Шкив - Pulley - Wikipedia

Эта статья о механической концепции и устройстве. Для использования в других целях см. Шкив (значения).
Шкив
PulleyShip.JPG
Шкивы на корабле. В этом контексте шкивы обычно называют блоки.
КлассификацияПростая машина
ПромышленностьСтроительство, транспорт
Колеса1
Оси1

А шкив это колесо на ось или же вал который предназначен для поддержки движения и изменения направления натянутого троса или ремня или передачи мощности между валом и тросом или ремнем. В случае шкива, поддерживаемого рамой или оболочкой, которая не передает мощность на вал, но используется для направления троса или приложения силы, поддерживающая оболочка называется блоком, а шкив можно назвать шкивом.

Шкив может иметь канавка или канавки между фланцы вокруг его длина окружности найти кабель или ремень. Приводной элемент шкивной системы может быть веревка, кабель, пояс, или же цепь.

Самые ранние свидетельства использования шкивов относятся к Древний Египет в Двенадцатая династия (1991-1802 гг. До н.э.)[1] и Месопотамия в начале 2-го тысячелетия до н. э.[2] В Римский Египет, Герой Александрии (ок. 10-70 г. н.э.) идентифицировал шкив как один из шести простые машины используется для подъема тяжестей.[3] Шкивы собираются в виде блокировать и ловить для того, чтобы предоставить механическое преимущество применять большие силы. Шкивы также собираются как часть пояс и цепные приводы для передачи мощности от одного вращающегося вала к другому.[4][5] В "Жизни Плутарха" рассказывается сцена, в которой Архимед доказал эффективность составных шкивов и системы блокировки и захвата, использовав один, чтобы тянуть к себе полностью загруженный корабль, как будто он скользит по воде. [6]

Блок и захват

Различные способы оснастки снасти.[7]

Набор шкивов, собранных так, что они независимо вращаются на одной оси, образуют блок. Два блока с веревкой, прикрепленной к одному из блоков и продетой через два набора шкивов, образуют блокировать и ловить.[8][9]

А блокировать и ловить собран таким образом, что один блок прикреплен к фиксированной точке крепления, а другой - к движущейся нагрузке. В идеальное механическое преимущество блока и снасти равно количеству частей веревки, поддерживающих подвижный блок.

На диаграмме справа идеальное механическое преимущество каждой из блоков и узлов снасти.[7] показано следующее:

  • Снасти: 2
  • Снасть: 3
  • Двойной отбор: 4
  • Снасти для гинекологии: 5
  • Тройная покупка: 6

Канатно-шкивные системы

Шкив нефтяной вышки
Подъемник, использующий составную систему шкивов, дает преимущество 4. Одиночный фиксированный шкив установлен на подъемник (устройство). Два подвижных шкива (соединенных вместе) прикреплены к крюк. Один конец троса крепится к раме крана, другой - к лебедке.

Система каната и шкива, то есть блокировать и ловить - характеризуется использованием одного непрерывного каната для передачи силы натяжения вокруг одного или нескольких шкивов для подъема или перемещения груза - канат может быть легкой веревкой или прочным канатом. Эта система включена в список простые машины идентифицированы учеными эпохи Возрождения.[10][11]

Если система троса и шкива не рассеивает и не накапливает энергию, то ее механическое преимущество - количество частей каната, действующих на нагрузку. Это можно показать следующим образом.

Рассмотрим набор шкивов, которые образуют подвижный блок, и части веревки, которые поддерживают этот блок. Если есть п этих частей каната, поддерживающего груз W, тогда баланс сил на подвижном блоке показывает, что натяжение в каждой из частей каната должно быть Ж / п. Это означает, что входная сила на веревке равна Т=Ж / п. Таким образом, блок и снасть уменьшают прилагаемую силу в раз. п.

  • Оружейная снасть имеет один шкив как в неподвижном, так и в подвижном блоках с двумя тросовыми частями, поддерживающими груз. W.

  • Разделение шкивов в захвате показывает баланс сил, который приводит к натяжению каната Вт / 2.

