mu) از حالت سرد تا حرارت شدید
یک پد ترمز خوب باید سطح اصطکاک خود را در تمام دمای ثابت نگه دارد، ایده آل در حدود 0.05 امتیاز تفاوت با زمانی که برای اولین بار به آن عادت می کند، زمانی که واقعا گرم می شود. بیشتر انواع نیمه فلزی معمولاً در حدود 0.4 اصطکاک در دمای یخ زده شروع می شوند، سپس در حدود 0.55 زمانی که چیزها تا حدود 300 درجه سانتیگراد گرم می شوند، قبل از اینکه در حدود 0.48 زمانی که 500 درجه عبور می کنند، دوباره آرام شوند. روش عملکرد این پد ها در هنگام گرم شدن کاملا متفاوت از آنچه که با پد های ارگانیک اتفاق می افتد است. این ها به طور قابل توجهی در اثر پذیری کاهش می یابند، تقریبا دو سوم قدرت توقف خود را از دست می دهند تا زمانی که به 400 درجه برسیم بر اساس آزمایش های مختلف صنعت در فشار حرارتی.
مقاومت در برابر کاهش ترمز و پیامدهای ایمنی در فشار حرارتی
وقتی دما به حدود ۶۵۰ درجه سانتیگراد میرسد، صفحه ترمزهای ارزانتر تمایل دارند به مشکلات جدی کاهش عملکرد ترمز (بریک فید) دچار شوند. این بدان معناست که وسایل نقلیه برای توقف تقریباً ۷۰٪ طولانیتر از زمان عادی (در دمای عملیاتی حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد) طول میکشد. بررسی دادههای تصادف در مدار رقابتی نشان میدهد که حدود یک سوم از تمام خرابیهای ترمز به دلیل داغ شدن بیش از حد صفحه ترمزها و گذشتن از حد مجاز آنها رخ میدهد. صفحه ترمزهای با کیفیت بالاتر با استفاده از ویژگیهای خاصی مانند صفحه پشتی تقویتشده با الیاف کولاپ که به پراکندگی حرارت کمک میکند، در مقابل این مشکل مقاومت میکنند. همچنین این صفحه ترمزها دارای شیارهای کوچکی هستند که برای تخلیه گازهای داغ طراحی شدهاند. این صفحه ترمزهای حرفهای، استانداردهای سختگیرانه SAE J2522 را رعایت میکنند که در محیطهای مسابقه حرفهای که عملکرد ثابت ترمز اهمیت بالایی دارد، بهعنوان تجهیز استاندارد استفاده میشوند.
صفحه ترمز نیمهفلزی: مناسبترین گزینه برای استفاده در اتومبیلهای ورزشی با دمای بالا
چرا ترکیبات نیمهفلزی در کاربردهای عملکردی و مسابقهای غالب هستند
اغلب خودروهای با عملکرد بالا به دلیل تعادل مناسب بین محتوای فلزی (حدود ۳۰ تا ۷۰ درصد) و سایر مواد مانند گرافیت و رزینهای آلی، از تسمههای ترمز نیمهفلزی استفاده میکنند. عامل اصلی عملکرد خوب این تسمهها، حفظ قدرت ترمز ثابت در محدوده دمایی گستردهای است که از زمان روشن شدن خودرو تا پس از جلسات ترمز شدید که دما را به بیش از ۶۵۰ درجه سانتیگراد میرساند، ادامه دارد. تسمههای آلی معمولی تمایل به از هم پاشیدن دارند وقتی دما به حدود ۳۰۰ درجه سانتیگراد برسد، اما تسمههای نیمهفلزی حتی در دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد نیز طبق آزمونهای انجامشده روی دینامومتر در روزهای واقعی مسابقه، بسیار مقاومتر عمل میکنند. علاوه بر این، ماهیت هدایتکننده این تسمهها به طور واقعی حرارت را از کالیپرها دور میکند، بدین معنا که احتمال تبدیل مایع ترمز به بخار زمانی که راننده خودرو را به شدت تحت فشار قرار میدهد، کاهش مییابد.
دوام حرارتی و قابلیت پراکندگی گرما در تسمههای نیمهفلزی
ترمزهای نیمهفلزی حاوی ذرات فلزی هستند که بهگونهای عمل میکنند مانند سیستمهای خنککننده داخلی، و حرارت را از نقطه تماس پد و دیسک تقریباً ۴۰ درصد سریعتر از صفحههای سرامیکی دفع میکنند. این عملکرد بهتر در مدیریت حرارت از لایههای سطحی پد جلوگیری میکند که تحت دماهای بالا (نزدیک به ۶۵۰ درجه سانتیگراد در ترمزگیریهای طولانی) براق یا شیشهای شوند و باعث میشود دیسکها سالم بمانند. تصاویر حرارتی مستقل تأیید میکنند که این نوع پد پس از چندین توقف از سرعت ۲۰۰ به صفر کیلومتر بر ساعت، بین ۱۲۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد خنکتر از گزینههای مشابه سرامیکی باقی میمانند. هنگامی که این پد با واشرهای مقاوم در برابر سایش ترکیب میشود، این کنترل دما باعث میشود عمر این پد حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد بیشتر از پدهای آلی معمولی باشد، که این امر بهویژه در شرایطی مانند روزهای مسابقه در مدار رقابتی یا پیچهای طولانی کوهستانی که ترمزها بهطور مداوم تحت فشار قرار میگیرند، اهمیت زیادی دارد.
