Sådan fungerer bremser

  • Peter Tucker
  • 0
  • 2966
  • 802
Opsætningen af ​​et typisk bremsesystem. Se flere billeder af bremser.

Vi ved alle, at tryk på bremsepedalen bremser en bil til stop. Men hvordan sker det? Hvordan overfører din bil styrken fra dit ben til dets hjul? Hvordan multiplicerer den kraften, så det er nok til at stoppe noget så stort som en bil?

Når du trykker ned din bremsepedal, overfører din bil styrken fra din fod til dens bremser gennem en væske. Da de faktiske bremser kræver en meget større kraft end du kunne anvende med dit ben, skal din bil også multiplicere din fods kraft. Det gør det på to måder:

  • Mekanisk fordel (Gearing)
  • Multiplikation af hydraulisk kraft

-Bremserne overfører kraften til dækkene ved hjælp af friktion, og dækkene overfører denne kraft til vejen ved hjælp af friktion også. Før vi begynder vores diskussion om bremsesystemets komponenter, dækker vi disse tre principper:

  • Gearing
  • Hydraulik
  • Friktion

Vi diskuterer gearing og hydraulik i det næste afsnit.

Indhold
  1. Gearing og hydraulik
  2. Friktion
  3. Et simpelt bremsesystem
Pedalen er udformet på en sådan måde, at den kan multiplicere kraften fra dit ben flere gange, inden nogen kraft overføres til bremsevæsken.

-I fi-guren nedenfor påføres en kraft F på den venstre ende af håndtaget. Den venstre ende af håndtaget er dobbelt så lang (2X) som den højre ende (X). Derfor er der på højre ende af grebet en kraft på 2F tilgængelig, men det virker gennem halvdelen af ​​afstanden (Y), at venstre ende bevæger sig (2Y). Ændring af de relative længder på venstre og højre ende af grebet ændrer multiplikatorerne.

Den grundlæggende idé bag ethvert hydraulisk system er meget enkel: Kraft, der påføres på et tidspunkt overføres til et andet punkt ved hjælp af en inkomprimerbar væske, næsten altid en slags olie. De fleste bremsesystemer multiplicerer også kraften i processen. Her kan du se det mest enkle hydrauliske system:

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Enkelt hydraulisk system

I figuren ovenfor passer to stempler (vist i rødt) ind i to glascylindre fyldt med olie (vist i lyseblå) og er forbundet til hinanden med et oliefyldt rør. Hvis du anvender en nedadgående kraft på et stempel (det venstre på denne tegning), overføres kraften til det andet stempel gennem olien i røret. Da olie er ukomprimerbar, er effektiviteten meget god - næsten al den påførte kraft vises på det andet stempel. Det fantastiske ved hydrauliske systemer er, at røret, der forbinder de to cylindre, kan være af enhver længde og form, så det kan snake gennem alle mulige ting, der adskiller de to stempler. Røret kan også gaffel, så en hovedcylinder kan drive mere end en slavecylinder om ønsket, som vist her:

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Hovedcylinder med to slaver

Den anden pæne ting ved et hydraulisk system er, at det gør kraftmultiplikation (eller opdeling) forholdsvis let. Hvis du har læst Sådan fungerer en blokering og takling eller hvordan gearforhold fungerer, ved du, at handelsstyrke for afstand er meget almindeligt i mekaniske systemer. I et hydraulisk system skal du bare ændre størrelsen på det ene stempel og cylinder i forhold til det andet, som vist her:

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Hydraulisk multiplikation

For at bestemme multiplikationsfaktoren i figuren ovenfor skal du starte med at se på stemplernes størrelse. Antag, at stemplet til venstre er 5,08 cm i diameter (1 inch / 2,54 cm radius), mens stemplet til højre er 15 inch (15,24 cm) i diameter (3 inch / 7,62 cm radius) . Området med de to stempler er Pi * r2. Arealet af det venstre stempel er derfor 3,14, mens området med stempelet til højre er 28,26. Stempelet til højre er ni gange større end stemplet til venstre. Dette betyder, at enhver kraft, der påføres det venstre stempel, vil komme ud ni gange større på det højre stempel. Så hvis du anvender en 100 pund nedadgående styrke til det venstre stempel, vises en 900 pund opadgående kraft til højre. Den eneste fangst er, at du bliver nødt til at trykke ned det venstre stempel, 22,86 cm, for at hæve det højre stempel 1 inch (2,54 cm).

Dernæst skal vi se på den rolle, som friktion spiller i bremsesystemer.

Friktionskraft kontra vægt

-Friktion er et mål på, hvor svært det er at skubbe et objekt hen over et andet. Se på figuren herunder. Begge blokke er lavet af det samme materiale, men den ene er tungere. Jeg tror, ​​vi alle ved, hvilken der vil være sværere for bulldozeren at skubbe til.

For at forstå, hvorfor det er, lad os se nærmere på en af ​​blokke og tabellen:

Da der findes friktion på det mikroskopiske niveau, er den mængde kraft, det tager for at flytte en given blok, proportional med den bloks vægt.

Selvom blokke ser glatte ud for det blotte øje, er de faktisk ret ru på mikroskopisk niveau. Når du sætter blokken nede på bordet, klemmes de små toppe og dale sammen, og nogle af dem svejses muligvis faktisk sammen. Vægten af ​​den tungere blok får den til at klæbe mere sammen, så det er endnu sværere at glide.

Forskellige materialer har forskellige mikroskopiske strukturer; for eksempel er det sværere at skubbe gummi mod gummi end det er at skubbe stål mod stål. Materialetypen bestemmer friktionskoefficient, forholdet mellem den krævede kraft for at skubbe blokken til blokens vægt. Hvis koefficienten var 1,0 i vores eksempel, ville det tage 100 pund kraft at skubbe 100 pund (45 kg) blokken eller 400 pund (180 kg) kraft til at glide 400 pund blokken. Hvis koefficienten var 0,1, ville det tage 10 pund kraft at glide til 100 pund-blokken eller 40 pund kraft for at glide 400-pundsblokken.

Så den mængde kraft, det tager for at flytte en given blok, er proportional med den blocks vægt. Jo mere vægt, jo mere krævet kræfter. Dette koncept gælder for enheder som bremser og koblinger, hvor en pude presses mod en spindeskive. Jo mere kraft der presser på puden, jo større stoppekraft.

koefficienter

-En interessant ting ved friktion er, at det normalt tager mere kraft at bryde en genstand løs end at holde den glidende. Der er en statisk friktionskoefficient, hvor de to overflader, der er i kontakt, ikke glider i forhold til hinanden. Hvis de to overflader glider i forhold til hinanden, bestemmes mængden af ​​kraft af dynamisk friktionskoefficient, hvilket normalt er mindre end statisk friktionskoefficient.

For et bildæk er dynamisk friktionskoefficient meget mindre end statisk friktionskoefficient. Bildækket giver den største trækkraft, når kontaktlappen ikke glider i forhold til vejen. Når det glider (som under en glidning eller en udbrændthed), reduceres trækkraft kraftigt.

Inden vi går ind i alle dele af et faktisk bilbremsesystem, lad os se på et forenklet system:

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Du kan se, at afstanden fra pedalen til drejepoten er fire gange afstanden fra cylinderen til drejepinden, så kraften ved pedalen øges med en faktor fire, før den overføres til cylinderen.

Du kan også se, at diameteren på bremsecylinderen er tre gange diameteren af ​​pedalcylinderen. Dette multiplicerer styrken yderligere med ni. Samlet øger dette system din fodkraft med en faktor på 36. Hvis du lægger 10 pund kraft på pedalen, genereres der 360 kg (162 kg) ved hjulet, der klemmer bremseklodserne.

Der er et par problemer med dette enkle system. Hvad hvis vi har en lække? Hvis det er en langsom lækage, vil der til sidst ikke være nok væske tilbage til at fylde bremsecylinderen, og bremserne fungerer ikke. Hvis det er en stor lækage, vil første gang du anvender bremserne sprøjte lækagen ud, og du får fuldstændig bremsesvigt.

Mastercylinderen på moderne biler er designet til at håndtere disse potentielle fejl. Sørg for at tjekke artiklen om, hvordan mastercylindre og kombinationsventiler fungerer, og resten af ​​artiklene i bremseserien (se linkene på næste side) for at lære mere.

-Relaterede artikler

  • Sådan fungerer mastercylindre og kombinationsventiler
  • Sådan fungerer trommelbremser
  • Sådan fungerer bremserne
  • Sådan fungerer kraftbremser
  • Sådan fungerer anti-lock bremser
  • Sådan fungerer hydrauliske maskiner



Endnu ingen kommentarer

De mest interessante artikler om hemmeligheder og opdagelser. Masser af nyttige oplysninger om alt
Artikler om videnskab, rum, teknologi, sundhed, miljø, kultur og historie. Forklare tusinder af emner, så du ved, hvordan alt fungerer