Jak działają hamulce

  • Joseph Norman
  • 0
  • 1478
  • 1
Układ typowego układu hamulcowego. Zobacz więcej zdjęć hamulców.

Wszyscy wiemy, że naciśnięcie pedału hamulca spowalnia samochód i zatrzymuje się. Ale jak to się dzieje? W jaki sposób Twój samochód przenosi siłę z nogi na koła? Jak zwielokrotnia siłę, aby wystarczyło zatrzymać coś tak dużego jak samochód?

Kiedy wciskasz pedał hamulca, samochód przenosi siłę ze stopy na hamulce za pomocą płynu. Ponieważ faktyczne hamulce wymagają znacznie większej siły, niż można by użyć nogą, samochód musi również zwielokrotnić siłę stopy. Robi to na dwa sposoby:

  • Przewaga mechaniczna (przewaga)
  • Hydrauliczne zwielokrotnianie siły

-Hamulce przenoszą siłę na opony za pomocą tarcie, opony przenoszą tę siłę na drogę również poprzez tarcie. Zanim zaczniemy dyskusję na temat elementów układu hamulcowego, omówimy te trzy zasady:

  • Przewaga
  • Hydraulika
  • Tarcie

W następnej sekcji omówimy dźwignię i hydraulikę.

Zawartość
  1. Dźwignia i hydraulika
  2. Tarcie
  3. Prosty układ hamulcowy
Pedał został zaprojektowany w taki sposób, że może kilkakrotnie zwielokrotniać siłę z nogi, zanim jakakolwiek siła zostanie przeniesiona na płyn hamulcowy.

-Na poniższym rysunku siła F jest przykładana do lewego końca dźwigni. Lewy koniec dźwigni jest dwa razy dłuższy (2X) niż prawy koniec (X). Dlatego na prawym końcu dźwigni dostępna jest siła 2F, ale działa ona przez połowę odległości (Y), którą przesuwa lewy koniec (2Y). Zmiana względnej długości lewego i prawego końca dźwigni powoduje zmianę mnożników.

Podstawowa idea każdego układu hydraulicznego jest bardzo prosta: siła przyłożona w jednym punkcie jest przenoszona do innego punktu za pomocą nieściśliwy płyn, prawie zawsze jakiś olej. Większość układów hamulcowych również zwielokrotnia siłę w procesie. Tutaj możesz zobaczyć najprostszy możliwy układ hydrauliczny:

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Prosty układ hydrauliczny

Na powyższym rysunku dwa tłoki (pokazane na czerwono) są umieszczone w dwóch szklanych cylindrach wypełnionych olejem (pokazane na jasnoniebiesko) i połączone ze sobą rurką wypełnioną olejem. Jeśli przyłożymy siłę skierowaną w dół do jednego tłoka (na tym rysunku lewego), wówczas siła zostanie przeniesiona na drugi tłok przez olej w rurze. Ponieważ olej jest nieściśliwy, sprawność jest bardzo dobra - prawie cała przyłożona siła pojawia się na drugim tłoku. Wspaniałą rzeczą w układach hydraulicznych jest to, że rura łącząca dwa cylindry może mieć dowolną długość i kształt, umożliwiając jej przechodzenie przez różne elementy oddzielające dwa tłoki. Rura może się również rozwidlać, tak że jeden główny cylinder może w razie potrzeby napędzać więcej niż jeden podrzędny cylinder, jak pokazano tutaj:

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Główny cylinder z dwoma niewolnikami

Inną fajną rzeczą w systemie hydraulicznym jest to, że sprawia, że ​​mnożenie (lub dzielenie) siły jest dość łatwe. Jeśli przeczytałeś Jak działa blok i odbiór lub Jak działają przełożenia, wiesz, że wymiana siły na odległość jest bardzo powszechna w systemach mechanicznych. W układzie hydraulicznym wszystko, co musisz zrobić, to zmienić rozmiar jednego tłoka i cylindra względem drugiego, jak pokazano poniżej:

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Mnożenie hydrauliczne

Aby określić mnożnik na powyższym rysunku, zacznij od sprawdzenia rozmiaru tłoków. Załóżmy, że tłok po lewej stronie ma 2 cale (5,08 cm) średnicy (1 cal / 2,54 cm promień), podczas gdy tłok po prawej ma 6 cali (15,24 cm) średnicy (3 cale / 7,62 cm promień) . Obszar dwóch tłoków to Pi * r2. Powierzchnia lewego tłoka wynosi zatem 3,14, podczas gdy powierzchnia tłoka po prawej stronie wynosi 28,26. Tłok po prawej stronie jest dziewięć razy większy niż tłok po lewej stronie. Oznacza to, że jakakolwiek siła przyłożona do lewego tłoka będzie dziewięć razy większa na prawym tłoku. Tak więc, jeśli zastosujesz 100-funtową siłę skierowaną w dół do lewego tłoka, po prawej stronie pojawi się 900-funtowa siła skierowana do góry. Jedyny haczyk polega na tym, że będziesz musiał wcisnąć lewy tłok o 9 cali (22,86 cm), aby podnieść prawy tłok o 1 cal (2,54 cm).

