Cum funcționează frânele

  • Vlad Krasen
  • 0
  • 2717
  • 821
Dispunerea unui sistem de frână tipic. Vezi mai multe poze cu frâne.

Știm cu toții că apăsarea pe pedala de frână încetinește o mașină. Dar cum se întâmplă asta? Cum transmite mașina ta forța de la picior către roțile sale? Cum înmulțește forța, astfel încât este suficient să oprești ceva la fel de mare ca o mașină?

Când vă apasă pedala de frână, mașina dvs. transmite forța de la picior la frânele sale printr-un fluid. Deoarece frânele efective necesită o forță mult mai mare decât ai putea aplica cu piciorul, mașina trebuie să înmulțească și forța piciorului tău. Face acest lucru în două moduri:

  • Avantaj mecanic (pârghie)
  • Înmulțirea forței hidraulice

-Frânele transmit forța anvelopelor folosind frecare, iar anvelopele transmit această forță pe șosea folosind de asemenea frecare. Înainte de a începe discuția noastră despre componentele sistemului de frânare, vom acoperi aceste trei principii:

  • Pârghie
  • hidraulică
  • Frecare

Vom discuta despre pârghie și hidraulică în următoarea secțiune.

cuprins
  1. Pârghie și Hidraulică
  2. Frecare
  3. Un sistem simplu de frânare
Pedala este proiectată astfel încât să poată multiplica forța de la picior de mai multe ori înainte ca orice forță să fie chiar transmisă lichidului de frână.

-În figura de mai jos, o forță F este aplicată la capătul stâng al pârghiei. Capătul stâng al manetei este de două ori mai lung (2X) decât capătul drept (X). Prin urmare, pe capătul drept al manetei este disponibilă o forță de 2F, dar acționează prin jumătate din distanța (Y) pe care capătul stâng se mișcă (2Y). Modificarea lungimilor relative ale capetelor stânga și dreapta ale pârghiei schimbă multiplicatorii.

Ideea de bază din spatele oricărui sistem hidraulic este foarte simplă: Forța aplicată la un moment dat este transmisă în alt punct folosind un lichid incompresibil, aproape întotdeauna un ulei de un fel. Majoritatea sistemelor de frânare înmulțesc, de asemenea, forța în acest proces. Aici puteți vedea cel mai simplu sistem hidraulic posibil:

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Sistem hidraulic simplu

În figura de mai sus, doi pistoane (arătați în roșu) sunt montate în doi cilindri de sticlă umpluti cu ulei (afișați în albastru deschis) și conectați unul cu altul cu o țeavă umplută cu ulei. Dacă aplicați o forță în jos pe un piston (cel stâng, în acest desen), atunci forța este transmisă celui de-al doilea piston prin uleiul din conductă. Deoarece uleiul este incompresibil, eficiența este foarte bună - aproape toată forța aplicată apare la al doilea piston. Mare lucru despre sistemele hidraulice este că conducta care leagă cei doi cilindri poate avea orice lungime și formă, permițându-i să șarpeze prin tot felul de lucruri care separă cei doi pistoane. Țeava poate de asemenea furca, astfel încât un cilindru principal poate conduce mai mult de un cilindru sclav, dacă se dorește, așa cum se arată aici:

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Cilindru principal cu doi sclavi

Celălalt lucru îngrijit în legătură cu un sistem hidraulic este acela că face înmulțirea forței (sau divizarea) destul de ușoară. Dacă ați citit Cum funcționează un bloc și un atac sau cum funcționează raza de viteze, atunci știți că forța de tranzacționare pentru distanță este foarte frecventă în sistemele mecanice. Într-un sistem hidraulic, tot ce trebuie să faceți este să schimbați dimensiunea unui piston și a unui cilindru față de celălalt, așa cum se arată aici:

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Înmulțirea hidraulică

Pentru a determina factorul de înmulțire din figura de mai sus, începeți prin a privi dimensiunea pistoanelor. Presupunem că pistonul din stânga are diametrul de 5 cm (5,88 cm) diametru (1 inchi / 2,54 cm rază), în timp ce pistonul din dreapta are un diametru de 6 inci (15,24 cm) diametru (3 inci / 7,62 cm rază) . Zona celor doi pistoane este Pi * r2. Suprafața pistonului stâng este, prin urmare, 3,14, în timp ce zona pistonului din dreapta este 28,26. Pistonul din dreapta este de nouă ori mai mare decât pistonul din stânga. Aceasta înseamnă că orice forță aplicată pistonului din stânga va ieși de nouă ori mai mare pe pistonul din dreapta. Deci, dacă aplicați o forță descendentă de 100 de kilograme pe pistonul stâng, va apărea o forță ascendentă de 900 de kilograme în partea dreaptă. Singura captură este că va trebui să apăsați pistonul din stânga la 9 inci (22,86 cm) pentru a ridica pistonul drept 1 inch (2,54 cm).

În continuare, vom analiza rolul pe care îl joacă frecarea în sistemele de frânare.

Forța de frecare față de greutate

-Fricția este o măsură a cât de greu este de a aluneca un obiect peste altul. Aruncați o privire la figura de mai jos. Ambele blocuri sunt realizate din același material, dar unul este mai greu. Cred că știm cu toții care dintre ele va fi mai greu să împingă buldozerul.

Pentru a înțelege de ce este acesta, să aruncăm o privire atentă la unul dintre blocuri și tabel:

Deoarece frecarea există la nivel microscopic, cantitatea de forță necesară pentru a muta un bloc dat este proporțională cu greutatea blocului respectiv.

Chiar dacă blocurile arată neted la ochiul liber, ele sunt de fapt destul de dure la nivel microscopic. Când așezați blocul pe masă, micile vârfuri și văi se împletesc, iar unele dintre ele se pot suda de fapt. Greutatea blocului mai greu face ca acesta să ghemuiească mai mult, astfel încât este și mai greu de alunecat.

Diferite materiale au structuri microscopice diferite; de exemplu, este mai greu să alunecați cauciucul împotriva cauciucului decât să glisați oțelul împotriva oțelului. Tipul de material determină coeficient de frecare, raportul forței necesare pentru a glisa blocul cu greutatea blocului. Dacă coeficientul ar fi 1.0 în exemplul nostru, atunci ar fi nevoie de 100 de kilograme de forță pentru a aluneca blocul de 100 de lire sterline (45 kg) sau 400 de lire sterline (180 kg) de forță pentru a aluneca blocul de 400 de kilograme. Dacă coeficientul ar fi 0,1, atunci ar fi nevoie de 10 kilograme de forță pentru a aluneca la blocul de 100 de kilograme sau 40 de kilograme de forță pentru a aluneca blocul de 400 de kilograme.

Deci, cantitatea de forță necesară pentru a muta un bloc dat este proporțională cu greutatea blocului respectiv. Cu cât este mai mare greutatea, cu atât este nevoie de mai multă forță. Acest concept se aplică pentru dispozitive precum frânele și ambreiajele, unde un pad este apăsat pe un disc de filare. Cu cât este mai multă forță care apasă pe placă, cu atât forța de oprire este mai mare.

coeficienţi

-Un lucru interesant în ceea ce privește frecarea este că, de obicei, este nevoie de mai multă forță pentru a rupe un obiect liber decât pentru a-l menține alunecând. Este un coeficient de frecare statică, unde cele două suprafețe aflate în contact nu se alunecă unele față de altele. Dacă cele două suprafețe alunecă unele față de altele, cantitatea de forță este determinată de coeficient de frecare dinamică, care este de obicei mai mică decât coeficientul de frecare statică.

Pentru o anvelopă auto, coeficientul de frecare dinamică este mult mai mic decât coeficientul de frecare statică. Anvelopa auto asigură cea mai mare tracțiune atunci când plasturele de contact nu alunecă în raport cu drumul. Când alunecă (ca în timpul unei alunecări sau a unei arzătoare), tracțiunea este redusă mult.

Înainte de a intra în toate părțile unui sistem de frâne auto efectiv, să ne uităm la un sistem simplificat:

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Puteți vedea că distanța de la pedală la pivot este de patru ori distanța de la cilindru la pivot, astfel încât forța la pedală va fi mărită cu un factor de patru înainte de a fi transmisă la cilindru.

De asemenea, puteți vedea că diametrul cilindrului de frână este de trei ori mai mare decât diametrul cilindrului de pedală. Aceasta înmulțește în continuare forța cu nouă. În ansamblu, acest sistem mărește forța piciorului cu un factor de 36. Dacă puneți 10 kilograme de forță pe pedală, 360 de kilograme (162 kg) vor fi generate la volanul care stoarce plăcuțele de frână.

Există câteva probleme cu acest sistem simplu. Ce se întâmplă dacă avem un spărtură? Dacă este o scurgere lentă, în cele din urmă nu va mai rămâne suficient lichid pentru a umple cilindrul de frână, iar frânele nu vor funcționa. Dacă este o scurgere majoră, atunci prima dată când aplicați frânele, tot fluidul va goli scurgerea și veți avea o defecțiune completă a frânei.

Cilindrul principal al mașinilor moderne este proiectat pentru a face față acestor defecțiuni potențiale. Asigurați-vă că consultați articolul despre Cum funcționează buteliile și supapele combinate, precum și restul articolelor din seria de frâne (consultați linkurile de pe pagina următoare), pentru a afla mai multe.

-Articole similare

  • Cum funcționează cilindrii mașini și supapele combinate
  • Cum funcționează frânele cu tambur
  • Cum funcționează frânele cu disc
  • Cum funcționează frânele de putere
  • Cum funcționează frânele anti-blocare
  • Cum funcționează mașinile hidraulice



Nimeni nu a comentat acest articol încă.

Cele mai interesante articole despre secrete și descoperiri. O mulțime de informații utile despre tot
Articole despre știință, spațiu, tehnologie, sănătate, mediu, cultură și istorie. Explicați mii de subiecte pentru a ști cum funcționează totul