Eugene is een gekwalificeerd besturings – / instrumentatietechnicus Bsc (Eng) en heeft gewerkt als ontwikkelaar van elektronica & software voor SCADA-systemen.

het wiel en de as — een van de zes klassieke eenvoudige Machines

wielen zijn overal in onze moderne technologische samenleving, maar ze worden ook al sinds de oudheid gebruikt. De plaats waar u het meest waarschijnlijk een wiel te zien is op een voertuig of aanhangwagen, maar de wielen worden gebruikt voor een verscheidenheid van andere toepassingen. Ze worden veel gebruikt in machines in de vorm van tandwielen, katrollen, lagers, rollen en scharnieren. Het wiel is afhankelijk van de hendel om wrijving te verminderen.,het wiel en de as zijn een van de zes klassieke eenvoudige machines gedefinieerd door Renaissance wetenschappers, die ook de Hefboom, De Katrol, de wig, het hellende vlak en de schroef omvat.

voordat u deze uitleg leest, die een beetje technisch wordt, zou het nuttig zijn om een ander gerelateerd artikel te lezen dat de basisprincipes van mechanica uitlegt.,kracht, massa, versnelling en hoe Newton ‘ s bewegingswetten te begrijpen de geschiedenis van het wiel

wielen waren waarschijnlijk niet door één persoon uitgevonden en zijn waarschijnlijk in vele beschavingen onafhankelijk over de millenia ontwikkeld. We kunnen ons alleen maar voorstellen hoe het gebeurd is. Misschien merkte een heldere vonk hoe gemakkelijk het was om iets over de grond te schuiven met afgeronde stenen kiezels erop, of zag hoe gemakkelijk boomstammen konden worden gerold, eenmaal gekapt. De eerste” wielen ” waren waarschijnlijk rollen gemaakt van boomstammen en geplaatst onder zware lasten., Het probleem met rollen is dat ze lang en zwaar zijn en voortdurend onder de belasting moeten worden geplaatst, zodat de as moest worden uitgevonden om een dunnere schijf, effectief een wiel, op zijn plaats te houden. Vroege wielen waren waarschijnlijk gemaakt van steen of platte planken samengevoegd in de vorm van een schijf.

Moment van een kracht

om te begrijpen hoe wielen en hefbomen werken, moeten we het concept van moment van een kracht begrijpen. Het moment van een kracht om een punt is de grootte van de kracht vermenigvuldigd met de loodrechte afstand van het punt tot de lijn van de kracht.,

waarom maken wielen het makkelijker om dingen te duwen?

Het komt allemaal neer op het verminderen van wrijving. Stel je voor dat je een zwaar gewicht op de grond hebt liggen. Newton ‘ s derde wet stelt dat “voor elke actie, er een gelijke en tegengestelde reactie is”. Dus als je de belasting probeert te duwen, stuurt de kracht door de belasting naar het oppervlak waarop het rust., Dit is de actie. De overeenkomstige reactie is de wrijvingskracht die achteruit werkt en is afhankelijk van zowel de aard van de contactvlakken als het gewicht van de belasting. Dit staat bekend als statische wrijving of sticking en is van toepassing op droge oppervlakken in contact. In eerste instantie komt de reactie overeen met de actie in grootte en de belasting beweegt niet, maar uiteindelijk als je hard genoeg duwt, bereikt de wrijvingskracht een limiet en neemt niet verder toe. Als je harder duwt, overschrijd je de beperkende wrijvingskracht en begint de belasting te glijden., De kracht van de wrijving blijft echter tegen de beweging in (het vermindert een beetje zodra de beweging begint), en als de belasting zeer zwaar is en/of de oppervlakken in contact hebben een hoge wrijvingscoëfficiënt, kan het moeilijk zijn om het te schuiven.
wielen elimineren deze wrijvingskracht door gebruik te maken van hefboomwerking en een as. Ze hebben nog steeds wrijving nodig, zodat ze kunnen” duwen ” op de grond waarop ze rollen, anders slippen optreedt. Deze kracht verzet zich echter niet tegen beweging of maakt het voor het wiel moeilijker om te rollen.,

Pushing a Cart With a Load – Wheels Make it Easier

How Do Wheels Work?,

analyse van het wiel door een kracht op de as

deze analyse is van toepassing op het voorbeeld hierboven waarbij het wiel een kracht of kracht F op de AS heeft.

