Fren pedalı - Brake pad

Fren balataları bir bileşenidir disk frenler otomotiv ve diğer uygulamalarda kullanılır. Fren balataları, disk fren rotoruna bakan yüzeye bağlı sürtünme malzemesine sahip çelik destek plakalarından oluşur.

Fonksiyon

Fren balataları kinetik enerji aracın Termal enerji vasıtasıyla sürtünme. İki fren balatası bulunur fren sürtünme yüzeyleri rotora bakacak şekilde.[1] Frenler olduğunda hidrolik olarak uygulandığında, kaliper, aracı yavaşlatmak ve durdurmak için iki pedi birlikte eğirme rotoruna sıkıştırır veya sıkıştırır. Bir fren balatası ile temas nedeniyle ısındığında rotor, sürtünme malzemesinin küçük miktarlarını diske aktararak üzerinde mat gri bir kaplama bırakır. Fren balatası ve disk (her ikisi de artık sürtünme malzemesine sahiptir), ardından birbirlerine "yapışarak" aracı durduran sürtünmeyi sağlar.

Disk frenlerde, genellikle disk rotoru başına iki fren balatası vardır. Bunlar yerinde tutulur ve tekerlek poyrasına takılı bir kaliper tarafından çalıştırılır veya süspansiyon dik. Bununla birlikte, yarış kaliperleri, optimum performans için kademeli bir düzende değişen sürtünme özelliklerine sahip altı adede kadar balata kullanabilir.Malzemenin özelliklerine, aracın ağırlığına ve sürüldüğü hızlara bağlı olarak, disk aşınma oranları değişebilir. . Frenin zayıflamasını önlemek için fren balataları genellikle düzenli olarak (balata malzemesine bağlı olarak) değiştirilmelidir. Çoğu fren balatasında, bunun yapılması gerektiğinde sürücüyü uyarmak için bir yöntem bulunur. Yaygın bir teknik, aşınmayla sonunda ortadan kaybolması yastığın hizmet ömrünün sona erdiğini gösteren küçük bir merkezi oluk üretmektir. Diğer yöntemler, bir oluğa ince bir yumuşak metal şeridi yerleştirmeyi içerir, öyle ki frenlere maruz kaldığında (aşınma nedeniyle) duyulur şekilde gıcırdayacak. Yumuşak bir metal aşınma kulakçığı, aynı zamanda bir elektrik devresi fren balatası ince aşındığında, bir gösterge paneli uyarı ışığı yakar.

Tarih

Alternatif olarak fren balataları veya disk frenler kavramı kampana frenler en azından bir patent kadar erken F. W. Lanchester 1902'de.[2] Ancak, kampanalı frenlere kıyasla yüksek maliyet ve verimsizlikler nedeniyle, sonrasına kadar yaygın olarak uygulanmadılar. Dünya Savaşı II.[3] Disk fren teknolojisi bir kez geliştiğinde, fren performansı hızla kampanalı frenleri geçti. Performans farkı en çok 1953'te fren balatalarıyla donatılmış bir Jaguar'ın 24 Saat Le Mans Dayanıklılık yarışının Grand Prix'si.[3][4] Jaguar'ın başarısı genellikle otomobilin disk frenlerine atfedilir ve bu da sürücülerin dönüşlere rakiplerinden daha hızlı yaklaşmasına ve daha geç fren yapmasına olanak tanıdı ve sonuçta zafere götürdü. 1963 gibi geç bir tarihte, disk fren kullanan otomobillerin çoğu Avrupa yapımı idi; Amerikan arabaları, kurulumu daha ucuz ve daha kompakt hale getiren sabit kaliperlerin icadından sonra 1960'ların sonlarında teknolojiyi benimsedi.[3]

Teknoloji

Disk fren avantajları

Disk frenler ile karşılaştırıldığında daha iyi durdurma performansı sunar kampana frenler. Daha iyi direnç sağlarlar "fren solması "fren balatalarının aşırı ısınmasından kaynaklanır ve ayrıca daldırmadan hızlı bir şekilde kurtulabilir (ıslak frenler daha az etkilidir). Tamburlu frenin aksine, disk frenin kendi kendine servo etkisi yoktur - frenleme kuvveti her zaman basınçla orantılıdır fren pedalı koluna uygulanır. Bununla birlikte, birçok disk fren sistemi servo yardımı ("Fren Servosu") sürücünün pedal çabasını azaltmak için.[kaynak belirtilmeli ]

Disk fren balatalarının incelenmesi ve değiştirilmesi kampanalı fren sürtünme balatasına göre daha kolaydır.

