Eugene egy képzett vezérlő / műszerész mérnök Bsc (Eng) és dolgozott, mint a fejlesztő az elektronika & szoftver SCADA rendszerek.

A Kerék, Tengely — az Egyik a Hat Klasszikus Egyszerű Gépek

Kerekek mindenütt a modern technológiai társadalom, de ők is használják ősidők óta. A hely, ahol a legvalószínűbb, hogy egy kerék van egy jármű vagy pótkocsi, de kerekek használják a különböző egyéb alkalmazások. Ezek széles körben használják a gépek formájában fogaskerekek, Szíjtárcsák, csapágyak, hengerek, zsanérok. A kerék a karra támaszkodik a súrlódás csökkentése érdekében.,
a kerék és a tengely egyike a reneszánsz tudósok által definiált hat klasszikus egyszerű gépnek, amely magában foglalja a kart, a szíjtárcsát, az éket, a ferde síkot és a csavart is.

mielőtt elolvasná ezt a magyarázatot, amely kissé technikai jellegűvé válik, hasznos lenne elolvasni egy másik kapcsolódó cikket, amely megmagyarázza a mechanika alapjait.,
erő, tömeg, gyorsulás és hogyan lehet megérteni Newton mozgási törvényeit

A kerék története

a kerekeket valószínűleg csak egy ember találta fel, és valószínűleg sok civilizációban önállóan fejlődött ki a millenia felett. Csak el tudjuk képzelni, hogyan történt. Talán néhány fényes szikra észrevette, milyen könnyű volt, hogy csúszik valamit a föld felett lekerekített kő kavicsok rajta, vagy megfigyelhető, hogy milyen könnyen fatörzsek lehet hengerelt, egyszer levágta. Az első “kerekek” valószínűleg fatörzsekből készült görgők voltak, amelyeket nehéz terhek alatt helyeztek el., A görgőkkel az a baj, hogy hosszúak és nehezek, és a terhelés alatt folyamatosan újra kell pozicionálni őket, ezért a tengelyt úgy kellett feltalálni, hogy egy vékonyabb korongot, gyakorlatilag egy kereket tartsanak a helyükön. A korai kerekek valószínűleg kőből vagy lapos táblákból készültek, amelyek egy korong formájává egyesültek.

egy erő pillanata

ahhoz, hogy megértsük, hogyan működnek a kerekek és karok, meg kell értenünk az erő pillanatának fogalmát. Egy pont körüli erő pillanata az erő nagysága, szorozva a ponttól az erő vonaláig terjedő merőleges távolsággal.,

miért könnyítik meg a kerekek a dolgok Tolását?

mindez a súrlódás csökkentéséhez vezet. Tehát képzelje el,ha nagy súlya van a földön. Newton 3. törvénye kimondja, hogy “minden cselekvéshez egyenlő és ellentétes reakció van”. Tehát, amikor megpróbálja megnyomni a terhelést, az erő a terhelésen keresztül továbbítja azt a felületet, amelyen nyugszik., Ez az akció. A megfelelő reakció a visszafelé ható súrlódási erő, amely mind az érintkező felületek jellegétől, mind a terhelés súlyától függ. Ezt statikus súrlódásnak vagy ragasztásnak nevezik, és az érintkezésben lévő száraz felületekre vonatkozik. Kezdetben a reakció nagysága megegyezik az akcióval, a terhelés nem mozog, de végül, ha elég keményen nyomod, a súrlódási erő eléri a határértéket, és nem növekszik tovább. Ha erősebben nyom, túllépi a korlátozó súrlódási erőt, és a terhelés elkezd csúszni., A súrlódási erő azonban továbbra is ellenáll a mozgásnak (egy kicsit csökken, ha a mozgás elindul), és ha a terhelés nagyon nehéz és / vagy az érintkező felületek nagy súrlódási együtthatóval rendelkeznek, nehéz lehet csúsztatni.
A kerekek tőkeáttétel és tengely segítségével kiküszöbölik ezt a súrlódási erőt. Még mindig súrlódásra van szükségük, hogy” visszahúzódjanak ” azon a talajon, amelyen gördülnek, különben csúszás következik be. Ez az erő azonban nem ellenzi a mozgást, vagy megnehezíti a kerék gördülését.,

Pushing a Cart With a Load – Wheels Make it Easier

How Do Wheels Work?,

A kerék elemzése a tengelyen lévő erő miatt

Ez az elemzés a fenti példára vonatkozik, ahol a kerék a tengelyen F erő vagy erőkifejtés alá esik.

ábra. 1

egy erő hat a tengelyre, amelynek sugara d.

figcaption>

image © eugbug

ábra. 2

két új egyenlő, de ellentétes erő kerül bevezetésre, ahol a kerék megfelel a felületnek., Ez a technika hozzá fiktív erők, amelyek megszünteti egymást, hasznos a problémák megoldására.

fig. 3

amikor két erő ellentétes irányban hat, az eredményt párnak nevezik, annak nagyságát pedig nyomatéknak nevezik. Az ábrán a hozzáadott erők pár plusz aktív erőt eredményeznek, ahol a kerék megfelel a felületnek., Ennek a párnak a nagysága az erő szorozva a kerék sugarával.

tehát nyomaték Tw = Fd.

fig. 4

sok minden folyik itt! A kék nyilak jelzik az aktív erőket, a lila a reakciókat. A TW nyomaték, amely felváltotta a két kék nyilat, az óramutató járásával megegyező irányban működik., Ismét Newton harmadik törvénye lép életbe, és van egy korlátozó reaktív nyomaték Tr a tengelyen. Ennek oka a tengely súlya által okozott súrlódás. A rozsda növelheti a korlátozó értéket, a kenés csökkenti.

egy másik példa erre az, amikor megpróbál visszavonni egy csavart rozsdásodó anyát. Egy csavarkulccsal nyomatékot ad, de a rozsda összeköti az anyát és ellened cselekszik. Ha elegendő nyomatékot alkalmaz, akkor legyőzi a reaktív nyomatékot, amelynek korlátozó értéke van. Ha az anyát alaposan lefoglalják, és túl sok erőt alkalmaz, a csavar megcsavarodik.,

a valóságban a dolgok bonyolultabbak, a kerekek tehetetlenségének pillanata miatt további reakció következik be, de ne bonyolítsuk a dolgokat, és tegyük fel, hogy a kerekek súlytalanok!

• a kocsi súlya miatt a kerékre ható súly W.
• a talajfelszínen fellépő reakció Rn = w
• a kerék/felület felületén is reakció lép fel az előre ható F erő miatt. Ez nem ellenzi a mozgást, de ha ez nem elegendő,a kerék nem fog elfordulni, és csúszik. Ez egyenlő F-vel, és korlátozó értéke Ff = uRn.,

Fig., 5

a TW nyomatékot előállító két erő ismét megjelenik. Most már láthatja, hogy ez hasonlít egy karrendszerre, amint azt fentebb kifejtettük. F A D távolságra hat, a tengelyre adott reakció Fr.
az F erőt a tengelyen nagyítják és a zöld nyíl mutatja. Nagysága:

Fe = F (d / a)

mivel a kerék átmérőjének a tengely átmérőjéhez viszonyított aránya nagy , azaz d/a, a mozgáshoz szükséges minimális F erő arányosan csökken. A kerék hatékonyan működik, mint egy kar, nagyítva az erő a tengelyen, leküzdve a korlátozó értéke a súrlódási erő Fr., Értesítés egy adott tengelyátmérőre is, ha a kerék átmérője nagyobb, az Fe nagyobb lesz. Tehát könnyebb valamit nagy kerekekkel nyomni, mint a kis kerekek, mert a tengelyen nagyobb erő van a súrlódás leküzdésére.

melyik a jobb, nagy kerekek vagy kis kerekek?,

mivel

nyomaték = erő a kerék X tengelyén

egy adott tengelyen lévő erőnél a tengelyen ható nyomaték nagyobb a nagyobb kerekeknél. Tehát a tengelyen a súrlódás nagymértékben leküzdhető, ezért könnyebb valamit nagyobb kerekekkel nyomni. Akkor is, ha a felület, amelyen a kerék gördül, nem túl lapos, a nagyobb átmérőjű kerekek hajlamosak áthidalni a hiányosságokat, ami szintén csökkenti a szükséges erőfeszítést.,

Ha egy kerék hajtja meg egy tengely, mivel

Nyomaték = Erő x Tengely Sugara Kerék

ezért

Erő Tengely = Nyomaték / Sugarú Kerék

Tehát egy állandó nyomaték, kisebb átmérőjű kerekek készítsen egy nagyobb vonóerő erőfeszítést a tengely, mint a nagyobb kerekek. Ez az erő, amely megnyomja a járművet.

kérdések & válaszok

kérdés: hogyan csökkenti a kerék az erőfeszítést?

válasz: eltávolítja a kinetikus súrlódást, amely ellenzi az előremenő mozgást, amikor egy tárgy elcsúszik, és a tengely/kerék dobásakor súrlódással helyettesíti., A kerék átmérőjének növelése arányosan csökkenti ezt a súrlódást.