

Son zamanlarda forumlarımızda "bisikletime disk fren taktırmayı düşünüyorum..." şeklinde ifadelerle başlayan konuların ve soruların gündeme gelmesi üzerine, disk frenlerin, bisikletin diğer aksamları üzerine olan fiziksel etkilerinin analizlerini ve sonuçları içeren bir yazı yazmanın uygun olacağını düşündük.
Ancak her şeye başlamadan önce, fiziksel bir terimi açıklamamız gerekli:
Moment(Tork)
Fizikte moment veya en çok bilinen kullanımıyla tork, en basit şekliyle "bir kuvvetin, belirli bir merkez noktasına göre döndürme etkisi" olarak tanımlanır. Bunun için, esas olarak kuvvetin, dönme yarıçapına dik olan (yani dönme yörüngesine teğet olan) bileşeni dikkate alınır ve Newton[N] biriminden bu bileşen, metre[m] olarak dönme yarıçapı ile çarpılarak moment bulunur. Bu durumda moment Şekil-1'de gösterilen sistemde, F kuvvetinin O noktasına göre momenti;


|Şekil-1 (Moment)|
|Büyük boyut için tıkla!|


M[Nm] = Ft[N] * R[m] olur.
Burada A ve B açılarının toplamının 90 derece olduğu dikkate alınarak;
Ft = F * Sin A = F * Cos B
M = F * Sin A * R veya,
M = F * Cos B * R
olarak bulunur.
Şimdi diğer açıklamalarımıza geçebiliriz. Ancak hesaplamalarda kolaylık olması açısından, aşağıdaki ön kabullerin yapıldığı unutulmamalıdır:
- Jant Yarıçapı Rj, dış lastiği de içeren tüm teker setinin yarıçapı olarak kabul edilmiştir.
- Janta önden bakıldığında jant tellerinin oluşturduğu açılar ihmal edilmiştir.
- Hazne Yarıçapı Rh, jant tellerinin hazneye bağlandığı noktaların oluşturduğu yarıçap olarak kabul edilmiştir.
- Taralı yeşil alanlarla gösterilen fren baskı alanının eşit olduğu kabul edilmiştir.
Buradaki tüm açıklama ve hesaplamalar, frenleme etkisinin yaklaşık %70'ini karşılayan ön fren sistemi dikkate alınarak yapılmıştır.
Disk frenlerin etkilerini incelemek için, sistemin basitleştirilmiş şemaları Şekil-2, Şekil-3 ve Şekil-4'teki gibi oluşturulmuştur, bu şekillerde;
- Jant çemberi mavi renk ile,
- Hazne mor renk ile,
- Jant telleri gri renk ile,
- Fren diski kırmızı renk ile,
- Fren baskı yüzeyleri taralı yeşil alanlar ile
gösterilmiştir. Ayrıca, V hızıyla ilerleyen sistem için;
- Fy ve My sırasıyla sürüş esnasında etkiyen sürtünme kuvveti ve bu kuvvetin hazne merkezi O'ya göre momenti,
- Fbj ve Mbj sırasıyla jant freni tarafından uygulanan frenleme kuvveti ve bu kuvvetin hazne merkezi O'ya göre momenti,
- Fbd ve Mbd sırasıyla disk fren tarafından uygulanan frenleme kuvveti ve bu kuvvetin hazne merkezi O'ya göre momenti,
- Fg ve Mg sırasıyla jant telleri üzerine etki eden çeki/bası kuvvetleri ve bu kuvvetlerin hazne merkezi O'ya göre momentlerini
göstermektedir. Yine bu çizimde Fbdx ve Fbdy, disk fren tarafından uygulanan frenleme kuvvetinin, amortisör sistemine sırasıyla paralel ve dik olan bileşenleridir.
C, amortisör ekseninin yer düzlemi ile yaptığı açıdır.
Sürüş Esnasında Tekerlek Seti Üzerindeki Etkiler
V hızıyla ilerleyen bisikletin lastiği ile yol arasında, hız ile doğru orantılı olarak sürtüme kuvveti oluşur. Orantının büyüklüğü olan sürtünme katsayısı k, tamamen yolun ve lastiğin malzemesi ve niteliğine bağlıdır, bu durumda sürtünme kuvveti Fy;
Fy = k * V
olarak ifade edilir.
Dolayısı ile bu kuvvet, tekerlek merkezi olan O noktasına göre bir moment oluşturur. Rj yarıçapına sahip teker seti için bu momentin büyüklüğü;
My = Fy * Rj
My = k * V * Rj
ile ifade edilir.
Disk Frenin Tekerlek Seti Uzerindeki Etkileri
Şimdi öncelikle disk frenlerin teker seti üzerindeki etkilerini, jant frenleri ile karşılaştırarak Şekil-2 üzerinden açıklayalım:


