لنت‌های سرامیکی: بررسی مزایا و معایب

از ابتدای زمان اختراع وسایل نقلیه، مکانیزمی ابداع شده که به راننده اجازه می‌دهد خودرو را به‌موقع متوقف کند. در حمل و نقل مدرن، این مکانیسم یک سیستم کامل متشکل از چندین قطعه مختلف است که سریع‌ترین کاهش سرعت در یک ماشین یا موتور سیکلت را فراهم می‌کند. سیستم ایمنی فعال و غیرفعال شامل اجزای زیادی از جمله ترمز است. مکانیزم این سیستم شامل مسیری برای حرکت مایع ترمز، سیلندرهای ترمز، دیسک، کولیس (در صورت استفاده از نوع دیسک) و پد می‌شود. هنگام کاهش سرعت خودرو یعنی عدم استفاده از ترمز موتور، عملکرد سیستم ترمز با گرم شدن شدید لنت‌ها همراه است. اصطکاک شدید و دمای بالا منجر به سایش سریع مواد می‌شود. البته این بستگی به سرعت خودرو و شدت فشار دادن پدال ترمز دارد. لنت ترمز باید به صورت دوره‌ای تعویض شود چون ترمز فرسوده باعث تصادف خواهد شد. سایش سریع عناصر خودرو، بار زیاد در هنگام ترمز اضطراری و سایر شرایط، رانندگان را تشویق می‌کند تا به فکر خرید سیستم‌های ترمز بهتر باشند. از جمله آنها یک لنت سرامیکی است. در این مقاله از مجله آچاره به بررسی تفاوت این سیستم با سیستم کلاسیک، معرفی انواع لنت‌های سرامیکی، مزایا و معایب آن می‌پردازیم.

تاریخچه لنت سرامیکی

سیستم ترمز سرامیکی روز به روز محبوبیت بیشتری در سراسر جهان به دست می‌آورد. این فناوری اغلب در مونتاژ وسایل نقلیه ویژه استفاده می‌شود مانند ماشین پلیس، آمبولانس، کامیون‌های آتش نشانی. اولین ترمزها در ساخت کالسکه‌های با کیفیت استفاده شدند. در ابتدا این سیستم با استفاده از مکانیزم اهرمی به قسمت بیرونی لبه فشار می‌آوردند. چنین ترمزهایی کار می‌کردند اما خطرناک بودند. اولین نقطه ضعف این بود که نمی‌توانستند اصطکاک طولانی مدت را تحمل کنند و زود آتش می‌گرفتند. دومین اشکال مربوط به تعویض مکرر ترمزهای فرسوده بود. سومین ایراد این بود که جاده آسفالت اغلب رینگ را تغییر شکل می‌داد و باعث می‌شد عنصر ترمز با سطح، تماس ناکارآمدی داشته باشد. بنابراین تلاش زیادی برای کاهش سرعت خودرو لازم بود.

یک سال بعد، مهندس انگلیسی F.W. Lanchester حق ثبت اختراع را برای اولین ترمز دیسکی به ثبت رساند. از آنجایی که در آن روزها فلز یک کالای لوکس بود و فولاد عمدتاً برای اهداف نظامی استفاده می‌شد مس به عنوان لنت ترمز بکار می‌رفت. راندن وسایل نقلیه با چنین ترمزهایی با سر و صدای زیادی همراه بود و به دلیل خاصیت نرم مس، لنت‌ها به سرعت فرسوده می‌شدند.

در همان سال، مخترع فرانسوی L. Renault ترمزی از نوع درام طراحی کرد که داخل آن لنت‌های نیم دایره‌ای وجود داشت. زمانی که سیستم فعال می‌شد این عناصر باز شده و از داخل در مقابل دیواره‌های جانبی درام قرار می‌گرفتند. ترمزهای مدرن بر اساس همان اصل کار می‌کنند. در سال 1910، این طرح به عنوان قابل اعتمادترین طرح موجود در آن زمان شناخته شد. این قطعات بر روی هر چرخی نصب شدند. برخلاف پیشرفت‌های قبلی، این محصول توانست ترمزهای شدید را تحمل کند. مزیت ترمزهای درام این بود که از اثرات تهاجمی محیط بر عناصر دیگر محافظت می‌شد. جاده در آن روزها شرایط ایده آلی نداشت. اغلب اتومبیل‌ها در معرض ضربه‌های شدید، خاک، آب و گرد و غبار قرار داشتند.

