Všichni víme, že sešlápnutí brzdového pedálu zpomalí auto až do zastavení. Ale jak se to stane? Jak vaše auto přenáší sílu z nohy na kola? Jak znásobí sílu, aby stačilo zastavit něco tak velkého jako je auto?
Když sešlápnete brzdový pedál, vaše auto přenese sílu z vaší nohy na brzdy prostřednictvím kapaliny. Protože skutečné brzdy vyžadují mnohem větší sílu, než kterou byste mohli vyvinout nohou, vaše auto musí také znásobit sílu vaší nohy. Dělá to dvěma způsoby:
Brzdy přenášejí sílu na pneumatiky pomocí tření a pneumatiky přenášejí tuto sílu na vozovku také pomocí tření. Než začneme diskutovat o součástech brzdového systému, probereme tyto tři principy:
Pákový efekt a hydrauliku probereme v další části.
Obsah
Na obrázku níže působí síla F na levý konec páky. Levý konec páky je dvakrát delší (2X) než pravý konec (X). Na pravém konci páky je tedy k dispozici síla 2F, která však působí o polovinu vzdálenosti (Y), o kterou se pohybuje levý konec (2Y). Změnou relativní délky levého a pravého konce páky se změní násobiče.
Základní myšlenka každého hydraulického systému je velmi jednoduchá:Síla působící v jednom bodě je přenášena do jiného bodu pomocí nestlačitelné tekutiny , téměř vždy olej nějakého druhu. Většina brzdových systémů také znásobuje sílu v procesu.
Dva písty jsou zasazeny do dvou skleněných válců naplněných olejem a vzájemně spojeny trubkou naplněnou olejem. Pokud na jeden píst aplikujete sílu směrem dolů, pak se síla přenese na druhý píst přes olej v potrubí. Vzhledem k tomu, že olej je nestlačitelný, účinnost je velmi dobrá -- téměř veškerá použitá síla se objevuje na druhém pístu. Skvělá věc na hydraulických systémech je, že potrubí spojující dva válce může mít libovolnou délku a tvar, což mu umožňuje procházet nejrůznějšími věcmi oddělujícími dva písty. Trubka se může také rozvětvovat, takže jeden hlavní válec může v případě potřeby pohánět více než jeden podřízený válec.
Další úhledná věc na hydraulickém systému je, že umožňuje poměrně snadné násobení (nebo dělení) síly. Pokud jste četli Jak funguje blok a tackle nebo Jak fungují převodové poměry, pak víte, že výměna síly na vzdálenost je v mechanických systémech velmi běžná. V hydraulickém systému stačí změnit velikost jednoho pístu a válce vzhledem k druhému.
Chcete-li určit multiplikační faktor, začněte tím, že se podíváte na velikost pístů. Předpokládejme, že píst nalevo má průměr 2 palce (5,08 cm) (1 palec / 2,54 cm poloměr), zatímco píst napravo má průměr 6 palců (15,24 cm) (3 palce / 7,62 cm poloměr). . Plocha dvou pístů je Pi * r 2 . Plocha levého pístu je tedy 3,14, zatímco plocha pístu pravého je 28,26. Píst vpravo je devětkrát větší než píst vlevo. To znamená, že jakákoli síla působící na levý píst bude devětkrát větší na pravý píst. Pokud tedy aplikujete na levý píst sílu 100 liber směrem dolů, na pravém se objeví síla 900 liber směrem nahoru. Jediný háček je v tom, že budete muset stisknout levý píst o 9 palců (22,86 cm), abyste zvedli pravý píst o 1 palec (2,54 cm).
Dále se podíváme na roli, kterou hraje tření v brzdových systémech.
Tření je měřítkem toho, jak těžké je posunout jeden předmět po druhém. Podívejte se na obrázek níže. Oba bloky jsou vyrobeny ze stejného materiálu, jeden je však těžší. Myslím, že všichni víme, který z nich bude pro buldozer těžší tlačit.
Abychom pochopili, proč tomu tak je, podívejme se zblízka na jeden z bloků a tabulku:
I když bloky vypadají pouhým okem hladké, na mikroskopické úrovni jsou ve skutečnosti docela drsné. Když položíte blok na stůl, malé vrcholy a údolí se stlačí dohromady a některé z nich se mohou skutečně svařit. Hmotnost těžšího bloku způsobuje, že se k sobě více smáčkne, takže je ještě těžší klouzat.
Různé materiály mají různé mikroskopické struktury; například klouzat gumu proti gumě je těžší než klouzat ocel proti oceli. Typ materiálu určuje koeficient tření , poměr síly potřebné k posunutí bloku k hmotnosti bloku. Pokud by byl koeficient v našem příkladu 1,0, pak by bylo zapotřebí 100 liber síly k posunutí 100librového (45 kg) bloku nebo 400 liber (180 kg) síly k posunutí 400librového bloku. Pokud by byl koeficient 0,1, pak by bylo zapotřebí 10 liber síly k posunutí na 100-librový blok nebo 40 liber síly k posunutí 400-librového bloku.
Takže množství síly potřebné k pohybu daného bloku je úměrné váze tohoto bloku. Čím větší hmotnost, tím větší potřeba síly. Tento koncept platí pro zařízení, jako jsou brzdy a spojky, kde je destička přitlačena k rotujícímu kotouči. Čím větší síla tlačí na podložku, tím větší je brzdná síla.
KoeficientyZajímavá věc na tření je, že k uvolnění předmětu je obvykle potřeba více síly, než aby se udržoval v klouzání. Existuje koeficient statického tření , kde dva povrchy, které jsou v kontaktu, se vzájemně neposouvají. Pokud se oba povrchy vzájemně posouvají, velikost síly je určena koeficientem dynamického tření , což 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 kontaktní plocha neklouže vzhledem k vozovce. Když klouže (jako při smyku nebo vyhoření), trakce je výrazně snížena.
Přečtěte si více>
Řekněme například, že vzdálenost od pedálu k čepu je čtyřikrát větší než vzdálenost od válce k čepu, takže síla působící na pedál se zvýší čtyřnásobně, než se přenese na válec.
Také pokud je průměr brzdového válce trojnásobek průměru pedálového válce. Tím se síla dále násobí devíti. Dohromady tento systém zvyšuje sílu vašeho chodidla faktorem 36. Pokud na pedál vyvinete sílu 10 liber, vytvoří se 360 liber (162 kg) při stlačení brzdových destiček na kole.
Tento jednoduchý systém má několik problémů. Co když máme únik ? Pokud se jedná o pomalý únik, nakonec nezbude dostatek kapaliny k naplnění brzdového válce a brzdy nebudou fungovat. Pokud se jedná o velkou netěsnost, pak při prvním použití brzd veškerá kapalina vystříkne únik a dojde k úplnému selhání brzd.
Hlavní válec u moderních automobilů je navržen tak, aby se vypořádal s těmito potenciálními poruchami. Chcete-li se dozvědět více, přečtěte si článek o tom, jak fungují hlavní válce a kombinované ventily, a ostatní články ze série brzd (viz odkazy na další stránce).