|Şekil-2|
|Büyük boyut için tıkla!|


Frenleme icin, frenleme noktasına etkiyen kuvvetin hazne merkezindeki O noktasına göre momenti en az burada hesaplanan My değerine eşit olmalıdır. İşte tam bu noktada, disk fren ve jant freni arasındaki ilk farkı açıklayabiliriz: Kolaylıkla görülecegi gibi jant frenleri, gereken frenleme kuvvetini, disk frene göre daha büyük bir yarıçap üzerinde uygular; bu da aynı frenleme momentininin, disk frene göre daha az frenleme gücü ile elde edilmesini sağlar.
Her hal ve şart altında frenlemenin yapılabilmesi için uygulanacak frenleme momenti Mbj veya Mbd, hareket esnasında mevcut sürtünme momenti My'den büyük olmalıdır.
Şimdi jantı oluşturan bileşenlere odaklanacağız, yani teller, hazne ve jant çemberi.
Bilindiği gibi, tekerlek seti hazneye jant telleri ile bağlanır. Bu durumda, jant freninin kullanılması teker seti üzerinde ek bir yük oluşturmazken, disk freninde önemli bir fark ortaya çıkar: Jant freninde hem sürtünme hem de frenleme kuvvetleri jant çemberi üzerinden uygulanırken; disk frende frenleme kuvveti hazneye sabitlenmiş disk, yani dolayısıyla doğrudan hazneye uygulanır.
Jant freninde her iki moment de aynı yekpare parça (=jant çemberi) üzerine uygulandığından, teker seti üzerinde ek bir yüklemeye sebep olmaz ve sınır koşullarında;
Mbj = My
Fbj * Rj = k * V * Rj
Fbj = k * V
olur.
Ancak disk frenlerde durum tamamentersinedir, frenleme jant çemberi üzerinden değil, hazne üzerinden yapıldığından, frenleme momentinin bir kısmı, jant tellerinin dörtte birinin (yani bir taraftaki tellerin yarısının) Fg kuvvetleri altında gerilmesine sebep olur. Bu kuvvetler;
Mg = Mbd - My
Fg * Rh = Fbd * Rd - k * V * Rj
Fg = ( Fbd * Rd - k * V * Rj ) / Rh
şeklinde ortaya çıkar, bu etki jant tellerinin söz konusu dörtte birine etkiyen toplam kuvvettir. Toplam n adet jant teli varsa, bu durumda gerilen her bir jant teli üzerindeki gerilme kuvveti;
Fg' = ( Fbd * Rd - k * V * Rj ) / ( Rh * n / 4 )
olarak bulunur.
Ortaya çıkan bu gerilme kuvvetleri, jant teli üzerinden aynen jant tellerinin hazneye ve janta bağlandığı noktalara iletilir. İşte bu nedenle disk fren kullanımına yönelik olarak imal edilen tekerlek setleri ve parçalarında;
a. Jant telleri, standart jantlarda kullanılanlara göre daha kalındır.
b. Jant tellerinin hazneye bağlandığı noktalar, standart haznelere göre daha fazla kalınlaştırılmış ve güçlendirilmiştir.
c. Jant tellerinin janta bağlandığı noktalar, standart jantlara göre daha fazla güçlendirilmiştir.
Disk Frenin Amortisör Üzerindeki Etkileri
Disk frenin amortisör üzerindeki etkilerini 2 ayrı kısımda inceleyeceğiz. Öncelikle A-A açısından bir bakışla, Şekil-3 üzerinden, amortisör üzerinde gidon ekseni etrafında ortaya çıkan burulma kuvvetlerina bakalım:


|Şekil-3|
|Büyük boyut için tıkla!|
Bu kuvvetlerin ortaya çıkma sebebi aslında çok basittir ve jant freni ile disk fren arasındaki ikinci önemli farktır: Jant freni frenleme için teker setinin her iki yanına simetrik ve eşit kuvvet uygularken, disk fren, tüm frenleme kuvvetini teker setinin sadece bir tek tarafına yükler.
Bu şekilde Wh genişliğindeki hazne ve Wf genişliğindeki amortisörün kullanılması durumunda amortisörü,gidon ekseni O' etrafında burulmaya zorlayan kuvvet;
Mfx = Mbdx
Fbdx * Wh / 2 = Ffx * Wf / 2
ve bu denklemlerde Şekil-2'ye göre Fbdx = Fbd * Cos C alınarak;
Ffx = Fbd * Cos C * Wh / Wf
şeklinde bulunur.
İşte bu da, disk fren ile kullanılacak amortisörlerin özellikle köprü, bacak ve pistonlarının güçlendirilmesini gerektirir.
Şimdi de sisteme diğer bir açıdan (B-B) bakalım, burada da, özellikle amortisör bacaklarını, çatal yatağı(P) etrafında bükmeye çalışan bir kuvveti göreceğiz. Şekil-4'e göre;


|Şekil-4|
|Büyük boyut için tıkla!|
Mfy = Mbdy
Fbdy * Wh / 2 = Ffy * Wf / 2
ve bu denklemlerde de Şekil-2'ye göre Fbdy = Fbd * Sin C alınarak;
Ffy = Fbd * Sin C * Wh / Wf
şeklinde bulunur.
Bu son denklem de, disk fren ile kullanılacak amortisörlerin özellikle bacak ve pistonlarının güçlendirilmesini gerekliliğini ortaya çıkarır.
Sonuçlar
Bütün bu yaptığımız fizik ve matemetik maratonu sonucunda ortaya çıkan sonuçlar ise, sayısal bilimlere aşina olmayanlar için birkaç maddede özetlenebilir. Bunların en önemlisi, disk frenin, hiçbir şekilde "istiyorum, öyleyse takarım" şeklinde düz bir mantıkla alınıp kullanılamayacağıdır. Yukarıda yaptığımız işlemler ve ortaya çıkan sonuçlar, benzer şekilde arka tekerlekte kullanılan disk frenler için de geçerlidir, bu durumda da disk frende karar verilmeden önce bazı kilit sorulara cevap verilmesi gereklidir:
1. Kadro ve/veya amortisör(veya çatal), disk fren ile kullanılmaya uygun mudur?
2. Teker setinde kullanılan parçaların tamamı (jant çemberi, teller ve hazneler) disk fren ile kullanılmaya uygun mudur?
3. Tüm parçalar uygun ise, kaç milimetrelik disk rotoru kullanılması gerekir?
Tüm bu soruların cevapları, imalatçılar tarafından yayınlanan ürün teknik özelliklerinde mutlaka belirtilir ve cevapları netleştirilmeden disk fren uygulamasına girişmek, çok ciddi kaza ve yaralanmalara sebep olabilir. Orneğin, gerekenden büyük çaplı bir disk rotorunun kullanılması ilk önce hazne-rotor bağlantısında erken metal yorulması ve öngörülemeyen kırılmalara sebep olur. Diğer muhtemel etkiler şunlardır:
- Jant tellerinin hazneye bağlandığı noktalarda haznede metal yorulması ve kırılma(seçilen jant telleri uygun, ancak hazne uygun değildir)
- Jant tellerinin janta bağlandığı noktalarda jantta yırtılmalar(seçilen jant telleri uygun, ancak jant çemberi uygun değildir)
- Jant tellerinin kopması(seçilen jant telleri uygun değildir)
- Amortisörde metal yorulmasına bağlı hasarlar(amortisör uygun değildir)
- Kadroda metal yorulmasına bağlı hasarlar(arka fren için)(kadro uygun değildir)
Bu nedenle, herhangi bir şekilde disk frene geçmeye karar vermeden önce, tüm ilgili parçaların uygunluğunu kontrol edip, en az iki kez uygunluğu teyid etmenizi kesinlikle öneririz. Eğer bunu kendiniz yapacak bilgi ve tecrübeye sahip değilseniz, mutlaka güvendiğiniz, tecrübeli bir bisiklet servisinden teknik destek almayı unutmayın. Ancak yine de, kaliteli bir bisiklet seçtiyseniz, uygulayabileceğiniz en kestirme kural şudur: Eger bisiklet, orjinal olarak disk frenli değilse, bileşenler çok yüksek ihtimalle disk frene uyumlu değildir. Kesinlikle ve tam emin olmadıkça bu tür bir bisikleti disk fren sistemiyle donatmayı denemeyin. Bisiklet zaten disk fren sistemiyle donatılmışsa sorun yok, isterseniz jant freni ile değiştirebilirsiniz, tabii böyle bir şeyi gerçekten yapmak istiyorsanız...
Kazasız, iyi günler ve sürüşler dileğiyle. Bisikletle kalın!
bisikletime disk fren taktırmayı düşünüyorum..." şeklinde ifadelerle başlayan konuların ve soruların gündeme gelmesi üzerine, disk frenlerin, bisikletin diğer aksamları üzerine olan fiziksel etkilerinin analizlerini ve sonuçları içeren bir yazı yazmanın uygun olacağını düşündük.
Ancak her şeye başla ...">