سر و صدای ترمز و ارتعاش؟ ممکن است مشکل از دیسک ترمز باشد!

چگونه دیسک ترمز موجب سر و صدای ترمز و ارتعاش می‌شود

علم پشت دیسک‌های تابیده و سر و صدای ترمز در فرکانس بالا

وقتی دیسک‌ها تاب می‌خورند، به دلیل تنش گرمایی یا فشار مکانیکی، مناطق ناهمواری در آنها ایجاد می‌شود. این موضوع باعث می‌شود صفحه ترمز به درستی با سطح دیسک تماس نداشته باشد. نتیجه این تماس نامنظم ایجاد تغییرات متناوب در فشار است. این نوسانات موجب ایجاد ارتعاشاتی با فرکانس بالا می‌شوند که ما آن را به عنوان سر و صدای ترمز می‌شناسیم، معمولاً در محدوده 1 تا 16 کیلوهرتز که دقیقاً در محدوده حساسیت گوش انسان قرار دارد. حتی یک تفاوت 0.15 میلی‌متری در ضخامت سطح دیسک می‌تواند سطح ارتعاشات را در هنگام فشردن ترمز تا حدود 60 درصد افزایش دهد. این موضوع نه تنها باعث ایجاد سر و صدای بیشتری می‌شود، بلکه احساس ناخوشایندی را از طریق پدال ترمز به راننده منتقل می‌کند.

وضعیت سطح روتور و تأثیر آن بر اصطکاک و صدا

شیارهای ریز و نقاط سخت‌شده روی سطح روتور، انتقال مواد لازم برای عملکرد مناسب ترمز را مختل می‌کنند. یک لایه انتقال ناهموار باعث ایجاد اصطکاک نوع چسبنده-لغزنده (stick-slip) می‌شود که تکنسین‌ها این امر را چنین می‌نامند. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که کفه ترمز به سطح روتور بچسبد و سپس ناگهان رها شود و این امر باعث ایجاد ارتعاشات ناخوشایندی می‌شود که در هنگام توقف احساس می‌کنیم. همچنین در سطح فلزات نیز اتفاقات جالبی رخ می‌دهد. یکی از این موارد مهاجرت کربن است که باعث تغییر در نحوه تعامل مواد می‌شود. این تغییرات متالورژیکی می‌توانند میزان اصطکاک را تا حدود 40 درصد نسبت به روتورهایی که به خوبی پرداخته شده‌اند، افزایش دهند. و افزایش اصطکاک به معنی ایجاد صدای بیشتری است که هیچ‌کس در حین سفر روزانه نمی‌خواهد.

تنش حرارتی: عامل اصلی ایجاد تابیدگی در روتور

هنگامی که ترمزها به طور مکرر داغ می‌شوند، به صورت نامساوی در سطح خود منبسط و منقبض می‌گردند. این امر منجر به ایجاد مناطقی از تنش فشاری می‌شود که می‌توانند شکل دیسک ترمز را به طور دائمی در طول زمان تغییر دهند. مشکل زمانی بدتر می‌شود که دمای سطح به بالای 650 درجه سانتی‌گراد برسد، در حالی که قسمت مرکزی همچنان در حدود 200 درجه باقی بماند. تفاوت دمایی باعث می‌شود بخش‌های مختلف دیسک با نرخ‌های متفاوتی منقبض شوند و این امر کل دیسک را از حالت اولیه خارج کند. رانندگان شهری بیش از بقیه با این مشکل مواجه هستند، زیرا ترافیک رفت‌وآمدی (stop-and-go) در مقایسه با رانندگی با سرعت ثابت، در هر سفر حدوداً 50 تا 70 چرخه گرمایشی اضافی ایجاد می‌کند. به همین دلیل است که امروزه ماشین‌های با عملکرد بالا اغلب دارای دیسک‌های ترمز بازشو دارند که پره‌های داخلی منحنی شکل دارند. این طراحی‌ها به حرکت سریع‌تر هوا از طریق سیستم ترمز کمک می‌کنند و در شرایط ترمز شدید، دمای سیستم را پایین‌تر نگه می‌دارند.