Fig. 1

een kracht werkt op de as waarvan de straal d is.

Fig. 2

twee nieuwe gelijke maar tegengestelde krachten worden geïntroduceerd waar het wiel het oppervlak raakt., Deze techniek van het toevoegen van fictieve krachten die elkaar opheffen is nuttig voor het oplossen van problemen.

Fig. 3

wanneer twee krachten in tegengestelde richting werken, wordt het resultaat een koppel genoemd en wordt de magnitude het koppel genoemd. In het diagram resulteren de toegevoegde krachten in een paar plus een actieve kracht waar het wiel het oppervlak raakt., De grootte van dit koppel is de kracht vermenigvuldigd met de straal van het wiel.

dus koppel Tw = Fd.

Afb. 4

er gebeurt hier veel! De blauwe pijlen geven de actieve krachten aan, de paarse de reacties. De torque Tw die de twee blauwe pijlen verving, werkt met de klok mee., Opnieuw komt de derde wet van Newton in het spel en is er een limiterend reactief koppel Tr op de as. Dit komt door wrijving veroorzaakt door gewicht op de as. Roest kan de grenswaarde verhogen, smering vermindert het.

een ander voorbeeld hiervan is wanneer je probeert een moer los te maken die op een bout is geroest. Je brengt een koppel aan met een moersleutel, maar de roest bindt de moer en werkt tegen je. Als u voldoende koppel toepast, overwint u het reactieve koppel dat een grenswaarde heeft. Als de moer goed vastzit en u te veel kracht uitoefent, zal de bout wringen.,

in werkelijkheid zijn de dingen ingewikkelder en is er extra Reactie door het moment van de traagheid van de wielen, maar laten we de dingen niet compliceren en aannemen dat de wielen gewichtloos zijn!

• het gewicht dat door het gewicht van de wagen op het wiel wordt ingedrukt, is W.
• de reactie op het grondoppervlak is Rn = W
• Er is ook een reactie op het raakvlak tussen wiel en oppervlak door de kracht F die naar voren inwerkt. Dit verzet zich niet tegen beweging, maar als het onvoldoende is, zal het wiel niet draaien en glijden. Dit is gelijk aan F en heeft een grenswaarde van Ff = uRn.,

Fig., 5

de twee krachten die het koppel Tw produceren, worden opnieuw weergegeven. Nu kunt u zien dat dit lijkt op een hefboom systeem zoals hierboven uitgelegd. F handelt over afstand d, en de reactie op de as is Fr.
De kracht F wordt vergroot op de as en wordt weergegeven door de groene pijl. De magnitude is:

Fe = F (d/a)

aangezien de verhouding tussen de wieldiameter en de asdiameter groot is , dat wil zeggen d/a, wordt de voor beweging vereiste minimumkracht F proportioneel verminderd. Het wiel werkt effectief als een hefboom, vergroot de kracht op de as, en het overwinnen van de grenswaarde van de wrijvingskracht Fr., Let ook op voor een bepaalde asdiameter a, als de wieldiameter groter wordt, wordt Fe groter. Dus het is makkelijker om iets met grote wielen te duwen dan kleine wielen omdat er een grotere kracht op de as is om wrijving te overwinnen.

Wat is beter, Grote of kleine wielen?,

aangezien

koppel = kracht op as X straal van wiel

voor een bepaalde kracht op de as, is het koppel dat op de as werkt groter voor grotere wielen. Dus wrijving aan de as wordt sterk overwonnen, en daarom is het makkelijker om iets met grotere wielen te duwen. Ook als het oppervlak waarop het wiel rolt niet erg vlak is, hebben wielen met een grotere diameter de neiging om onvolkomenheden te overbruggen, wat ook de vereiste inspanning vermindert.,

wanneer een wiel door een as wordt aangedreven, aangezien

koppel = kracht op as X straal van het wiel

daarom

kracht op as = koppel / straal van het wiel

bij een constant aangedreven koppel leveren wielen met een kleinere diameter een grotere trekkracht op de AS dan grotere wielen. Dit is de kracht die een voertuig duwt.

vragen & antwoorden

vraag: Hoe vermindert een wiel de inspanning?

antwoord: Het verwijdert kinetische wrijving die zich verzet tegen voorwaartse beweging wanneer een object wordt geschoven en vervangt het door wrijving bij het slaan van de as/het wiel., Het vergroten van de diameter van het wiel vermindert deze wrijving proportioneel.