دانلود تحقیق ترمزها چگونه کار می کنند

ترمزها چگونه کار می کنند؟

همگی می دانیم که فشردن پدال ترمز ماشین،سرعت را می کاهد.اما چگونه؟چگونه ماشین نیروی پای شما را به چرخ ها منتقل میکند؟چگونه نیروی شما را چند برابر می کند تا برای متوقف کردن جسمی به بزرگی یک ماشین کافی باشد؟

 

طرحی کلی از سیستم ترمز

 در این مقاله که اولین مقاله از ۶ سری مقالات در مورد ترمز است،ما زنجیره ای از اتفاقاتی را که از فشردن پدال تا چرخ ها طی می شود دنبال خواهیم کرد.این قسمت،مفاهیم اساسی ای که در پشت سیستم ترمز ماشین نهفته است را پوشش می دهد و یک سیستم ساده ترمز ماشین را امتحان می کند.در مقالات بعدی،ادامه اجزای سیستم ترمز را با جزییات و نحوه عملکرد توضیح داده خواهد شد.وقتی شما پدال ترمز را می فشارید،ماشین نیروی پای شما را از طریق یک سیال به ترمز ها منتقل میکند.زیرا ترمزهای واقعی نیرویی خیلی بیشتر از نیرویی که شما توسط پایتان وارد می کنید نیاز دارد.ماشین باید نیروی پای شما را چند برابر کند.این کار از طریق ٢ روش انجام میشود:

١-مزیت مکانیکی(اهرمها)

٢-افزایش هیدرولیکی نیرو

ترمزها نیرو را از طریق اصطکاک به چرخ ها منتقل می کنند و چرخ ها نیز این نیرو را توسط اصطکاک به جاده می دهند.

قبل از اینکه بحث را بشکافیم،اجازه دهید این ٣ قانون را یاد بگیریم:

 ● دستگاه اهرمی

 ●  دستگاه هیدرولیکی

 ● دستگاه اصطکاکی

 

دستگاه اهرمی

 پدال به نحوی طراحی شده که میتواند نیروی پای شما را قبل از اینکه هرگونه نیرویی به روغن ترمز وارد شود چند برابر کند.

 

 

افزایش نیرو

در شکل بالا،نیروی F به سمت چپ اهرم وارد شده است.سمت چپ اهرم (2X) دو برابر سمت راست(X) است.در نتیجه در سمت راست اهرم،نیروی 2F ظاهر میشود،ولی در نصف جابجایی (Y) نسبت به سمت چپ(2Y).تغییر نسبت سمت چپ و راست اهرم تعیین کننده نسبت نیروی دو طرف است.

 

سیستم هیدرولیکی

ایده اساسی ساده ای در پشت هر سیستم هیدرولیکی نهفته است: نیروی وارد به هرنقطه از سیال تراکم ناپذیر،که عموماً یک نوع روغن می باشد،به همان اندازه به مابقی نقاط منتقل می شود.بیشتر سیستم های ترمز از این طریق نیرو را چند برابر می کنند.در اینجا شما ساده ترین سیستم هیدرولیکی را مشاهده میکنید .

 

یک سیستم ساده ی هیدرولیکی

در شکل بالا،دو پیستون(به رنگ قرمز)در دو استوانه شیشه ای,پر شده از روغن,گنجانده شده اند و از طریق یک لوله پر از روغن به یک دیگر متصل اند.اگر شما یک نیروی رو به پایین به یک پیستون وارد کنید(مثلاً سمت چپی در شکل)نیرو از طریق لوله روغن به پیستون بعدی منتقل می شود.از آن جایی که روغن تراکم ناپذیر است،کارایی بسیار بالاست.تقریباً تمامی نیروی اعمال شده در پیستون دوم تولید می شود.نکته مهم در مورد سیستم هیدرولیکی اینست که لوله متصل کننده دو پیستون به هر شکل و طولی می تواند باشد،به طوری که امکان هر گونه تغییر شکل را در مسیر انتقال نیرو میسرمی کند.این لوله همچنین می تواند چند شاخه شود،در نتیجه یک پیستون مادر می تواند بیش از یک شاخه،در صورت نیاز داشته باشد،همان طور که در شکل نشان داده شده است.

 

                  

 

 

یک نکته شسته رفته دیگر در مورد سیستم هیدرولیک اینکه می تواند نیرو را چند برابر کند،(یا تقسیم کند)اگر شما "چگونه قرقره و جعبه دنده کار می کنند؟" یا "نسبت دنده چگونه کار می کند؟" را خوانده باشید،حتماً می دانید که مبادله نیرو و جابه جایی در سیستم های مکانیکی بسیار مرسوم است.در یک سیستم هیدرولیکی ،کافیست سایز یک پیستون را نسبت به دیگری متفاوت انتخاب کنیم،مطابق شکل:

افزایش هیدرولیکی نیرو

برای تعیین ضریب افزایش در شکل بالا،با توجه به اندازه پیستون ها کار را شروع می کنیم،فرض کنید که قطر پیستون درسمت چپ ٢ اینچ,در سمت راست 6 اینچ باشد.مساحت هر پیستون از رابطه πr2 دست می آید.پس مساحت پیستون سمت چپ 3/14  و سمت راست 28/26 است.پیستون سمت راست 9 برابر پیستون سمت چپ است،این بدان معناست که نیرویی معادل 9 برابر نیروی اعمال شده به پیستون سمت چپ،در پیستون سمت راست تولید می شود.پس اگر یک نیروی 100 پوندی به پیستون چپ وارد کنیم،نیروی معادل 900 پوند در سمت راست تولید می شود.تنها نکته این ست که شما باید پیستون سمت چپ را 9 اینچ پایین ببرید تا پیستون سمت راست 1 اینچ بالا بیاید.

 اصطکاک

 اصطکاک،میزان سختی حرکت دادن یک جسم بر روی جسم دیگر است.نگاهی به شکل زیر بیندازید.

١-هر دو جسم از یک جنسند،ولی یکی سنگین تر است.فکر می کنم که همه ما می دانیم که کدام یک سخت تر جابجا می شود.

 

نیروی اصطکاک در برابر وزن برای درک دلیل این موضوع،اجازه دهید یک نگاهی از نزدیک به یکی از بلوک ها بندازیم اصطکاک در ابعاد میکروسکوپی با وجود اینکه بلوک ها با چشم غیر مسلح صاف به نظر می آیند ,در واقع در سطح میکروسکوپیک ناهموارند.وقتی شما یک بلوک را روی یک میز قرار می دهید،فرو رفتگی ها و بر آمدگی های کوچک در یک دیگر فرو می روند،و بعضی در واقع به هم جوش می خورند.وزن بلوک سنگین تر باعث میشود که این پستی بلندی ها بیشتر در یکدیگر فرو بروند،در نتیجه سخت تر روی هم بلغزند.اجسام مختلف ساختار های میکروسکپیک مختلفی دارند.مثلا ًپاک کن روی پاک کن سخت تر جابجا می شود تا استیل روی استیل.جنس ماده تعیین کننده ضریب اصطکاک،نسبت نیروی لازم برای جابجایی جسم به وزن بلوک،است.یعنی اگر ضریب اصطکاک در آزمایش ما یک باشد١٠٠پوند برای جابجایی بلوک١٠٠پوندی لازم است یا ٤٠٠ پوند نیرو برای جابجایی بلوک ٤٠٠ پوندی لازم است.ولی اگر ضریب اصطکاک ١/٠ باشد،در نتیجه ١٠پوند نیرو برای جابجایی بلوک ١٠٠پوندی لازم است.پس نیروی لازم برای جابجایی جسم با وزن آن متناسب است.این مفاهیم در مباحث کلاچها و ترمزها ،محلی که یک صفحه به یک دیسک دوار فشرده میشود کاربرد دارد.هر چه نیروی فشار دهنده صفحه بزرگتر باشد،نیروی متوقف کننده بیشتر است.قبل از اینکه به بحث اصلی ترمز ماشین وارد شویم،اجازه دهید نگاهی به سیستم ساده زیر بیندازیم.

یک ترمز ساده مشاهده می کنید که فاصله پدال تا محور دوران ٤ برابر فاصله سیلندر تا محور است,پس نیروی پدال با ضریب ٤ به سیلندر متنقل میشود.همچنین مشاهده می کنید که قطر سیلندر ترمز٣ برابر قطر سیلندر پدال است که باعث می شود که نیرو در ۹ ضرب شود.در مجموع ،این سیستم نیرو را ٣٦برابر می کند.اگر شما نیروی ١٠ پوند را به پدال وارد کنید ٣٦٠پوند در فشردن دیسک ترمز وارد می شود.تعدادی مشکل در مورد این سیستم وجود دارد.اگر یک سوراخ وجود داشته باشد،چه اتفاقی می افتد؟اگر یک سوراخ کوچک باشد چه؟در واقع مایع کافی برای پر کردن سیلندر ترمز وجود ندارد،و ترمز ها کار نمی کنند.اگر یک سوراخ بزرگ باشد،برای اولین باری که ترمز را می فشارید،تمامی مایع به بیرون نفوذ خواهد کرد و ترمز به کلی خراب می شود.سیلندر مادر در ماشین های مدرن به گونه ای طراحی شده اند که با این مشکل مقابله کنند.

اساس کار ترمز بر مبنای اصطکاک بین دو سطح است.

مقدار اصطکاک بسته به نیروی اعمال شده بین دو سطح، زبری و جنس سطوح تغییر می کند.

وقتی راننده پدال ترمز را فشار می دهد و ترمزها به کار می افتند، سیالی از داخل لوله های روغن عبور می کند و به مکانیسمهای ترمزگیری در چرخها می رسد.

این مکانیسمهای ترمزگیری به قطعات چرخان نیرو وارد می کنند تا حرکت چرخها کند شود یا چرخها از حرکت باز ایستند.

مکانیسمهای ترمز چرخ بر دو نوعند : کاسه ای و دیسکی.

در ترمز کاسه ای فشار روغن، کفشکهای ترمز لنت کوبی شده را به یک کاسه چرخان یا کاسه چرخ می فشارد.

در ترمز دیسکی، فشار روغن لنتهای ترمز را به دیسکی چرخان می فشارد.

اصطکاک بین کفشها یا لنت ترمزهای ساکن با کاسه یا دیسک چرخان منشا عمل ترمزگیری است که سبب کند شدن حرکت یا توقف چرخها می شود.

اگر راننده خیلی محکم ترمز بگیرد، بطوریکه چرخها قفل شوند، اصطکاک بین لاستیکها و سطح جاده از نوع جنبشی خواهد بود.

اگر ترمز خیلی محکم گرفته نشود، چرخها به چرخیدن ادامه خواهند داد، در این حالت با اصطکاک ایستائی سروکار داریم؛ یعنی اصطکاک در آستانه حرکت که مقدار آن نیز از اصطکاک جنبشی بیشتر است.

در صورتیکه چرخها قفل نشوند، خودرو پیش از توقف مسافت کمتری را می پیماید و زودتر متوقف می شود.

اما ترمز را همواره باید چنان گرفت که چرخها در آستانه قفل شدن باشند.

این اصل اساس کار سیستم ترمز قفل نشو یا ABS است.

این سیستم مانع قفل شدن چرخها و سر خوردن لاستیکها در هنگام ترمزگیری شدید می شود.

در نتیجه خودرو سریعتر، در فاصله کوتاهتر و با کنترل خوب متوقف می شود.

اجزای ترمز سیستم ترمز پائی شامل دو بخش اصلی است.

این بخشها عبارتند از سیلندر اصلی یا پمپ زیر پا و مکانیسمهای ترمز کاسه ای یا دیسکی در چرخها.

پمپ زیر پا یک پمپ پیستونی رفت و برگشتی است.

وقتی راننده پدال را فشار می دهد، این فشار به سیستم هیدرولیکی منتقل می شود، روغن ترمز از پمپ زیر پا وارد لوله های روغن می شود و به مکانیسمهای ترمز می رسد.

(شکل4-1) با افزایش فشار هیدرولیکی کفشکها یا لنت ترمزها به کاسه ها یا دیسکهای چرخان فشرده می شوند، در نتیجه نیروی مکانیکی پدال ترمز به نیروی هیدرولیکی وارد بر مکانیسمهای ترمز چرخ تبدیل می شود.

شکل 4-1 اجزای ساده سیستم ترمز در اکثر خودروها، ترمزهای چرخها دو به دو با هم عمل می کنند.

بدین صورت که معمولاً در خودروهای دیفرانسیل عقب دو چرخ عقب از یک لوله روغن و چرخهای جلو از یک لوله روغن مجزا استفاده می کنند.

در بسیاری از خودروهای دیفرانسیل جلو نیز چرخها بصورت ضربدری هرکدام به یک لوله متصلند.

(شکل4-2) مجزا کردن سیستم هیدرولیکی به دو بخش ، ایمنی خودرو را افزایش می دهد.

اگر یکی از بخشها نشتی روغن داشته باشد و کار کند، بخش دیگر به کار خود ادامه می دهد و خودرو را متوقف می کند.

به ندرت ممکن است هر دو بخش همزمان از کار بیفتند.

در سیستمهای قدیمی، سیلندر اصلی یا پمپ زیر پا فقط یک پیستون داشت.

در این سیستمها وقتی در نقطه ای از سیستم هیدرولیکی عیبی بروز می کرد، خودرو دیگر ترمز نمی گرفت.

شکل4-2 نحوه تقسیم فشار هیدرولیک بین چرخها ترمز بوستری اکثر خودروها به سیستم ترمز بوستری مجهزند.

در این نوع سیستم وارد کردن نیروی نسبتاً کمی بر پدال ترمز برای کاهش سرعت یا متوقف کردن خودرو کافی است.

در صورتی که موتور خاموش باشد یا بوستر خراب شده باشد، ترمز عمل می کند، اما راننده باید نیروی بیشتری به پدال ترمز وارد کند.

بوستر ترمز خلئی، سیلندری دارد که در آن پیستون یا دیافراگمی تعبیه شده است.

وقتی پدال ترمز رها می شود، پیستون در نتیجه خلا معلق می ماند چرا که خلا در دو طرف آن برابر است.

این خلا مورد نیاز بوسیله لوله ای از منیفولد بنزین یا یک پمپ خلا تامین می شود.

با فشار دادن پدال ترمز، فشار در یک طرف پیستون به فشار جو می رسد، بنابراین پیستون به طرف دیگر کشیده می شود و نیروی کمی که راننده به پدال وارد می کند به کمک فشار جو افزایش می یابد.

(شکل4-3) شکل4-3 اساس کار بوستر خلئی ترمز با فشار دادن پدال ترمز، میله پشت پدال ترمز شیر هوا را از شیر تنظیم متحرک دور می کند.

هوا با فشار جو از شیرها می گذرد و وارد فضای بین پیستون و پوسته عقب می شود.

در نتیجه دیافراگم و میله پشت پمپ زیر پا به طرف پمپ زیر پا حرکت می کنند.

وقتی پیستونها در داخل پمپ زیر پا عمل کنند، ترمز عمل می کند.

با رها کردن پدال ترمز شیر هوا دوباره با شیر تنظیم متحرک تماس پیدا می کند.

در نتیجه محفظه پشت پیستون و دیافراگم، نسبت به ورود هوا درزبندی می شوند.

شکل4-4 ساختمان مجموعه پمپ اصلی و بوستر خلئی ترمز ترمز کاسه ای ترمز کاسه ای یک کاسه ترمز فلزی دارد که مجموعه ترمز هر چرخ را در بر می گیرد.

درون این کاسه ترمز دو کفشک ترمز خمیده به سمت خارج حرکت می کنند تا سرعت چرخش کاسه ترمز را که همراه چرخ می چرخد کاهش دهند یا آن را متوقف کنند.

بدین صورت که وقتی راننده پدال ترمز را فشار می دهد، روغن ترمز از محفظه فشار پمپ زیر پا و از طریق لوله های روغن به سیلندر روغن درون چرخ می رسد .

سیلندر چرخ فشار هیدرولیکی پمپ زیر پا را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند.

وقتی فشار افزایش می یابد، پیستون درون سیلندر بر نیروی فنرهای برگشت کفشک ترمز غلبه می کند و کفشکها را به طرف بیرون می راند تا به کاسه بچسبند.

کفشکهای ترمز معمولاً از فلز ساخته می شوند و روی