Eugene er en kvalificeret kontrol/ – instrumentation engineer Bsc (Eng) og har arbejdet som udvikler elektronik & software til SCADA-systemer.

Hjul og Aksel — En af de Seks Klassiske, Simple Maskiner

Hjul er overalt i vores moderne teknologiske samfund, men de har også været anvendt siden oldtiden. Det sted, du mest sandsynligt vil se et hjul, er på et køretøj eller trailer, men hjul bruges til en række andre applikationer. De er meget udbredt i maskiner i form af gear, remskiver, lejer, ruller og hængsler. Hjulet er afhængig af håndtaget for at reducere friktion.,
hjulet og akslen er en af de seks klassiske enkle maskiner defineret af Renæssanceforskere, som også inkluderer håndtaget, remskiven, kilen, det skrånende plan og skruen.

før du læser denne forklaring, som bliver lidt teknisk, ville det være nyttigt at læse en anden relateret artikel, der forklarer det grundlæggende i mekanik.,
kraft, masse, Acceleration og hvordan man forstår ne .tons bevægelseslove

hjulets historie

Hjul var usandsynligt, at de var blevet opfundet af kun en person og sandsynligvis udviklet i mange civilisationer uafhængigt over årtusinder. Vi kan kun forestille os, hvordan det skete. Måske bemærkede en lys gnist, hvor let det var at glide noget over jorden med afrundede stensten på det, eller observerede, hvor let træstammer kunne rulles, når de først var skåret ned. De første “hjul” var sandsynligvis ruller lavet af træstammer og placeret under store belastninger., Problemet med ruller er, at de er lange og tunge og skal konstant genplaceres under belastningen, så akslen måtte opfindes for at holde en tyndere disk, effektivt et hjul, på plads. Tidlige hjul blev sandsynligvis lavet af sten eller flade brædder sammenføjet i form af en disk.

Moment of a Force

for at forstå, hvordan hjul og håndtag fungerer, er vi nødt til at forstå begrebet moment of a force. Momentet af en kraft omkring et punkt er størrelsen af kraften multipliceret med den vinkelrette afstand fra punktet til kraftens linje.,

Hvorfor gør hjul det lettere at skubbe ting?

det hele koger ned for at reducere friktion. Så forestil dig, om du har en tung vægt, der hviler på jorden. Ne .tons 3.lov siger, at “for hver handling er der en lige og modsat reaktion”. Så når du forsøger at skubbe belastningen, overfører kraften gennem belastningen til den overflade, den hviler på., Dette er handlingen. Den tilsvarende reaktion er friktionskraften, der virker baglæns og er afhængig af både arten af overfladerne i kontakt og belastningens vægt. Dette er kendt som statisk friktion eller stiction og gælder for tørre overflader i kontakt. Oprindeligt svarer reaktionen til handlingen i størrelse, og belastningen bevæger sig ikke, men til sidst, hvis du skubber hårdt nok, når friktionskraften en grænse og øges ikke yderligere. Hvis du skubber hårdere, overskrider du den begrænsende friktionskraft, og belastningen begynder at glide., Friktionskraften fortsætter dog med at modsætte sig bevægelse (det reducerer lidt, når bevægelsen starter), og hvis belastningen er meget tung og/eller overfladerne i kontakt har en høj friktionskoefficient, kan det være svært at glide det.hjul eliminerer denne friktionskraft ved hjælp af gearing og en aksel. De har stadig brug for friktion, så de kan “skubbe tilbage” på jorden, som de ruller på, ellers sker glidning. Denne kraft modsætter sig dog ikke bevægelse eller gør det vanskeligere for hjulet at rulle.,

Pushing a Cart With a Load – Wheels Make it Easier

How Do Wheels Work?,

analyse af hjul på grund af en kraft på akslen

denne analyse gælder for eksemplet ovenfor, hvor hjulet udsættes for en kraft eller kraft F på akslen.

Fig. 1

En kraft, der virker på akslen, hvis radius er d.

Fig. 2

to nye lige, men modsatte kræfter introduceres, hvor hjulet møder overfladen., Denne teknik til at tilføje fiktive kræfter, der annullerer hinanden, er nyttig til at løse problemer.

Fig. 3

Når to kræfter virker i modsatte retninger, er resultatet kendt som et par, og dets størrelse kaldes drejningsmomentet. I diagrammet resulterer de tilsatte kræfter i et par plus en aktiv kraft, hvor hjulet møder overfladen., Størrelsen af dette par er kraften multipliceret med hjulets radius.

så Drejningsmoment t. = Fd.

Fig. 4

der sker meget her! De blå pile angiver de aktive kræfter, den lilla reaktionerne. Drejningsmomentet T., som erstattede de to blå pile, virker med uret., Igen kommer ne .tons tredje lov i spil, og der er et begrænsende reaktivt drejningsmoment tr ved akslen. Dette skyldes friktion forårsaget af vægt på akslen. Rust kan øge grænseværdien, smøring reducerer den.

et andet eksempel på dette er, når du forsøger at fortryde en møtrik, der er rustet på en bolt. Du anvender et drejningsmoment med en skruenøgle, men rusten binder møtrikken og virker imod dig. Hvis du anvender nok drejningsmoment, overvinder du det reaktive drejningsmoment, der har en grænseværdi. Hvis møtrikken er grundigt beslaglagt, og du anvender for meget kraft, vil bolten vride.,

i virkeligheden er tingene mere komplicerede, og der er yderligere reaktion på grund af hjulets inertimoment, men lad os ikke komplicere tingene og antage, at hjulene er vægtløse!

• Den vægt, der handler ned på hjulet, på grund af vægten af vognen er W.
• reaktion på jordoverfladen er Rn = W
• Der er også en reaktion på hjul/overflade interface på grund af den kraft F, der handler fremad. Dette modsætter sig ikke bevægelse, men hvis det ikke er tilstrækkeligt, vil hjulet ikke dreje og glide. Dette svarer til F og har en grænseværdi på Ff = uRn.,

Fig., 5

de to kræfter, der frembringer drejningsmomentet t., vises igen. Nu kan du se, at dette ligner et håndtagssystem som forklaret ovenfor. F virker over afstand d, og reaktionen ved akslen er Fr.
kraften F forstørres ved akslen og vises med den grønne pil. Dens størrelse er:

Fe = f(d/a)

da forholdet mellem hjuldiameteren og akseldiameteren er stort , dvs.d / a, reduceres den minimale kraft F, der kræves til bevægelse, forholdsmæssigt. Hjulet fungerer effektivt som en løftestang, forstørre kraften ved akslen, og overvinde grænseværdien af friktionskraften Fr., Bemærk også for en given Akseldiameter a, Hvis hjuldiameteren gøres større, Fe bliver større. Så det er lettere at skubbe noget med store hjul end små hjul, fordi der er en større kraft ved akslen for at overvinde friktion.

Der er Bedre, Store Hjul eller Små Hjul?,

da

drejningsmoment = kraft ved Aksel Radius Hjulradius

for en given kraft ved akslen er drejningsmomentet, der virker ved akslen, større for større hjul. Så friktion ved akslen er stærkt overvundet, og derfor er det lettere at skubbe noget med større hjul. Også hvis overfladen, som hjulet ruller på, ikke er meget fladt, har hjul med større diameter en tendens til at bygge bro over ufuldkommenheder, hvilket også reducerer den krævede indsats.,

Når et hjul er drevet af en aksel, da

Moment = Kraft, Aksel x Radius af Hjulet

derfor

der er Gældende på Aksel = Drejningsmoment / Radius af Hjulet

Så for en konstant drivende moment, med mindre diameter hjul producere en større trækkraft på aksel end de større hjul. Dette er den kraft, der skubber et køretøj.

spørgsmål & svar

spørgsmål: Hvordan reducerer et hjul indsats?

svar: det fjerner kinetisk friktion, der modsætter sig fremadgående bevægelse, når et objekt glider og erstatter det med friktion ved Aksel / hjulslag., Forøgelse af hjulets diameter reducerer denne friktion proportionalt.