Türler

Yüksek performanslı disk frenler için bir dizi balata

Aracın kullanım amacına bağlı olarak çok yumuşak ve agresif (yarış uygulamaları gibi), daha sert, daha dayanıklı ve daha az agresif bileşenlere kadar çok sayıda fren balatası türü vardır. Çoğu araç üreticisi, araçları için belirli bir tür fren balatası önermektedir, ancak bileşenler kişisel zevklere ve sürüş tarzlarına göre değiştirilebilir (farklı bir balata satın alarak veya bir üreticinin ürün yelpazesindeki bir performans pedine yükseltilerek). Standart olmayan fren balataları satın alırken her zaman dikkatli olunmalıdır. Çalışma sıcaklığı Soğukta verimli fren yapmayan performans balataları veya sert sürüş sırasında standart balataların zayıflaması gibi aralıklar değişebilir. Aşırı acı çeken arabalarda fren solması daha kaliteli ve daha agresif fren balataları takılarak sorun en aza indirilebilir.

Malzemeler

Bir fren balata malzemesi seçerken göz önünde bulundurulması gereken en önemli özellikler şunlardır:

  • Malzemenin kinetik enerjinin termal enerjiye dönüştürülmesiyle karşılaşacağı sıcaklık artışının neden olduğu fren zayıflamasına direnme yeteneği.[5][6]
  • Nemin fren üzerindeki etkileri azalır. Tüm frenler, en azından geçici olarak suya maruz kalmaya dayanacak şekilde tasarlanmıştır.[5][6]
  • Kurutma veya soğutma işleminin herhangi bir noktasında artan sıcaklık veya nemden hızlı bir şekilde kurtulma ve yaklaşık olarak aynı sürtünme seviyelerini sergileme yeteneği.[5][6]
  • sürtünme katsayısı Modern fren balatalarının% 100'ü, tekerleklerin kilitlenmesini önleyecek kadar alçak, ancak yeterli durdurma gücü sağlayacak kadar yüksek olmalıdır. Fren balatası malzemeleri için sürtünme katsayıları tipik olarak 0,3 ile 0,5 arasındadır.[6]
  • Sürtünmeden kaynaklanan aşınmaya direnme kabiliyeti, ancak rotor aşınmasının fren malzemesinden ödün verilenden daha hızlı meydana geldiği ölçüde değil[5][6]
  • Malzemenin, parçalar halinde kopan veya çukurlara, eziklere veya temas halindeki yüzeyde diğer hasarlara neden olan bir malzeme yerine rotor veya tamburla pürüzsüz ve eşit temas sağlama yeteneği).[5][6]
  • Sessizce çalışırken uygun sürtünme kuvveti uygulama yeteneği.[6]

Dikkate alınan bir diğer malzeme gerekliliği de fren balatalarının ne kadar sıkıştırılabilir olduğudur; çok sıkıştırılabilirlerse, fren hareketi aşırı olabilir.[7] Suyun sürtünme katsayısını etkilememesi için fren balatası malzemesi de gözenekli olmalıdır.[7]

Asbest 1. Dünya Savaşı sonrasında fren balatalarına ortak bir bileşen olarak eklendi, çünkü araştırmalar, aracın bir aracı durdurmak için gerekli sürtünmeyi sağlarken özelliklerinin ısıyı emmesine (500 ° F'ye ulaşabilir) izin verdiğini gösterdi. .[8] Bununla birlikte, asbestin sağlıkla ilgili ciddi tehlikeleri eninde sonunda ortaya çıkmaya başladığında, başka malzemeler de bulunmalıydı. Birinci dünya ülkelerinde asbest fren balatalarının yerini büyük ölçüde asbest içermeyen organik (NAO) malzemeler almıştır.[9] Bugün, fren balatası malzemeleri aşağıdaki gibi dört ana kategoriden birine sınıflandırılmaktadır:

  • Metal olmayan malzemeler - bunlar, esas olarak şu şekilde bir kompozite bağlanmış çeşitli sentetik maddelerin bir kombinasyonundan yapılır. selüloz, aramid, TAVA ve sinterlenmiş cam. Rotorlara karşı hassastırlar, ancak makul miktarda toz üretirler, bu nedenle kısa bir servis ömrüne sahiptirler.
  • Yarı metalik malzemeler - değişik oranlarda pul pul metallerle karıştırılmış sentetikler. Bunlar metal olmayan tamponlardan daha serttir, solmaya karşı daha dirençlidir ve daha uzun ömürlüdür, ancak rotor / tamburun artan aşınması pahasına ve daha sonra değiştirilmesi gerekir. Ayrıca, frenleme torku oluşturmak için metal olmayan balatalara göre daha fazla çalıştırma kuvveti gerektirirler.
  • Tamamen metal malzemeler - bu pedler sadece yarış araçlarında kullanılır ve sentetik katkı maddesi içermeyen sinterlenmiş çelikten oluşur. Çok uzun ömürlüdürler, ancak rotorları daha hızlı aşınırken bir aracı yavaşlatmak için daha fazla güç gerektirirler. Ayrıca çok gürültülü olma eğilimindedirler.
  • Seramik malzemeler - Bakır pullara ve filamanlara bağlanmış kil ve porselenden oluşan bunlar, metal pedlerin dayanıklılığı, sentetik çeşitlerin tutuş ve solmaya karşı direnci arasında iyi bir uzlaşmadır. Bununla birlikte, temel dezavantajları, önceki üç tipten farklı olarak, (yüksek bir termal iletkenliğe sahip olan) bakırın varlığına rağmen, seramik pedlerin genellikle ısıyı iyi dağıtmamasıdır, bu da sonuçta frenleme pedlerine veya diğer bileşenlerine neden olabilir. sistem eğriltmek için.[5] Ancak seramik malzemeler fren sesinin insan işitme duyusunun ötesine yükselmesine neden olduğu için son derece sessiz görünürler.[10]

Fenol formaldehit reçinesi olarak sıklıkla kullanılır bağlayıcı ajan. Grafit hem sürtünme malzemesi hem de bağlayıcı madde olarak işlev görebilir.[11] Yaygın olarak kullanılan başka bir sürtünme malzemesi zirkonyum silikat.[9] İtalyan bir üretici, kullanmak için araştırma yapıyor çimento ucuz ve daha az enerji-yoğun bir bağlama maddesi olarak.[12] Aşağıdaki tablo, ortak bir fren balatasının yapısını özetlemektedir.[9]

Kurucuağırlıkça%
Mezgit (Tebeşir)31.6
Bronz tozu15
Grafit10
Vermikülit16
Fenolik reçine16
Çelik lifler6
Kauçuk parçacıkları5
"Sürtünme Tozu"5
Kum3
Aramid lifleri2

Fren balatası malzemelerinin seçimini belirleyen çevresel faktörler vardır. Örneğin, SSB 6557 fatura [13] Washington Eyaletinde 2010 yılında kabul edilen, yüksek bakır seviyelerinin sucul yaşam üzerindeki olumsuz etkisi nedeniyle, sürtünme malzemelerinde kullanılmasına izin verilen bakır miktarını, sonunda eser miktarlara çıkarılacak şekilde sınırlandırmaktadır. Onun ikamesi için farklı malzeme kombinasyonları geliştirilmiştir, ancak henüz doğrudan bir ikame mevcut değildir.[14] Antimon ile yapılan bileşikler gibi diğer malzemeler üzerinde çalışılmaktadır.

