adjuster

Brakesystems

doesthishappen？Howdoesyourcartransmittheforcefromyourlegtoitswheels？

Howdoesitmultiplytheforcesothatitinoughtostopsomethingasbigasacar？

BrakeImageGallery

ebrakeimages.

Whenyoudepressyourbrakepedal，yourcartransmitstheforcefromyourfootto

itsbrakesthroughafluid。Sincetheactualbrakesrequireamuchgreaterforcethanyou

couldapplywithyourleg,thisin

twoways:

•Mechanicaladvantage（leverage）

•Hydraulicforcemultiplication

Thebrakestransmittheforcetothetiresusingfriction,andthetirestransmitthat

webeginourdiscussiononthecomponentsof

thebrakesystem，we’llcoverthethreeprinciples:

•Leverage

•Hydraulics

•Friction

LeverageandHydraulics

Inthefigurebelow,tend

oftheleveristwiceaslong(2X）astherightend(X).Therefore,ontherightendofthe

leveraforceof2Fisavailable，butitactsthroughhalfofthedistance(Y)thattheleftend

moves（2Y)。Changingtherelativelengthsoftheleftandrightendsoftheleverchanges

themultipliers。

Thepedalisdesignedinsuchawaythatitcanmultiplytheforcefromyour

legveraltimesbeforeanyforceiventransmittedtothebrakefluid.

Thebasicideabehindanyhydraulicsystemisverysimple:Forceappliedatone

pointistransmittedtoanotherpointusinganincompressiblefluid，almostalwaysanoil

ofsomesort。Mostbrakesystemsalsomultiplytheforceintheprocess。Hereyoucan

ethesimplestpossiblehydraulicsystem:

YourbrowrdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled.

Simplehydraulicsystem

Inthefigureabove，twopistons(showninred）arefitintotwoglasscylindersfilled

withoil（showninlightblue)andconnectedtooneanotherwithanoil-filledpipe。Ifyou

applyadownwardforcetoonepiston(theleftone，inthisdrawing），thentheforceis

ilisincompressible,the

efficiencyisverygood——almostalloftheappliedforceappearsatthecondpiston.

Thegreatthingabouthydraulicsystemsisthatthepipeconnectingthetwocylinderscan

beanylengthandshape，allowingittosnakethroughallsortsofthingsparatingthe

ecanalsofork,sothatonemastercylindercandrivemorethanone

slavecylinderifdesired，asshowninhere：

YourbrowrdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled。

Mastercylinderwithtwoslaves

Theotherneatthingaboutahydraulicsystemisthatitmakesforcemultiplication(or

division)fairlyeasy。IfyouhavereadHowaBlockandTackleWorksorHowGearRatios

Work，thenyouknowthattradingforcefordistanceisverycommoninmechanical

raulicsystem,allyouhavetodoischangethesizeofonepistonand

cylinderrelativetotheother,asshownhere：

YourbrowrdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled.

Hydraulicmultiplication

Todeterminethemultiplicationfactorinthefigureabove，startbylookingatthesize

ofthepistons。Assumethatthepistonontheleftis2inches（5。08cm）indiameter

（1-inch/2.54cmradius),whilethepistonontherightis6inches(15.24cm)indiameter

(3—inch/7.62cmradius).TheareaofthetwopistonsisPi*aoftheleftpiston

istherefore3。14,whiletheareaofthepistonontherightis28.26。Thepistonontheright

isninetimeslargerthanthepistonontheleft。Thismeansthatanyforceappliedtothe

left—handpistonwillcomeoutninetimesgreaterontheright-handpiston。So,ifyou

applya100-pounddownwardforcetotheleftpiston，a900—poundupwardforcewill

ycatchisthatyouwillhavetodepresstheleftpiston9inches

（22.86cm)toraitherightpiston1inch（2。54cm).

ASimpleBrakeSystem

Beforewegetintoallthepartsofanactualcarbrakesystem,let’slookatasimplified

system：

YourbrowrdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled。

Asimplebrakesystem

Youcanethatthedistancefromthepedaltothepivotisfourtimesthedistance

fromthecylindertothepivot，sotheforceatthepedalwillbeincreadbyafactoroffour

beforeitistransmittedtothecylinder.

