Jak brzdy fungují

  • Gyles Lewis
  • 0
  • 1231
  • 196
Uspořádání typického brzdového systému. Prohlédněte si další obrázky brzd.

Všichni víme, že sešlápnutí brzdového pedálu zpomalí auto na zastavení. Jak se to však děje? Jak vaše auto přenáší sílu z vaší nohy na její kola? Jak to znásobí sílu tak, že stačí zastavit něco tak velkého jako auto?

Když sešlápnete brzdový pedál, vaše vozidlo přenáší sílu z nohy na brzdu prostřednictvím tekutiny. Protože skutečné brzdy vyžadují mnohem větší sílu, než byste mohli použít s nohou, musí vaše vozidlo také znásobit sílu vaší nohy. Dělá to dvěma způsoby:

  • Mechanická výhoda (vliv)
  • Násobení hydraulické síly

-Brzdy přenášejí sílu na pneumatiky pomocí tření, a pneumatiky přenášejí tuto sílu na silnici také pomocí tření. Než začneme diskutovat o součástech brzdového systému, probereme tyto tři zásady:

  • Vliv
  • Hydraulika
  • Tření

V další části probereme páku a hydrauliku.

Obsah
  1. Páka a hydraulika
  2. Tření
  3. Jednoduchý brzdový systém
Pedál je navržen tak, že může několikrát znásobit sílu z vaší nohy, než je jakákoli síla přenesena na brzdovou kapalinu..

-V níže uvedeném obrázku je síla F aplikována na levý konec páky. Levý konec páky je dvakrát tak dlouhý (2X) než pravý konec (X). Proto je na pravém konci páky k dispozici síla 2F, ale působí přes polovinu vzdálenosti (Y), kterou se levý konec pohybuje (2Y). Změna relativních délek levého a pravého konce páky změní multiplikátory.

Základní myšlenka za jakýmkoli hydraulickým systémem je velmi jednoduchá: Síla aplikovaná v jednom bodě je přenášena na jiný bod pomocí nestlačitelná tekutina, téměř vždy nějaký druh oleje. Většina brzdových systémů také znásobuje sílu v procesu. Zde vidíte nejjednodušší možný hydraulický systém:

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Jednoduchý hydraulický systém

Na obrázku výše jsou dva písty (znázorněné červeně) uloženy do dvou skleněných válců naplněných olejem (znázorněno světle modrou barvou) a navzájem spojeny trubkou naplněnou olejem. Pokud na jeden píst aplikujete sílu dolů (levá, na tomto obrázku), je síla přenášena na druhý píst prostřednictvím oleje v potrubí. Protože olej je nestlačitelný, účinnost je velmi dobrá - téměř veškerá použitá síla se objevuje na druhém pístu. Skvělá věc u hydraulických systémů je, že trubka spojující dva válce může mít jakoukoli délku a tvar, což jí umožňuje proniknout skrz nejrůznější věci oddělující dva písty. Potrubí může také vidlice, takže jeden hlavní válec může v případě potřeby řídit více než jeden vedlejší válec, jak je to znázorněno zde:

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Hlavní válec se dvěma otroky

Druhou úhlednou věcí na hydraulickém systému je to, že značně usnadňuje multiplikaci (nebo dělení) síly. Pokud jste si přečetli, jak funguje blok a řešení nebo jak fungují převodové poměry, pak víte, že obchodní síla na dálku je v mechanických systémech velmi běžná. V hydraulickém systému stačí změnit velikost jednoho pístu a válce vůči druhému, jak je znázorněno zde:

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Hydraulické násobení

Chcete-li určit multiplikační faktor na výše uvedeném obrázku, začněte tím, že se podíváte na velikost pístů. Předpokládejme, že píst vlevo má průměr 2 palce (5,08 cm) (poloměr 1 palec / 2,54 cm), zatímco píst vpravo má průměr 6 palců (15,24 cm) (poloměr 3 palce / 7,62 cm) . Oblast obou pístů je Pi * r2. Oblast levého pístu je proto 3,14, zatímco plocha pístu vpravo je 28,26. Píst vpravo je devětkrát větší než píst vlevo. To znamená, že jakákoli síla působící na levý píst vyjde devětkrát větší na pravý píst. Pokud tedy na levý píst použijete sílu 100 liber směrem dolů, na pravé straně se objeví síla směrem nahoru 900 liber. Jediným úlovkem je, že budete muset stlačit levý píst 9 palců (22,86 cm), abyste zvedli pravý píst o 1 palec (2,54 cm).

Dále se podíváme na roli, kterou v brzdových systémech hraje tření.