Araçların farklı fren gereksinimleri vardır. Sürtünme malzemeleri, uygulamaya özel formüller ve tasarımlar sunar. Daha yüksek sürtünme katsayısına sahip fren balataları, daha az fren pedalı basıncı gereksinimi ile iyi frenleme sağlar, ancak kaybetme eğilimindedir verimlilik daha yüksek sıcaklıklarda. Daha küçük ve sabit bir sürtünme katsayısına sahip fren balataları daha yüksek sıcaklıklarda verimini kaybetmez ve stabildir, ancak daha yüksek fren pedalı basıncı gerektirir.

Bakım ve Sorun Giderme

Fren balataları, aşırı veya düzensiz aşınma için en az her 5000 milde bir kontrol edilmelidir. Fren balatalarının aşınması her araca özgü olsa da, genellikle fren balatalarının her 50.000 milde bir değiştirilmesi önerilir.[6]

Fren balatalarındaki arızalar, bir aracın performansı üzerinde birçok etkiye sahip olabilir. Aşağıdaki çizelge, fren balatası arızalarının neden olabileceği bazı genel sorunları özetlemektedir:[8]

KonuMuhtemel neden
Frenleme anormal miktarda kuvvet gerektirir

fren pedalında

Aşınmış fren balataları, kirli fren hidroliği, arızalı fren kaliperi, arızalı ana silindir, vakum kaybı, fren hidroliği kaybı
Fren yaparken araba bir tarafa çekiyorArızalı fren kaliperi, hidrolik sistemde tıkanıklık, yağ veya fren sıvısı ile kirlenmiş fren balata (lar) ı, çift olarak değiştirilmemiş fren balataları, fren balatası doğru takılmamış,
Zayıf fren performansıSu, yağ veya su ile ıslatılmış fren balatası (ları)

Fren hidroliği; Aşırı ısınmış fren balataları, aşınmış fren balataları, hatalı ana silindir, fren sıvısı sızıntısı, fren sıvısında hava, yanlış ayarlanmış fren pabuçları, kaynayan fren sıvısı

Hassas frenlemeYanlış fren balatası balataları; Yağlı fren balatası balataları, hatalı oranlama valfi, yanlış ayarlanmış ana silindir itici çubuğu
Gürültülü frenleme (gıcırdama veya gıcırdama sesleri

fren yaparken)

Son derece aşınmış fren balataları, fren balataları doğru takılmamış, arızalı veya eksik fren balata şimi, fren balatası aşınma göstergesi
Frenleme altında titreşimKontamine rotorlar veya balatalar, eğrilmiş rotorlar, yuvarlak tamburlar dışında, ABS aktivasyonu

Malzemelerin Testi

Ulusal Standartlar Bürosu (NBS), 1920'de ABD'de fren malzemelerini test etmeye başladı. Test düzeneği daha sonra, kendi ürünlerini test etmeye başlayabilmeleri için onları isteyen üreticilerle paylaşıldı.[15] Zamanla NBS, balataları ve astarları test etmek için yeni cihazlar ve prosedürler geliştirmeye devam etti ve bu standartlar sonunda Amerikan Mühendislik Standartları Komitesi'nin Frenler ve Fren Testi için Güvenlik Kuralları'nın standartları haline geldi.[15]

SAE J661 testi, 1 inç (25 mm) kare astarı bir fren kampanasıyla test ederek farklı fren balatası malzemelerinin sürtünmesini belirlemek için kullanılır. Bu test, hem sıcak hem de soğuk sürtünme katsayısı değerleri verir ve bu daha sonra bir harfle eşleştirilir.[7] Aşağıdaki tablo, sürtünme katsayısı için her aralıkta hangi harfin gittiğini özetlemektedir. Tanımlamaya bir örnek, "G" nin normal katsayı olduğu ve "D" nin ısıtmayı temsil ettiği "GD" olacaktır.[7]

Sürtünme Katsayıları için Harf Tanımlaması
C<0.15
D0.15 - 0.25
E0,25 ila 0,35
F0,35 ila 0,45
G0,45 ila 0,55
H>0.50
Zsınıflandırılmamış

