ارتقای سیستم‌های ترمز دیسکی برای دوچرخه‌های برقی: توضیح اندازه‌های روتور و ترکیبات لنت

چرا دوچرخه‌های برقی نیاز به سیستم‌های ترمز دیسکی ارتقا یافته دارند

تأثیر وزن و سرعت دوچرخه برقی بر عملکرد ترمز کردن

وزن اضافی دوچرخه‌های برقی نسبت به دوچرخه‌های معمولی نیز بسیار قابل توجه است، این وزن معمولاً حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد بیشتر است چون موتورها و باتری‌های داخلی در آن‌ها جای می‌گیرند. وقتی این وسایل سنگین‌تر به سرعت‌هایی بین ۲۰ تا ۲۸ مایل بر ساعت (که معادل تقریباً ۳۲ تا ۴۵ کیلومتر بر ساعت است) می‌رسند، توقف کردن بسیار دشوارتر می‌شود. به عنوان مثال، توقف کردن از سرعت ۲۵ مایل بر ساعت در واقع نیازمند نیرویی دو برابر بیشتر از توقف در سرعت ۱۵ مایل بر ساعت است، مطابق اصول فیزیکی مربوط به محاسبه انرژی حرکتی (فرمولی شبیه به F برابر است با نصف جرم ضربدر سرعت به توان دو). به دلیل این فشار بیشتر روی ترمزها، سازندگان باید سیستم‌هایی طراحی کنند که بتوانند گرمای بیشتر و استرس مکانیکی را تحمل کنند و در عین حال ایمنی سوارکار را روی جاده حفظ کنند.

عملکرد ترمز در شرایط بار سنگین: چالش‌های منحصر به فرد دوچرخه‌های برقی

کمک برقی ایجاد موقعیت‌های بارگذاری سنگین را به خصوص در هنگام پایین آمدن از شیب یا توقف‌های ناگهانی در ترافیک بسیار رایج می‌کند.

• کاهش ترمز به دلیل گشتاور : گشتاور موتور و وزن سوارکننده ترکیب شده و گرمایی بیش از 400 درجه فارنهایت (204 درجه سانتی‌گراد) تولید می‌کنند - دمایی که می‌تواند پد‌های آلی را ذوب کند
• تنش تکراری : دوچرخه‌های برقی شهری تا 8 برابر رویداد ترمز اوج بیشتری در هر ساعت نسبت به دوچرخه‌های تفریحی دارند
• تجمع گرما : دمای روغن ترمز می‌تواند پس از سه توقف از 15 تا صفر مایل بر ساعت، 68 درجه فارنهایت (38 درجه سانتی‌گراد) از مقدار پایه افزایش یابد

این استرس حرارتی مداوم ظرف چند دقیقه باعث کاهش کنترل و یکپارچگی قطعات می‌شود.

چرا ترمزهای معمولی دوچرخه در برابر نیازهای دوچرخه برقی شکست می‌خورند

ترمزهای معمولی برای بارهای سبک‌تر (کمتر از 45 پوند) و استفاده متناوب طراحی شده‌اند، بنابراین برای نیازهای دوچرخه‌های برقی مناسب نیستند. نقاط شکست کلیدی عبارتند از:

1. پراکنده‌سازی گرما ناکافی : دیسک‌های با ضخامت کمتر از 1.8 میلی‌متر تحت ترمزهای مداوم تاب می‌خورند
2. کمپرسیون پد : پدهای آلی غیرمقاومتی به سرعت تحت بار حرارتی تخریب می‌شوند
3. تبخیر مایع ترمز : مایعات DOT 3/4 در دمای ۳۰۰ درجه فارنهایت (۱۴۹ درجه سانتی‌گراد) جوش می‌آیند و باعث خرابی هیدرولیکی می‌شوند

تولیدکنندگان از استفاده از قطعاتی که رتبه‌بندی مخصوص دوچرخه برقی ندارند، خودداری می‌کنند. ارتقاها با طراحی مناسب و مواد مقاوم‌تر این مشکلات را با مدیریت حرارتی بهتر و مواد محکم‌تر حل می‌کنند.