Youcanalsoethatthediameterofthebrakecylinderisthreetimesthediameter

rthermultipliestheforcebynine。Alltogether,thissystem

increastheforceofyourfootbyafactorof36。Ifyouput10poundsofforceonthe

pedal,360pounds(162kg）willbegeneratedatthewheelsqueezingthebrakepads。

Thereareacoupleofproblemswiththissimplesystem。Whatifwehavealeak？If

itisaslowleak，eventuallytherewillnotbeenoughfluidlefttofillthebrakecylinder，

amajorleak,thenthefirsttimeyouapplythebrakes

allofthefluidwillsquirtouttheleakandyouwillhavecompletebrakefailure。

Drumbrakesworkonthesameprincipleasdiscbrakes：Shoespressagainsta

spinningsurface。Inthissystem，thatsurfaceiscalledadrum.

edrumbrake

pictures。

Manycarshavedrumbrakesontherearwheelsanddiscbrakesonthefront。

Drumbrakeshavemorepartsthandiscbrakesandarehardertorvice,buttheyare

lesxpensivetomanufacture，andtheyeasilyincorporateanemergencybrake

mechanism.

InthiditionofHowStuffWorks,wewilllearnexactlyhowadrumbrakesystem

works，examinetheemergencybraketupandfindoutwhatkindofrvicingdrum

brakesneed.

akewithdruminplace

akewithoutdruminplace

Let'sstartwiththebasics。

TheDrumBrake

Thedrumbrakemaylookcomplicated,anditcanbeprettyintimidatingwhenyou

’sbreakitdownandexplainwhateachpiecedoes。

fadrumbrake

Likethediscbrake,thedrumbrakehastwobrakeshoesandapiston。Butthedrum

brakealsohasanadjustermechanism，anemergencybrakemechanismandlotsof

springs。

First,thebasics:Figure5showsonlythepartsthatprovidestoppingpower.

YourbrowrdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled.

Figure5。Drumbrakeinoperation

Whenyouhitthebrakepedal，thepistonpushesthebrakeshoesagainstthedrum.

That’sprettystraightforward，butwhydoweneedallofthosprings?

umbrakesare

lf-actuating。Figure5showsthatasthebrakeshoescontactthedrum，thereisakind

ofwedgingaction,whichhastheeffectofpressingtheshoesintothedrumwithmore

force。

Theextrabrakingforceprovidedbythewedgingactionallowsdrumbrakestoua

，becauofthewedgingaction,theshoesmustbe

thereasonforsomeof

pringshelpholdthebrakeshoesinplaceandreturntheadjusterarm

afteritactuates.

BrakeAdjuster

Forthedrumbrakestofunctioncorrectly,thebrakeshoesmustremainclotothe

drumwithouttouchingit。Iftheygettoofarawayfromthedrum(astheshoeswear

down，forinstance),thepistonwillrequiremorefluidtotravelthatdistance,andyour

brakepedalwillsinkclortothefloorwhenyouapplythebrakes。Thisiswhymost

drumbrakeshaveanautomaticadjuster.

ermechanism

Nowlet'saddinthepartsoftheadjustermechanism。Theadjusterusthe

lf-actuationprinciplewediscusdabove。

YourbrowrdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled。

akeadjusterinoperation

InFigure7，youcanethatasthepadwearsdown,morespacewillform

betweentheshoeandthedrum。Eachtimethecarstopswhileinrever,theshoeis

egapgetsbigenough,theadjustingleverrocks

enoughtoadvancetheadjustergearbyonetooth。Theadjusterhasthreadsonit,likea

bolt,sothatitunscrewsalittlebitwhenitturns，lengtheningtofillinthegap。Whenthe

brakeshoeswearalittlemore，theadjustercanadvanceagain，soitalwayskeepsthe

shoesclotothedrum。

Somecarshaveanadjusterthatisactuatedwhentheemergencybrakeisapplied.

Thistypeofadjustercancomeoutofadjustmentiftheemergencybrakeisnotudfor

uhavethistypeofadjuster,youshouldapplyyour

emergencybrakeatleastonceaweek。

Servicing

Themostcommonrvicerequiredfordrumbrakesischangingthebrakeshoes.

Somedrumbrakesprovideaninspectionholeonthebackside，whereyoucanehow

muchmaterialisleftontheshoe。Brakeshoesshouldbereplacedwhenthefriction

materialhasworndowntowithin1/32inch(0。8mm)oftherivets。Ifthefrictionmaterial

isbondedtothebackingplate（norivets)，thentheshoesshouldbereplacedwhenthey

haveonly1/16inch（1.6mm）ofmaterialleft.

