سیستم ترمز کاسه ای - ساختار و نگهداری
سیستم ترمز کاسهای یکی از قدیمیترین و متداولترین سیستمهای ترمز خودرو است که به دلیل ساختار ساده، هزینه کمتر و کارایی مناسب در بسیاری از خودروها، به ویژه در محور عقب، استفاده میشود. در این مقاله به بررسی جامع ساختار و نحوه نگهداری سیستم ترمز کاسهای همراه با جزئیات فنی و نکات کاربردی میپردازیم.
۱. معرفی سیستم ترمز کاسهای
سیستم ترمز کاسهای (Drum Brake) بر پایه اصل اصطکاک عمل میکند و از یک کاسه فلزی به همراه لنتهای داخلی تشکیل شده است. هنگام اعمال ترمز، کاسه میچرخد و لنتها به کاسه فشار وارد میکنند تا حرکت چرخ متوقف شود.
تاریخچه و کاربرد
سیستم ترمز کاسهای از اوایل قرن بیستم مورد استفاده قرار گرفت و هنوز در برخی خودروهای سواری، کامیونهای سبک، و وسایل نقلیه صنعتی به کار میرود. بهویژه در محور عقب خودروها که نیروی ترمز کمتری نیاز است، بخاطر طراحی ساده و هزینه کمتر محبوب است.
۲. ساختار سیستم ترمز کاسهای
سیستم ترمز کاسهای از اجزای مختلفی تشکیل شده که همگی بر اساس ایجاد اصطکاک کنترل شده، باعث کاهش سرعت چرخ میشوند.
۲-۱. کاسه ترمز (Brake Drum)
کاسه ترمز قطعهای استوانهای شکل از جنس فولاد یا چدن است که همراه با چرخ میچرخد. سطح داخلی آن صیقلی بوده و محلی است که لنتها با آن تماس پیدا میکنند.
- جنس کاسه: معمولاً چدن داکتیل به دلیل مقاومت حرارتی بالا و قابلیت جذب ضربه مورد استفاده قرار میگیرد.
- ابعاد: قطر و ضخامت کاسه متناسب با وزن خودرو و نیروی ترمز تنظیم میشود.
- ویژگی حرارتی: کاسه باید توانایی دفع حرارت ایجاد شده در حین ترمزگیری را داشته باشد تا از ایجاد تابخوردگی جلوگیری شود.
۲-۲. کفشکهای ترمز (Brake Shoes)
کفشکها دو قطعه قوسی شکل هستند که به صورت جفت در داخل کاسه قرار میگیرند و سطح ترمز که به آن آستر کفشک میگویند، بر روی کاسه فشار وارد میکند.
- آستر کفشک: معمولاً از مواد مرکب اصطکاکی مانند ترکیبی از رزینها، الیاف کربنی، و مواد معدنی ساخته میشود تا اصطکاک مطلوب و عمر کافی داشته باشد.
- قاب کفشک: از ورق فولادی با استحکام بالا تشکیل شده است که حامل آستر است.
- اندازه و شکل: متناسب با کاسه ترمز طراحی میشود تا بیشترین سطح تماس حاصل شود.
۲-۳. مکانیزم عملکرد (Actuation Mechanism)
معمولترین مکانیزم فعالسازی در سیستم ترمز کاسهای، مکانیزم کفشکی است که با نیروی هیدرولیکی یا مکانیکی کفشکها را به سمت بیرون و در تماس با کاسه منتقل میکند.
- سیلندر ترمز (Wheel Cylinder): در سیستمهای هیدرولیکی، پیستونهای کوچکی وجود دارند که با فشار روغن ترمز رانده شده و کفشکها را باز میکنند.
- میلههای اتصال و فنرهای برگشتی: برای کنترل موقعیت کفشکها و بازگرداندن آنها به حالت اولیه استفاده میشوند.
- مکانیزم خودتنظیم: برخی سیستمها دارای مکانیزمهایی هستند که به صورت اتوماتیک فاصله کفشک و کاسه را تنظیم میکنند تا کارایی ترمز ثابت بماند.
۲-۴. اجزای کمکی و تثبیت کننده
- فنرهای برگشتی: برای برگرداندن کفشکها به حالت اولیه پس از قطع فشار ترمز استفاده میشوند.
- پینها و بوشها: برای نگهداری کفشکها در جای خود و جلوگیری از لرزشها در بین اجزا دارند.
- صفحه نگهدارنده کفشکها (Backing Plate): صفحه فولادی است که کلیه اجزا بر روی آن نصب میشود و محل اتصال به سیستم تعلیق است.
۳. عملکرد سیستم ترمز کاسهای
هنگامی که راننده پدال ترمز را فشار میدهد، فشار هیدرولیکی روغن ترمز به سیلندرهای چرخ انتقال مییابد. سیلندرها پیستونهای داخلشان را به بیرون هل داده و کفشکها را به سمت کاسه ترمز سوق میدهند. اصطکاک ایجاد شده بین آستر کفشک و سطح داخلی کاسه باعث کاهش سرعت گردش چرخ میشود و نهایتاً خودرو متوقف میگردد.
ویژگیهای کلیدی عملکرد
- قابلیت جذب حرارت: در طول ترمزگیری حرارت زیادی تولید میشود که سیستم باید توان جذب و دفع آن را داشته باشد.
- توان ایجاد اصطکاک: آستر کفشکها باید حاوی مواد با ضریب اصطکاک بالا و پایداری حرارتی باشد.
- قابلیت بازیابی و تنظیم خودکار: برخی سیستمها مجهز به مکانیزم تنظیم خودکار هستند که فاصله بین کفشک و کاسه را حفظ میکنند.