انتخاب اندازه صحیح دیسک ترمز برای ارتقای دوچرخه برقی

تاثیر اندازه دیسک ترمز بر عملکرد ترمز: اهرم و گشتاور به‌خوبی توضیح داده شده

دیسک‌های بزرگ‌تر اهرم و گشتاور بیشتری در اکسل ایجاد می‌کنند و قدرت توقف را بهبود می‌بخشند. یک دیسک ۲۰۳ میلی‌متری در شرایط یکسان ۲۷٪ نیروی بیشتری نسبت به دیسک ۱۶۰ میلی‌متری فراهم می‌کند (مطالعه سیستم ترمز SAE 2023). این مزیت مکانیکی برای دوچرخه‌های برقی ضروری است که وزن کلی آن‌ها اغلب از ۲۵۰ پوند فراتر می‌رود — یعنی ۶۵٪ سنگین‌تر از دوچرخه‌های سنتی.

اندازه‌های متداول دیسک ترمز برای دوچرخه‌های برقی و کاربردهای آن‌ها

دوچرخه‌های برقی معمولاً از سه اندازه دیسک استفاده می‌کنند:

• 160–180 میلی‌متر : ایده‌آل برای سفرهای شهری با سرعت کمتر از 28 مایل بر ساعت
• 200–203 میلی‌متر : استاندارد برای e-MTBها در مواجهه با پایین‌رفت‌های تند
• ۲۲۰میلی‌متر : طراحی شده برای دوچرخه‌های برقی باری که وزنی بیش از 180 کیلوگرم (400 پوند) را تحمل می‌کنند

تطبیق قطر روتور با شرایط و زمین‌های رانندگی

زمین‌های شیب‌دار به روتورهای 200 میلی‌متری نیاز دارند تا کاهش ترمز کمتر از 1.5 درصد را در طول پایین‌رفت‌های طولانی حفظ کنند. رانندگان شهری از روتورهای 180 میلی‌متری بهره می‌برند که توازنی بین قدرت و وزن ایجاد می‌کنند. تصاویر گرمایی نشان می‌دهند که روتورهای 203 میلی‌متری در مقایسه با روتورهای 160 میلی‌متری در ترافیک رفت‌وآمدی 44 درجه سانتی‌گراد خنک‌تر کار می‌کنند (آزمایشگاه تحرک شهری 2024).

سازگاری قاب و جلوگردن: محدودیت‌ها و گزینه‌های اداپتور

بیشتر قاب‌های دوچرخه‌های برقی تا 203 میلی‌متر روتور را پشتیبانی می‌کنند؛ فراتر رفتن از این محدودیت‌ها خطر خستگی جلوگردن را افزایش می‌دهد. اداپتورهای پست‌مانت (Post-mount) امکان ارتقاء از 160 میلی‌متر به 203 میلی‌متر را بدون تغییر در قاب فراهم می‌کنند، هرچند 70 درصد از آن‌ها نصب توسط متخصص را برای جلوگیری از عدم ترازی کالیپر نیاز دارند (انجمن ملی دوچرخه 2024).

انواع روتورهای ترمز و ویژگی‌های طراحی شده برای دوچرخه‌های برقی

عملکرد بهینه روتور به روش اتصال، طراحی حرارتی و سازگاری با قاب بستگی دارد.

روتورهای 6 پیچه در مقابل روتورهای مرکزی: مزایا، معایب و انعطاف‌پذیری تبدیل

روتورهای 6 پیچه از پیچ‌های شش‌گوش برای سازگاری جهانی و تعویض آسان استفاده می‌کنند اما وزن چرخشی را افزایش می‌دهند. سیستم‌های مرکزی دارای هاب‌های شیاردار و حلقه‌های قفلی هستند که امکان تعویض بدون ابزار و هم‌محوری بهتری فراهم می‌کنند، هرچند که نیازمند هاب‌های خاصی هستند. آداپتورهای تبدیل سبک‌وزن (<20g) امکان انعطاف‌پذیری بین استانداردها را فراهم می‌کنند، همان‌طور که در مطالعات 2023 از کارایی محرکه تأیید شده است.

