Eugene er en kvalifisert kontroll/instrumentering ingeniør Bsc (Eng) og har jobbet som utvikler av elektronikk & programvare for SCADA-systemer.

– Hjul og Aksel — Et av de Seks Klassiske Enkle Maskiner

Hjul er overalt i vår moderne teknologiske samfunnet, men de har også vært brukt siden antikken. Stedet du er mest sannsynlig å se et hjul er på et kjøretøy eller tilhenger, men hjulene er brukt i en rekke andre programmer. De er mye brukt i maskiner i form av tannhjul, trinser, lagre, valser og hengsler. Hjulet er avhengig av spaken for å redusere friksjon.,
hjul og aksel er en av de seks klassiske enkle maskiner som er definert av Renaissance forskere, som også inkluderer spaken, skivene, kilen, skråplanet, og skruen.

Før du leser denne forklaringen som blir litt teknisk, ville det være nyttig å lese en annen relatert artikkel som forklarer det grunnleggende mekanikk.,
Kraft, Masse, Akselerasjon og Hvordan man skal Forstå Newtons bevegelseslover

Historie av Hjulet

Hjulene var usannsynlig å ha blitt oppfunnet av bare én person, og sannsynligvis utviklet seg i mange sivilisasjoner uavhengig over årtusener. Vi kan bare forestille oss hvordan det skjedde. Kanskje noen lyse gnist lagt merke til hvor lett det var å gli noe over bakken med avrundet stein småstein på det, eller observert hvor lett trestammer kunne rulles, når kutte ned. Den første «hjul» var trolig valser laget av trestammer og plassert under tung belastning., Problemet med valser, er at de er lange og tunge, og har til å være kontinuerlig re-plassert under belastning, så at aksel hadde for å være oppfunnet for å holde en tynnere disk, effektivt hjulet på plass. Tidlig hjulene var sannsynligvis laget av stein eller flatt brett sammen i form av en disk.

Øyeblikk av en Kraft

for Å forstå hvordan hjul og brytere fungerer, vi trenger å forstå konseptet av øyeblikk av en kraft. Det øyeblikket en styrke om et punkt er omfanget av kraft multiplisert med den vinkelrette avstand fra punkt til linje av kraft.,

Hvorfor Hjul Gjør det Enklere å Skyve Ting?

Det hele koker ned til å redusere friksjon. Så tenk deg hvis du har en tung vekt hviler på bakken. Newtons 3. Lov sier at «For hver handling, det er en lik og motsatt reaksjon». Så når du prøver å presse belastning, overfører kraft via legg til overflaten den ligger på., Dette er action. Tilsvarende reaksjon er kraften av friksjon handler bakover, og er avhengig av både arten av overflater i kontakt og vekten av lasten. Dette er kjent som statisk friksjon eller stiction og gjelder til tørre overflater som er i kontakt. I utgangspunktet reaksjonen kamper handlingen i omfang, og lasten ikke beveger seg, men til slutt hvis du presser hardt nok, friksjon kraft når en grense og ikke øker ytterligere. Hvis du presse hardere, du overskrider den begrensende friksjon kraft og legg begynner å gli., De force av friksjon men fortsetter å motsette bevegelse (det reduserer litt når bevegelse starter), og hvis belastningen er svært tunge og/eller overflater i kontakt med, har høy friksjon, kan det være vanskelig å skyve det.
Hjul eliminere denne friksjon kraft ved hjelp av belåning og en aksel. De trenger fortsatt friksjon, slik at de kan «push-back» på bakken som de roll, ellers glidning oppstår. Denne styrken imidlertid ikke motsette bevegelse eller gjøre det vanskeligere for hjulet til å rulle.,

Pushing a Cart With a Load – Wheels Make it Easier

How Do Wheels Work?,

Analyse av Hjulet på Grunn av en Kraft til den Akselen

Denne analysen gjelder for eksempel over hvor hjulet er underlagt en kraft eller innsats F på akselen.

Fig. 1

En kraft virker på akselen med radius d.

Fig. 2

To nye like, men motsatte kreftene er introdusert hvor hjulet møter overflaten., Denne teknikken med å legge inn fiktive krefter som kansellerer hverandre ut er nyttig for å løse problemer.

Fig. 3

Når to krefter handle i motsatt retning, resultatet er kjent som et par og dens omfang er kalt dreiemoment. I diagrammet, og den ekstra krefter resultere i et par pluss en aktiv force hvor hjulet møter overflaten., Omfanget av dette paret er den kraft multiplisert med radius på rattet.

Så Dreiemoment Tw = Fd.

Fig. 4

mye å gå på her! De blå pilene viser den aktive krefter, lilla reaksjoner. Dreiemoment Tw som erstattet de to blå piler, fungerer med klokken., Igjen Newtons tredje lov kommer inn i bildet, og det er en begrensende reaktiv dreiemoment Tr på akselen. Dette er på grunn av friksjonen på grunn av vekt på akselen. Rust kan øke grenseverdi, smøring reduserer det.

et Annet eksempel på dette er når du prøver å angre en mutter som er rustne på en bolt. Du bruker et dreiemoment med en skiftenøkkel, men rust binder mutter og handlinger mot deg. Hvis du bruker nok dreiemoment, du overvinne reaktiv moment som har en grenseverdi. Hvis mutteren er grundig beslaglagt opp, og du bruker for mye makt, bolt vil vri.,

I virkeligheten ting er mer komplisert, og det er ekstra reaksjon på grunn av øyeblikk av treghet i hjulene, men la oss ikke komplisere ting og antar at hjulene er vektløs!

• vekt opptrer ned på hjulet på grunn av vekten på vognen er W.
• reaksjonen på bakken er Rn = W
• Det er også en reaksjon på rattet/overflate-grensesnitt på grunn av kraften F som handler fremover. Dette ikke motsette bevegelse, men hvis det er utilstrekkelig, sykling vil ikke slå og vil gli. Denne er lik F og har en grenseverdi for Ff = uRn.,

Fig., 5

De to kreftene som produserer dreiemoment Tw er vist igjen. Nå kan du se denne ligner en spak system som forklart ovenfor. F fungerer over avstand d, og reaksjonen på den aksel er Fr.
force F er forstørret på akselen, og er vist med den grønne pilen. Dens størrelse er:

Fe = F(d/a)

Siden forholdet mellom hjuldiameter til aksel diameter er stor , dvs en d/a, minimum kraft F som kreves for å være i bevegelse er proporsjonalt redusert. Hjulet effektivt fungerer som en spak, stort styrken på akselen, og overvinne den begrenser verdien av friksjon kraft Fr., Legg også merke til for en gitt aksel diameter en, hvis hjulet diameter er gjort større, Fe blir større. Så det er lettere å presse noe med store hjul enn små hjul fordi det er en større kraft til den akselen til å overvinne friksjonen.

noe Som er Bedre, Store Hjul eller Små Hjul?,

Siden

Moment = Kraft på Aksel x Radius av Hjulet

for en gitt kraft til den akselen, dreiemoment opptrer på aksel er større for større hjul. Så friksjon på aksel er i stor grad overvinne,og derfor er det lettere å presse noe med større hjul. Også hvis overflaten at hjulet ruller på er ikke veldig flat, med større diameter på hjulene har en tendens til å bygge bro feil, noe som også reduserer innsatsen som kreves.,

Når et hjul er drevet av en aksel, siden

Moment = Kraft på Aksel x Radius av Hjulet

derfor

Kraft på Aksel = Dreiemoment / Radius av Hjulet

Så for en konstant dreiemomentet, mindre diameter hjul produserer en større tractive innsats på akselen enn større hjul. Dette er den kraft som presser et kjøretøy.

Spørsmål & Svar

Spørsmål: Hvordan ser et hjul redusere innsats?

Svar: Det fjerner kinetisk friksjon som motsetter bevegelse forover når et objekt er skled og erstatter det med friksjon på akselen/hjul juling., Øke diameteren på hjulet dette reduserer friksjon proporsjonalt.