بخشی از مقاله
با توجه به رشد و توسعه روز افزون صنعت حمل و نقل و خودرو سازی یکی از مسایل موجود در طراحی خودروها، قطارها و هواپیماها لنت ترمز و مسایل مربوط به ضریب اصطکاک و قدرت توقف در دماها و سرعت های بالا میباشد و همچنین توجه به ارتعاشات و فرکانسهای تولید شده ناشی از اصطکاک لقمه لنت ترمز با دیسک چرخ، از معیارهای مهم طراحی لنت ترمز است. برای بررسی نتایج مختلف بجز تغییر در درصد ترکیبات مواد اولیه تشکیل دهنده لقمه در زمان ساخت، شرایط و نوع ساخت از جمله فشارهای مختلف پرس در زمان قالبگیری، درجه حرارت مختلف پخت، مدت زمان پخت اعمال شد.
با تست نمونه ها ضریب اصطکاک سختی سطح و فرکانسهای نمونه لنت در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده و با مقادیر بدست آمده تجربی مقایسه میشود. برای بدست آوردن مقادیر فرکانس داده ها به صورت فایل wav ذخیره شده و به کمک نرم افزار مطلب با روش تبدیل سریع فوریه - FFT - بدست میآید. درآخر نمونه تحت تنش برشی قرار گرفته تا میزان تحمل نیروی قبل از جدا شدن لنت از کفشک تعیین شود.
.1 مقدمه
لنت ترمز یکی از قطعات مصرفی در اتومبیل با درجه ایمنی A یا فوق ایمنی است که این درجه ایمنی نشان از اهمیت فوقالعاده این قطعه به ظاهر ساده دارد. در ترمزگیریهای شدید و در مواقع حساس که بحث ایمنی جان سرنشینان خودرو و خسارات مالی سنگین مطرح است، اهمیت لنت ترمز بیشتر مشخص میشود. اما یکی از مواردی که رانندگان اتومبیل گاهبیگاهو با آن سروکار دارند، صدای ناشی از لنت براثر ترمز کردن است.
این صدا گاه در مواقع خاصِ حرکتی و گاه به دلیل استفاده از نوعی ماده بهخصوص در لنت و یا اجزای سیستم ترمزی، تولید و باعث مراجعه مکرر دارندگان خودرو به نمایندگی شرکتهای خودروساز یا سایر تعمیرگاهها میشود زیرا سبب ایجاد احساس عدم اعتماد راننده به سیستم ترمز میگردد و این تصور را بهوجود میآورد که عملکرد آن اشکال دارد. این مسئله مختص یک یا چند کشور نیست بلکه موضوع روز بسیاری از شرکتهای مهم خودروساز و قطعهساز در دنیاست و باعث تحمیل هزینههای گزافی به آنها شده است. هم اکنون تحقیق در این زمینه باعث تعریف پروژههایی در سطوح بالای تحقیقاتی در دانشگاههای معتبر با استفاده از دستگاهای بسیار پیشرفته شده، اما نکته حائز اهمیت آن است که هر صدای ترمزی لزوماً به مفهوم وجود عیب نیست. صدای لنت ترمز با توجه به شدت و بلندی آن، صدای ارتعاش آرام را ناله و صدای ارتعاش سریع را جیغ مینامند.
.2 دسته بندی سر و صدای ناشی از ترمز
در حالت کلی فرکانسها به سه دسته تقسیم میشوند .1نویز فرکانس پایین .2جیغ فرکانس پایین 3 .جیغ فرکانس بالا
.1نویز فرکانس پایین:
فرکانس پایین سر و صدا ترمز دیسکی به طور معمول در محدوده فرکانس بین 100 تا 1000 هرتز رخ می دهد. صداهای معمولی که در این دسته هستند: خرخر کردن، ناله، سخت کار کردن و زاری. این نوع سر و صدا توسط تحریک مواد اصطکاکی گوشه لنتها ناشی از برخورد با روتور به عنوان یک پاسخ ارتعاشی ایجاد میشود.
.2جیغ فرکانس پایین به طور کلی به عنوان یک سر و صدا عمومی طبقهبندی شده است داشتن پهنای باند فرکانس باریک در فرکانس وسیعی بالاتر از 1000 هرتز، اما این فرکانس زیر اولین مود ارتعاشی در صفحه روتور است. با تحریک اصطکاکی گوشه قطعات به هم متصل شده این نوع فرکانس تولید میشود.
