브레이크 페달을 밟으면 차가 멈추는 속도가 느려진다는 것은 모두 알고 있습니다. 그러나 어떻게 이런 일이 발생합니까? 자동차는 다리에서 바퀴로 힘을 어떻게 전달합니까? 자동차만큼 큰 것을 멈출 만큼 힘을 어떻게 곱합니까?
브레이크 페달을 밟으면 차가 유체를 통해 발의 힘을 브레이크로 전달합니다. 실제 브레이크에는 다리로 적용할 수 있는 것보다 훨씬 더 큰 힘이 필요하기 때문에 자동차도 발의 힘을 곱해야 합니다. 두 가지 방법으로 이 작업을 수행합니다.
브레이크는 마찰을 사용하여 타이어에 힘을 전달합니다. , 그리고 타이어는 마찰을 사용하여 그 힘을 도로에 전달합니다. 브레이크 시스템의 구성 요소에 대한 논의를 시작하기 전에 다음 세 가지 원칙을 다룰 것입니다.
다음 섹션에서 지렛대와 수리력에 대해 논의할 것입니다.
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아래 그림에서 힘 F가 레버의 왼쪽 끝에 가해지고 있습니다. 레버의 왼쪽 끝은 오른쪽 끝(X)의 두 배(2X)입니다. 따라서 레버의 오른쪽 끝에서는 2F의 힘을 사용할 수 있지만 왼쪽 끝이 이동하는 거리(Y)의 절반(2Y)을 통해 작용합니다. 레버의 왼쪽과 오른쪽 끝의 상대 길이를 변경하면 승수가 변경됩니다.
모든 유압 시스템의 기본 아이디어는 매우 간단합니다. 한 지점에 가해진 힘은 비압축성 유체를 사용하여 다른 지점으로 전달됩니다. , 거의 항상 일종의 오일. 대부분의 브레이크 시스템은 또한 그 과정에서 힘을 배가시킵니다.
두 개의 피스톤은 오일로 채워진 두 개의 유리 실린더에 끼워져 있고 오일로 채워진 파이프로 서로 연결되어 있습니다. 한 피스톤에 아래쪽으로 힘을 가하면 파이프의 오일을 통해 힘이 두 번째 피스톤으로 전달됩니다. 오일은 비압축성이므로 효율성이 매우 좋습니다. 적용된 힘의 거의 모두가 두 번째 피스톤에 나타납니다. 유압 시스템의 가장 큰 장점은 두 개의 실린더를 연결하는 파이프가 길이와 모양에 관계없이 가능하여 두 개의 피스톤을 분리하는 모든 종류의 것들을 통과할 수 있다는 것입니다. 파이프는 또한 분기할 수 있으므로 하나의 마스터 실린더가 원하는 경우 하나 이상의 슬레이브 실린더를 구동할 수 있습니다.
유압 시스템의 또 다른 멋진 점은 힘의 곱셈(또는 나눗셈)을 상당히 쉽게 만든다는 것입니다. 블록 및 태클 작동 방식 또는 기어비 작동 방식을 읽은 경우 거리에 대한 거래력이 기계 시스템에서 매우 일반적이라는 것을 알고 있습니다. 유압 시스템에서는 피스톤과 실린더의 크기를 상대적으로 변경하기만 하면 됩니다.
곱셈 계수를 결정하려면 먼저 피스톤의 크기를 살펴보십시오. 왼쪽 피스톤의 직경은 2인치(5.08cm)(1인치/2.54cm 반경)이고 오른쪽 피스톤의 직경은 6인치(15.24cm)(3인치/7.62cm 반경)라고 가정합니다. . 두 피스톤의 면적은 Pi * r 2 입니다. . 따라서 왼쪽 피스톤의 면적은 3.14이고 오른쪽 피스톤의 면적은 28.26입니다. 오른쪽 피스톤은 왼쪽 피스톤보다 9배 더 큽니다. 이것은 왼쪽 피스톤에 가해지는 모든 힘이 오른쪽 피스톤에 9배 더 크게 나온다는 것을 의미합니다. 따라서 왼쪽 피스톤에 100파운드의 아래쪽 힘을 가하면 오른쪽에 900파운드의 위쪽 힘이 나타납니다. 유일한 문제는 오른쪽 피스톤을 1인치(2.54cm) 올리려면 왼쪽 피스톤을 9인치(22.86cm) 눌러야 한다는 것입니다.