PhotocourtesyofalocalAutoZonestore

hoe

Justasindiscbrakes,deepscoressometimesgetwornintobrakedrums。Ifa

worn—outbrakeshoeisudfortoolong,therivetsthatholdthefrictionmaterialtothe

scoreddrumcansometimesberepaired

iscbrakeshaveaminimumallowablethickness，drumbrakes

haveamaximumallowablediameter。Sincethecontactsurfaceistheinsideofthe

drum,asyouremovematerialfromthedrumbrakethediametergetsbigger.

rum

制动系统

众所周知，踩下制动踏板可以使汽车减速至停止.但这是如何产生的呢？汽车是如

何将力从你的腿传递到车轮的呢？汽车是如何将力放大到足够大以致可以将像汽车一

样大的东西制动的呢？

制动系统组件

当你踩下制动踏板的时候,汽车通过液体把力从脚传递到制动器。因为制动器需要

的真正力量比你的腿能提供的要大的多，所以汽车必须放大脚产生的力

有两种方式：

机械杠杆作用

液力放大

制动器通过摩擦把力传递给轮胎,并且轮胎也是通过摩擦把力传递给路面的。在我

们讨论制动系统的组成之前，先来介绍以下三条原则：

杠杆

液力

摩擦力

杠杆和液力

在下面的图中，一个力F加在杠杆的左端。左端的杠杆长度(2X）是右端（X）的

两倍。因此杠杆右端可施加的力为2F，但是右端移动的距离(Y）是左端距离（2Y)的

一半.改变杠杆的左端和右端的长度可以改变放大系数。

任何液压系统背后的基本原理都是非常简单的：作用在某一点力通过通常是油一类的不

可压缩的液体传递到另一点。大多数的制动系统也在这个过程中放大力。下面的是最简

单的液压系统：

简单液压系统

在上图中，两个活塞放在两个充满油的玻璃液压缸中并且由充满油的管道相连。如

果在一个活塞上施加一个向下的力，那么力将通过管道中的油传递到第二个活塞。因为

油液是不可压缩的，所以传递效率很好，大部分的作用力都传递到了另一个活塞.

液压系统的好处连接两液压缸的管道可以是任何长度和形状,这样就可以使管道弯曲的

通过两活塞之间的各种部件。管道也可以是分叉的，如果有需要的话，这样一个主缸可

以驱动数个副缸。如下图所示：

带有两个副缸的主缸

液压系统的另一个好处是产生放大（或者缩小)力相当地容易。如果你一读过滑车

设备工作原理或者齿轮齿数比原理,那么你就会知道在机械系统中把力转化为距离处理

是很常见的。在液压系统中，我们所要做的就是相对地改变一组活塞和液压缸的尺寸。

如下图所示:

液压增力原理

为了确定上图中的放大因子，先由观察活塞的尺寸开始。假设左边活塞的直径为2

英尺（5.08cm而右边的直径为6英尺(15。24cm）。两个活塞的面积是Pi*r2。因此

左面活塞的面积是3.14,而右面的面积是28。26。右面活塞的面积是左边的九倍大。这

就意味着无论在左面的活塞上施加多大的力，在右面的活塞上就会输出九倍于左面的

力。所以，如果在左边活塞上施加100磅向下的力，那么在右面活塞上将产生900磅

向上的力.唯一的补偿是左面的活塞要移动9英尺（22.86cm)来使右面提升1英尺（2。

54cm）

一个简单的制动系统

在我们深入了解一个真实的制动系统的各部分之前，让我们先来看一个简化的系

统:

我们可以看到踏板到枢轴的距离是液压缸到枢轴距离的4倍，所以施加在踏板上的力

在传递到液压缸之前将被增加4倍.我们还可以看到制动缸的直径是踏板缸直径的3倍。

这就将力进一步放大了九倍.最终这个系统将腿上的力增加了36倍。所以，如果在踏板

上施加10磅的力,将在挤压制动带的轮上产生369磅（162kg)的力.