.3جیغ فرکانس بالا فرکانس بالا جیغ ترمز به عنوان یک سر و صدا تعریف شده است که توسط تحریک اصطکاک ناشی از جفت شدن فرکانسهای لنت و روتور پدیده تشدید - رزونانس - اتفاق می افتد. این است که به طور معمول جیغ در فرکانس های بالا 5 کیلو هرتز طبقه بندی شده است. از آنجا که طیف وسیعی از فرکانسها که در این رنج هستن باعث حساسیت در گوش انسان میشوند و به این دلیل فرکانس بالا جیغ ترمز نظر گرفته شده است و نوع سر و صدای آزار دهنده لقب گرفته است.
در نظریه بی ثباتی هندسی، تغییرات نیروی نرمال باعث تغییرات نیروی اصطکاک میشود.حتی اگر ضریب اصطکاک ثابت باشد، تغییر نیروهای اصطکاک هنوز هم امکان پذیر است. در این مورد، در حالت هندسی و حرکتی پد و روتور که در دو مود ارتعاشی با فرکانس نزدیک به هم هستند ضریب اصطکاک افزایش یافته و در نهایت کوپل شدن این دو فرکانس با هم باعث بی ثباتی سیستم میشود.
مدل ساده شده از سیستم ترمز و خواص سفتی تعیین شده و تاثیر طرح های و پارامترهای مختلف بر پایداری سیستم مورد پژوهش قرار گرفته و مطالعات نشان داد همه پارامترهای طراحی را به دو گروه تقسیم شده است. در گروه اول اگر پارامترهای آنها افزایش یابد موجب افزایش جیغ می شود. در این گروه ضریب اصطکاک و شیب اصطکاک کشویی سرعت گنجانده شده است. در گروه دوم، وقوع جیغ با طراحی عملی به کمترین مقدار یا بهینه ترین مقدار خود می رسد. پارامترهای هندسی، پارامترهای جرم و سختی های مختلف از مولفه های قابل تغییر در طراحی عملی در این دسته هستند.
تجزیه و تحلیل از سر و صدا جیغ ترمز:
با توجه به ثبات سیستم معادلات و فرضیه ثبات هندسی، احتمال جیغ برای سیستم ترمز مدل شده است. چندین تکنیک برای ارزیابی ثبات یک سیستم در دسترس هستند،3روش در نظر گرفته شد.
- 1 راه حل معادلات دینامیکی حرکت ناپایدار
- 2 ارزیابی معیار روث
- 3 تجزیه و تحلیل مقادیر ویژه سیستم.
یک راه حل متفاوت حرکت ناپایدار نشان می دهد که بی ثباتی در حال حاضر در سیستم میباشد. به همین ترتیب، معیار روث نشان می دهد که آیا یک سیستم پایدار است یا نایدار است . چندین راه حل وجود دارد، با این حال، ارائه هیچکدام نتوانست نشان دهد که ساختار چگونه میتواند منجر به حذف بی ثباتی شود. از سوی دیگر، ریشه های مختلط به دست آمده از تجزیه و تحلیل مقادیر ویژه میتواند نشان دهد که ارتعاش سیستم حالت ناپایدار است. آگاهی از حالت سیستم ناپایدار چند روش کنترل را تسهیل میکند: مود فرکانس را میتوان با تغییر و یا اضافه کردن اجزای میرایی، به طوری که حالت پایدار میشود تغییر داد و بالا و پایین کرد. معادله حرکت برای یک سیستم ارتعاشی برابراست با :
معادله - - 1
که در آن M، Cو K به ترتیب، جرم، میرایی و ماتریس سختی و u بردار جابجایی است. برای ارتعاش ناشی از اصطکاک ، فرض بر این است که F یک تابع است و وابسطه به متغیر نیروی اصطکاک ناشی از برخورد پد و روتور میباشد. وجه مشترک اصطکاک همانند اصطکاک فنر در سیستم جرم وفنر است که در شکل - 1 - نمایش داده شده است قابل توجه است که با استفاده از مدل زیر، بردار نیرو به شکل خطی در میآید.