طراحی‌های روتورهای بازشو دار، شیاردار و شناور: عملکرد و مزایای حرارتی

• روتورهای بازشو دار : ساختار ساندویچی گرما را دفع می‌کند و افت گرما را در پایین‌آمدن از کوه‌ها تا 40% کاهش می‌دهد (تست‌های تصویربرداری حرارتی 2024)
• طراحی‌های شیاردار : آب و گل را پاک می‌کنند و در عین حال تماس پد را حفظ می‌کنند، کنترل در باران را بهبود می‌بخشند
• پیکربندی‌های شناور : حمل‌کننده‌های آلومینیومی سطوح ترمز را از نقاط نصب جدا می‌کنند، این امر از تابیدگی در توقف‌های سنگین بار جلوگیری می‌کند

استانداردهای نصب (IS، پست مانت، فلت مانت) و سازگاری ارتقاء

اکثر دوچرخه‌ها با نصب‌های استاندارد بین‌المللی نیاز به نوعی آداپتور دارند تا بتوانند با مدل‌های جدیدتر دیسک ترمز در طرح‌های قدیمی‌تر قاب همراه شوند. سیستم پست مانت که مستقیماً به قاب پیچ می‌شود، امروزه به یک استاندارد نسبتاً رایج در دوچرخه‌های کوهستانی برقی تبدیل شده است. آنچه این سیستم را محبوب کرده است، سهولت ارتقای دیسک‌ها به وسیله اضافه کردن فاصله‌گذارها برای داشتن 20 میلی‌متر خلوت اضافی است. گزینه‌های فلت مانت قطعاً به خاطر سبکی وزنی امتیاز می‌گیرند، هرچند ممکن است رکابی‌ها در مورد اندازه دیسک‌ها محدودیت داشته باشند مگر اینکه در پرتوهای خاص سرمایه‌گذاری کنند. با توجه به تحقیقات اخیر بازار، حدود هفت دهم از قاب‌های دوچرخه قادر به کار با دیسک‌هایی با اندازه بین 180 تا 203 میلی‌متر هستند، به شرط استفاده از آداپتورهای مناسب، که به دوچرخه‌سواران انعطاف‌پذیری زیادی برحسب شرایط و ترجیحات رانندگی‌شان می‌دهد.

انتخاب ترکیب بهینه پد ترمز برای نیازهای دوچرخه برقی

پد تفلونی در مقابل پد سینتر شده: اصطکاک، مقاومت در برابر گرما و دوام

دوچرخه‌سواران شهری پدهای تفلونی را دوست دارند چون در هنگام ترمز کردن احساس روانی می‌کنند و در حین رانندگی در شهر سر و صدای زیادی ایجاد نمی‌کنند. عیب آن چیست؟ بر اساس آزمایش‌های اخیر انجام شده توسط آزمایشگاه عملکرد ترمز، این پدها در شرایط رانندگی با دوچرخه برقی حدود ۴۰ درصد سریع‌تر از گزینه‌های سینتر شده فرسوده می‌شوند. پدهای فلزی سینتر شده در واقع مخلقی از مس و فولاد هستند که به آن‌ها کمک می‌کند بهتر در برابر گرما مقاومت کنند و عملکرد یکنواختی حتی در طول مسیرهای پایین دست بلند حفظ کنند. با این حال این پدها معایبی نیز دارند. این پدها قطعاً سر و صدای بیشتری نسبت به پدهای تفلونی ایجاد می‌کنند، اما این سر و صدای اضافی برای کسانی که به دنبال قطعه‌ای با دوام‌تر هستند، ارزش خود را دارد. پدهای باری و دوچرخه‌های کوهستانی برقی به ویژه از این نوع پد بهره می‌برند، زیرا اغلب بارهای سنگین‌تری را حمل می‌کنند یا در مسیرهای دشوار با شرایطی مواجه می‌شوند که دوام ترمز بیشتر از هر چیز دیگری اهمیت دارد.