Następnie przyjrzymy się roli, jaką tarcie odgrywa w układach hamulcowych.

Siła tarcia a waga

-Tarcie jest miarą tego, jak trudno jest przesuwać jeden obiekt po drugim. Spójrz na poniższy rysunek. Oba klocki są wykonane z tego samego materiału, ale jeden jest cięższy. Myślę, że wszyscy wiemy, który z nich będzie trudniejszy do pchania buldożera.

Aby zrozumieć, dlaczego tak jest, przyjrzyjmy się bliżej jednemu z bloków i tabeli:

Ponieważ tarcie istnieje na poziomie mikroskopowym, siła potrzebna do przesunięcia danego bloku jest proporcjonalna do ciężaru tego bloku.

Chociaż gołym okiem bloki wyglądają na gładkie, w rzeczywistości są dość szorstkie na poziomie mikroskopowym. Kiedy kładziesz blok na stole, małe szczyty i doliny są zgniatane, a niektóre z nich mogą się ze sobą zespawać. Ciężar cięższego klocka powoduje, że jest on bardziej zgniatany, więc jeszcze trudniej go przesuwać.

Różne materiały mają różne mikroskopijne struktury; na przykład, ślizganie gumy po gumie jest trudniejsze niż ślizganie stali po stali. Rodzaj materiału określa współczynnik tarcia, stosunek siły potrzebnej do przesunięcia bloku do ciężaru bloku. Gdyby w naszym przykładzie współczynnik wynosił 1,0, to przesunięcie bloku o masie 100 funtów (45 kg) wymagałoby 100 funtów siły lub 180 kg siły, aby przesunąć blok 400 funtów. Gdyby współczynnik wynosił 0,1, potrzeba by 10 funtów siły, aby przesunąć się do 100-funtowego bloku lub 40 funtów siły, aby przesunąć 400-funtowy blok.

Zatem ilość siły potrzebnej do przesunięcia danego bloku jest proporcjonalna do ciężaru tego bloku. Im większa waga, tym większa siła. Ta koncepcja ma zastosowanie do urządzeń takich jak hamulce i sprzęgła, w których klocek jest dociskany do obracającej się tarczy. Im większa siła naciska na podkładkę, tym większa siła hamowania.

Współczynniki

-Ciekawą rzeczą związaną z tarciem jest to, że zwykle do oderwania przedmiotu potrzeba więcej siły niż do utrzymania go w ruchu. Tam jest współczynnik tarcia statycznego, gdzie dwie stykające się powierzchnie nie ślizgają się względem siebie. Jeśli dwie powierzchnie ślizgają się względem siebie, wielkość siły jest określana przez współczynnik tarcia dynamicznego, który jest zwykle mniejszy niż współczynnik tarcia statycznego.

W przypadku opony samochodowej współczynnik tarcia dynamicznego jest znacznie mniejszy niż współczynnik tarcia statycznego. Opona samochodowa zapewnia największą przyczepność, gdy powierzchnia styku nie ślizga się w stosunku do drogi. Kiedy się ślizga (np. Podczas poślizgu lub wypalenia), przyczepność jest znacznie zmniejszona.

Zanim przejdziemy do wszystkich części rzeczywistego układu hamulcowego samochodu, spójrzmy na uproszczony system:

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Widać, że odległość od pedału do osi jest czterokrotnie większa od odległości od cylindra do osi, więc siła na pedale zostanie zwiększona czterokrotnie, zanim zostanie przeniesiona na cylinder.

Widać również, że średnica cylindra hamulcowego jest trzykrotnie większa od średnicy cylindra pedału. To dodatkowo zwielokrotnia siłę przez dziewięć. W sumie system ten zwiększa siłę stopy o współczynnik 36. Jeśli przyłożysz 10 funtów siły na pedał, 360 funtów (162 kg) zostanie wygenerowanych na kole, ściskając klocki hamulcowe..

Z tym prostym systemem wiąże się kilka problemów. A co, jeśli mamy nieszczelność? Jeśli wyciek jest powolny, ostatecznie nie będzie wystarczającej ilości płynu do napełnienia cylindra hamulcowego i hamulce nie będą działać. Jeśli jest to poważny wyciek, to przy pierwszym uruchomieniu hamulca cały płyn wytryśnie z wycieku i nastąpi całkowita awaria hamulca.

Główny cylinder w nowoczesnych samochodach jest przeznaczony do radzenia sobie z takimi potencjalnymi awariami. Koniecznie zapoznaj się z artykułem o działaniu głównych cylindrów i zaworów kombinowanych oraz z pozostałymi artykułami z serii hamulców (zobacz linki na następnej stronie), aby dowiedzieć się więcej.

-Powiązane artykuły

  • Jak działają główne cylindry i zawory kombinowane
  • Jak działają hamulce bębnowe
  • Jak działają hamulce tarczowe
  • Jak działają hamulce wspomagane
  • Jak działają hamulce przeciwblokujące
  • Jak działają maszyny hydrauliczne



Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa