پروژه ترمزها

امروزه در صنعت اتومبیل سازی حفظ ایمنی سرنشینان خودرو فوق العاده مورد توجه قرار گرفته است . با توجه به اینكه سیستم ترمز مهمترین بخش ایمنی خودرو محسوب می گردد ، در چند ساله اخیر پیشرفتهای زیادی در این زمینه انجام گرفته است . جدیدترین این پیشرفتها پیدایش سیستم ترمز ضد قفل ABS می باشد . در این پروژه هدف آن است كه این نسل از ترمزها مورد بررسی قرار گیرد تا ان شاءالله زمینه ای برای ورود این تكنولوژی به ایران فراهم شود . این ترمزها به سبب پیچیدگی مكانیزمشان هنوز مورد توجه طراحان داخلی قرار نگرفته است كه یكی از دلایل آن عدم اطلاعات كافی و عدم آشنائی با این سیستم می باشد . امید است این پروژه مقدمه ای برای قدمهای بعدی در راه ساخت و طراحی این تكنولوژی در ایران باشد . (ان شاءالله)

در این پروژه ابتدا تاریخچه ای از پیدایش ترمزها ارائه خواهد شد . در فصل دوم به بررسی سیستم ترمز معمولی شامل كاسه ای و دیسكی و سایر اجزای جانبی آن می پردازیم .

در فصل سوم سیستم ترمز پنوماتیكی مورد بررسی قرار می گیرد و سپس در فصل چهارم و سیستم ترمز ضد قفل ABS و سپس مقایسه ای بین فصول دوم و سوم خواهیم داشت تا برتریها و معایب هركدام نسبت به یكدیگر مشخص شود و در فصول بعدی مطالب مربوط به طراحی و محاسبه نیروهای لازم آورده خواهد شد . نخست تاریخچه ای از پیدایش ترمزهای اولیه تا كنون بیان می كنیم :

اولین موتور احتراقی در سال 1885 بوسیله بنز ساخته شد . توقف این اتومبیل بوسیله یك لقمه ترمز بر روی محور دنده هرزگرد انجام می گرفت . بعدها كه اتومبیل تكمیل شد و سرعت آن افزایش یافت و از لحاظ وزن سنگین تر شد ، ترمزهای مخصوصی برای آن طرح ریزی شد .

تا سال 1900 ترمز دستی شامل ترمز ساده ای كه مستقیماً با سطح لاستیكهای توپر اصطكاك پیدا می كرد استفاده می شد. اما از این سال به بعد ترمزی ابداع شد كه توسط پدال عمل می كرد و عبارت از یك نوار فلزی بود كه در خارج بر روی چرخ دندانه دار محور محرك عقب نصب شده بود و بصورت استوانه ای آن را احاطه می كرد .

در همین سال لنكستر(Lanchester) ترمز و كلاچ را در یك مجموعه مخروطی شكل متشكل كرد و در اولین ماشین ساخت انگلستان بكار گرفت .

در سال 1905 ، انتقال حركت بوسیله چرخ دنده و محور جای انتقال حركت توسط زنجیر یا تسمه را گرفت و عمومیت پیدا كرد و بیشتر اتومبیلها با پدالی كه انتقال حركت را به ترمز تأمین می كرد مجهز شده بودند .

در سال 1910 میلادی ترمزهای بیشتر ماشینهای امریكائی روی چرخهای عقب تأثیر می كرد . در این سالها بسیاری از عوامل مربوط به ترمز، مانند اهمیت چسبندگی لاستیك به جاده اثرات چرخ قفل شده و غیره بخوبی شناخته شده بود و این مطلب محقق شده بود كه جهت اعمال ترمز صحیح هر چهار چرخ بایستی ترمز شود ، و كوشش و اثر ترمز با نسبتی متناسب بین چرخ جلو و چرخ عقب سهیم باشد . با ترمز شدن چهارچرخ است كه بدون خطر لیز خوردن ماشین ، فاصله توقف به نصف تقلیل می یابد . سالها طول كشید تا موضوع ترمز چهارچرخ مورد قبول عموم قرار گرفت . شكل عمده این بود كه آرایشی برای ترمز ترتیب داده شود كه با تشكیلات و اتصالات فرمان و چرخهای جلو و بطور كلی با تشكیلات سیستم فرمان و هدایت ماشین تداخل پیدا نكند .

در فاصله دو جنگ جهانی اول و دوم ، احتیاج به ترمز تا حدودی بیشتر احساس شد . چون سرعت ماشین ها رو به افزایش رفت همچنین بر تراكم ترافیك نیز افزوده شد .

نظر به اینكه رانندگان به ترمز قوی احتیاج داشتند و از طرفی ترمز قوی در چرخهای عقب ، موجب سرخوردن ماشین می شد ، فشار زیادی به طراحان ترمز وارد می آمد تا ترمز چرخهای جلو را تكمیل كنند . در نتیجه ، بعد از گذشت ده سال از جنگ اول ، استعمال ترمز در هر چهار چرخ ، عمومیت پیدا كرد . ظهور ترمز در چرخهای جلو ، پس از جنگ ابتدا در خودروهای بزرگ و گرانقیمت مانند هیسپانو ـ سوئیزا و هاچیكس(Hotchikss) و سپس درخودروهای سبك و ارزان قیمت صورت پذیرفت . ساده ترین راه برای اعمال ترمز جلو استفاده از سیستم هیدرولیك بود . ولی در طی سالیان متمادی اكثریت خودروها از سیستم مكانیكی استفاده می كردند تا اینكه مزایای هیدرولیك برای همه روشن شد . چرخهای اتومبیل بدون احتیاج به دنده‌ای پیچیده ترمز می شدند . جبران سائیدگی لنتها بطور خودكار صورت می گرفت و تلفات اصطكاك بمراتب كمتر از سیستم مكانیكی بود .

در سال 1911 ، اتومبیلی با ترمزهای هیدرولیكی برای چهارچرخ به نمایش گذاشته شد . اما در آن تردیدهائی وجود داشت بنابراین بصورت ابداعی باقی ماند . چندی بعد شخصی بنام M-Loughead سیستمی عملی اختراع كرد كه در سال 1917 به ثبت رسید .

در كشور انگلستان در سال 1924 ، ابتدا ترمز لاك هید هیدرولیك در ماشینهای «بین»(Bean) بكار برده شد .

در سال 1924 ترمزهای مكانیكی از چرخهای جلو برداشته شد و در 1925 نیز از چرخهای عقب حذف شد و جای خود را به ترمزهای هیدرولیك واگذار كرد.

نظر به اینكه برای ترمزهای ماشینهای سنگین به نیروی زیادی احتیاج بود بنابراین سرووهای مختلف طراحی شدند . در سال 1924 ، دواندر (Dewandre) دستگاه سرووئی ساخت كه برای بكار انداختن آن از خاصیت خلأ استفاده شده بود .

دهه 1930 ، ظهور متخصصینی را به خود دید كه سردسته آنها در ساخت ترمزهای مكانیكی ، بندیكس و گیرلینگ بودند ، و در ساخت ترمزهای هیدرولیك ، لاك هید بود .

در طول دهه 1930 ، بتدریج هیدرولیك جای ترمز مكانیكی را گرفت ظرف مدت ده سال تلاش برای توسعه ترمز هیدرولیك شدت یافت بخصوص هنگامی كه تعلیقات مستقلی برای ترمز جلو بكار رفت . در سال 1935 ، بعضی از مدلهای ساخت انگلستان دارای دو سیلندر اصلی پشت سرهم شد . در این سیستم ، یك قسمت از سیلندر اصلی ، ترمزهای جلو را بكار می انداخت و قسمت دیگر از طریق خط كاملاً مجزای دیگری ، ترمزهای عقب را .

بعد از سال 1930 ، چندین سال ، مكانیسم ترمز بدون تغییر باقی ماند و عملاً تمام ترمزها از نوع پرویا بندیكس ـ پرو بودند .

در سال 1948 ، گیرلینگ اولین سیستم ترمز هیدرولیك و ترمزهای اتومبیل را ارائه كرد و چند سالی هم تولید ترمزهای هیدرواستاتیك ادامه یافت . در این نوع ترمز ، فاصله ای بین كاسه و لنت وجود داشت و بوسیلة فنرهائی آنها را در حد تماس نگاه می داشتند تا از تكان خوردن و صدای آن جلوگیری بعمل آید .

در اواسط دهه 1950 ، در وضع عمومی ترمزها تغییر عظیمی صورت گرفت . زیرا در این هنگام آغاز جایگزینی ترمز دیسكی بجای ترمز استوانه ای بود .

در این سال در آمریكا ، شركت كرایسلر ترمزهای دیسكی « خود نیروزا » و « خود تنظیم ساز » و« نوع صفحه ای » را در ماشینهای نوع « كراون امپریال »(Crown Imperial) خود نصب كرد كه بعنوان یك ترمز اضافی و اختیاری بكار می رفت . در انگلستان نیز در سال 1925 ترمز دیسكی دانلوپ در ماشینهای جگوار كورسی بكار رفت . امروزه تمام اتومبیلهای انگلیسی ، به استثنای ماشینهای سبك كه حداقل در چرخهای جلو ترمز دیسكی دارند ، در تمام چرخها ، از ترمز دیسكی استفاده می كنند.

۱-۱مقدمه و تاریخچه :   ۳
« فصل دوم »   ۱۲
اصول سیستم ترمزهای هیدرولیکی   ۱۲
ترمزهای اتومبیل   ۱۳
۲ـ۱ـ کاربرد و انواع ترمزها:   ۱۳
۲ـ۲ـ ترمزهای مکانیکی   ۱۷
۲-۳ اصول هیدرولیک   ۱۸
۲-۴کاربرد ترمز هیدرولیکی   ۱۹
۲-۵ سیستم ترمز دوبل :   ۲۰
۲-۶ سیلندر اصلی   ۲۱
۲-۷ سیلندر چرخها   ۲۳
۲-۸ عمل خود انرژی زائی(Self- energizing Action)   ۲۳
۲-۹ حرکت بازگشتی Return strock:   ۲۵
۲-۱۰ چراغ اخطار (Warning Light)   ۲۶
۲-۱۲ ترمزهای دیسکی :   ۳۰
۲ـ کالیپر شناور :  Floating caliper)  (   ۳۲
۳ـ کالیپر لغزشی sliding caliper)   ۳۲
۲ ـ ۱۳ـ ترمزهای دیسکی که خودشان تنظیم می شوند .   ۳۴
شکل ۲-۲۶   ۳۵
۲ـ۱۴ـ سوپاپ اندازه گیری : (Metering Valve)   ۳۵
۲ـ۱۵ سوپاپ تناسبProportioning Valve   ۳۵
۲ـ۱۶ـ سوپاپ ترکیبی : (Combination Vahve)   ۳۶
شکل ۲-۲۸   ۳۶
۲-۱۷ـ ترمز دستی برای ترمزهای دیسکی عقب:   ۳۷
۲-۱۸ـ سیال ترمز : (Brake Fluid)   ۳۸
۲ـ۱۹ـ خطوط ترمز : (Brake Lines)   ۳۹
۳ـ نوع کمکی : (Assist)   ۴۱
۲ـ۲۱ـ بوستر کمکی ترمز   ۴۲
شکل ۲-۳۳   ۴۳
۲ـ۲۲ ـ تشریح ترمزهای پر قدرت نوع « کامل »   ۴۳
۲ـ۳۲ـ ترمز پر قدرت دو دیافراگمه بندیکس :   ۴۵
۲ـ۲۴ـ ترمز پر قدرت نوع افزاینده :   ۴۶
شکل ۲-۳۸   ۴۶
۲ـ۲۵ـ ترمز پر قدرت نوع کمکی   ۴۶
شکل ۲-۴۰   ۴۸
« فصل سوم »   ۴۹
اصول سیستم ترمز پنوماتیکی   ۴۹
مقدمه   ۵۰
شکل ۳-۱ ترمز بادی با اجزاء آن   ۵۳
۳-۱- اجزای مورد نیاز جهت تولید هوای فشرده :   ۵۴
۱ـ کمپرسور باد :   ۵۴
نوع ساختمان   ۵۴
۳-۲- ملاک انتخاب کمپرسور :   ۵۴
۳-۳- تنظیم کمپرسور :   ۵۵
دیاگرام نمودار تولیدی کمپرسورها   ۵۶
۳ ـ ۴ـ تنظیم از طریق کاهش سرعت :   ۵۷
۳ ـ ۵ ـ خنک کردن کمپرسور :   ۵۸
۳ ـ ۶ ـ بزرگی مخزن هوای فشرده کمپرسور :   ۵۸
طریقه محاسبه حجم مخزن کمپرسور با تنظیم دقیق قطع و وصل   ۵۹
۳ ـ ۷ ـ پخش هوای فشرده به سیلندر پیستون ترمز :   ۶۰
۳ ـ ۹ ـ رطوبت گیری هوای فشرده :   ۶۱
۳-۱۰- فیلترهای هوای ترمز بادی :   ۶۶
۳-۱۱- شیر تنظیم فشار :   ۶۸
۳-۱۲- مقدار عبور جریان برای واحدهای مراقبت :   ۶۹
۳-۱۳- سیلندر پنیوماتیکی :   ۷۰
۳-۱۴- سیلندر یک کاره :   ۷۰
۳-۱۵- ساختمان سیلندر و پیستون :   ۷۲
۳-۱۶- محاسبه نیروهای سیلندر پیستون :   ۷۲
۳-۱۷- نکات عملی :   ۷۳
محاسبه طول کورس پیستون سیلندر پنیوماتیک :   ۷۳
« فصل چهارم »   ۷۸
« سیستم ترمز ضد قفل   ۷۸
ABS   ۷۸
۴ـ۱ـ ویژگی های ABS   ۷۹
۴ـ۲ـ نیروهای دینامیکی در چرخ ترمز شده :   ۸۱
۴ـ۳ـ مفهوم کنترل   ۸۲
توضیح :   ۸۵
۴ـ۴ـ چرخه کنترلABS   ۸۶
۴ـ۴ـ۱ـ سیستم کنترل شده :   ۸۷
۴ـ۴ـ۲ـ متغیرهای کنترل شده   ۸۸
۴-۴-۲-۲- متغیرهای کنترل شده برای چرخهای متحرک(driven- wheel)   ۹۰
۴ـ۵ـ سیکلهای کنترل واقعی   ۹۲
۴ـ۵ـ۲ـ چرخه کنترل ترمزی روی سطح جاده لغزنده ( ضریب نیروی ترمزی پائین)   ۹۴
۴ـ۵ـ۳ـ چرخه کنترل ترمزی با تأخیر در گشتاور انحرافی :   ۹۶
(Closed – Loop Braking Control With Yawing moment build up delay)   ۹۶
۴ـ۵ـ۳ـ۱ـ GMA1 ( سیستم تأخیری در گشتاور انحراف )   ۹۸
۴ـ۵ـ۳ـ۲ـ GMA2   ۹۹
۴ـ۵ـ۴ـ چرخه کنترل برای (ALL wheel Dirven ) AWD   ۱۰۱
۴ـ۵ـ۵ـ سیستمهائی که همه چرخها متحرک هستند (ADW)   ۱۰۲
ب : دومین سیستم :   ۱۰۴
ج : سومین سیستم :   ۱۰۴
۴ـ۶ـ عملکرد ABS   ۱۰۴
۴ـ۶ـ۲ـ تأخیر در گشتاور پیچشی جانبی   ۱۰۷
۴ـ۷ـ مدلهای سیستم ABS   ۱۰۸
۴ـ۷ـ۱ـ مدل ABS 2S   ۱۰۸
۴-۷ـ مدل ABS 5.0   ۱۱۱
۴ـ۸ـ چرخه فرآیند کنترل (Closed – Loop control process)   ۱۱۳
۴ـ۹ـ کارکردهای کنترلی(monitoring Functions)   ۱۱۳
۴ـ۱۰ـ تشخیص عیب:   ۱۱۴
۴ـ۱۱ـ مدل ABS5 . 3   ۱۱۵
۴ـ۱۲ـ مدل سیستم ABS 2E ( بوش)   ۱۱۵
۴ـ۱۳ـ اجزای سیستم ترمز ضد قفل ABS   ۱۱۶
۴ـ۱۳ ـ۱ ـ سنسورهای سرعت چرخ (Wheel speed sensor) :   ۱۱۶
۴ـ۱۳ـ۱ـ۱ـ سنسور سرعت چرخDF2   ۱۲۰
۴ـ۱۳ـ۱ـ۲ـ سنسور سرعت چرخ DF3   ۱۲۰
۴-۱۳-۲ـ واحد کنترل الکترونیکیElectronic control unit   ۱۲۱
۴ـ۱۳ـ۲ـ۱ـ واحد کنترل برای ABS 2S   ۱۲۳
الف ـ مدار ورودی : (Input circuit)   ۱۲۴
ب : کنترل کننده دیجیتالی : (Digital controller)   ۱۲۴
ج : مدارات خروجی : (Output circuits)   ۱۲۶
Driver stage مرحله گرداننده ( راننده ) ( تقویت کننده های خروجی )   ۱۲۷
۴ـ۱۳ـ۲ـ۲ـ واحد کنترل الکترونیکی برای ABS5.0   ۱۲۷
۴-۱۳-۳- تعدیل کننده فشار هیدرولیکی: (Hydraulic pressure moduator)   ۱۲۸
۴ـ۱۳ـ۳ـ۱ـ تعدیل کننده فشار هیدرولیکی برای ABS 2S   ۱۲۹
الف : پمپ چرخشی : (Return ump)   ۱۲۹
ب: انباره یا مخزن : (Accu mulator)   ۱۲۹
ج : شیر سلونوئیدی ۳/۳ :   ۱۳۰
طرح :   ۱۳۰
مراحل کارکرد :   ۱۳۳
الف : مرحله مسدود کردن فشار Pressure build up phase)   ۱۳۳
ب : مرحله نگهداری فشار : (pressure – holding phase)   ۱۳۳
ج: مرحله کاهش فشار : (Pressure – reduction phase) :   ۱۳۴
۴ـ۱۳ـ۳ـ۲ـ تعدیل کننده فشار هیدرولیکی برای ABS5.0   ۱۳۴
الف : پمپ برگشت :   ۱۳۵
ب: مخزنها و محفظه های ضربه گیر(accumulators and damper chambers)   ۱۳۵
ج : شیرهای سلونوئیدی ۲/۲ : (Selonid Valve 2/2 )   ۱۳۵
۴ـ۱۳ـ۳ـ۳ـ واحد هیدرولیکی برای ABS / ABD5   ۱۳۶
۴ـ۱۱ـ۲ـ مدارات الکتریکی : ( Electrical Circuits )   ۱۳۷
« فصل پنجم»   ۱۳۸
«طراحی سیستم های ترمز»   ۱۳۸
۵-۱-تحلیل نیروی ترمزهای دیسکی   ۱۳۹
۵-۲-نیروی ترمز و نیروی وارد بر محور   ۱۳۹
۵-۵ ترمزهای کاسه ای (shoe brake)   ۱۴۲
۵-۶-ترمزهای بدون سرو   ۱۴۴
۵-۷-اجزاء مکانیکی ترمز کاسه ای :   ۱۴۵
۵-۸-کفشک ترمز   ۱۴۶
۵-۹- تقسیم بندی ترمزها کاسه ای از لحاظ مکانیزم عمل کننده   ۱۴۶
۵-۱۰-سیستم ترمز سیمپلکس : (simplex brake)   ۱۴۷
۵-۱۱سیستم ترمز دوپلکس :   ۱۴۸
۵-۱۲-سیستم ترمز دوپلکس دوبل   ۱۴۸
۵-۱۳-سیستم ترمز سرو و بدون سرو :   ۱۴۹
۵-۱۴-سیستم سرو دوبل   ۱۴۹
۵-۱۵-محاسبه شتاب ترمز گیری   ۱۵۰
۱ـ در ترمزیک کفشکی :   ۱۵۰
۲ـ ترمز دارای یک کفشک پیشرو و یک کفشک پسرو که بر روی محور لولا شده‌اند   ۱۵۲
۵-۱۶-تحلیل استاتیکی اجزای ترمز کاسه ای :   ۱۶۰
۵-۱۷- ترمزهای لنتی (shoe brakes)   ۱۶۲
۵-۱۸-طرح دستگاه ترمز دو لنتی :   ۱۶۹
مثال عددی محاسبه ترمز ـ دو لنتی(Dounle shoe brake)   ۱۷۲
۵-۱۹- دستگاه ترمز هیدرولیکی مضاعف :   ۱۷۹
۵-۲۰-هواگیری ترمز :   ۱۸۵
۵-۲۱-روغن ترمز   ۱۸۶
۵ـ۲ طراحی سیستم ترمز هیدرولیک پرقدرت ( مجهز به بوستر خلأئی)   ۱۹۰
۲ـالف) مزیت مکانیکی بوستر   ۱۹۲
راه حل دیگر :   ۱۹۴
۳ـ بدست آوردن قطر و خلاء نسبی در بوستر :   ۱۹۹
۵-۲۵ـ طراحی حجم مخزن ذخیره روغن پمپ اصلی   ۲۰۰
۱ـ روغن مورد نیاز کفشک و لقمه های ترمز :   ۲۰۲
۲ـ انبساط خطوط ارتباطی روغن   ۲۰۳
۳ـ انبساط در لوله های لاستیکی   ۲۰۴
۴ـ تلفات پمپ اصلی   ۲۰۴
۵ـ تلفات در اثر تغییر شکل کاسه چرخ و محفظه سیستم ترمز دیسکی :   ۲۰۶
۶ـ تراکم در لنت لقمه ای و کفشک ترمز   ۲۰۶
۷ـ تراکم در سیال ترمز   ۲۰۸
۸ـ تلفات حجم در سوپاپها   ۲۰۹
۹ـ تلفات حجم در سیستم بوستر :   ۲۱۰
۱۰ـ تلفات حجم در اثر وجود بخارات گازی یا هوا در سیستم ترمز :   ۲۱۰
محاسبه کورس پدال   ۲۱۱
۱ـ لقی در لقمه های ترمز :   ۲۱۶
۲ـانبساط در خطوط ارتباطی :   ۲۱۶
۳ـ انبساط در شیلنگهای ترمز :   ۲۱۷
۴ـ پمپ اصلی :   ۲۱۷
۵ـ تغییر شکل در سیستم ترمز دیسکی :   ۲۱۷
۶ـ تراکم در لقمه های ترمز :   ۲۱۸
۷ـ تراکم پذیری در سیال ترمز :   ۲۱۸
« فصل ششم »   ۲۲۱
۷-۱ـ کلیات   ۲۲۲
۲ـ۳ـ چگونگی انجام آزمایش :   ۲۲۶
الف : بر روی یخ (On the ice ) :   ۲۲۶
ب: برروی برف فشرده شده On Hard – pack snow :   ۲۲۷
ج: بر روی مسیری که قبلاً اتومبیل برف روب از آن عبور کرده است .   ۲۲۷
د: مسیری که برف در شرف باریدن می باشد .   ۲۲۸
ه : در آب و هوای گرمتر:   ۲۲۸
و: حرکت در مسیر شن و ماسه ای :   ۲۲۹
ز : عبور از مسیر خیس و مرطوب :   ۲۲۹
ح : توقف در مسیر خشک :   ۲۳۰
جمع بندی :   ۲۳۰
۷-۳ـ نتیجه گیری نهائی :   ۲۳۰
۷ـ۳ـ۱ـ معایب سیستم ترمز معمولی :   ۲۳۱
۷ـ۳ـ۲ـ مزایای سیستم ترمز ضد قفل ABS :   ۲۳۱
۷-۴-مقایسه ترمزهای دیسکی و کاسه‌ای :   ۲۳۳
الف)مزایا :   ۲۳۵
ب) معایب :   ۲۳۶
جدول ۶ – ضرایب ثابت اصطکاک برای اتصالات مواد گوناگون   ۲۳۸
مواد اتصال شونده   ۲۳۸
چرب       تمیز   ۲۳۸
عیب   ۲۳۹
عمل اصلاحی   ۲۳۹
عیب   ۲۴۰
عمل اصلاحی   ۲۴۰
عیب   ۲۴۱
علت احتمالی   ۲۴۱
عمل اصلاحی   ۲۴۱
مراجع :   ۲۴۳