刹车的工作原理

在下面的图中，一个力F被施加在杠杆的左端。杠杆的左端(2X)是右端(X)的两倍长。因此，杠杆的右端有2F的力，但它的作用距离是左端移动距离(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是非常简单的:在一点施加的力是传输到另一点使用不可压缩流体，几乎都是某种油。大多数的刹车系统在这个过程中也会增加动力。

简单的液压系统

两个活塞装在两个装满油的玻璃缸里，用一根充油管把它们连接起来。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，效率非常好——几乎所有的作用力都出现在第二个活塞上。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，允许它蜿蜒穿过分隔两个活塞的各种东西。管子也可以分叉，所以那个主缸如果需要，可以驱动多个从缸。

主缸有两个从缸

关于液压系统的另一件整洁的事情是，它使力的乘法(或除法)相当容易。如果你读过拦截和铲球是如何工作的或齿轮传动比是如何工作的，那么你就知道用力换取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，首先要看活塞的大小。假设左边的活塞直径为2英寸(5.08 cm)(1英寸/ 2.54 cm半径)，右边的活塞直径为6英寸(15.24 cm半径)(3英寸/ 7.62 cm半径)。两个活塞的面积是Pi * r²．因此，左边活塞的面积是3.14，而右边活塞的面积是28.26。右边的活塞比左边的大9倍。这意味着任何作用在左边活塞上的力都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磅向下的力，右边就会出现一个900磅向上的力。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，我们来看看摩擦在刹车系统中所起的作用。

摩擦力是衡量一个物体在另一个物体上滑动的困难程度的指标。看看下图。两个积木都是用同样的材料做的，但其中一个更重。我想我们都知道哪一个对推土机来说更困难。

为了理解为什么会这样，让我们仔细看看其中一个块和表:

尽管这些石块在肉眼看来是光滑的，但在显微镜下它们实际上是相当粗糙的。当你把积木放在桌子上时，小的峰和谷会被压在一起，其中一些可能会焊接在一起。较重的石块的重量使它更容易挤在一起，所以它更难滑动。

不同的材料具有不同的微观结构;例如，在橡胶上滑动要比在橡胶上滑动难钢对钢。材料的类型决定了摩擦系数，滑动石块所需的力与石块重量之比。如果在我们的例子中系数是1.0，那么将需要100磅的力来滑动100磅(45千克)的物体，或400磅(180千克)的力来滑动400磅的物体。如果系数是0.1，那么需要10磅的力才能滑到100磅的物体或者40磅的力才能滑到400磅的物体。

所以移动一个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，将垫子压在旋转的圆盘上。压在垫板上的力越大，停止力就越大。

比如说，踏板到支点的距离是圆柱到支点距离的四倍，所以踏板上的力在传递到圆柱之前会增加四倍。

如果制动缸的直径是踏板缸直径的三倍。这个力又增加了9倍。总之，这个系统使你的脚的力量增加了36倍。如果你在踏板上施加10磅的力，在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缸，刹车将无法工作。如果这是一个重大的泄漏，那么第一次你应用刹车所有的流体将喷出泄漏，你将有完全的刹车失败。

现代汽车的主缸设计就是为了应对这些潜在的故障。一定要看看上面的文章主气瓶和组合阀是如何工作的，以及制动器系列的其他文章(请参阅下一页的链接)，以了解更多。