  • Двойной захват имеет два шкива как в неподвижном, так и в подвижном блоках с четырьмя тросовыми частями, поддерживающими груз. W.

  • Разделение шкивов в двойном захвате показывает баланс сил, который приводит к натяжению каната Вт / 4.

Метод работы

Простейшая теория работы системы шкивов предполагает, что шкивы и стропы невесомые и что нет потерь энергии из-за трения. Также предполагается, что линии не растягиваются.

В состоянии равновесия силы на движущемся блоке должны равняться нулю. Кроме того, натяжение веревки должно быть одинаковым для каждой из ее частей. Это означает, что каждая из двух частей веревки, поддерживающей подвижный блок, должна выдерживать половину нагрузки.

  • Фиксированный шкив

  • Диаграмма 1: Нагрузка F на подвижном шкиве уравновешивается натяжением двух частей каната, поддерживающего шкив.

  • Подвижный шкив

  • Схема 2: Подвижный шкив, поднимающий груз W поддерживается двумя тросовыми частями с натяжением Вт / 2.

Это разные типы шкивных систем:

  • Фиксированный: А фиксированный Шкив имеет ось установлена ​​в подшипниках, прикрепленных к опорной конструкции. Фиксированный шкив изменяет направление силы на веревке или ремне, движущемся по его окружности. Механическое преимущество достигается за счет комбинирования фиксированного шкива с подвижным шкивом или другого фиксированного шкива другого диаметра.
  • Подвижный: А подвижный шкив имеет ось в подвижном блоке. Один подвижный шкив поддерживается двумя частями одного и того же троса и имеет механическое преимущество, равное двум.
  • Сложный: Комбинация неподвижных и подвижных шкивов образует блокировать и ловить. А блокировать и ловить может иметь несколько шкивов, установленных на неподвижной и подвижной осях, что дополнительно увеличивает механическое преимущество.

  • Диаграмма 3: У ружейного снаряжения, «стремящегося к преимуществу», веревка прикреплена к движущемуся шкиву. Натяжение веревки составляет Вт / 3 давая преимущество в три.

  • Диаграмма 3a: Снасть Luff добавляет фиксированный шкив «в невыгодное положение». Натяжение веревки остается Вт / 3 давая преимущество в три.

Механическое преимущество ружейной оснастки может быть увеличено путем замены неподвижных и подвижных блоков местами, так что трос прикрепляется к подвижному блоку, а трос протягивается в направлении поднятого груза. В этом случае блокировать и ловить говорят, что он «стремится к выгоде».[12] На диаграмме 3 видно, что теперь нагрузку поддерживают три части веревки. W что означает, что натяжение веревки Вт / 3. Таким образом, механическое преимущество составляет три.

При добавлении шкива к неподвижному блоку стрелы направление тянущего усилия меняется на противоположное, хотя механическое преимущество остается прежним, диаграмма 3a. Это пример снасти Luff.

Бесплатные схемы тела

В механическое преимущество системы шкивов можно проанализировать с помощью диаграммы свободного тела которые уравновешивают сила натяжения в веревке с сила притяжения на нагрузку. В идеальной системе безмассовые шкивы без трения не рассеивают энергию и позволяют изменять направление троса, который не растягивается и не изнашивается. В этом случае баланс сил на свободном теле, включающий нагрузку, W, и п опорные участки каната с натяжением Т, дает:

Отношение нагрузки к входной силе натяжения - это механическое преимущество. MA системы шкивов,[13]

Таким образом, механическое преимущество системы равно количеству секций каната, несущих нагрузку.

Ременно-шкивные системы

Плоский ремень на ременном шкиве
Ремень и шкив
Конический шкив, приводимый сверху линейный вал

Система ремня и шкива состоит из двух или более шкивов, общих для пояс. Это позволяет механическая сила, крутящий момент, и скорость передаваться по осям. Если шкивы имеют разный диаметр, достигается механическое преимущество.

