We weten allemaal dat het indrukken van het rempedaal een auto tot stilstand brengt. Maar hoe gebeurt dit? Hoe brengt uw auto de kracht van uw been over op de wielen? Hoe vermenigvuldigt het de kracht zodat het voldoende is om iets zo groot als een auto te stoppen?
Wanneer u uw rempedaal indrukt, brengt uw auto de kracht van uw voet door een vloeistof over op de remmen. Aangezien de eigenlijke remmen een veel grotere kracht vereisen dan u met uw been zou kunnen uitoefenen, moet uw auto ook de kracht van uw voet vermenigvuldigen. Het doet dit op twee manieren:
De remmen brengen de kracht over op de banden met behulp van wrijving en de banden brengen die kracht ook door middel van wrijving over op de weg. Voordat we beginnen met onze discussie over de componenten van het remsysteem, bespreken we deze drie principes:
We bespreken de hefboomwerking en hydrauliek in de volgende sectie.
Inhoud
In de onderstaande afbeelding wordt een kracht F uitgeoefend op het linkeruiteinde van de hendel. Het linker uiteinde van de hendel is twee keer zo lang (2X) als het rechter uiteinde (X). Daarom is aan het rechteruiteinde van de hefboom een kracht van 2F beschikbaar, maar deze werkt over de helft van de afstand (Y) die het linkeruiteinde beweegt (2Y). Door de relatieve lengtes van het linker- en rechteruiteinde van de hendel te wijzigen, verandert de vermenigvuldigingsfactor.
Het basisidee achter elk hydraulisch systeem is heel eenvoudig:kracht die op het ene punt wordt uitgeoefend, wordt overgebracht naar een ander punt met behulp van een onsamendrukbare vloeistof , bijna altijd een soort olie. De meeste remsystemen vermenigvuldigen daarbij ook de kracht.
Twee zuigers passen in twee glazen cilinders gevuld met olie en met elkaar verbonden door een met olie gevulde buis. Als je een neerwaartse kracht uitoefent op één zuiger, dan wordt de kracht via de olie in de leiding overgebracht op de tweede zuiger. Omdat olie onsamendrukbaar is, is de efficiëntie zeer goed - bijna alle uitgeoefende kracht verschijnt bij de tweede zuiger. Het mooie van hydraulische systemen is dat de pijp die de twee cilinders verbindt elke lengte en vorm kan hebben, waardoor hij door allerlei dingen kan kronkelen die de twee zuigers scheiden. De pijp kan ook gevorkt worden, zodat één hoofdcilinder desgewenst meer dan één hulpcilinder kan aandrijven.
Het andere leuke van een hydraulisch systeem is dat het vermenigvuldigen (of delen) van krachten vrij eenvoudig maakt. Als je How a Block and Tackle Works of How Gear Ratio's hebt gelezen, dan weet je dat het ruilen van kracht voor afstand heel gebruikelijk is in mechanische systemen. In een hydraulisch systeem hoeft u alleen maar de grootte van de ene zuiger en cilinder te veranderen ten opzichte van de andere.
Om de vermenigvuldigingsfactor te bepalen, kijkt u eerst naar de grootte van de zuigers. Neem aan dat de zuiger aan de linkerkant een diameter van 2 inch (5,08 cm) heeft (straal van 1 inch / 2,54 cm), terwijl de zuiger aan de rechterkant een diameter heeft van 15,24 cm (straal van 3 inch / 7,62 cm) . De oppervlakte van de twee pistons is Pi * r 2 . De oppervlakte van de linkerzuiger is dus 3,14, terwijl de oppervlakte van de rechterzuiger 28,26 is. De zuiger aan de rechterkant is negen keer groter dan de zuiger aan de linkerkant. Dit betekent dat elke kracht die op de linkerzuiger wordt uitgeoefend, negen keer groter zal zijn op de rechterzuiger. Dus als u een neerwaartse kracht van 100 pond uitoefent op de linkerzuiger, verschijnt er een opwaartse kracht van 900 pond aan de rechterkant. Het enige nadeel is dat u de linkerzuiger 22,86 cm moet indrukken om de rechterzuiger 2,54 cm omhoog te brengen.
Vervolgens kijken we naar de rol die wrijving speelt in remsystemen.
Wrijving is een maat voor hoe moeilijk het is om het ene object over het andere te schuiven. Kijk eens naar de onderstaande figuur. Beide blokken zijn gemaakt van hetzelfde materiaal, maar één is zwaarder. Ik denk dat we allemaal weten welke het moeilijker zal zijn voor de bulldozer om te duwen.
Laten we, om te begrijpen waarom dit zo is, eens goed naar een van de blokken en de tabel kijken:
Hoewel de blokken er met het blote oog glad uitzien, zijn ze op microscopisch niveau eigenlijk vrij ruw. Wanneer je het blok op tafel legt, worden de kleine pieken en dalen samengeperst, en sommige kunnen zelfs aan elkaar lassen. Het gewicht van het zwaardere blok zorgt ervoor dat het meer samendrukt, dus het is nog moeilijker om te schuiven.
Verschillende materialen hebben verschillende microscopische structuren; het is bijvoorbeeld moeilijker om rubber tegen rubber te schuiven dan om staal tegen staal te schuiven. Het type materiaal bepaalt de wrijvingscoëfficiënt , de verhouding van de kracht die nodig is om het blok te schuiven tot het gewicht van het blok. Als de coëfficiënt in ons voorbeeld 1,0 was, zou er 100 pond kracht nodig zijn om het blok van 100 pond (45 kg) te verschuiven, of 400 pond (180 kg) kracht om het blok van 400 pond te verschuiven. Als de coëfficiënt 0,1 was, zou er 10 pond kracht nodig zijn om naar het blok van 100 pond te glijden of 40 pond kracht om het blok van 400 pond te schuiven.
Dus de hoeveelheid kracht die nodig is om een bepaald blok te verplaatsen, is evenredig met het gewicht van dat blok. Hoe meer gewicht, hoe meer kracht er nodig is. Dit concept is van toepassing op apparaten zoals remmen en koppelingen, waarbij een pad tegen een draaiende schijf wordt gedrukt. Hoe meer kracht er op de pad wordt gedrukt, hoe groter de stopkracht.
CoëfficiëntenEen interessant aspect van wrijving is dat er gewoonlijk meer kracht nodig is om een voorwerp los te breken dan om het te laten glijden. Er is een statische wrijvingscoëfficiënt , waarbij de twee contactoppervlakken niet ten opzichte van elkaar schuiven. Als de twee oppervlakken ten opzichte van elkaar verschuiven, wordt de hoeveelheid kracht bepaald door de dynamische wrijvingscoëfficiënt , wat meestal minder is dan de statische wrijvingscoëfficiënt.
Voor een autoband is de dynamische wrijvingscoëfficiënt veel kleiner dan de statische wrijvingscoëfficiënt. De autoband biedt de meeste tractie wanneer het contactvlak niet verschuift ten opzichte van de weg. Wanneer het glijdt (zoals tijdens een slip of een burn-out), wordt de tractie sterk verminderd.
Lees meer>
Laten we bijvoorbeeld zeggen dat de afstand van het pedaal tot de spil vier keer de afstand van de cilinder tot de spil is, dus de kracht op het pedaal zal met een factor vier toenemen voordat deze op de cilinder wordt overgebracht.
Ook als de diameter van de remcilinder driemaal de diameter van de pedaalcilinder is. Dit vermenigvuldigt de kracht verder met negen. Alles bij elkaar verhoogt dit systeem de kracht van uw voet met een factor 36. Als u 10 pond kracht op het pedaal zet, wordt 360 pond (162 kg) gegenereerd bij het wiel dat in de remblokken knijpt.
Er zijn een aantal problemen met dit eenvoudige systeem. Wat als we een lek . hebben ? Als het een langzaam lek is, zal er uiteindelijk niet genoeg vloeistof over zijn om de remcilinder te vullen en zullen de remmen niet werken. Als het een groot lek is, zal de eerste keer dat u de remmen bedient, alle vloeistof uit het lek spuiten en heeft u een volledige remstoring.
De hoofdcilinder van moderne auto's is ontworpen om met deze potentiële storingen om te gaan. Bekijk zeker het artikel over hoe hoofdcilinders en combinatiekleppen werken, en de rest van de artikelen in de remmenserie (zie de links op de volgende pagina), voor meer informatie.