همه این عوامل بر وضعیت چرخ‌ها و شاسی و عملکرد لنت‌ها تأثیر منفی می‌گذاشت. همچنین این مکانیسم به معنای تلاش کمتر راننده برای توقف خودرو بود در حالی که تغییرات هیدرولیکی هنوز ایجاد نشده بود. با وجود این مزایا، یک اشکال جدی داشت. به خوبی خنک نمی‌شد و اگر ترمز با سرعت بالا فعال می‌شد، این عامل می‌توانست منجر به سایش سریع پوشش‌های اصطکاکی شود.

بیش از 25 سال پیش، آزبست در سیستم‌های ترمز استفاده می‌شد. این ماده ویژگی‌های خوبی داشت. مهم‌ترین ویژگی آن این بود که در دماهای بالا و اصطکاک شدید مقاومت دارد. به همین دلیل برای مدت طولانی محبوب بوده و تعداد کمی از آنالوگ‌ها می‌توانند با این محصول رقابت کنند. با این حال، آزبست که بخشی از پوشش‌های خودرو است دارای یک نقص قابل توجه می‌باشد. به دلیل اصطکاک شدید، امکان حذف کامل گرد و غبار وجود ندارد. با گذشت زمان ثابت شده که این نوع گرد و غبار برای سلامتی انسان بسیار مضر است. به همین دلیل استفاده از این گونه پدها به شدت کاهش یافته است. تقریباً تمام تولیدکنندگان در سراسر جهان تولید چنین محصولاتی را متوقف کرده‌اند. در عوض مواد دیگری متشکل از مواد آلی وارد عرصه تولید شدند. در اواخر دهه 1990، برخی از مهندسان خودروساز شروع به در نظر گرفتن سرامیک به عنوان جایگزینی برای آزبست کردند. امروزه از این ماده در سیستم‌های ترمز ممتاز برای خودروهای اسپورت و همچنین مدل هایی با موتور قدرتمند استفاده می‌شود.

ویژگی‌های لنت‌های سرامیکی

برای درک ویژگی‌های لنت‌های سرامیکی، لازم است آنها را با نمونه کلاسیک که به طور پیش فرض در همه خودروها استفاده می‌شود مقایسه کنیم. تقریباً 95 درصد از بازار لنت ترمز توسط آپشن‌های ارگانیک اشغال شده است. بسته به تکنولوژی ساخت، حداکثر 30 جزء را می‌توان در نظر گرفت که با رزین ارگانیک در کنار هم قرار می‌گیرند. صرف نظر از ترکیبی که سازنده استفاده می‌کند لنت ترمز ارگانیک کلاسیک شامل موارد زیر است:

1. رزین ارگانیک

این ماده قادر به تثبیت تمام اجزای لنت است. هنگام ترمزگیری، لنت شروع به تولید گرما می‌کند که دمای آن می‌تواند تا 300 درجه افزایش یابد. به همین دلیل دود شروع شده و مواد می‌سوزند. این شرایط ضریب چسبندگی بین آستر و دیسک را بسیار کاهش می‌دهد.

2. فلز

این ماده به عنوان پایه‌ای برای کاهش سرعت دیسک ترمز در حال چرخش استفاده می‌شود. اغلب برای ساخت این عنصر از فولاد استفاده می‌کنند. این ماده مقاومت بالایی در برابر فرسودگی دارد. اما یکی از اشکالات اصلی لنت‌های فلزی این است که ترمز شدید منجر به سایش سریع خود دیسک می‌شود. مزیت این ماده ارزان بودن و مقاومت در برابر دماهای بالا است. با این حال چندین عیب قابل توجه نیز دارد. یکی از آنها تبادل حرارت ضعیف با دیسک ترمز است.

مطلب پیشنهادی:تشخیص هوا در بخاری ماشین

3. گرافیت

گرافیت جزء جدایی ناپذیر تمام پدهای ارگانیک است. دلیل آن کاهش سایش دیسک ترمز به دلیل تماس مداوم با فلز در لنت‌ها است. اما مقدار آن با قطعه فلزی نباید از درصد خاصی بیشتر شود. لنت‌های خیلی نرم یک پوشش قوی روی رینگ‌ها ایجاد می‌کنند. بنابراین از ویژگی‌های لنت‌های ارگانیک می‌توان به هزینه کم، کارکرد بهتر در سرعت‌های پایین و  ایمنی دیسک ترمز با استفاده متوسط ​​از ترمز اشاره کرد. اما این گزینه معایبی نیز دارد که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.

1. وجود پلاک گرافیتی ظاهر رینگ‌ها را خراب می‌کند.
2. رانندگی سریع و استفاده از ترمز در آخرین لحظه توصیه نمی‌شود زیرا به دلیل دمای بالا، لنت‌ها ممکن است شناور شوند. در چنین شرایطی بهتر است از ترمز موتور استفاده کنید اما در هر صورت فاصله ترمز طولانی تر خواهد بود.
3. با استفاده مکرر از ترمز اضطراری، سایش دیسک تسریع می‌شود زیرا گرافیت به سرعت تبخیر شده و فلز شروع به ساییدگی روی فلز می‌کند.

اجزای تشکیل‌دهنده لنت‌های سرامیکی

اول از همه، سرامیک‌های معمولی را نباید با این تکنولوژی اشتباه گرفت. به فناوری تولید این محصولات پودر نیز گفته می‌شود. تمام اجزای تشکیل دهنده چنین بلوکی به صورت پودر در می‌آیند به طوری که همه آنها محکم به یکدیگر متصل می‌شوند. این ویژگی نه تنها از سایش سریع لنت‌ها با استفاده مکرر از ترمز جلوگیری می‌کند بلکه رسوب گرافیت، روی دیسک‌ها ایجاد نمی‌شود.

مطلب پیشنهادی:عملکرد قفل مرکزی خودرو

این محصولات علاوه بر درصد گرافیت، فلز کمتری نیز دارند. اما در این لنت‌ها به جای فولاد از مس استفاده می‌شود. این ماده با گرم شدن ترمزها گرما را بهتر از بین می‌برد. لنت‌های سرامیکی می‌توانند از برخی تصادفات ناشی از ناتوانی لنت‌ها در تحمل بارهای سنگین جلوگیری کنند. یکی دیگر از دلایلی که لنت‌های سرامیکی از مس به جای فولاد استفاده می‌کنند نرمی فلز است. با توجه به این، محصول در طول گرمایش بحرانی تغییر شکل نمی‌دهد که عمر کاری عنصر را بسیار بیشتر می‌کند. بنابراین بر خلاف مواد ارگانیک سرامیک‌ها گرد و غبار تشکیل نمی‌دهند. همچنین ضریب چسبندگی روکش به دیسک بسیار بالاتر است، که به طور قابل توجهی فاصله ترمز خودرو را کاهش می‌دهد. در عین حال این سیستم قادر به تحمل دمای نسبتاً بالا است. رانندگی آرام با حداقل ترمز در سرعت‌های بالا می‌تواند عمر لنت‌ها و دیسک‌های استاندارد را افزایش دهد.

قطعات کاربردی سیستم ترمز عبارتند از:

• دیسک‌های ترمز: در صورتی که وسیله نقلیه مجهز به وسیله نقلیه دیسکی باشد برای هر چرخ یکی، در غیر این صورت دو عدد در جلو وجود دارد و درام‌ها در عقب استفاده می‌شوند.
• پدها: تعداد آنها به نوع وسیله نقلیه بستگی دارد اما اساساً دو عدد از آنها در هر دیسک وجود دارد.
• کالیپر: مکانیسمی در هر دیسک ترمز است.

همانطور که قبلا ذکر شد در طول فرآیند ترمز، لنت‌ها و دیسک‌ها در معرض حرارت شدید قرار می‌گیرند. برای کاهش این اثر، اکثر سیستم‌های ترمز مدرن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که این عناصر به خوبی تهویه شوند. اگر خودرو در شرایط عادی کار کند این جریان هوا کافی است تا ترمزها کار خود را به خوبی انجام دهند.

اما در شرایط سخت تر، قطعات استاندارد به سرعت فرسوده می‌شوند و در دمای بالا از عهده عملکرد خود بر نمی‌آیند. به همین دلیل شرکت‌های خودروسازی مواد جدیدی را معرفی می‌کنند که در دماهای بالا خاصیت اصطکاک خود را از دست نمی‌دهند و با سرعت کمتری فرسوده می‌شوند.

