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汽车制动的基本原理 车辆刹车系统讲解

2016-12-06 来源: 网络/用户投稿
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  汽车的制动系统,也就是我们常说的刹车,对于大多数人来说,就是一个简单的踩下制动踏板,车辆就会减速的的过程,不过你知道踩下制动踏板,车辆的制动是如何运作的吗?你脚部踩刹车的力量是如何让一辆行驶中的车辆停下来的呢?

汽车制动的基本原理 车辆刹车系统讲解

  汽车制动系统工作原理详解

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  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基本理论,附加部分包括制动系统的基本操作方式。

  基本的制动原理

  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很大的力量,这要比人腿的力量大很多。所以制动系统必须能够放大腿部的力量,要做到这一点有两个办法:

  1、杠杆作用 2、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

  杠杆作用

  制动踏板能够利用杠杆作用放大人腿部的力量,然后把这个力量传递给液压系统。

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  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。因此在杠杆右端可以得到左端两倍的力2F,但是它的行程Y只有左端行程2Y的一半。

  液压系统

  其实任何液压系统背后的基本原理都很简单: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:

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  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,如果你施一个向下的力给其中一个活塞(图中左边的活塞)那么这个力可以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,所以这种方式传递力矩的效率非常高,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就是可以以任何长度,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。还有一个好处就是液压管可以分支,这样一个主缸可以被分成多个副缸,如图所示:

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  使用液压系统的另外一个好处就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:

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  上图表示的就是力的加倍放大,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,所以左边的活塞面积为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。唯一的不足就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。两个物体的接触面都是用相同材料做成的但其中一个较另一个重,所以不难看出哪一边较难推动。

  要了解其中的原因,我们可以分析下面的例子:

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  即使用肉眼看起来接触面很平滑,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,如果给他的压力越大,那么咬合的锯齿就越多,其阻力也越大,所以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。所以摩擦力与物体接触面上的正压力成正比。例如:如果摩擦系数为0.1,一个物体重100磅,另一个物体重400磅,那么如果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。物体越重则需要克服更大的摩擦力。这个原理就跟制动抓紧装置相似,如果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

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  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。这就是简单的制动模型。通过它我们就可以理解制动系统的基本原理了。

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