عملکرد در شرایط مرطوب در مقابل خشک: معاوضه‌های دنیای واقعی

لنت‌های ارگانیک در شرایط مرطوب کارایی خود را از دست می‌دهند و مسافت توقف را 15 تا 20 درصد افزایش می‌دهند. لنت‌های سینتر شده به دلیل ساختار متخلخل خود که به طور موثر آب را دفع می‌کند، 90 درصد از عملکرد خود در شرایط خشک را در باران حفظ می‌کنند. با این حال، نسبت به لنت‌های ارگانیک، میزان سایش روتور را 25 درصد افزایش می‌دهند.

سایش لنت در استفاده‌های مکرر تحت بار سنگین و پیامدهای نگهداری

در مناطق کوهستانی، لنت‌های ارگانیک 300 تا 500 مایل دوام دارند، در حالی که لنت‌های سینتر شده 800 تا 1,200 مایل دوام می‌کنند. کاربرانی که به دنبال نگهداری کمتر هستند، باید با وجود هزینه اولیه بیشتر، لنت‌های سینتر شده را در نظر بگیرند. ترکیبات هیبریدی از تولیدکنندگانی مانند شیمانو و اس‌آر‌ای‌ای‌ام اکنون ارائه‌دهنده تعادل بهتری در ترمزگیری و مقاومت در برابر سایش هستند و در میان کاربران دوچرخه‌های برقی سواری، محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند.

هماهنگی لنت و دیسک (روتور) برای بهبود ترمزگیری و مدیریت حرارت

تطابق سوزن‌های ترمز با دیسک‌ها، عملکرد را بهینه می‌کند. سوزن‌های ارگانیک با دیسک‌های صاف بهتر عمل می‌کنند و نویز را کاهش می‌دهند، در حالی که سوزن‌های سنتر شده با دیسک‌های شیاردار یا بازوهای تهویه‌ای که گرما را 30٪ سریع‌تر پراکنده می‌کنند، بهتر عمل می‌کنند. دیسک‌های مدرن دارای الگوهای برش لیزری هستند که از ایجاد لایه شیشه‌ای روی سوزن‌ها — یک مشکل خاص در دوچرخه‌های برقی — کاسته و عمر سوزن‌ها را بدون اینکه توان ترمز کاهش یابد، 20٪ افزایش می‌دهند.

مدیریت افزایش دما در سیستم ترمزهای به‌روزرسانی شده دوچرخه برقی

اهمیت پراکندگی گرما در عملکرد ترمز دوچرخه برقی

دوچرخه‌های برقی به دلیل وزن اضافی (20 تا 30 پوند) و سرعت‌های بالاتر (تا 28 مایل در ساعت) انرژی جنبشی بیشتری تولید می‌کنند، به همین دلیل پراکندگی گرما بسیار حیاتی است. بدون مدیریت مناسب حرارتی، مواد اصطکاکی در حین توقف‌های مکرر یا پایین آمدن از سربالایی دماهایی را تجربه می‌کنند که از حد مجاز عبور می‌کند، منجر به کاهش توان ترمز و فرسایش سریع‌تر — که ایمنی را به خطر می‌اندازد.

چگونگی تأثیر طراحی دیسک و انتخاب سوزن بر مدیریت حرارت

روتورهای دارای تهویه با استفاده از جریان هوا بین سطوح اصطکاکی، خنک‌کاری اجباری را امکان‌پذیر می‌کنند. این سیستم‌ها زمانی که با پدینگ‌های سنتره شده همراه باشند که تا دمای 932 درجه فارنهایت (500 درجه سانتی‌گراد) عملکرد خود را حفظ می‌کنند، بارهای حرارتی شدید را به مراتب بهتر از گزینه‌های آلی تحمل می‌کنند. ویژگی‌های هندسی مانند بازوی‌های شعاعی یا برش‌های هلالی هم جریان هوا را بهبود می‌بخشند و از پیچش ناشی از تنش حرارتی می‌کاهند.

