刹车如何工作

在下面的图中，一个力F被施加到杠杆的左端。杠杆的左端长度(2X)是右端长度(X)的两倍。因此，在杠杆的右端可以施加2F的力，但它的作用距离(Y)是左端移动距离(2Y)的一半。改变杠杆左右两端的相对长度会改变乘数。

任何液压系统背后的基本思想都很简单:在一点施加的力通过一个轴传递到另一点不可压缩流体，几乎都是某种油。大多数刹车系统在这个过程中也会使力倍增。

简易液压系统

两个活塞装在两个装满油的玻璃缸里，用一根装满油的管子相互连接。如果你对一个活塞施加一个向下的力，那么这个力就会通过管道中的油传递给第二个活塞。由于油是不可压缩的，所以效率非常高——几乎所有的作用力都集中在第二个活塞上。液压系统的伟大之处在于，连接两个气缸的管道可以是任何长度和形状，允许它蜿蜒穿过各种各样的东西，将两个活塞分开。管子也可以分叉，这样一个主缸如果需要，可以驱动多个从气缸。

主气缸和两个从气缸

关于液压系统的另一件整洁的事情是，它使力乘法(或除法)相当容易。如果你读过挡铲是如何工作的或传动比如何工作，那么你就知道用力换距离在机械系统中是很常见的。在液压系统中，你所要做的就是改变一个活塞和气缸相对于另一个的尺寸。

液压乘法

要确定乘数，首先要看一下活塞的大小。假设左边的活塞直径为2英寸(5.08厘米)(1英寸/ 2.54厘米半径)，而右边的活塞直径为6英寸(15.24厘米)(3英寸/ 7.62厘米半径)。两个活塞的面积是* r²。因此，左活塞的面积是3.14，而右活塞的面积是28.26。右边的活塞比左边的活塞大九倍。这意味着任何作用在左边活塞上的力将会在右边活塞上产生9倍大的力。所以，如果你对左边的活塞施加一个100磅的向下的力，右边就会出现一个900磅的向上的力。唯一的问题是，你将不得不降低左活塞9英寸(22.86厘米)，以提高右活塞1英寸(2.54厘米)。

接下来，我们来看看摩擦力在刹车系统中扮演的角色。

摩擦力是衡量一个物体在另一个物体上滑动的困难程度。请看下图。这两个积木都是由同样的材料制成的，但其中一个更重。我想我们都知道哪一个对推土机来说更难推。

为了理解这是为什么，让我们仔细看看其中一个块和表:

尽管这些石块肉眼看起来很光滑，但在显微镜下它们实际上很粗糙。当你把积木放在桌子上时，小的波峰和波谷被压在一起，其中一些可能会焊接在一起。较重的块的重量使它更容易挤压在一起，所以更难以滑动。

不同的材料具有不同的微观结构;例如，在橡胶间滑动比在橡胶间滑动更难钢对钢。材料的类型决定了摩擦系数即使物体滑动所需的力与物体重量之比。如果这个系数在我们的例子中是1.0，那么要用100磅的力来滑动100磅(45公斤)的物体，或者用400磅(180公斤)的力来滑动400磅(180公斤)的物体。如果系数是0.1，那么滑到100磅重的物体上需要10磅的力，滑到400磅重的物体上需要40磅的力。

所以移动一个给定物体所需要的力与物体的重量成正比。重量越大，需要的力就越大。这个概念适用于像刹车和离合器将一个垫子压在旋转的圆盘上。压在垫子上的力越大，停止力就越大。

比如说踏板到枢轴的距离是圆柱到枢轴距离的四倍，所以踏板上的力在传递到圆柱之前会增加四倍。

另外，如果刹车缸的直径是踏板缸直径的三倍。这进一步使力乘以9。总的来说，这个系统将你的脚的力增加了36倍。如果你在踏板上施加10磅的力，车轮挤压刹车片时将产生360磅(162公斤)的力。

这个简单的系统有几个问题。如果我们有一个泄漏？如果是缓慢泄漏，最终将没有足够的液体剩余来填充制动气缸，并且制动器将无法工作。如果是一个大的泄漏，那么你第一次应用刹车所有的流体将喷出泄漏，你将有完全的刹车故障。

现代汽车的主气缸就是为了应对这些潜在的故障而设计的。一定要看看这篇文章主气缸和组合阀是如何工作的，以及刹车系列的其他文章(请参阅下一页的链接)，以了解更多信息。