Třecí síla versus hmotnost

-Tření je měřítkem toho, jak je obtížné posunout jeden objekt nad druhým. Podívejte se na obrázek níže. Oba bloky jsou vyrobeny ze stejného materiálu, ale jeden je těžší. Myslím, že všichni víme, který z nich bude pro buldozer těžší tlačit.

Abychom pochopili, proč tomu tak je, podívejme se blíže na jeden z bloků a na tabulku:

Protože tření existuje na mikroskopické úrovni, je velikost síly, kterou potřebuje k pohybu v daném bloku, úměrná jeho hmotnosti.

I když bloky vypadají hladkým okem, ve mikroskopické úrovni jsou ve skutečnosti docela drsné. Když položíte blok dolů na stůl, malé vrcholy a údolí se spojí a některé z nich se mohou spolu svařovat. Hmotnost těžšího bloku způsobuje, že se k sobě posype více, takže je ještě těžší posunout.

Různé materiály mají různé mikroskopické struktury; například je těžší klouzat gumu proti gumě než klouzat ocel proti oceli. Druh materiálu určuje koeficient tření, poměr síly potřebné k posunutí bloku k hmotnosti bloku. Pokud by v našem příkladu činil koeficient 1,0, pak by klouzání bloku o hmotnosti 100 kg (45 kg) trvalo 100 liber síly nebo k vysunutí bloku o hmotnosti 400 liber síly 400 liber (180 kg) síly. Pokud by koeficient byl 0,1, pak by trvalo 10 liber síly klouzání do bloku 100 liber nebo 40 liber síly klouzání bloku 400 liber.

Množství síly potřebné k pohybu daného bloku je tedy úměrné jeho hmotnosti. Čím větší váha, tím více síly je zapotřebí. Tento koncept se vztahuje na zařízení, jako jsou brzdy a spojky, kde je podložka přitlačena na rotující disk. Čím více síly tlačí na podložku, tím větší je brzdná síla.

Koeficienty

-Zajímavostí o tření je to, že obvykle vyžaduje více síly, než rozbije předmět, než aby jej udržel posuvný. Tady je koeficient statického tření, kde dva dotykové povrchy se vzájemně neposouvají. Pokud se oba povrchy vzájemně klouže, je velikost síly určena pomocí součinitel dynamického tření, který je obvykle menší než koeficient statického tření.

U automobilové pneumatiky je koeficient dynamického tření mnohem menší než koeficient statického tření. Pneumatika automobilu poskytuje největší trakci, když se kontaktní plocha neposouvá vzhledem k silnici. Když je klouzavý (jako při smyku nebo vyhoření), je trakce výrazně snížena.

Než se dostaneme do všech částí skutečného brzdového systému automobilu, podívejme se na zjednodušený systém:

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Vidíte, že vzdálenost od pedálu k otočnému čepu je čtyřikrát větší než vzdálenost od válce k otočnému čepu, takže síla na pedál se před přenosem na válec zvýší čtyřikrát.

Můžete také vidět, že průměr brzdového válce je trojnásobkem průměru pedálového válce. To dále násobí sílu devíti. Celkově tento systém zvyšuje sílu vaší nohy o faktor 36. Pokud na pedál aplikujete 10 liber síly, bude generováno 360 kilometrů (162 kg) při stlačení kol brzdových destiček.

S tímto jednoduchým systémem existuje několik problémů. Co když máme unikat? Pokud se jedná o pomalý únik, nakonec nakonec nebude dostatek kapaliny pro naplnění brzdového válce a brzdy nebudou fungovat. Pokud se jedná o velký únik, pak při prvním použití brzd vystříkne veškerá tekutina a dojde k úplnému selhání brzdy.

Hlavní válec na moderních vozech je navržen tak, aby se vypořádal s těmito potenciálními poruchami. Nezapomeňte si přečíst článek o tom, jak fungují hlavní válce a kombinované ventily, a zbývající články z řady brzd (viz odkazy na následující stránce), abyste se dozvěděli více.

-Související články

  • Jak fungují hlavní válce a kombinované ventily
  • Jak bubnové brzdy fungují
  • Jak fungují kotoučové brzdy
  • Jak moc brzdí
  • Jak fungují protiblokovací brzdy
  • Jak fungují hydraulické stroje



Zatím žádné komentáře

Nejzajímavější články o tajemstvích a objevech. Spousta užitečných informací o všem
Články o vědě, prostoru, technologii, zdraví, životním prostředí, kultuře a historii. Vysvětlete tisíce témat, abyste věděli, jak všechno funguje