汽车制动的原理

汽车制动的原理众所周知，当我们踩下制动踏板时，汽车会减速直到停车。但那个工作是怎 么样完成的？你腿部的力量是如何样传递到车轮的？那个力量是如何样被扩大 以至能让一台笨重的汽车停下来？首先我们把制动系统分成6部分，从踏板到车轮依次解释每部分的工作原 理，在了解汽车制动原理之前我们先了解一些差不多理论，附加部分包括制动系 统的差不多操作方式。差不多的制动原理当你踩下制动踏板时，机构会通过液压把你脚上的力量传递给车轮。但实 际上要想让车停下来必须要一个特别大的力量，这要比人腿的力量大特别多。因 此制动系统必须能够放大腿部的力量，要做到这一点有两个方法：杠杆作用利用帕斯卡定律，用液力放大制动系统把力量传递给车轮，给车轮一个摩擦力，然后车轮也相应的给地 面一个摩擦力。在我们讨论制动系统构成原理之前，让我们了解三个原理：杠杆作用液压作用摩擦力作用制动踏板能够利用杠杆作用放大人腿部的力量，然后把那个力量传递给液 压系统。如上图，在杠杆的左边施加一个力F,杠杆左边的长度2X是右边X 的两倍。因此在杠杆右端能够得到左端两倍的力2F,然而它的行程Y只有左端 行程2Y的一半。液压系统事实上任何液压系统背后的差不多原理都特别简单：作用在一点的力被不 能压缩的液体传递到另一点，这种液体通常是油。绝大多数制动系统也在此中放 大制动力量。下图是最简单的液压系统：如图：两个活塞红色装在充满油蓝色的玻璃圆桶中，之间由一个 充满油的导管连接，假如你施一个向下的力给其中一个活塞图中左边的活塞 那么那个力能够通过管道内的液压油传送到第二个活塞。由于油不能被压缩，因 此这种方式传递力矩的效率特别高，几乎100%的力传递给了第二个活塞。液压 传力系统最大的好处确实是能够以任何长度，或者曲折成各种形状绕过其他部件 来连接两个圆桶型的液压缸。还有一个好处确实是液压管能够分支，如此一个主 缸能够被分成多个副缸，如下图：使用液压系统的另外一个好处确实是能使力量成倍的增加。在液压系统中 你需要做的只是改变一个活塞和液压缸的尺寸，如下图：f 2 in* 116 in上图表示的确实是力的加倍放大，力放大的倍数要以活塞的直径来定。左 边的活塞直径为2寸注：相当于5.08cm，右边的活塞直径为6寸相当于 15.24cm。因为圆的面积等于Pi*r2,因此左边的活塞面积为3.14平方厘米， 右边的活塞面积为28.26平方厘米。右边的活塞面积比左边的大9倍。这就意味 着给左边的活塞施加任何一个力，右边的活塞就会产生一个比左边大9倍的力。 因此当你给左边的活塞施加一个100磅的向下的力时，右边的活塞就会产生一个 900磅的向上的力。唯一的不足确实是当左边的活塞向下运动9寸时，右边的活 塞只能向上运动1寸。摩擦力摩擦力是一个物体在另一个物体上滑动的相互阻力，参照下图。两个物体 的接触面基本上用相同材料做成的但其中一个较另一个重，因此不难看出哪一边 较难推动。要了解其中的缘故，我们能够分析下面的例子：的HOW SWH康都睛即使用肉眼看起来接触面特别平滑，但在显微镜下他们确是相当粗糙的。 当你把物体平放在桌面上时，物体和桌面之间的小锯齿会结合在一起，而他们其 中有一些合适的锯齿会相互咬合，假如给他的压力越大，那么咬合的锯齿就越多， 其阻力也越大，因此重的物体就更难推动。不同的材料表面，有不同的锯齿结构；举例来说：橡皮与橡皮之间就比钢 与钢之间更难滑动。材料的类型决定了摩擦系数。因此摩擦力与物体接触面上的 正压力成正比。例如：假如摩擦系数为0.1，一个物体重100磅，另一个物体重 400磅，那么假如要推动他们就必须给100磅的物体施加一个10磅的力，给400 磅的物体施加一个40磅的力才能克服摩擦力前进。物体越重那么需要克服更大 的摩擦力。那个原理就跟制动抓紧装置相似，假如给制动碟的压力越大那么车辆 获得的制动力就越大。简单制动系统模型当踩下制动踏板时，在踏板处通过杠杆原理把制动力放大了3倍，再通过 液压机构驱动活塞把制动力又放大了 3被。放大以后的制动力推动活塞移动，活 塞推动蹄片带动刹车卡钳紧紧的夹住制动碟，由蹄片与制动碟产生的强大摩擦 力，让车减速。这确实是简单的制动模型。通过它我们就能够理解制动系统的差 不多原理了。