Kataloglama

Fren balatalarının kataloglanması için farklı sistemler vardır. Avrupa'da en sık kullanılan sistem, WVA numaralandırma sistemi.[16]

Kuzey Amerika'da kullanılan ve dünya çapında tanınan kataloglama sistemi, Friction Materials Standards Institute (FMSI) tarafından yayınlanan frenler ve debriyaj yüzleri için standartlaştırılmış parça numaralandırma sistemidir. FMSI'nin misyonu, "Kuzey Amerika'da kullanımda olan tüm karayolu taşıtları için bu standartlaştırılmış parça numaralandırma sistemini sürdürmek ve geliştirmek."[17]

Kartuş fren balatası

Kullanılan bir tür fren balatası jant frenleri.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Henderson, Bob; Haynes, John H. (1994). "Disk Frenler". Haynes Otomotiv Fren Kılavuzu. Haynes Kuzey Amerika. s. 1–20.
  2. ^ Newcomb, T.P. (1989). Motorlu arabanın teknik geçmişi. Spurr, R.T. Bristol, İngiltere: A. Hilger. ISBN  0852740743. OCLC  18984114.
  3. ^ a b c Anne, Gijs, 1949- (2014). Otomotiv teknolojisinin evrimi: bir el kitabı. Warrendale, Pensilvanya. ISBN  9780768080278. OCLC  883510695.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  4. ^ Tremayne, David. (2009). Formula 1 tasarım bilimi: modern Grand Prix arabasının anatomisinin uzman analizi (3. baskı). Sparkford, NR Yeovil, Somerset, İngiltere: Haynes Pub. ISBN  9781844257188. OCLC  430838880.
  5. ^ a b c d e f Cliff Owen (21 Haziran 2010). Bugünün Teknisyeni: Otomotiv Fren Sistemleri Sınıfı ve Atölye El Kitabı. Cengage Learning. s. 27–28. ISBN  978-1-4354-8655-3.
  6. ^ a b c d e f g h Nunney, M.J. (Malcolm James) (1998). Otomotiv Teknolojisi. Otomotiv Mühendisleri Topluluğu. (3. baskı). Warrendale, PA: SAE. ISBN  0768002737. OCLC  40160726.
  7. ^ a b c d Limpert, Rudolf. (1999). Fren tasarımı ve güvenliği (2. baskı). Warrendale, Pa .: Otomotiv Mühendisleri Derneği. ISBN  1560919159. OCLC  40479691.
  8. ^ a b Crouse, William Harry (1971). Otomotiv şasisi ve gövdesi: yapım, işletim ve bakım (4. baskı). New York: McGraw-Hill. ISBN  007014690X. OCLC  136535.
  9. ^ a b c Elmarakbi, Ahmed. (2013). Otomotiv Uygulamaları için Gelişmiş Kompozit Malzemeler: Yapısal Bütünlük ve Kazaya Dayanıklılık. Hoboken: Wiley. ISBN  9781118535271. OCLC  861080217.
  10. ^ Owen 2010 s162
  11. ^ Fren balatalarına giriş (Bremsbelag ) Kfz-Tech.de'de
  12. ^ Makale Forschungsprojekt Cobra - Die Bremse der Zukunft besteht aus Zement, Şubat 2015 in: Ingenieur.de
  13. ^ Fren sürtünme malzemesinde belirli maddelerin kullanımının sınırlandırılması
  14. ^ Rampin, Ilaria; Zanon, Matteo; Echeberria, Jon; Loreto, Antonio Di; Martinez, Anemaite (2014-05-19). "Binek araçlar için bakır içermeyen düşük çelik fren balatalarının geliştirilmesi". Alıntı dergisi gerektirir | günlük = (Yardım)
  15. ^ a b Vinsel Lee (2016). "Birlik Yoluyla Fazilet: Ulusal Standartlar, Otomobiller ve Politik Ekonomi Bürosu, 1919–1940". İşletme ve Toplum. 17 (4): 809–838. doi:10.1017 / eso.2015.61.
  16. ^ WVA numaralandırma sistemi
  17. ^ http://fmsi.org/home/