فرمول یک ایران: شبیه سازی و بررسی اجزا سیستم ترمز خودرو فرمول یک؛

شتاب منفی در مجموعه مسابقات فرمول یک به اندازه ی شتاب مثبت برای تیم و راننده دارای اهمیت می باشد از این رو عملکرد مناسب و عمر مفید اجزای ترمز یک نیاز برای خودروهای فرمول یک می باشد که نتیجه ی آن پیچیده شدن سیستم ترمز نسبت به خودروهای شهری است.

حال به اجزای ترمز و بررسی وظایف آنها می پردازیم.

به مجموعه یا سیستم ترمز خودرو فرمول یک نگاه کنید:

سیستم ترمز

همانطور که در تصویر میبینید این مجموعه ترمز با سیستم های ترمز خودروهای شهری متفاوت میباشد و ساختار پیچیده تری را در خود میبیند . در حقیقت به دیسک و کالیپر ترمز (که از اجزای اصلی سیستم های ترمز هستند) اجزایی دیگر به ترکیب با آنها در آمده است تا سیستم خاصی را برای رسیدن به هدف عملکرد خاص بوجود بیاورند.

حال به بررسی تک تک اجزا و وظایف آنها می پردازیم تا بتوانیم این سیستم پیچیده را مورد مطالعه دقیق تری قرار دهیم.

با توجه به نقشه های منتشر شده از کمپانی Brembo که یکی از مطرح ترین سازنده های سیستم ترمز میباشد میتوان به شبیه سازی اجزا ترمز پرداخت.

 

به شبیه سازی سیستم ترمز خودرو فرمول یک دقت کنید:

شبیه سازی اجزای سیستم ترمز

 

این شبیه ساز  شماتیکی از اجزا سیستم ترمز خودروهای فرمول یک میباشد که نشان دهنده ی اجزای اصلی سیستم و چگونگی ترتیب قرار گیری و ترکیب شدن با یکدیگر می باشد.

شبیه سازی سیستم ترمز خودرو فرمول یک

لازم به ذکر است که این شبیه سازی شماتیکی ساده شده از سیستم پیچیده ترمز فرمول یک می باشد که صرفا ابعاد و ویژگی اجزا در این شبیه سازی رعایت شده است. ( البته شبیه ساز دیسک ترمز به همرا شبیه ساز پدهای لنت ترمز با متریال و مشخصات دقیق در ادامه به منظور تحلیل حرارتی آمده است)

به بررسی اجزا ترمز و وظایف آنها میپردازیم:

 

روتور ترمز BRAKE ROTOR:

 

BRAKE ROTOR

به این دلیل به این قسمت از سیستم روتور می گویند که همراه با دیسک میچرخد. در واقع روتور ترمز به توپی متصل می شود و با چرخیدن باعث ایجاد فشار منفی در جلو دیسک میشود. هوا از قبل به حفره های دیسک وارد شده و به وسیله این روتور به بیرون مکش میشود.

توپی ترمز Brake Hub:

توپی ترمز(نما از جلو)

توپی ترمز(نما از عقب)

وظیفه اصلی این قطعه اتصال دیسک به محور می باشد بدین ترتیب که توپی از دو مسیر( مسیر اول اتصال با پین و مسیر دوم اتصال دندانه ای) به محور گیردار میشود و از یک مسیر (مسیر دندانه ای) به محور و بدین گونه دیسک و محور هم مرکز و یکپارچه میشوند.

محور Axis:

محور

وظیفه محور سوارشدن رینگ (رینگ تایر) بر روی آن و از آنجا که محور از قبل به دیسک متصل شده بود(توسط توپی) با متوقف شدن دیسک توسط پدهای ترمز(لنت) رینگ لاستیک نیز متوقف میشود.در خودروهای شهری رینگ به وسیله پین (معمولا 4 یا 5 پین) به توپی ترمز متصل میشود اما در خودروهای مسابقه ای و بعضی از سوپراسپرت ها (نظیر لافراری و فراری انزو) از این شیوه برای اتصال رینگ با دیسک استفاده میشود.(بدلیل ممکن شدن تعویض سریع تایر ها)

دیسک ترمز BRAKE DISC:

BRAKE DISC

همانند تمامی ترمزهای دیسکی سیستم ترمز خودرو فرمول یک شامل یک دیسک ترمز برای هر یک از جرخ های خودرو و در دوطرف آن دو پد ترمز(لنت) به دیسک فشرده میشوند و باعث متوقف شدن دیسک میشوند. حال آنکه این عمل در سیستم ترمز فرمول یک بسیار سریع تر انجام میشود که حاصل آن گرمای بیش از اندازه می باشد بنابراین حفره هایی در دیسک تعبیه شده است که با عبور باد از داخل این حفره ها عمل خنک کاری دیسک صورت میگیرد. در هر دیسک حدود 1000 حفره (ونت VENT هم گفته میشود) وجود دارد که با گذر کردن هوا از داخل این حفره های تونل مانند گرمای سطوح جانبی دیسک را با خود به بیرون میبرند.

