Hareket halindeki bir aracı yavaşlatmaya veya durdurmaya, duran bir aracın ise yerinde sabit olarak kalmasını sağlamaya yarayan en önemli sisteme fren sistemi denir. Aracın durabilmesi açısından fren gücünün, motor gücünden yüksek olması gerekir. Bu olaya mühendislik açısından bakacak olursak eğer; kinetik enerji, hareket halindeki cismin hızının karesiyle kütlesinin çarpımının yarısına eşittir. Kinetik enerji aracın kütlesi ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Burada dikkat etmemiz gereken kinetik enerjinin, hızın karesi ile orantılı olarak artmasıdır. Aracın hızı iki kat artarsa kinetik enerji de dört kat artacaktır. Fren mekanizmasının bu enerjiyi yenerek aracı durdurması gerekir. Bu sebepten dolayı fren gücünün motor gücünden daha fazla olması gerekir.
Aracın hızı ne kadar artarsa frenleme işleminden sonra da aracın durma mesafesi o kadar
artacaktır. Frenleme mesafesini yalnızca araç hızı değil tekerleklerdeki sürtünme, araç içindeki kütle miktarı, yolun aşağı veya yukarı yönlü eğimli olması dahi etkilemektedir.
Peki ya fren sistemini oluştururken bu hesaplamalar ne şekilde yapılmaktadır? Hiç düşündük mü?
Fren sisteminde temel büyüklükler frenleme momenti, frenleme süresi ve ısıl yüktür. Denklem içinde ifade edecek olursak ??=??.?1/??.±?? şeklinde belirtilir.
Burada;
?? : Yük tarafındaki dönen kütlelerin eylemsizlik momenti
?1: Dönen milin açısal hızı
?? : Frenleme süresi
??: Yük momenti
Formülde yer alan ± kısmında ise yük momenti yük kaldırma sırasında (-), yük indirme
sırasında ise (+) alınır.
Fren sistemi çeşitleri nelerdir
Fren sistemleri temel manada 4 gruba ayrılmışlardır. Bu gruplar sırasıyla:
- Mekanik Frenler
- Hidrolik Frenler
- Havalı Frenler
- Elektrikli Frenler
Mekanik Frenler
Bu tür fren sistemlerinde şoförün uyguladığı ayak kuvveti mekanik bağlantılarla tekerleklere
iletilerek aracın durması sağlanır. Kullanım sınıfı olarak da araçların el frenleri örnek teşkil
etmektedir. Başlıca tipleri ise:
Tamburlu Frenler
Diğer adıyla kampanalı frenler olarak adlandırılan tamburlu frenler daha çok kamyonlarda, otobüslerde ve motosikletlerde kullanılır. Günümüz otomobillerinde ise, yalnızca arka tekerleklerde bulunur.
Tamburlu frenlerde çalışma prensibi, hareketsiz bir yere takılmış olan iki fren pabucu, dönen tamburun iç yüzüne bastırarak, istenen frenleme kuvvetini sağlamakla gerçekleştirilmektedir.
- Tahrik silindiri
- Sürtünme malzemesi
- Geri dönüş çeki yayı
- Gergi ayar yayı
- Balata taşıyıcı gövdesi
- Fren kampanası
- El freni
- Fren teli
- Tambur dönme yönü
- Ayar aparatı
- Ayar dişlisi
- Fren pabucu
- Taşıyıcı gövde
- Geri dönüş çeki yayı
- Destek yayı
Disk Frenler
Mekanik fren grubu içerisinde en çok kullanılan fren sistemidir. Çok iyi soğuma özelliğinden dolayı daha çok aracın ön bölümünde kullanılan bu fren sisteminin otoblokaj yani kilitlenme özelliği bulunmamaktadır.
Konik Frenler
Kama etkisi sebebiyle bu tip frenler aynı büyüklükteki disk frenlere göre daha fazla frenleme momentine sahiptir diyebiliriz.
Pabuçlu Frenler
Bu tip frenleri hız trenlerinde, genel amaçlı endüstriyel ekipmanlar ve pozisyonlama
sistemlerde yaygın olarak görebiliriz.
Bantlı Frenler
Duran sisteme bağlı bant formundaki metal üzerine, sürtünme malzemesi kaplanmış bir
elemanın, dönen tambura bir ön gerilme uygulaması sonucu frenleme işlevinin yerine getirildiği frenleme grubudur. Bu grup frenlerinin tasarımı oldukça basit ve sağlamdır. Temel olarak bantlı frenleri 3 grupta toplayabiliriz. Bu gruplar:
- Basit bantlı fren
- İntegral bantlı fren
- Diferansiyel bantlı fren
Bantlı frenler grubunun hepsinde bir tambur, sürtünme malzemesi ile kaplanmış bir bant,
tahrik manivelası ve kuvvet kaynağı mevcuttur.Ancak tasarımlarındaki temel farklılıklar, tahrik manivelasının konstrüksiyonu ve mafsal noktalarının konumundan kaynaklanmaktadır.
Hidrolik Frenler
Günümüz otomobillerinin birçoğunda hidrolik fren sistemleri kullanılmaktadır. Fren pedalı,
kaldıraç prensibine göre çalışır ve pedala uygulanan küçük bir kuvvet fren merkezine büyük bir kuvvet olarak iletilir. Pascal kanununa göre fren ana merkezi içinde oluşan hidrolik kuvvet, fren hattı yoluyla tekerlek silindirlerinin her birine ulaşıp fren balatası ve fren disk balatasında bir frenleme kuvveti oluşturur.
Peki bu Pascal kanunu nedir?
Bilindiği gibi sıvılar sıkıştırılamazdı.Kapalı bir kapta sıvının herhangi bir bölgesine
uygulanacak kuvvet o kabın şekli her ne olursa olsun etki eden kuvvet kadar her bölgede aynı derecede hissedilecekti. İşte bu kanundan yararlanılarak hidrolik fren sistemi ile çalışan makineler üretilmeye başlanmıştır. Bu sistemin en büyük avantajlarından bir tanesi küçük bir kuvvet ile çok büyük derecede kuvvet elde ediyor olmamızdır.
Araçlarda bu sistem nasıl uygulanıyor diye merak ediyorsak eğer; fren sisteminin içinde
hidrolik bir bağıntıda bu prensip uygulanır. Fren merkez pompasında etkin olan basınç, tekerlek silindirlerinin hepsine eşit miktarlarda aktarılır. Frenleme kuvveti tekerlek silindirlerinin çaplarına bağlı olarak değişecektir. Eğer aracın ön tekerleklerinde frenleme kuvvetini fazla istiyorsak ön silindir normalinden daha büyük olmalıdır.
Havalı Frenler
Araç hızlarının ve ağırlıklarının gün geçtikçe artması, ağır hizmet tipi araçlarda büyük
frenleme kuvvetlerine ihtiyaç duyulmasına neden olmaktadır. Bu nedenle özellikle büyük hacimli ve yüksek hızlı taşıtlarda kullanılmak üzere çeşitli güç yardımlı fren sistemleri geliştirilmektedir.
Büyük hacimli araçlar için en yaygın kullanılan fren sistemi havalı fren sistemidir.Havalı
frenler, az bir kuvvetin uygulanması ile en iyi frenlemeyi sağlamak için tasarlanan frenleme grubudur.
Elektrikli Frenler
Bu grupta ise fren pedalı bir tel sistemi ile aracın elektronik beynine bağlanır. Pedalın görevi
diğer sistemlerde olduğu gibi yine aynıdır. Ancak bu sefer fren pedalına basış hızımız ve tekrar sayısına göre, sistem ne kadar acil bir fren ihtiyacımız olduğunu anlıyor. Elektronik fren beyni bu ve diğer araç bilgilerini birleştirerek her teker için gerekli olan fren kuvvetini hesaplıyor. Gerekli fren basıncı, merkezi hidrolik ünitesinde oluşturuluyor. Eğer elektrik sisteminde herhangi bir olumsuzluk ortaya çıkarsa, direkt olarak ikinci bir sistem yani yedek hidrolik fren ünitesi devreye giriyor. Böylelikle çıkabilecek herhangi bir olumsuzluğunda önüne geçmiş olunuyor.
Kaynakça
BABALIK Fatih C., ÇAVDAR Kadir, Makine Elemanları ve Konstrüksiyon Örnekleri,
DORA Yayıncılık, 6. Baskı, Bursa, 2013
bilgiustam.com/otomobillerde-fren-sistemi-ve-disk-frenler-nasil-calisir/
railway-technical.com/ep-brakes.shtml
otomobilteknoloji.blogspot.com.tr/2016/08/fren-sistemi-cesitleri-ve-hidrolik-frenparcalari.html
megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/moduller_pdf/Fren%20Sistemleri.pdf
motorist.org/articles/auto-braking-systems
tr.wikipedia.org/wiki/Fren_sistemi
hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/motorlu_araclar/moduller/fren_s
istemleri.pdf