Ременный привод аналогичен ременному приводу. цепной привод; однако шкив ремня может быть гладким (без отдельных элементов блокировки, как на цепной звездочке, цилиндрическое прямозубое колесо, или зубчатый ремень), так что механическое преимущество приблизительно определяется соотношением делительного диаметра шкивов, а не фиксируется точно соотношением зубьев, как в случае шестерен и звездочек.

В случае барабанного шкива, без паза или фланцев, шкив часто немного выпуклый, чтобы сохранить плоский ремень по центру. Иногда бывает сослался как шкив с короной. Хотя когда-то широко использовался на заводе линейные валы, этот тип шкива до сих пор используется для вращения вращающейся щетки в вертикальном положении. пылесосы, в ленточные шлифовальные машины и ленточные пилы.[14] Сельскохозяйственная тракторы до начала 1950-х годов обычно имели ременной шкив для плоского ремня (что и Ременный шкив журнал был назван в честь). Он был заменен другими механизмами с большей гибкостью в методах использования, такими как коробка отбора мощности и гидравлика.

Так же, как диаметры шестерни (и, соответственно, их количество зубцов) определяют передаточное число и, таким образом, скорость увеличивается или уменьшается, а механическое преимущество диаметр шкивов определяет те же факторы. Конические шкивы и ступенчатые шкивы (которые работают по одному и тому же принципу, хотя названия, как правило, применяются к версиям с плоским ремнем и версиям с клиновым ремнем, соответственно) являются способом обеспечения нескольких передаточных чисел в системе ремня и шкивов, которые можно переключать по мере необходимости, так же как коробка передач обеспечивает эту функцию с зубчатая передача что можно сдвинуть. Ступенчатые шкивы клиноременной передачи являются наиболее распространенным способом сверлильные станки поставлять шпиндель в диапазоне скоростей.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Арнольд, Дитер (1991). Строительство в Египте: каменная кладка фараонов. Издательство Оксфордского университета. п. 71. ISBN  9780195113747.
  2. ^ Мури, Питер Роджер Стюарт (1999). Древние месопотамские материалы и отрасли: археологические свидетельства. Айзенбраунс. п.4. ISBN  9781575060422.
  3. ^ Ашер, Эбботт Пейсон (1988). История механических изобретений. США: Courier Dover Publications. п. 98. ISBN  0-486-25593-X.
  4. ^ Юикер, Джон; Пеннок, Гордон; Шигли, Джозеф (2010). Теория машин и механизмов (4-е изд.). Oxford University Press, США. ISBN  978-0-19-537123-9.
  5. ^ Пол, Бертон (1979). Кинематика и динамика планарных машин (иллюстрированный ред.). Прентис-Холл. ISBN  978-0-13-516062-6.
  6. ^ Роррес, Крис (2017). Архимед в 21 веке. Издательство Springer International. п. 71. ISBN  9783319580593.
  7. ^ а б Макдональд, Джозеф А. (14 июня 2008 г.). Справочник по оснастке: для строительства и промышленных предприятий. McGraw-Hill Professional. п. 376. ISBN  978-0-07-149301-7.
  8. ^ Пратер, Эдвард Л. (1994). «Базовые машины» (PDF). Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения, NAVEDTRA 14037.
  9. ^ Бюро военно-морского персонала (1971) [1965]. Основные машины и как они работают (PDF). Dover Publications. ISBN  0-486-21709-4. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-09-22. Получено 2011-12-13.
  10. ^ Эйвери, Элрой (1878). Элементарная физика. Шелдон и компания. п.459. колесо и ось.
  11. ^ Баузер, Эдвард (1890). Элементарный трактат по аналитической механике: с многочисленными примерами (5-е изд.). Компания Д. Ван Ностранда. п. 180.
  12. ^ «Справочник по морскому делу, Глава 5, Общие такелажные работы» (PDF). scchead apartments.com.
  13. ^ Тинер, Дж. Х. Изучение мира физики: от простых машин до ядерной энергии. Master Books (1 мая 2006 г.) стр. 68.
  14. ^ «Как корончатые шкивы удерживают плоский ремень». Wood Gears.

внешняя ссылка