下面是这种简单系统所存在的问题.要是系统有泄漏该怎么办呢？如果是轻微泄漏，

最终将会没有足够的油使制动缸充满，并且制动器将停止工作。如果是严重泄漏,那么

在你制动的第一时间，所有的油液将从泄露处喷射而出，并且制动系统将彻底地不起作

用.

鼓式制动器的工作原理和盘式制动器是一样的：制动面接触一个磨砂的表面。在这

个系统中，那个表面称作制动鼓

图1.制动鼓的位置

许多汽车的后轮安装鼓式制动器，而盘式制动器安装在前面.鼓式制动器比盘式制

动器有更多的零件并且更难检修。但是制造成本相对便宜，还有鼓式制动器容易组装

一个紧急使用的制动装置。

在本版本的HowStuffWorks中,我们将详尽了解鼓式制动系统是如何工作的。考察

紧急制动系统的组成，并且找到鼓式制动器需要何种检修工作.

图2。有鼓的鼓式制动器

图3。未安装鼓的鼓式制动器

让我们基础开始：

鼓式制动器

鼓式制动器可能看起来比较复杂，它可以是很复杂的,当你打开一个的时候。让我

们拆开它，并解释每一块的作用。

图4.鼓式制动器的组成

如盘式制动器，鼓式制动器有两个制动蹄和一个活塞。但是鼓式制动器也有一个

调节机制，紧急刹车机制和大量的弹簧。

首先，基础知识:图5显示只有部分提供的制动力。

图5。工作状态下的鼓式制动器

当你踩下刹车踏板时,活塞推动紧靠着鼓的制动蹄。这是很简单的，但为什么我们

需要所有这些弹簧呢？

这使它变的有点复杂许多鼓式制动器是自增力式的。图5表明，当制动蹄与鼓相

接触的时候，两者间有一个楔入运动，这起到了产生更多的力量将制动蹄向鼓挤压.

由楔入运动提供的额外制动力使得鼓式制动器可以使用比盘式制动器更小的活

塞.

但是由于这种楔入运动，在制动释放的时候制动蹄必须从鼓拉离开。这是使用其

中部分弹簧的原因。其它弹簧的作用是将制动蹄固定并且驱动调节臂返回。

制动调节器

为了使鼓式制动器正确的工作，制动蹄必须紧贴着鼓但是不碰到它。如果离鼓太

远的话,活塞将需要更多的油液以通过那段距离，并且当你制动时,制动踏板将下行而离

地板更近。这就是为什么大多数的鼓式制动器有一个自动调节装置的原因。

图6。调节机构

现在让我们在把调节机构也加进来，这个调节器使用的是上面讨论过的自增力原

理。

图7。工作状态下的鼓式制动调节器

在图7中，我们可以看到由于摩擦片的磨损，这使得制动蹄和鼓之间形成更大的

空间.每次车停下的时候，相反的是制动蹄被拉的和鼓更紧.当间隙变的足够大时,调节杠

杆足够摆动推进调节齿轮先前转动一个齿.调节装置有一个行程,就像一个螺栓，以便当

它转动时旋开一点点，延长以填补间隙。当制动蹄进一步磨损，调节器又可以再向前。

所以它总是保持制动蹄紧靠着鼓。

有些汽车紧急刹车时有一个被驱动的调节器.如果紧急制动很长一段时间没有使

用，这种类型的调节器可以产生调节作用。所以如果你有这种类型的调节器，你应该每

周至少使用一次紧急制动装置。

检修

鼓式制动器最常见的检修是更换制动蹄。一些鼓式制动器在背面设置了一个检查孔，通

过这个孔,你可以看到制动蹄上还剩余多少摩擦材料.当摩擦材料

磨损到铆钉内1/32英寸（0.8mm）时，必须更换制动蹄。如果摩擦材料和垫板直接连

接（无铆钉),那么当摩擦材料只剩下1/16英寸（1。6mm）时，就该换制动蹄了。

图9.制动蹄

正如在盘式制动器中，深的刻痕可能会磨穿到制动鼓。如果一个磨损的制动蹄使用

过长的时间，把摩擦片固定到垫板上铆钉可以将制动鼓摸出一条凹槽。一个严重磨损的

制动鼓有时可以被修补修复。盘式制动器有最小允许厚度，鼓式制动器有一个最大允许

直径。因为接触表面是鼓的内侧。当你将材料从制动器中取出时，制动鼓的直径变大了.

图10。制动鼓