다음으로 브레이크 시스템에서 마찰이 하는 역할을 살펴보겠습니다.
마찰은 한 물체가 다른 물체 위로 미끄러지는 것이 얼마나 어려운지를 측정한 것입니다. 아래 그림을 보십시오. 두 블록 모두 같은 재료로 만들어졌지만 하나는 더 무겁습니다. 어느 쪽이 불도저로 밀기가 더 어려울지 우리 모두가 알고 있다고 생각합니다.
그 이유를 이해하기 위해 블록 중 하나와 테이블을 자세히 살펴보겠습니다.
블록이 육안으로 보기에는 매끄럽게 보이지만 실제로는 미시적으로는 상당히 거칠습니다. 블록을 테이블에 내려놓으면 작은 봉우리와 계곡이 함께 뭉개지고 일부는 실제로 함께 용접될 수 있습니다. 더 무거운 블록의 무게로 인해 더 많이 뭉쳐져서 미끄러지기가 더 어렵습니다.
서로 다른 재료는 서로 다른 미시적 구조를 가지고 있습니다. 예를 들어, 강철에 대해 강철을 미는 것보다 고무에 대해 고무를 미는 것이 더 어렵습니다. 재료 유형은 마찰 계수를 결정합니다. , 블록의 무게에 대한 블록을 미는 데 필요한 힘의 비율. 이 예에서 계수가 1.0이면 100파운드(45kg) 블록을 미는 데 100파운드의 힘이 필요하고 400파운드(400파운드) 블록을 미는 데 400파운드(180kg)의 힘이 필요합니다. 계수가 0.1이면 100파운드 블록으로 미끄러지는 데 10파운드의 힘이 필요하고 400파운드 블록을 미끄러지는데 40파운드의 힘이 필요합니다.
따라서 주어진 블록을 움직이는 데 필요한 힘의 양은 해당 블록의 무게에 비례합니다. 무게가 많을수록 더 많은 힘이 필요합니다. 이 개념은 회전하는 디스크에 패드를 대는 브레이크 및 클러치와 같은 장치에 적용됩니다. 패드를 누르는 힘이 클수록 제동력이 커집니다.
계수마찰에 대한 흥미로운 점은 일반적으로 물체를 계속 미끄러지게 하는 것보다 느슨하게 하는 데 더 많은 힘이 필요하다는 것입니다. 정마찰 계수가 있습니다. , 접촉하는 두 표면이 서로에 대해 미끄러지지 않습니다. 두 표면이 서로에 대해 슬라이딩하는 경우 힘의 양은 동적 마찰 계수에 의해 결정됩니다. , 일반적으로 정지 마찰 계수보다 작습니다.
자동차 타이어의 경우 동적 마찰 계수는 정지 마찰 계수보다 훨씬 작습니다. 자동차 타이어는 접촉 패치가 도로에 대해 미끄러지지 않을 때 가장 큰 견인력을 제공합니다. 미끄러질 때(미끌어지거나 소진되었을 때와 같이) 접지력이 크게 감소합니다.
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예를 들어 페달에서 피벗까지의 거리가 실린더에서 피벗까지의 거리의 4배이므로 페달에 가해지는 힘은 실린더에 전달되기 전에 4배 증가합니다.
또한 브레이크 실린더의 직경이 페달 실린더의 직경의 3배인 경우. 이렇게 하면 힘이 9배가 됩니다. 이 시스템은 모두 함께 발의 힘을 36배 증가시킵니다. 페달에 10파운드의 힘을 가하면 브레이크 패드를 조이는 휠에서 360파운드(162kg)가 생성됩니다.
이 간단한 시스템에는 몇 가지 문제가 있습니다. 누수가 발생하면 어떻게 합니까? ? 누출이 느린 경우에는 결국 브레이크 실린더를 채울 만큼 충분한 유체가 남지 않게 되어 브레이크가 작동하지 않게 됩니다. 큰 누출이 있는 경우 처음 브레이크를 밟을 때 모든 유체가 누출을 분출하여 완전한 브레이크 고장이 발생합니다.
현대 자동차의 마스터 실린더는 이러한 잠재적인 고장을 처리하도록 설계되었습니다. 마스터 실린더 및 콤비네이션 밸브 작동 방식에 대한 기사와 브레이크 시리즈의 나머지 기사(다음 페이지의 링크 참조)를 확인하여 자세히 알아보십시오.