عملکرد در دنیای واقعی: ترمزهای دیسکی تحت چرخههای مکرر 0 تا 650 درجه سانتیگراد
آزمایشها روی مسیرهای واقعی نشان میدهد که ترمزهای نیمهفلزی در برابر تغییرات شدید دما چقدر مقاوم هستند. پس از انجام حدود 50 دور شبیهسازیشده که در آن دماها به حدود 650 درجه سانتیگراد رسید، این ترمزها تنها به میزان 0.3 میلیمتر ساییده شدند. این مقدار بسیار بهتر از گزینههای سرامیکی است که تقریباً دو برابر آن، یعنی 0.8 میلیمتر، سایش داشتند. سطح اصطکاک نیز بسیار پایدار باقی ماند و کمتر از 8 درصد از اولین ترمزگیری تا آخرین ترمزگیری تغییر کرد. این بدین معناست که این ترمزها دچار حس ناگهانی و غیرقابل پیشبینی قفل شدنی نمیشوند که گاهی در ترمزهای ترکیبی فلزی-سرامیکی دیده میشود. بازخوردهای عملی نیز این موضوع را تأیید میکنند. اکثر رانندگان جادههای کوهستانی که مورد سؤال قرار گرفتند، گفتند که خودروهای ورزشیشان حتی پس از چندین ترمزگیری شدید دچار ضعف ترمز (بریک فِید) نشدند. سایر انواع ترمزها معمولاً در شرایط مشابه بین 15 تا 20 چرخه ترمزگیری دچار خرابی میشوند.
ترمزهای سرامیکی و ارگانیک: محدودیتها در شرایط دمای بالا
پد ترمز سرامیکی: در دماهای متوسط قوی اما ضعیف در دماهای بالاتر از 500°C
پدهای ترمز سرامیکی عملکرد پایداری بین 0 تا 450°C دارند و در شرایط رانندگی عادی، ضریب اصطکاک (μ) خود را در محدوده 0.38 تا 0.40 حفظ میکنند. با این حال، هدایت حرارتی پایین آنها باعث کاهش سریع عملکرد در دماهای بالاتر از 500°C میشود. در دمای 600°C، ضریب اصطکاک آنها 15٪ کمتر از معادل نیمهفلزی است که ممکن است فاصله توقف اضطراری را 8 تا 12 متر افزایش دهد.
پدهای ترمز ارگانیک: دوام پایین و عملکرد ضعیف در دماهای بالاتر از 300°C
پدهای ترمز ارگانیک تحمل حرارتی محدودی دارند و تنها در دمای 320°C، 40٪ از کارایی اصطکاکی خود را از دست میدهند. چسبهای مبتنی بر رزین آنها پس از تنها 5 تا 7 توقف شدید از سرعت 100 کیلومتر بر ساعت در خودروهای پرورFORMANCE دچار تخریب میشوند. این ناپایداری حرارتی منجر به سایش تسریعشده میشود و در شرایط استفاده شدید، نیاز به تعویض سه برابر بیشتر از پدهای سرامیکی دارد.
مقایسه مستقیم: سرامیکی در مقابل ارگانیکی در مقابل نیمهفلزی در استفاده در خودروهای ورزشی
| پارامتر | سرامیکی (0–650°C) | ارگانیک (0–300°C) | نیمهفلزی (0–850°C) |
|---|---|---|---|
| پایداری اصطکاک (±μ) | ±12% | ±45% | ±5% |
| نرخ پراکندگی گرما | 180°C/ثانیه | 90°C/ثانیه | 320°C/ثانیه |
| طول عمر پد (روزهای مسابقه) | 6–8 | 2–3 | 10–12 |
ترکیبات نیمهفلزی در دمای 650°C همچنان 96٪ از اصطکاک اولیه خود را حفظ میکنند و در مقایسه با سرامیکها در مقاومت در برابر کاهش اصطکاک 23٪ عملکرد بهتری دارند. در مقابل، پدهای ارگانیک در ترمزهای مکرر و شدید، نوسان خطرناک اصطکاکی بیش از 0.15 نشان میدهند که در شرایط پرفرمان عملیاتی، یک نگرانی جدی ایمنی محسوب میشود.
