Hvordan bremser fungerer

  • Rudolf Cole
  • 0
  • 2798
  • 621
Oppsettet til et typisk bremsesystem. Se flere bilder av bremser.

Vi vet alle at å skyve ned bremsepedalen bremser en bil til stopp. Men hvordan skjer dette? Hvordan overfører bilen din styrken fra beinet til hjulene? Hvordan multipliserer den kraften slik at det er nok til å stoppe noe så stort som en bil?

Når du trykker ned bremsepedalen, overfører bilen styrken fra foten til bremsene gjennom en væske. Siden de faktiske bremsene krever mye større krefter enn du kan bruke med beinet, må bilen din også multiplisere fotens kraft. Det gjør dette på to måter:

  • Mekanisk fordel (pressmiddel)
  • Multiplikasjon av hydraulisk kraft

-Bremsene overfører kraften til dekkene med friksjon, og dekkene overfører den styrken til veien ved hjelp av friksjon også. Før vi begynner diskusjonen vår om komponentene i bremsesystemet, skal vi dekke disse tre prinsippene:

  • Pressmiddel
  • hydraulikk
  • Friksjon

Vi vil diskutere gearing og hydraulikk i neste avsnitt.

innhold
  1. Utnyttelse og hydraulikk
  2. Friksjon
  3. Et enkelt bremsesystem
Pedalen er utformet på en slik måte at den kan multiplisere kraften fra benet ditt flere ganger før noen kraft til og med overføres til bremsevæsken.

-I figuren nedenfor blir en kraft F påført den venstre enden av spaken. Den venstre enden av spaken er dobbelt så lang (2X) som den høyre enden (X). Derfor er det en styrke på 2F på høyre ende av spaken, men den virker gjennom halvparten av avstanden (Y) at venstre ende beveger seg (2Y). Hvis du endrer de relative lengdene på spaken til venstre og høyre, endres multiplikatorene.

Den grunnleggende ideen bak ethvert hydraulisk system er veldig enkel: Kraft som påføres på et punkt overføres til et annet punkt ved å bruke et inkomprimerbar væske, nesten alltid en olje av noe slag. De fleste bremsesystemer multipliserer også kraften i prosessen. Her kan du se det enkleste hydrauliske systemet:

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Enkelt hydraulisk system

På figuren over er to stempler (vist i rødt) plass i to glassflasker fylt med olje (vist i lyseblå) og koblet til hverandre med et oljefylt rør. Hvis du bruker en nedadgående kraft på det ene stempelet (det venstre, på denne tegningen), overføres kraften til det andre stempelet gjennom oljen i røret. Siden olje er inkomprimerbar, er effektiviteten veldig god - nesten all den påførte kraften vises i det andre stempelet. Det flotte med hydrauliske systemer er at røret som forbinder de to sylindrene kan være i hvilken som helst lengde og form, slik at det kan slange gjennom alle slags ting som skiller de to stemplene. Røret kan også gaffel, slik at en hovedsylinder kan drive mer enn en slavesylinder om ønskelig, som vist her:

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Hovedsylinder med to slaver

Det andre pene med et hydraulisk system er at det gjør kraftmultiplikasjon (eller deling) ganske enkelt. Hvis du har lest How a Block and Tackle Works eller How Gear Ratios Work, vet du at handelsstyrke for distanse er veldig vanlig i mekaniske systemer. I et hydraulisk system er alt du trenger å gjøre å endre størrelsen på det ene stempelet og sylinderen i forhold til det andre, som vist her:

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Hydraulisk multiplikasjon

For å bestemme multiplikasjonsfaktoren i figuren over, start med å se på stemplenes størrelse. Anta at stempelet til venstre er 5,08 cm i diameter (1-tommers / 2,54 cm radius), mens stempelet til høyre har en diameter på 15,24 cm (3-tommers / 7,62 cm radius) . Området for de to stemplene er Pi * r2. Området til venstre stempel er derfor 3,14, mens området til stempelet til høyre er 28,26. Stempelet til høyre er ni ganger større enn stempelet til venstre. Dette betyr at enhver kraft som brukes på det venstre stempelet vil komme ut ni ganger større på det høyre stempelet. Så hvis du bruker en kraft på 100 pund nedover på venstre stempel, vil en kraft på 900 pund vises opp til høyre. Den eneste fangsten er at du må trykke ned det venstre stempelet 22,86 cm for å heve det høyre stemplet 2,54 cm.