روند رانندگی شهری و افزایش نویز ترمز مرتبط با دیسک

ترافیک رفت‌وآمد مداوم استرس دیسک ترمز را افزایش می‌دهد – هر ترمزگیری از سرعت 50 کیلومتر بر ساعت تقریباً 95% گرمای بیشتری نسبت به ترمزگیری معادل در بزرگراه تولید می‌کند. در نتیجه، دیسک‌های ترمز شهری با بار حرارتی بالاتر و خطر ارتعاش بیشتری روبرو هستند:

این شرایط باعث سخت شدن سطحی و خستگی ماده دیسک می‌شود و رزونانس بین لنت و دیسک در محیط‌های شهری تا 300% نسبت به مناطق روستایی افزایش می‌یابد.

اندازه‌گیری ارتعاش: مطالعه موردی بر روی عملکرد نامتعادل دیسک ترمز

اکثر تکنسین‌ها هنگام بررسی تغییر ضخامت (TV) به میکرومترهای لیزری متکا هستند و برای اندازه‌گیری ضربه جانبی در هنگام بازرسی ترمز از نشانگرهای دیال استفاده می‌کنند. تجربیات میدانی نشان می‌دهد که شرکت‌های حمل و نقل تجاری که میزان تغییر ضخامت دیسک‌ها را در حد پایین‌تر از 0.05 میلی‌متر حفظ می‌کنند، در مقایسه با خودروهایی که تغییرات ضخامت بیشتر از 0.1 میلی‌متر را می‌پذیرند، به طور متوسط 71 مورد کمتر گزارش ارتعاش دارند. نسل جدید تجهیزات اسکن کننده قادرند سطح دیسک‌ها را با دقت بسیار بالایی به اندازه 0.001 میلی‌متر نقشه‌برداری کنند. این ابزارهای پیشرفته می‌توانند اعوجاج‌های هارمونیک ظریفی را که چشم غیر قادر به تشخیص آنهاست شناسایی کنند؛ چیزی که توضیح می‌دهد چرا ارتباطی بسیار مشخص بین ناهمواری‌های سطحی و آن ناهنجاری‌های صوتی با فرکانس بالایی که رانندگان اغلب گلایه دارند، وجود دارد.

مشکلات متداول دیسک که باعث ارتعاش ترمز می‌شوند

دیسک‌های پیچ‌خورده: واقعیت مکانیکی یا پدیده‌ای سوءتفاهم شده؟

افراد اغلب در توصیف مشکلات ترمز، اصطلاح «روتورهای تابیده شده» را برمی‌زنند، اما تابیدگی ساختاری واقعی بسیار نادر است. برای ایجاد چنین مشکلی، ترمزها باید دمای بسیار بالایی در حدود ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد را تجربه کنند، چیزی که اکثر خودروها به‌صورت مداوم تجربه نمی‌کنند. آنچه رانندگان بیشتر با آن مواجه می‌شوند، احساسی شبیه تابیدگی است که در واقع ناشی از انتقال نامنظم ماده ترمز است. این رسوبات سفت شده، برجستگی‌های کوچکی روی سطح روتور ایجاد می‌کنند که باعث ارتعاشات آزاردهنده از طریق پدال ترمز می‌شوند. طبق تحقیقات منتشر شده در نشریه «دینامیک خودرو» در سال گذشته، این نوع رسوبات تقریباً چهار برابر بیشتر از تغییر شکل واقعی روتورها دیده می‌شوند. وقتی افراد متوجه می‌شوند که فرمان خودرویشان در هنگام ترمز کردن روی بزرگراه‌ها لرزش پیدا می‌کند یا اینکه پالسی را در پدال ترمز احساس می‌کنند، این ناهمواری‌های سطحی هستند که سبب مشکل شده‌اند، نه تابیدگی واقعی دیسک ترمز که بسیاری فکر می‌کنند.

خستگی ماده و تغییر ضخامت در روتورهای با کارکرد بالا

روتورهایی که بیش از ۵۰ هزار مایل کارکرد دارند، اغلب به دلیل چرخه‌های گرمایی مکرر و خستگی ماده دچار تغییر ضخامت می‌شوند. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که ۷۰٪ از روتورهای با کارکرد بالا دارای تغییراتی بیش از ۰٫۰۰۳ اینچ هستند که می‌تواند باعث ایجاد تشدید هماهنگی در هنگام ترمز کردن شود. عوامل مؤثر شامل:

• تغییر در ساختار کریستالی چدن به دلیل چرخه‌های حرارتی
• سخت شدگی محلی ناشی از خنک‌کنندگی نامساوی
• سایش تدریجی منجر به مخروطی شدن یا شیب‌دار شدن
• انبساط متفاوت در مناطق اصطکاکی

اندازه‌گیری‌های منظم از ضخامت به جلوگیری از ارتعاش کمک می‌کند، به ویژه در خودروهایی که در رانندگی بزرگراهی ترمزهای طولانی مدت دارند.

آیا مکانیک‌ها روتورهای پیچ‌خورده را بیش از حد تشخیص می‌دهند؟

داده‌های صنعتی نشان می‌دهند که ۴۰٪ از مشکلات ارتعاش روتور تنها با تمیز کردن و بدون تعویض برطرف می‌شوند (گزارش خدمات خودرویی ۲۰۲۴). تشخیص بیش از حد اغلب ناشی از:

• اشتباه گرفتن انتقال موقت دیسک ترمز به عنوان آسیب دائمی
• آماده‌سازی ناکافی سطح در هنگام تعویض دیسک‌ها
• نادیده گرفتن پین‌های لغزشی زنگ‌زده دیسک که حرکت را محدود می‌کنند
• انجام ندادن اندازه‌گیری‌های تغییر ضخامت و تاب قبل از تعویض

ارزیابی صحیح نیازمند اندازه‌گیری با میکرومتر در چندین نقطه و تمیز کردن با حلال برای حذف رسوبات است تا مشخص شود که آیا واقعاً نیاز به بازسازی یا تعویض وجود دارد یا خیر.

تشخیص مشکلات دیسک از طریق بازرسی و اندازه‌گیری

تشخیص دقیق مشکلات، صدای موقت را از خرابی مکانیکی جدا می‌کند. با بازرسی چشمی شروع کنید و سپس یافته‌ها را با استفاده از ابزارهای دقیق تأیید کنید.

بازرسی چشمی: شناسایی شیارها، ترک‌ها و نقاط داغ

دیسک‌ها را به‌خوبی با محلول تمیزکننده ترمز تمیز کنید تا نقص‌های پنهان آشکار شوند. نشانگرهای کلیدی شامل موارد زیر هستند:

• چین‌ها : عمق خراش بیشتر از 0.050 اینچ، تماس مؤثر دیسک با پد را کاهش داده و خطر ارتعاش را افزایش می‌دهد
• ترک : ترک‌های شعاعی در نزدیکی سوراخ‌های خنک‌کننده نشانه خستگی حرارتی است—این مورد در 38٪ دیسک‌های با کارکرد بالا دیده می‌شود
• نقاط داغ : مناطق سخت‌کاری‌شده با رنگ آبی‌دار ایجاد سطوح اصطکاک نامنظم می‌کنند
• آلودگی : لکه‌های براق نامنظم نشان‌دهنده انتقال مواد دیسک به روتور است

یافته‌ها را به صورت دیجیتالی ثبت کنید تا در آینده قابل مقایسه و ردیابی باشند.