۴. مزایا و معایب سیستم ترمز کاسهای
مزایا
- هزینه ساخت و نگهداری پایینتر نسبت به دیسک ترمز
- طول عمر بیشتر لنتها به علت سطح تماس وسیع
- امکان استفاده از سیستم ترمز دستی داخلی (Hand Brake) در طراحی سادهتر
- عملکرد مناسب در شرایط محیطی آلوده به گرد و خاک و گل به دلیل محافظت بیشتر کاسه
معایب
- کاهش کارایی در مقایسه با سیستم ترمز دیسکی، مخصوصاً در سرعتهای بالا
- عدم دفع حرارت به اندازه کافی، منجر به تاب کاسه و کاهش عملکرد ترمز
- وزن بیشتر قطعات نسبت به ترمز دیسکی
- نگهداری و سرویس دقیقتر به دلیل وجود فنرها و اجزای بیشتر
۵. روشهای نگهداری و عیبیابی سیستم ترمز کاسهای
نگهداری صحیح سیستم ترمز کاسهای نقش حیاتی در عملکرد ایمن و مؤثر آن دارد. در این بخش نکات مهم سرویس و عیبیابی ارائه شده است.
۵-۱. بازرسی دورهای
- بررسی ضخامت آستر کفشکها: ضخامتی کمتر از 2 تا 3 میلیمتر نیاز به تعویض دارد.
- بازرسی سطح داخلی کاسه: وجود شیار، خش یا تاب باید بررسی شود. اگر عیوب زیاد بود کاسه باید تراشکاری یا تعویض شود.
- کارکرد فنرها و مکانیزم برگشتی: فنرها باید بدون شکستگی و سستی باشند تا کفشکها به موقع بازگردند.
- بررسی سیلندر چرخ: نشت روغن ترمز علامت خرابی است و سیلندر باید تعویض یا تعمیر شود.
۵-۲. تعویض قطعات فرسوده
تعویض دورهای کفشکها و کاسه ترمز بر اساس اسپک کارخانجات سازنده توصیه میشود. هنگام تعویض، دقت شود قطعات جایگزین با مشخصات فنی دقیق همان مدل باشد.
۵-۳. تنظیم سیستم ترمز
- سیستم خودتنظیم باید به درستی کار کند. در سیستمهای مکانیکی نیاز به تنظیم دستی فاصله کفشک و کاسه است.
- تنظیم ضریب اصطکاک و نحوه اتصال کفشکها و پینها جلوی ایجاد صدا و بهبود عملکرد را میگیرد.
۵-۴. نکات ایمنی و هشدارها
- در هنگام سرویس، از گریسهای مخصوص پایه سیلیکونی یا دارای خاصیت ضد اصطکاک استفاده شود و از ورود گریس به سطح آستر خودداری گردد.
- آلودگی آستر بخاطر روغن، گریس یا گرد و خاک باعث کاهش شدید عملکرد ترمز میشود و باید با محلولهای مناسب شسته شود.
- قلاویز کردن و سوراخ کردن کاسه ترمز اکیداً ممنوع است.
۶. نکات فنی و مثالهای کاربردی
۶-۱. مثال طراحی کاسه ترمز برای خودروی سواری
فرض کنید خودرویی با وزن کامل 1500 کیلوگرم و توزیع وزن 60 درصد روی محور جلو و 40 درصد روی عقب داشته باشیم. نیروی ترمز مورد نیاز برای محور عقب حدود 40 درصد وزن کل یعنی 600 کیلوگرم است.
طبق استانداردها، سطح تماس آستر کفشک و کاسه باید توانایی تحمل این نیروی اصطکاکی را داشته باشد. با فرض ضریب اصطکاک آستر برابر 0.35 و نیروی اعمال شده کفشکها، قطر کاسه در محدوده 200-250 میلیمتر با ضخامت 30 میلیمتر طراحی میشود تا مقاومت حرارتی مناسب داشته باشد.
۶-۲. مسئله نگهداری و تنظیم سیستم
در صورت حس کردن ترمزگیری ضعیف و افزایش مسافت توقف، باید ابتدا ضخامت آستر کفشکها و سطح داخلی کاسه را بررسی کنیم. معمولاً اگر ضخامت کمتر از حد نرمال باشد، باید به تعویض پرداخت. همچنین وجود صدای سوت یا صدای ضربه میتواند نشانگر وجود ایراد در اجزایی نظیر فنرهای برگشتی یا سیلندر باشد.
۶-۳. تأثیر شرایط آب و هوایی بر ترمز کاسهای
سیستم ترمز کاسهای به دلیل این که اجزای اصطکاکی درون کاسه قرار دارند، نسبت به ترمز دیسکی در مقابل رطوبت، گرد و خاک و گلولای مقاومتر اند. اما تجمع آب یا گل میتواند باعث کاهش لحظهای عملکرد ترمز شود که پس از گرم شدن کاسه ترمز، اثر آن کاهش مییابد.
۷. جمع بندی
سیستم ترمز کاسهای با وجود ظهور سیستمهای ترمز دیسکی، همچنان در بسیاری از خودروها به دلیل هزینه کمتر، طراحی ساده و عمر طولانی استفاده میشود. آشنایی با ساختار دقیق اجزا، نحوه عملکرد، مزایا و معایب و روشهای صحیح نگهداری آن برای حفظ ایمنی و افزایش عمر قطعات ضروری است.
با رعایت نکات نگهداری، انجام بازرسیهای دورهای و استفاده از قطعات استاندارد، میتوان کارایی ترمزهای کاسهای را بهینه نمود و از بروز خرابیهای پرهزینه جلوگیری کرد.