Deretter skal vi se på hvilken rolle friksjonen spiller i bremsesystemer.

Friksjonskraft kontra vekt

-Friksjon er et mål på hvor vanskelig det er å skyve en gjenstand over en annen. Ta en titt på figuren nedenfor. Begge blokkene er laget av samme materiale, men den ene er tyngre. Jeg tror vi alle vet hvilken som vil være vanskeligere for bulldoseren å presse.

For å forstå hvorfor dette er, la oss se nærmere på en av blokkene og tabellen:

Fordi friksjon eksisterer på det mikroskopiske nivået, er mengden kraft det tar å flytte en gitt blokk proporsjonal med blokkens vekt.

Selv om blokkene ser glatte ut for det blotte øye, er de faktisk ganske røffe på mikroskopisk nivå. Når du setter blokken nede på bordet, klemmes de små toppene og dalene sammen, og noen av dem kan faktisk sveise sammen. Vekten av den tyngre blokken får den til å klemme seg sammen, så det er enda vanskeligere å gli.

Ulike materialer har forskjellige mikroskopiske strukturer; for eksempel er det vanskeligere å skyve gummi mot gummi enn det er å skyve stål mot stål. Materialtypen bestemmer friksjonskoeffisient, forholdet mellom kraften som kreves for å skyve blokken til blokkens vekt. Hvis koeffisienten var 1,0 i vårt eksempel, ville det ta 100 pund kraft å skyve 100 kilos (45 kg) blokken, eller 400 kilo (180 kg) kraft for å skyve 400 kilos blokken. Hvis koeffisienten var 0,1, ville det ta 10 kilo kraft å gli til 100 kilos blokka eller 40 pund kraft for å skyve 400 kilos blokken.

Så mengden kraft det tar å flytte en gitt blokk er proporsjonal med den blokkenes vekt. Jo mer vekt, jo mer krefter kreves. Dette konseptet gjelder enheter som bremser og clutcher, der en pute presses mot en spinnende plate. Jo mer kraft som trykker på puten, jo større er stoppkraften.

koeffisienter

-En interessant ting med friksjon er at det vanligvis krever mer kraft å bryte en gjenstand løs enn å holde den glidende. Det er en statisk friksjonskoeffisient, hvor de to overflatene i kontakt ikke glir i forhold til hverandre. Hvis de to overflatene glir i forhold til hverandre, bestemmes kraftmengden av dynamisk friksjonskoeffisient, som vanligvis er mindre enn statisk friksjonskoeffisient.

For et bildekk er dynamikken for dynamisk friksjon mye mindre enn statisk friksjonskoeffisient. Bildekkene gir størst trekkraft når kontaktplasteret ikke glir i forhold til veien. Når det glir (som under en skrens eller utbrenthet), blir trekkraften kraftig redusert.

Før vi kommer inn på alle delene av et faktisk bilbremsesystem, la oss se på et forenklet system:

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Du kan se at avstanden fra pedalen til pivoten er fire ganger avstanden fra sylinderen til pivoten, så kraften ved pedalen økes med en faktor på fire før den overføres til sylinderen.

Du kan også se at diameteren på bremsesylinderen er tre ganger diameteren til pedalsylinderen. Dette multipliserer styrken ytterligere med ni. Alt sammen øker dette systemet fotens kraft med en faktor 36. Hvis du legger 10 kilo kraft på pedalen, vil det genereres 360 kg (162 kg) ved hjulet som klemmer på bremseklossene..

Det er et par problemer med dette enkle systemet. Hva om vi har en lekke? Hvis det er en treg lekkasje, vil det til slutt ikke være nok væske igjen til å fylle bremsesylinderen, og bremsene vil ikke fungere. Hvis det er en stor lekkasje, vil den første gangen du bruker bremsene sprute ut lekkasjen og du vil ha fullstendig bremsesvikt.

Hovedsylinderen på moderne biler er designet for å håndtere disse potensielle feilene. Sørg for å sjekke artikkelen om hvordan master sylindere og kombinasjonsventiler fungerer, og resten av artiklene i bremseserien (se lenkene på neste side), for å lære mer.

-Relaterte artikler

  • Slik fungerer sylindere og kombinasjonsventiler
  • Hvordan trommelbremser fungerer
  • Slik fungerer skivebremser
  • Hvordan kraftbremser fungerer
  • Hvordan anti-låsebremser fungerer
  • Slik fungerer hydrauliske maskiner



Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer