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怎么样 制动s 工作

的 layout of a typical brake system. See more pictures of brakes.
The 布局 of a 典型 制动 系统。 看到 更多 图片 of 制动s.

我们都知道,踩下制动踏板会使汽车减速至停止。但是,这是怎么发生的呢?您的汽车如何将力从腿部传递到车轮?它如何乘以力,足以停止像汽车一样大的东西?

当您踩下制动踏板时,汽车会通过液压油将力从脚传递到制动器。由于实际的制动器需要的力要比用腿施加的力大得多,因此汽车还必须增加脚的力。它以两种方式执行此操作:

  • 机械优势 (杠杆)
  • Hydraulic 力 multiplication

­The 制动s transmit 的 力 to 的 tires using 摩擦,轮胎也利用摩擦力将该力传递到道路上。在开始讨论制动系统的组件之前,我们将介绍以下三个原理:

  • 杠杆作用
  • 液压系统
  • 摩擦

We'll discuss leverage and hydraulics in 的 next section.

内容
  1. 杠杆与液压
  2. 摩擦
  3. A Simple 制动 System

的 pedal is designed in such a way that it can multiply the force from your leg several times before any force is even transmitted to the brake fluid.
踏板的设计方式是,它可以在没有任何力传递到制动液之前将您腿上的力倍增。

在下图中,力F施加在杠杆的左端。杠杆的左端(2X)的长度是右端(X)的两倍。因此,在杠杆的右端有2F的力,但它作用的距离是左端移动的距离(Y)的一半(2Y)。改变杠杆左右两端的相对长度会改变乘数。

的 basic idea behind 任何 hydraulic system is very simple: Force applied at 上e point is 已传送 to another point using an 不可压缩流体,几乎总是某种油。大多数制动系统也会在此过程中增加力。在这里,您可以看到最简单的液压系统:

此内容在此设备上不兼容。

简单的液压系统

在上图中,将两个活塞(以红色显示)装入装有油的两个玻璃缸(以浅蓝色显示)中,并用一个充满油的管子相互连接。如果向一个活塞(在该图中为左侧)施加向下的力,则该力会通过管道中的油传递到第二个活塞。由于油是不可压缩的,因此效率非常好-几乎所有作用力都出现在第二个活塞上。液压系统的优点在于,连接两个液压缸的管道可以是任意长度和形状,从而使它可以蜿蜒穿过分隔两个活塞的各种物体。管子也可以叉,这样一来 主缸 能够 drive 更多 than 上e slave cylinder if desired, as shown in here:

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主缸和两个从动缸

的 other neat thing about a hydraulic system is 那 it makes 力 multiplication (or division) fairly easy. If you have read 封锁和铲球的工作原理 要么 怎么样 Gear Ratios 工作,那么您就会知道,距离交易力在机械系统中非常普遍。在液压系统中,您要做的就是更改一个活塞和气缸相对于另一个的尺寸,如下所示:

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水力乘法

要确定上图中的乘数,请先查看活塞的尺寸。假设左侧的活塞直径为2英寸(5.08厘米)(半径为1英寸/2.54厘米),而右侧的活塞直径为6英寸(15.24厘米)(半径为3英寸/7.62厘米) 。两个活塞的面积为Pi * r2。因此,左活塞的面积为3.14,而右活塞的面积为28.26。右边的活塞比左边的活塞大九倍。这意味着施加在左侧活塞上的任何力将在右侧活塞上产生九倍大。因此,如果您向左活塞施加100磅的向下力,则右侧将出现900磅的向上力。唯一的问题是,您必须将左活塞下压9英寸(22.86厘米),以将右活塞上压1英寸(2.54厘米)。

Next, we'll look at 的 role 那 摩擦 plays in 制动 systems.

摩擦 force versus weight
摩擦 力 与 重量

摩擦力是衡量一个物体在另一个物体上滑动的难易程度的度量。看下图。两个块均由相同的材料制成,但较重。我想我们都知道推土机要推哪一个更难。

To understand why this is, let's take a close look at 上e of 的 块s and 的 table:

因为 friction exists at the microscopic level, the amount of force it takes to move a given block is proportional to that block's weight.
由于摩擦存在于微观水平,因此移动给定块所需的力与该块的重量成正比。

即使这些块在肉眼上看起来很光滑,但实际上它们在微观上还是很粗糙的。当您将砌块放在桌子上时,小小的峰谷被压在一起,其中的一些实际上可能焊接在一起。较重的块的重量使其更挤在一起,因此更难滑动。

不同的材料具有不同的微观结构。例如,橡胶比橡胶更难滑动 against 钢. 的 type of material determines 的 coefficient of 摩擦,是滑动块所需的力与块的重量之比。如果在我们的示例中系数为1.0,则滑动100磅(45千克)的块需要100磅的力,或者滑动400磅的块需要400磅(180千克)的力。如果系数为0.1,则滑动到100磅的块需要10磅的力,而滑动400磅的块需要40磅的力。

因此,移动给定块所需的力与该块的重量成正比。重量越重,所需的力就越大。这个概念适用于刹车和 离合器, where a pad is pressed against a spinning disc. 的 更多 力 那 presses 上 的 pad, 的 greater 的 stopping 力.

Before we get into all 的 parts of an actual car 制动 system, let's look at a simplified system:

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您可以看到踏板到枢轴的距离是圆柱体到枢轴的距离的四倍,因此踏板上的力在传递到圆柱体之前将增加四倍。

您还可以看到制动缸的直径是踏板缸的直径的三倍。这进一步使力乘以九。总体而言,该系统将脚的力量增加了36倍。如果在踏板上施加10磅的力,则挤压制动片的车轮将产生360磅(162千克)的力。

的re are a couple of problems with this simple 系统。 What if we have a 泄漏?如果泄漏很慢,最终将没有足够的油液填充制动缸,并且制动器将无法工作。如果是重大泄漏,那么第一次使用制动器时,所有的油都会喷出泄漏,从而使制动器完全失效。

的 主缸 上 modern cars is 设计的 to deal with 的se potential failures. Be sure to check out 的 文章 上 主缸和组合阀如何工作, 一种nd 的 rest of 的 文章s in 的 制动 series (see 的 links 上 的 next page), to learn 更多.

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