Все мы знаем, что нажатие на педаль тормоза замедляет автомобиль до полной остановки. Но как это происходит? Как ваша машина передает усилие от вашей ноги на колеса? Как она умножает силу, чтобы ее было достаточно, чтобы остановить что-то такое большое, как автомобиль?
Когда вы нажимаете педаль тормоза, ваш автомобиль передает усилие от вашей ноги к тормозам через жидкость. Поскольку настоящие тормоза требуют гораздо большей силы, чем вы могли бы приложить ногой, ваша машина также должна умножать силу вашей стопы. Это делается двумя способами:
Тормоза передают усилие на шины с помощью трения. , и шины передают эту силу на дорогу также за счет трения. Прежде чем мы начнем обсуждение компонентов тормозной системы, мы рассмотрим эти три принципа:
Мы обсудим рычаги и гидравлику в следующем разделе.
Содержание
На рисунке ниже к левому концу рычага приложена сила F. Левый конец рычага в два раза длиннее (2X), чем правый конец (X). Следовательно, на правый конец рычага действует сила 2F, но она действует на половине расстояния (Y), на которое перемещается левый конец (2Y). Изменение относительной длины левого и правого концов рычага изменяет множители.
Основная идея любой гидравлической системы очень проста:сила, приложенная к одной точке, передается в другую с помощью несжимаемой жидкости. , почти всегда какое-то масло. Большинство тормозных систем также увеличивают усилие в процессе.
Два поршня вставлены в два стеклянных цилиндра, заполненных маслом и соединены друг с другом маслонаполненной трубкой. Если приложить направленное вниз усилие к одному поршню, то усилие передается на второй поршень через масло в трубке. Поскольку масло несжимаемо, КПД очень хороший - почти вся приложенная сила приходится на второй поршень. Самое замечательное в гидравлических системах то, что труба, соединяющая два цилиндра, может быть любой длины и формы, что позволяет ей проходить через все, что разделяет два поршня. Труба также может разветвляться, так что при желании один главный цилиндр может управлять более чем одним рабочим цилиндром.
Другая интересная особенность гидравлической системы заключается в том, что она позволяет довольно легко умножать (или делить) усилие. Если вы читали «Как работает блок и снасти» или «Как работают передаточные числа», то вы знаете, что в механических системах обмен силой на расстояние очень распространен. В гидравлической системе все, что вам нужно сделать, это изменить размер одного поршня и цилиндра относительно другого.
Чтобы определить коэффициент умножения, начните с размера поршней. Предположим, что поршень слева имеет диаметр 2 дюйма (5,08 см) (радиус 1 дюйм/2,54 см), а поршень справа имеет диаметр 6 дюймов (15,24 см) (радиус 3 дюйма/7,62 см). . Площадь двух поршней Pi * r 2 . Таким образом, площадь левого поршня равна 3,14, а площадь правого поршня — 28,26. Поршень справа в девять раз больше поршня слева. Это означает, что любая сила, приложенная к левому поршню, будет действовать в девять раз больше на правый поршень. Таким образом, если вы приложите 100-фунтовую направленную вниз силу к левому поршню, справа возникнет направленная вверх сила в 900 фунтов. Единственная загвоздка в том, что вам придется опустить левый поршень на 9 дюймов (22,86 см), чтобы поднять правый поршень на 1 дюйм (2,54 см).
Далее мы рассмотрим роль трения в тормозных системах.
Трение — это мера того, насколько трудно скользить одним объектом по другому. Взгляните на рисунок ниже. Оба блока сделаны из одного и того же материала, но один тяжелее. Я думаю, мы все знаем, какую бульдозеру будет труднее толкать.
Чтобы понять, почему это так, давайте внимательно посмотрим на один из блоков и таблицу:
Несмотря на то, что невооруженным глазом блоки кажутся гладкими, на микроскопическом уровне они довольно шероховатые. Когда вы кладете блок на стол, маленькие пики и впадины сжимаются вместе, и некоторые из них могут фактически слиться воедино. Вес более тяжелого блока приводит к тому, что он сильнее сжимается, поэтому скользить по нему еще труднее.
Разные материалы имеют разную микроскопическую структуру; например, скользить резину по резине труднее, чем сталь по стали. Тип материала определяет коэффициент трения , отношение силы, необходимой для скольжения блока, к весу блока. Если бы в нашем примере коэффициент был равен 1,0, то потребовалось бы 100 фунтов силы, чтобы сдвинуть блок весом 100 фунтов (45 кг), или усилие 400 фунтов (180 кг), чтобы сдвинуть блок весом 400 фунтов. Если бы коэффициент был равен 0,1, то для соскальзывания 100-фунтового блока потребовалось бы усилие 10 фунтов, а для соскальзывания 400-фунтового блока – 40 фунтов.
Таким образом, сила, необходимая для перемещения данного блока, пропорциональна весу этого блока. Чем больше вес, тем больше требуется усилий. Эта концепция применима к таким устройствам, как тормоза и сцепления, где колодка прижимается к вращающемуся диску. Чем больше сила нажимает на подушечку, тем больше тормозная сила.
КоэффициентыИнтересная вещь о трении заключается в том, что обычно требуется больше усилий, чтобы оторвать объект, чем для того, чтобы он продолжал скользить. Существует коэффициент трения покоя , где две соприкасающиеся поверхности не скользят друг относительно друга. Если две поверхности скользят относительно друг друга, величина силы определяется коэффициентом динамического трения. , который обычно меньше коэффициента трения покоя.
Для автомобильной шины коэффициент динамического трения намного меньше коэффициента статического трения. Автомобильная шина обеспечивает наибольшее сцепление с дорогой, когда пятно контакта не скользит относительно дороги. Когда он скользит (например, во время заноса или прогара), сцепление с дорогой сильно снижается.
Подробнее>
Допустим, например, что расстояние от педали до оси в четыре раза больше расстояния от цилиндра до оси, поэтому усилие на педали будет увеличено в четыре раза, прежде чем оно будет передано на цилиндр.
Также если диаметр тормозного цилиндра в три раза больше диаметра педального цилиндра. Это еще больше умножает силу на девять. Все вместе эта система увеличивает усилие вашей ноги в 36 раз. Если вы приложите 10 фунтов силы к педали, 360 фунтов (162 кг) будут генерироваться на колесе, сжимающем тормозные колодки.
Есть несколько проблем с этой простой системой. Что, если у нас есть утечка ? Если это медленная утечка, в конечном итоге не останется достаточно жидкости для заполнения тормозного цилиндра, и тормоза не будут работать. Если это серьезная утечка, то при первом нажатии на тормоз вся жидкость выльется из утечки, и тормоз полностью выйдет из строя.
Главный цилиндр современных автомобилей предназначен для борьбы с этими потенциальными отказами. Обязательно ознакомьтесь со статьей «Как работают главные цилиндры и комбинированные клапаны» и остальными статьями из серии о тормозах (см. ссылки на следующей странице), чтобы узнать больше.
Как работают дисковые тормоза?
Как прокачать тормоза
Как работают тормоза автомобиля?
Урок о том, как работают современные автомобильные тормоза
Как работают рекуперативные тормоза