 

ترکیب شدن روتور ترمز و توپی و دیسک ترمز و اتصال آنها با محور:

ترکیب شدن روتور ترمز و توپی و دیسک ترمز و اتصال آنها با محور

داکت هوای ترمز BRAKE AIR DUCT:

BRAKE AIR DUCT

داکت یا کانال هوای سیستم ترمز وظیفه رساندن هوا به دیفیوزر ترمز و کلیپر ترمز را دارد.داکت ترمز در پشت دیفیوزر نصب میشود و هوای رسانده شده توسط دیفیوزر به به تمام محیط شعاع داخلی دیسک پخش میشود و تمام حفره های دیسک را پر از هوای پر شتاب میکند.بنابراین حفره های دیسک از هوا اشباع میشوند و گرمای سطوح جانبی دیسک به وسیله هوا خارج مشود.دیفیوزر ثابت است و سیستم تعلیق به آن متصل میشود.

دیفیوزر ترمز Brake diffuser:

دیفیوزر وظیفه پخش کردن هوای آمده از کانال به شعاع داخلی دیسک ترمز را دارد که هوا از این طریق به حفره های دیسک راه پیدا می کند تا گرمای سطوح جانبی دیسک را با خود به بیرون ببرند.دیفیوزر در پشت دیسک و جلوی داکت نصب می شود و همچنین محور توسط یاتاقان ( بلبرین یا رولبرینگ و یا …) به داخل دیفیوزر سوار میشود.دیفیوزر ثابت بوده و سیستم تعلیق به آن متصل میشود.

دیفیوزر ترمز

شماتیک نحوه عملکرد کانال هوا و دیفیوزر ترمز بر دیسک:

نحوه عملکرد کانال هوا و دیفیوزر ترمز بر دیسک

کالیپر ترمز Brake calipers:

مهم ترین و پیچیده ترین قسمت ترمز را میتوان کالیپر دانست.جایی که پیستون های روغن و سیم های ارسال دستور و همچنین پد یا لنت های ترمز را در خود جای میدهد.با فشرده شدن لنت های ترمز به دیسک دیسک می ایستد و این فشار از سوی 6 پیستون (در هر سمت 3 پیستون با سه قطر متفاوت) صورت میگیرد.

(SIX-PISTON LITHIUM ALUMINUM):

به نقشه زیر که از سوی کمپانی سازنده BREMBO منتشر شده است دقت کنید:

کالیپر ترمز

کالیپر ترمز

تفاوت در قطرهای 3 پیستون در هر طرف به چه دلیل است؟

به جهت حرکت دیسک در نقشه دقت کنید و همچنین به اختلاف در قطرهای سه پیستون.

 همانطور که میدانیم طبق قوانین فرمول یک استفاده از سیستم ضد قفل در ترمز خودروهای فرمول یک ممنوع می باشد از این رو شرکت brembo با ایجاد توضیع غیر یکپارچه فشار در پشت پد های ترمز سعی در کم شدن میزان قفل شدگی دیسک را دارد که این توضیع غیر یکپارچه توسط سه پیستون با قطرهای متفاوت بوجود می آید.به عبارتی برای متوقف کردن دیسک سطح دیسک در ابتدا تحت فشار دو پیستون با قطر کمتر قرار میگیرد و پس از آن تحت فشار دو پیستون با قطر متوسط و در نهایت تحت فشار دو پیستون با قطر بزرگ.بدین ترتیب از میزان قفل شدگی در دیسک کاسته می شود.(به عبارتی آهنگ فشار بر روی سطح دیسک از کم به زیاد می باشد)

همچنین لازم به ذکر می باشد که در کالیپر همانند دیسک نیاز به خنک شدن توسط هوا می باشد (به دلیل گرم شدن بیش از اندازه پدهای ترمز و روغن پیستون ها) که با چرخش کانال هوا در انتهای مسیر به سمت کالیپر این مهم صورت میگیرد.

 مراحل ترکیب شدن اجزای سیستم ترمز(ASSEMBLY):

ترکیب شدن دیفیوزر و کانال هوای ترمز:

سوار شدن محور بر روی دیفیوزر و اضافه شدن دیسک:

نحوه اتصال و ASSEMBLE شدن دیسک و محور و اضافه شدن روتور ترمز:

اضافه شدن و ترکیب شدن (ASSEMBLE) کلیپر به سیستم:

 سوار شدن رینگ و لاستیک خودرو فرمول یک بر روی محور:

 

 لازم به ذکر است که سیستم ترمز شبیه سازی شده شماتیکی از چرخ جلوراست خودرو فرمول یک بوده و در چرخ های عقب کمی تفاوت وجود دارد.همچنین سیستم ترمز با رینگ و تایر در عمل فرمان یکپارچه عمل میکنند.(در واقع فرمان دیفیوزر را زاویه می دهد و تایر همراه با دیفیوزر زاویه میگیرد.)

 گرمای بیش از اندازه تولید شده هنگام ترمز گیری و همچنین قانون منع استفاده از سیستم ضد قفل ABS باعث بر پیچیدگی سیستم ترمز خودرو فرمول یک شده است.

دیدیم که برای خنک کاری دیسک  ترمز از یک کانال هوا در پشت دیسک استفاده شد که هوا را در سرعت های بالا به سمت دیفیوزر ترمز  هدایت میکند. دیفیوزر این هوا را در شعاع داخلی دیسک وارد حفره های دیسک کرده و هوا طی گذران از این حفره ها گرمای سطوح دیسک را از شعاع خارجی دیسک به بیرون میبرند و بعد از آن هوای گرم به وسیله فشار منفی ایجاد شده توسط روتور ترمز (روتور با چرخش خود ایجاد فشار منفی در جلوی دیسک میکند) به سمت بیروت مکش میشود.

همچنین برای خنک کاری کالیپر ترمز (که به دلیل وجود لنت ترمز در کالیپر بسیار گرما تولید شده است) انتهای کانال به سمت کالیپر چرخیده است و مابقی هوای موجود در کانال را به سمت کالیپر هدایت میکند.ورود هرگونه شیئ خارجی همراه با هوا به درون کانال می تواند به سیستم ترمز صدماتی وارد کند.

 در قسمت دوم مقاله به تحلیل حرارتی دیسک ترمز با استفاده از نرم افزار و مقایسه نتایج با نتایج آزمایشگاهی می پردازیم.


۸ دیدگاه

قابل توجه تمام کاربران سایت فرمول یک ایران : از این پس جهت برخورد با کاربران متخلف جرایمی در نظر گرفته شده است که لازم است کاربران در هنگام ارسال دیدگاه خود نهایت دقت را فرمایند ، در بیان دیدگاه ها از توهین به دیگران و رانندگان و ... خودداری کنید ، در صورت مشاهده بدون در نظر گرفتن هر ملاکی IP فرد متخلف مسدود خواهد شد و دیگر نمیتواند وارد سایت شود .
  1. مهرداد

    0

    0

    به عبارتی برای متوقف کردن دیسک سطح دیسک در ابتدا تحت فشار دو پیستون با قطر کمتر قرار میگیرد و پس از آن تحت فشار دو پیستون با قطر متوسط و در نهایت تحت فشار دو پیستون با قطر بزرگ.بدین ترتیب از میزان قفل شدگی در دیسک کاسته می شود.

    این تیکه رو که دیگه خوندم به مهندسی که پشت این خودروهاست تعظیم کردم
    اصلا به فکرم نرسید همچین چیزی رو سوار کرده باشن رو ترمز 😐

    مرسی عالی بود
    منتظر قسمت دووم هستم

    پاسخ دادن
    • محمد علی بهشتی

      0

      0

      لازم به ذکر می باشد مهندسین در حال مطالعه برروی لنت هایی با هندسه ذوزنقه ای شکل می باشند که وجه کوچکتر ذوزنقه در جلوی پیستون با قطر کوچکتر قرار بگیرد و میزان قفل شدگی ترمز را کمتر و کمتر کند تا خودرو فرمول یک با خط ترمز کمتری متوقف شود که با چالش میزان عمر مفید لنت روبرو شدند.(زیرا طبق قوانین نمیتوانند کلیپر ترمز را بزرگتر کنند) با بزرگتر کردن کلیپر و بزرگتر شدن طول لنت عمر مفید لنت ذوزنقه ای شکل جبران میشود.

      پاسخ دادن
  2. محمد

    0

    0

    ممنون. مدتی بود ذهنم درگیر نحوه عملکرد سیستم ترمز بود. اینکه چطور نبود سیستم ضد قفل رو جبران کردند! ممنون از مقاله آموزنده تون
    یا حق

    پاسخ دادن

Leave a Reply

Your email address will not be published.