استفاده از میکرومترها و کولیس‌های انحراف برای تشخیص ناهماهنگی‌های روتور

آزمایش‌های کمی موجب جلوگیری از تشخیص اشتباه می‌شوند. از استانداردهای زیر استفاده کنید:

برای شناسایی الگوهای سایش، حداقل هشت اندازه‌گیری ضخامت در اطراف روتور انجام دهید. برای اندازه‌گیری خروجی، نشانگر دیالی را روی محور نصب کنید تا از تداخل ذرات خارجی جلوگیری شود. بر اساس تحقیقات صنعتی در زمینه تشخیص، اندازه‌گیری دقیق در نقاط بیشترین سایش، تعویض‌های غیرضروری روتور را نسبت به بازرسی بصری به تنهایی 72٪ کاهش می‌دهد.

نگهداری پیشگیرانه برای افزایش عمر روتور و کاهش سر و صدا

بازسازی در مقابل تعویض: یک استراتژی مقرون به صرفه برای روتورها

اینکه به جای تعویض روتورها، آنها را بازسازی کنید می‌تواند از 40 تا 60 درصد از هزینه‌ها بکاهد و در عین حال تماس خوبی بین لنت ترمز و روتور را حفظ کند. اما نکته‌ای وجود دارد. ضخامت روتور باید از حداقل ضخامت تعیین شده توسط تولیدکننده که معمولاً روی خود روتور نیز مشخص شده است، بیشتر باشد. اگر در حین ماشین‌کاری این حد عبور کند، کارها خطرناک می‌شود، زیرا روتور دیگر گرما را به خوبی نخواهد توانست پراکنده کند و ساختار آن ضعیف‌تر می‌گردد. این امر به معنی افزایش احتمال تاب‌برداشتن روتور در آینده است. بیشتر مکانیک‌های با تجربه به مشتریان توصیه می‌کنند که اگر به نظر برسد روتور قبل از تعویض بعدی لنت ترمز به همان حداقل ضخامت می‌رسد، بهتر است روتور را کاملاً تعویض کنند.

بهترین روش‌ها برای تطبیق لنت ترمز و روتورها

کنترل سر و صدا از اینجا شروع می‌شود که مطمئن شویم تمام قطعات به درستی با هم کار می‌کنند. لنت‌های نیمه فلزی دوام بیشتری دارند اما تمایل دارند این ارتعاشات فرکانس بالا و آزاردهنده را هنگام ترمز کردن روی دیسک‌های معمولی ایجاد کنند، به خصوص وقتی هوا سرد باشد. لنت‌های سرامیکی متفاوت‌تر هستند. آزمایش‌های انجام شده توسط NHTSA نشان می‌دهد که این لنت‌ها حدود 70 درصد از صدای تیز و زمزمه‌ای کم می‌کنند و در شرایط آب و هوایی گرم یا سرد به خوبی کار می‌کنند. ضریب اصطکاک بین 0.38 تا 0.42 است که در واقع خوب محسوب می‌شود. اما اینجا هم یک مشکل وجود دارد: لنت‌های سرامیکی به دیسک‌هایی نیاز دارند که بتوانند دماهای بالاتر را بدون تابیدگی تحمل کنند. بنابراین وقتی یک سیستم ترمز را کنار هم می‌گذارید، به صرفه است که قطعاتی را با هم ترکیب کنید که خواص اصطکاکی مشابهی داشته باشند و بتوانند سطوح گرمایی قابل مقایسه‌ای را تحمل کنند. بیشتر مکانیک‌ها می‌گویند که این تفاوت بزرگی در نحوه کارکرد روزانه تمام سیستم ایجاد می‌کند.

عیب این است: لنت‌های پرخاشگر عملکرد را بهبود می‌بخشند اما دیسک‌ها را سریع‌تر فرسوده می‌کنند

لنت‌های عملکردی از افزودنی‌های فلزی برای افزایش قدرت ترمزگیری استفاده می‌کنند و این امر موجب افزایش اصطکاک به میزان 25 تا 40 درصد می‌شود. هرچند این روش مؤثر است، اما گرمای بیش‌ازحد تولید می‌کند، چرخه‌های حرارتی را تسریع می‌کند و تغییرات کریستالی در دیسک ترمز ایجاد می‌کند. این تغییرات منجر به ناهمواری در ضخامت دیسک می‌شوند که اغلب در مدت 15 هزار مایل رخ می‌دهد. علاقه‌مندان باید میان مزایای عملکردی و نیاز به بازرسی و تعویض مکرر دیسک تعادل برقرار کنند.

نکات نگهداری معمول برای جلوگیری از فرسودگی زودرس دیسک ترمز

• هر شش ماه یکبار سطح تماس فلکه را تمیز کنید تا از ناهمواری و عدم تعادل جلوگیری شود
• بررسی سه‌ماهه رسوب لنت با استفاده از آزمون انحراف با صفحه‌نما
• در سفرهای صبحگاهی به آرامی ترمزها را گرم کنید تا رطوبت تبخیر شود و از خوردگی جلوگیری شود

ارتقای دیسک ترمز برای عملکرد آرام‌تر و هموارتر ترمز

دیسک شیاردار در مقابل دیسک سوراخ‌دار: کدام یک به‌طور مؤثرتری نویز را کاهش می‌دهد؟

در مورد کاهش سر و صدای ترمز، دیسک‌های شیاردار معمولاً عملکرد بهتری نسبت به دیسک‌های سوراخ‌دار دارند. طراحی شیارهای مداوم به گسترش گرما و گازهای خروجی به‌طور یکنواخت‌تری روی سطح کمک می‌کند که این امر منجر به کاهش رسوب متریال پد ترمز و همچنین کاهش صداهای خیلی زیاد و ناهمگون ناشی از مشکلات تشدید می‌شود. دیسک‌های سوراخ‌دار ظاهر خنکی روی بسیاری از خودروها دارند، این موضوع را نمی‌توان انکار کرد، اما در حقیقت وقتی خودرو به سرعت کافی می‌رسد، با ایجاد آشفتگی در هوا باعث ایجاد صدای نااموزش‌دهنده‌ی باد می‌شوند که حدوداً در سرعتی معادل ۶۰ دسی‌بل رخ می‌دهد. علاوه بر این، تمامی آن سوراخ‌های کوچک در دیسک‌های سوراخ‌دار نقاطی می‌شوند که در طول زمان تنش در آن‌ها تجمع می‌یابد و این دیسک‌ها را مستعد ایجاد ترک‌های ریز می‌کند. آزمایش‌های گرمایی نشان داده‌اند که مدل‌های دیسکی شیاردار در هنگام ترمزهای سنگین دمایی در حدود ۱۵ تا حتی ۲۰ درصد خنک‌تر حفظ می‌کنند که این موضوع احتمال تاب‌خوردگی یا ارتعاش بیش از حد آن‌ها را کاهش می‌دهد. رانندگان شهری به ویژه از این موضوع بهره می‌برند، چرا که دیسک‌های شیاردار با سر و صدای جاده بهتر کنار می‌آیند و حتی در شرایطی که جاده‌ها مرطوب یا گل‌آلود هستند نیز عملکردی پایدار و خوب دارند.

پد کریمی و نقش آن در عملکرد آرام‌تر روتور

پد ترمز کریمی باعث کاهش سر و صدا می‌شود چرا که تماس پایداری با روتورها دارد و به طور طبیعی ارتعاشات را جذب می‌کند. ترکیب الیاف کریمی با مس در این پدها، ترمزگیری را بدون آن ناهمواری فرکانس بالا که رانندگان زیادی آن را ناپسند می‌کنند، هموارتر می‌کند. برخی آزمایش‌ها نشان داده‌اند که پدهای کریمی می‌توانند در مقایسه با انواع قدیمی‌تر نیمه فلزی، سر و صدا را تا حدود 15 دسی‌بل کاهش دهند. یک مزیت دیگر این است که پدهای کریمی در حین رانندگی معمولی گرد و غبار کمتری تولید می‌کنند، بنابراین رسوب ساینده کمتری بین سطح پد و روتور در طول زمان ایجاد می‌شود. این موضوع به معنای ترمزهایی تمیزتر و عمر طولانی‌تر بالقوط برای قطعات است.

• اصطکاک پایدار در دماهای مختلف (μ0.38–0.42)
• انتقال نوسانات بسیار کم با وجود تغییرات دما
• کاهش 44% در خراشیدگی روتور ناشی از سایش (NHTSA 2024)

ایده‌آل برای رانندگانی که ترمزهای بی‌صدا، تمیز و قابل اعتماد را ترجیح می‌دهند.

نوآوری‌ها در طراحی روتور: روتورهای پوشش‌دار و میراگر

فناوری جدید روتور در کاهش سطح نویز و همچنین افزایش دوام بیشتر به دلیل استفاده از مواد بهتر و راهکارهای مهندسی خاموش‌کننده (دیمپینگ) پیشرفته، گام‌های بزرگی را برداشته است. روتورهایی که با پوشش روی-نیکل آغشته شده‌اند، در برابر زنگ‌زدگی مقاومت بیشتری نشان می‌دهند و از ایجاد ناهمواری و ارتعاشات ناخواسته در حین کار جلوگیری می‌کنند. برای کسانی که به دنبال گزینه‌های پیشرفته‌تری هستند، روتورهای دارای خاموش‌کننده (دیمپینگ) وجود دارند که از روشی به نام دیمپینگ لایه‌ای محدود (CLD) استفاده می‌کنند. اساساً این روتورها دارای یک لایه خاص از پلیمر بین قطعات فلزی هستند که ارتعاشات نامطلوب را جذب می‌کنند. آزمایش‌های انجام شده در آزمایشگاه‌های صوتی نشان می‌دهند که این روتورهای CLD واقعاً ارتعاشات فرکانس بالایی را در محدوده ۱ تا ۵ کیلوهرتز که بیشترین مشکلات را برای افراد ایجاد می‌کنند، کنترل می‌کنند. یک نوآوری دیگر در این زمینه استفاده از موانع حرارتی مبتنی بر سرامیک است، مانند فناوری پوشش KBC-130. این موارد به جلوگیری از افزایش دمای ناگهانی در برخی نقاط کمک می‌کنند و ایجاد می‌کنند که میزان اصطکاک در طول استفاده ثابت بماند. تمام این پیشرفت‌ها منجر به بهبودهای قابل توجهی در عملکرد کلی سیستم می‌شوند.

پرسش‌های متداول: سر و صدای ترمز و ارتعاش

چه چیزی باعث تابیدگی دیسک ترمز می‌شود؟

بیشتر آنچه احساس تابیدگی دیسک را ایجاد می‌کند، در واقع انتقال نامساوی ماده لنت ترمز است که باعث ایجاد برجستگی‌هایی روی دیسک می‌شود، نه تغییر واقعی در ساختار دیسک. دمای بالایی که در واقع باعث تابیدگی دیسک می‌شود در رانندگی عادی نادر است.

سر و صدای فرکانس بالا در سیستم‌های ترمز چرا رخ می‌دهد؟

سر و صدای با فرکانس بالا به دلیل ارتعاشات بین لنت ترمز و سطح ناصاف دیسک ایجاد می‌شود، که اغلب توسط اصطکاک نامنظم یا ضخامت ناهموار دیسک ایجاد می‌شود.

دیسک‌های شیاردار چگونه در کاهش سر و صدا نسبت به دیسک‌های سوراخ‌دار کمک می‌کنند؟

دیسک‌های شیاردار گرما و گازها را به طور یکنواخت‌تری پخش می‌کنند، بدین ترتیب مشکلات ناشی از رزونانس را کاهش داده و سر و صدا را بهتر از دیسک‌های سوراخ‌دار کنترل می‌کنند، زیرا دیسک‌های سوراخ‌دار ممکن است باعث ایجاد سر و صدای ناشی از آشفتگی هوا شوند.