hjulet och axeln

ett hjul och en axel består av en cirkulär ram (hjulet) som kretsar på en axel eller stång (axeln). I sin tidigaste form användes det förmodligen för att höja vikter eller vattenhinkar från brunnar.

dess funktionsprincip förklaras bäst med hjälp av en enhet med ett stort redskap och ett litet redskap fäst vid samma axel. Tendensen hos en kraft, F, appliceras vid radien R på den stora växeln för att vrida axeln är tillräcklig för att övervinna den större kraften W vid radien r på den lilla växeln., Kraftförstärkningen, eller mekanisk fördel, är lika med förhållandet mellan de två krafterna (W:F) och också lika med förhållandet mellan radierna hos de två växlarna (R: r).

om de stora och små kugghjulen ersätts med trummor med stor och liten diameter som är inslagna med rep, kan hjulet och axeln höja vikter. Vikten som lyfts är fastsatt på repet på den lilla trumman, och operatören drar repet på den stora trumman. I detta arrangemang är den mekaniska fördelen radien hos den stora trumman dividerad med den lilla trummans radie. En ökning av den mekaniska fördelen kan erhållas genom att använda en liten trumma med två radier, r1 och r2 och ett remskivblock., När en kraft appliceras på den stora trumman vindar repet på den lilla trumman på D och av d.

ett mått på kraftförstärkningen som är tillgänglig med remskivan och repsystemet är hastighetsförhållandet eller förhållandet mellan hastigheten vid vilken kraften appliceras på repet (VF) till den hastighet vid vilken vikten höjs (VW). Detta förhållande är lika med två gånger radien hos den stora trumman dividerad med skillnaden i radierna hos de mindre trummorna D och d. uttryckt matematiskt är ekvationen VF/VW = 2R/(r2 – r1)., Den faktiska mekaniska fördelen W / F är mindre än detta hastighetsförhållande, beroende på friktion. En mycket stor mekanisk fördel kan erhållas med detta arrangemang genom att göra de två mindre trummorna D och d med nästan lika radie.