انتخاب بهترین پدهای ترمز برای رانندگی تهاجمی و شرایط مسابقه
معیارهای کلیدی: حفظ اصطکاک، نرخ سایش و سازگاری با دیسک در دمای بالا
پد ترمز ماشینهای ورزشی باید ضریب اصطکاک (mu) بالاتر از 0.38 را در دماهای بین صفر تا 650 درجه سانتیگراد حفظ کنند، در غیر این صورت در ترمزگیریهای پیاپی عملکرد خود را از دست میدهند. آزمونهای انجام شده روی مدار مسابقه نشان میدهد که بهترین گزینههای نیمه فلزی بسیار طولانیتر از انواع ارگانیک دوام میآورند و نرخ سایش آنها کمتر از 0.15 میلیمتر در هر 100 کیلومتر مسافت طی شده باقی میماند. اما انتخاب روتور مناسب نیز به همان اندازه مهم است. زمانی که پدها در دمای بالاتر از 550 درجه کار کنند و سازگاری حرارتی لازم وجود نداشته باشد، دیسکها حدود 40 درصد سریعتر از حالت عادی تغییر شکل میدهند.
آزمونهای واقعی تنش حرارتی برای پد ترمزهای عملکردی در مدارهای مسابقه
آزمایشهای انجامشده در لاگونا سِکا نشان داد که دمای ترمزها پس از تنها چهار دور مدار به حدود ۶۱۲ درجه سانتیگراد رسید، که حتی قطعات موتورسیکلت حرفهای برتر را نیز به حد شکست خود رساند. صفحههای ترمزی که ضریب اصطکاک خود را بالاتر از ۰٫۴۲ در دماهای بالای ۵۰۰ درجه حفظ کردند، به رانندگان در هر دور مدار حدود ۲ ثانیه مزیت نسبت به رقبا در آن دورهای ۱۰ دوری بخشید. بررسی دیسکهای ترمز پس از آزمایش داستان دیگری را نیز روایت میکرد. سیستمهای با عملکرد بالا تنها دارای شیارهای سطحی به عمق حداکثر ۰٫۸ میلیمتر بودند، در حالی که تجهیزات معمولی دارای خراشهای فرسایشی بسیار عمیقتری در حدود ۲٫۳ میلیمتر عمق بودند. این نوع تفاوت در محیطهای رقابتی مانند مسابقات اتومبیلرانی اهمیت بسیار زیادی دارد، جایی که هر کسری از ثانیه حساب شده است.
صفحه ترمزهای پیشنهادی برتر برای اتومبیلهای ورزشی که قابلیت اطمینان ۰–۶۵۰°C را میطلبد
| نوع پد | دامنهٔ دمای بهینه | حفظ اصطکاک (بالای ۵۰۰°C) | بهترین کاربرد |
|---|---|---|---|
| نیمهفلزی مسابقهای | -۴۰°C تا ۷۲۰°C | ضریب اصطکاک اولیه ۹۲٪ | روزهای مسابقه، حمله زمانی |
| هیبریدی سرامیک-فلزی | ۰°C تا ۶۵۰°C | 84% μ اولیه | ترکیبی از جاده و مسیر |
| تقویتشده با آرامید | از 100°C تا 680°C | 96% μ اولیه | مسابقات حرفهای |
پد ترمزهای نیمهفلزی موتور اسپرت پیشنهاد برتر هستند و در شرایط استفاده دوگانه عمر مفیدی بین 8,000 تا 12,000 کیلومتر ارائه میدهند و همزمان با استانداردهای ایمنی FIA سازگار هستند. گزینههای ترکیبی سرامیک-فلزی عملکرد ساکتتری برای رانندگانی فراهم میکنند که در روزمره بین رویدادهای مسابقهای به راحتی بیشتری در هنگام رانندگی اهمیت میدهند.
سوالات متداول
کاهش ترمز چیست؟
کاهش ترمز زمانی رخ میدهد که پد ترمزها دچار داغشدگی بیش از حد شوند که منجر به کاهش اصطکاک و افزایش مسافت توقف میشود. این امر میتواند به طور قابل توجهی عملکرد ترمز را مختل کند.
بهترین پد ترمز برای شرایط دمای بالا کدام است؟
بهطور کلی پد ترمزهای نیمهفلزی بهترین گزینه برای شرایط دمای بالا هستند، زیرا توانایی حفظ اصطکاک پایدار و پراکندگی کارآمد گرما را دارند.
در شرایط استفاده پرخاشگرانه، چند وقت یکبار باید صفحه ترمزها تعویض شوند؟
در شرایط استفاده پرخاشگرانه، صفحه ترمزهای نیمهفلزی ممکن است چندین روز مسابقه را دوام بیاورند، در حالی که صفحه ترمزهای ارگانیک نیاز به تعویض مکرر دارند و اغلب سه برابر گزینههای سرامیکی بیشتر تعویض میشوند.
چه روشهای آزمونی عملکرد صفحه ترمزها را تضمین میکنند؟
شرکتهای خودروسازی از آزمون دینامومتر برای شبیهسازی شرایط توقف و حرکت و همچنین آزمونهای میدانی برای بررسی عملکرد صفحه ترمزها در شرایط واقعی استفاده میکنند.