چنین موادی شامل یک پد سرامیکی و در برخی از انواع وسایل نقلیه یک دیسک سرامیکی می‌شود. در طول فرآیند تولید، پودر مواد سرامیکی با تراشه‌های مس پودر شده تحت فشار بالا ترکیب می‌شود. این مخلوط در یک کوره تحت عملیات حرارتی بالا قرار می‌گیرد. به همین دلیل محصول در برابر گرمایش شدید مقاوم است و در فرآیند اصطکاک، اجزای آن خرد نمی‌شوند. علاوه بر این ویژگی‌ها، لنت سرامیکی دارای قابلیت‌های زیر است:

• در هنگام فعال سازی وسیله نقلیه، صدای کمتری ایجاد می‌کند و زیاد لرزش ندارد.
• ارائه ضریب اصطکاک بالا در شرایط دمایی بسیار بالاتر
• اثر تهاجمی کمتر بر روی دیسک ترمز. این کار با جایگزینی آلیاژ فولاد با مس حاصل می‌شود.

نقاط قوت لنت‌های ترمز سرامیکی

اگر مزایای لنت‌های سرامیکی را در نظر بگیریم می‌توانیم عوامل زیر را تشخیص دهیم:

• سرامیک به دلیل ترکیب کم سایشی، به دیسک آسیب نمی‌زند. ذرات فلزی دیسک را خراش نمی‌دهد بنابراین محصول عمر کاری طولانی دارد. هر چه بیشتر نیاز به تعویض قطعات سیستم ترمز داشته باشید هزینه تعمیر و نگهداری خودرو بیشتر می‌شود.
• لنت‌های سرامیکی کم صداتر هستند. دلیل این امر کم بودن ذرات فلزی است که سطح دیسک را خراش می‌دهد.
• دامنه دمای عملیاتی گسترده محصولات. این محصولات تا دمای 600 درجه و خنک شدن سریع را تحمل می‌کنند اما خواص خود را از دست نمی‌دهند.
• گرد و غبار کمتری تولید می‌شود. به این ترتیب راننده نیازی به خرید ابزاری برای تمیز کردن رینگ از رسوبات گرافیت ندارد.
• به سرعت به دمای مطلوب می‌رسد. با کمک لنت سرامیکی وقتی دوباره پدال را فشار می‌دهید، کیفیت ترمز کاهش پیدا نمی‌کند.
• با گرمایش قوی، لنت‌ها تغییر شکل نمی‌دهند و نیاز به تعمیرات مکرر خودرو را از بین می‌برد.

لنت‌های ترمز سرامیکی در اتومبیل‌های اسپرت هم با موفقیت استفاده می‌شوند. این تغییر در سیستم ترمز کامیون‌ها هم به اثبات رسیده است.

معایب لنت‌های ترمز سرامیکی

در مقایسه با نکات مثبت، نقاط منفی لنت‌های سرامیکی بسیار کمتر است. به عنوان مثال یکی از پارامترهایی که برخی از رانندگان هنگام انتخاب نسخه سرامیکی به آن اعتماد می‌کنند عدم سایش است. در واقع این کاملا درست نیست. در فرآیند مالش لنت‌ها روی دیسک، قطعاً بعد مدتی فرسوده می‌شوند به این معنی که گرد و غبار تشکیل می‌شود. اما روی دیسک‌های رنگ روشن چندان به چشم نمی‌آید زیرا گرافیت در ترکیب آن بسیار کمتر است یا اصلا وجود ندارد.

برخی از رانندگان هنگام انتخاب قطعات جایگزین، فقط به قیمت محصول توجه می‌کنند. آنها فکر می‌کنند هر چه هزینه بالاتر باشد، کیفیت بالاتر است. اغلب این جمله صحت دارد اما این پارامتر اصلی برای انتخاب نیست. نصب لنت سرامیکی روی خودروی استانداردی که در شرایط عادی رانندگی می‌کند سود چندانی نخواهد داشت و در برخی موارد حتی باعث تصادف می‌شود. زیرا لنت‌های حرفه‌ای قبل از رسیدن به حداکثر کارایی باید از قبل گرم شوند. به همین دلیل قطعات باید با دقت انتخاب شوند و از شرایط استفاده از آنها اطلاع داشته باشید.

نتیجه گیری

همانطور که دیدیم لنت‌های سرامیکی نسبت به لنت‌های کلاسیک قابل اعتماد تر و کارآمدتر هستند. بسیاری از رانندگان این محصول خاص را انتخاب می‌کنند. با این حال باید در نظر داشته باشید که راننده معمولاً چه مقدار فشار بر سیستم ترمز وارد می‌کند. ترمزهای درست انتخاب شده می‌توانند ایمنی وسایل نقلیه را در ترافیک شلوغ افزایش دهند و همچنین دفعات تعویض لنت را در هنگام ترمزگیری شدید به حداقل برسانند. این نکته هم قابل توجه است که شما باید محصولات را فقط از تولید کنندگان قابل اعتماد خرید کنید.