Hur bromsar fungerar

  • Paul Sparks
  • 0
  • 5071
  • 868
Layouten för ett typiskt bromssystem. Se fler bilder av bromsar.

Vi vet alla att trycka ner på bromspedalen bromsar en bil till stopp. Men hur händer detta? Hur överför din bil kraften från benet till hjulen? Hur multiplicerar den kraften så att det räcker för att stoppa något så stort som en bil?

När du trycker ner din bromspedal överför din bil kraften från foten till bromsarna genom en vätska. Eftersom de faktiska bromsarna kräver en mycket större kraft än du kan använda med benet, måste din bil också multiplicera fotens kraft. Det gör detta på två sätt:

  • Mekanisk fördel (inflytande)
  • Multiplikation av hydraulkraft

-Bromsarna överför kraften till däcken med friktion, och däcken överför den kraften till vägen med friktion också. Innan vi börjar diskutera bromssystemets komponenter täcker vi dessa tre principer:

  • Inflytande
  • Hydraulik
  • Friktion

Vi kommer att diskutera hävstångseffekt och hydraulik i nästa avsnitt.

Innehåll
  1. Hävstångseffekt och hydraulik
  2. Friktion
  3. Ett enkelt bromssystem
Pedalen är utformad på ett sådant sätt att den kan multiplicera kraften från benet flera gånger innan någon kraft överförs till bromsvätskan.

-I figen nedan appliceras en kraft F på den vänstra änden av spaken. Den vänstra änden av spaken är dubbelt så lång (2X) som den högra änden (X). Därför finns en kraft på 2F på den högra änden av spaken, men den verkar genom hälften av avståndet (Y) att den vänstra änden rör sig (2Y). Om du ändrar den relativa längden på den vänstra och högra änden av spaken ändras multiplikatorerna.

Grundidén bakom vilket hydraulsystem som helst är mycket enkelt: Kraften som appliceras på en punkt överförs till en annan punkt med en inkomprimerbar vätska, nästan alltid en olja av något slag. De flesta bromssystem multiplicerar också kraften i processen. Här kan du se det enklaste hydraulsystemet:

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Enkelt hydraulsystem

I figuren ovan är två kolvar (visas i rött) passade in i två glascylindrar fyllda med olja (visas i ljusblått) och anslutna till varandra med ett oljefylt rör. Om du applicerar en nedåtriktad kraft på en kolv (den vänstra i denna ritning) överförs kraften till den andra kolven genom oljan i röret. Eftersom olja är inkomprimerbar är effektiviteten mycket bra - nästan all applicerad kraft visas vid den andra kolven. Det fantastiska med hydraulsystem är att röret som förbinder de två cylindrarna kan vara av vilken längd och form som helst, vilket gör att det kan orma genom alla möjliga saker som skiljer de två kolvarna. Röret kan också gaffel så att en huvudcylinder kan driva mer än en slavcylinder om så önskas, som visas här:

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Huvudcylinder med två slavar

Det andra snygga med ett hydraulsystem är att det gör kraftmultiplikation (eller delning) ganska lätt. Om du har läst How a Block and Tackle Works eller How Gear Ratios Work, vet du att handelsstyrka för distans är mycket vanligt i mekaniska system. I ett hydraulsystem är allt du behöver göra att ändra storleken på en kolv och cylinder relativt den andra, som visas här:

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Hydraulisk multiplikation

För att bestämma multiplikationsfaktorn i figuren ovan, börja med att titta på kolvans storlek. Antag att kolven till vänster är 5,08 cm i diameter (1 tum / 2,54 cm radie), medan kolven till höger är 15 tum (15,24 cm) i diameter (3 tum / 7,62 cm radie) . Området för de två kolvarna är Pi * r2. Området för den vänstra kolven är därför 3.14, medan området för kolven till höger är 28.26. Kolven till höger är nio gånger större än kolven till vänster. Detta innebär att all kraft som appliceras på den vänstra kolven kommer att komma ut nio gånger större på den högra kolven. Så om du tillämpar en 100-kilos nedåtkraft på den vänstra kolven, kommer en 900-kilos uppåtkraft att visas till höger. Den enda fångsten är att du måste trycka ned den vänstra kolven (22,86 cm) för att höja den högra kolven (2,54 cm).

Därefter tittar vi på vilken roll friktion spelar i bromssystem.

Friktionskraft kontra vikt

-Friktion är ett mått på hur svårt det är att skjuta ett objekt över ett annat. Ta en titt på figuren nedan. Båda blocken är tillverkade av samma material, men en är tyngre. Jag tror att vi alla vet vilken som blir svårare för bulldozern att trycka på.

För att förstå varför det är, låt oss titta närmare på ett av blocken och bordet:

Eftersom friktion finns på mikroskopisk nivå är mängden kraft som krävs för att flytta ett visst block proportionellt mot det blockets vikt.

Även om blocken ser släta ut med det blotta ögat, är de faktiskt ganska grova på mikroskopisk nivå. När du sätter kvarteret ned på bordet blir de små topparna och dalarna ihop och var och en av dem svetsar ihop. Vikten på det tyngre blocket får den att klibba ihop mer, så det är ännu svårare att glida.

Olika material har olika mikroskopiska strukturer; till exempel är det svårare att glida gummi mot gummi än att glida stål mot stål. Materialtypen bestämmer friktionskoefficient, förhållandet mellan kraften som krävs för att glida blocket till blockets vikt. Om koefficienten var 1,0 i vårt exempel, skulle det ta 100 pund kraft att glida 100 kilos (45 kg) block eller 400 pund (180 kg) kraft för att glida 400 pund blocket. Om koefficienten var 0,1, skulle det ta 10 pund kraft att glida till 100-kilosblocket eller 40 pund kraft för att glida 400-pund-blocket.

Så den kraft som krävs för att flytta ett visst block är proportionellt mot det blockets vikt. Ju mer vikt, desto mer kraft krävs. Detta koncept gäller för enheter som bromsar och kopplingar, där en dyna pressas mot en snurrskiva. Ju mer kraft som trycker på dynan, desto större stoppkraft.

koefficienter

-En intressant sak med friktion är att det vanligtvis tar mer kraft för att bryta ett föremål löst än att hålla det glida. Det finns en statisk friktionskoefficient, där de två ytorna i kontakt inte glider relativt varandra. Om de två ytorna glider relativt varandra bestäms kraftmängden av dynamisk friktionskoefficient, vilket vanligtvis är mindre än statisk friktionskoefficient.

För ett bildäck är dynamisk friktionskoefficient mycket mindre än statisk friktionskoefficient. Bildäcket ger den största dragkraften när kontaktplåstret inte glider relativt vägen. När det glider (som under en glid eller utbrändhet), är dragkraften kraftigt reducerad.

Innan vi går in på alla delar av ett faktiskt bilbromssystem, låt oss titta på ett förenklat system:

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Du kan se att avståndet från pedalen till pivoten är fyra gånger avståndet från cylindern till pivoten, så kraften vid pedalen kommer att ökas med en faktor på fyra innan den överförs till cylindern.

Du kan också se att bromscylinderns diameter är tre gånger pedalcylinderns diameter. Detta multiplicerar kraften ytterligare med nio. Sammantaget ökar detta system kraftens fot med en faktor 36. Om du lägger 10 kilo kraft på pedalen genereras 360 kg (162 kg) vid hjulet som pressar bromsbeläggarna.

Det finns ett par problem med detta enkla system. Tänk om vi har en läcka? Om det är en långsam läcka kommer det så småningom att det inte finns tillräckligt med vätska kvar för att fylla bromscylindern, och bromsarna fungerar inte. Om det är en stor läcka, då första gången du applicerar bromsarna sprutar all vätska ut läckan och du får fullständigt bromsfel.

Huvudcylindern på moderna bilar är utformad för att hantera dessa potentiella fel. Se till artikeln om hur huvudcylindrar och kombinationsventiler fungerar, och resten av artiklarna i bromsserien (se länkarna på nästa sida), för att lära dig mer.

-Relaterade artiklar

  • Hur huvudcylindrar och kombinationsventiler fungerar
  • Hur trumbromsar fungerar
  • Hur skivbromsar fungerar
  • Hur kraftbromsar fungerar
  • Hur Anti-Lock Bromsar fungerar
  • Hur hydrauliska maskiner fungerar



Ingen har kommenterat den här artikeln än.

De mest intressanta artiklarna om hemligheter och upptäckter. Massor av användbar information om allt
Artiklar om vetenskap, rymd, teknik, hälsa, miljö, kultur och historia. Förklara tusentals ämnen så att du vet hur allt fungerar