کاهش ترمز و تنش حرارتی: دیدگاه‌هایی از آزمون‌های استقامتی

آزمون‌های کنترل شده از سربالایی نشان می‌دهند که سیستم‌های ارتقا یافته پس از ترمز کردن مداوم، 92٪ از قدرت اولیه توقف خود را حفظ می‌کنند، در حالی که ترمزهای استاندارد در همان شرایط دچار از دست دادن کامل عملکرد می‌شوند. تصویربرداری حرارتی نشان می‌دهد که نقاط داغ در عرض 25 تا 30 ثانیه از ترمز کردن شدید بدون مدیریت مناسب حرارت شکل می‌گیرند.

نوآوری‌ها: مبدل‌های حرارتی، روتورهای دارای ریب و روندهای ادغام شده خنک‌کاری

راه‌حل‌های پیشرفته شامل دیسک‌های شِنت‌دار هستند که مساحت سطحی را ۴۰٪ افزایش می‌دهند و دیسک‌های چندلایه با هسته‌های آلومینیومی برای پراکندن گرما. این موارد با کانال‌های جهت‌دار جریان هوا که از طریق بالهای جلویی و انشعابات قاب هدایت می‌شوند، همراه می‌شوند و طراحی سیستم ترمز را به سمت مدیریت گرمایی جامع‌تر و نه فقط اصطکاک سوق می‌دهند.

‫سوالات متداول‬

• چرا دوچرخه‌های برقی به سیستم ترمزهای متفاوتی نسبت به دوچرخه‌های معمولی نیاز دارند؟
  به دلیل وزن بیشتر و سرعت بالاتر، دوچرخه‌های برقی سیستم ترمزهایی را می‌طلبد که بتوانند گرمای بیشتری را پراکنده کنند و در برابر تنش‌های فیزیکی بالاتر مقاومت کنند.
• عوامل مؤثر بر عملکرد ترمز در دوچرخه‌های برقی چیست؟
  عملکرد ترمز در دوچرخه‌های برقی تحت تأثیر عواملی مانند وزن دوچرخه، سرعت، اندازه دیسک، و نوع پد ترمز قرار می‌گیرد که همگی در نحوه مدیریت گرما در حین ترمز کردن تأثیر دارند.
• مزایای دیسک‌های ترمز بزرگ‌تر در دوچرخه‌های برقی چیست؟
  دیسک‌های بزرگ‌تر اهرم و گشتاور بیشتری فراهم می‌کنند و توان توقفی را افزایش می‌دهند. این دیسک‌ها برای مدیریت بارهای سنگین‌تر و سرعت‌های بالاتری که در دوچرخه‌های برقی رایج است، ضروری هستند.
• برای دوچرخه‌های برقی، بهتر است از کفشک ترمز ارگانیک استفاده شود یا سینتر شده؟
  کفشک‌های سینتر شده به طور کلی برای دوچرخه‌های برقی بهتر هستند، زیرا مقاومت بیشتری در برابر گرما دارند و طول عمر بیشتری دارند، هرچند این کفشک‌ها نسبت به کفشک‌های ارگانیک پر سرصداتر هستند که احساس ترمز کردن راحت‌تری فراهم می‌کنند.
• طراحی دیسک ترمز چگونه بر کارایی ترمز در دوچرخه‌های برقی تأثیر می‌گذارد؟
  طراحی‌های مختلف دیسک ترمز مانند دیسک باز (ventilated)، شیاردار (slotted) و شناور (floating)، در پراکندن گرما، تمیز کردن آب و حفظ یکپارچگی دیسک در هنگام ترمزهای سنگین کمک می‌کنند.