Masjienontwerp 101: katrolle en teengewigte - Fisika - 2022
Katrolle en teengewigte word al eeue gebruik om meganiese voordele in oorlogsmasjiene en industriële toerusting te verkry. Die fisika daaragter is redelik eenvoudig, maar die belangrikheid daarvan is belangrik.
In ons moderne wêreld word katrolle en teengewigte in 'n wye verskeidenheid toepassings gebruik. Aangesien u die ingenieur is, besef u waarskynlik dat u elke keer as u op 'n hysbak trap, 'n stelsel van katrolle en teengewigte gebruik. Wat die masjienontwerp betref, is katrolle miskien die maklikste manier om 'n meganiese voordeel te behaal. 'N Ander algemene manier om u uitsetkrag in moderne meganika te verhoog, is hefbome, wat katrolle baie ooreenstem met.
Die basiese beginsels van katrolle
Sonder om in al die verskillende katrolopstellings te kom, het katrolle in hul kern 'n wiel en 'n tou. 'N Katrol met slegs een vaste wiel draai die rigting van die insetkrag eenvoudig om in verhouding tot die massa wat getrek word. Met slegs een wiel, om 'n massa van 100 kg op te lig, moet u 'n kragekwivalent van 100 kg (1000 Newton) aan die ander kant van die tou inspan.
As meer wiele of blokke bygevoeg word in die eenvoudige masjien wat 'n katrolstelsel is, kry u al hoe meer meganiese voordeel. Met 'n stelsel van 2 wiele kan u 'n gewig van 100 kg optel deur slegs 50 kg krag uit te oefen wat gelykstaande is aan die tou. Die berekening van insetkragte word 'n bietjie ingewikkelder hoe meer blokke u toevoeg, sowel as deur verskillende opstellingsvariasies. Selfs die mees komplekse katrolstelsels kan egter verstaan ​​word deur die lengtes van die verskillende toue te tel en vergelykings uit afleidings te genereer.
VERWANTE: 19 MEGANIESE INNOVASIES IN INGENIEURSWESE WAT VANDAG MEGANIKA GESKIEDKOMME HET
Die belangrikste ding om te onthou is dat katrolle nie magiese stelsels is wat 'n klein krag in 'n groter krag verander nie. Dit lyk miskien waar as u op die invoer en afvoer konsentreer, maar die massa van wat opgelig word, word altyd vertaal in die vaste punte waar die katrolle aan u rigiede stelsel geheg is. In plaas daarvan om kragte te transformeer, kan ons sê dat 'n stelsel katrolle en toue die kragte bestuur om die massa te maksimeer wat u kan optel of beweeg.
Speel die stelsel met teengewigte
Noudat ons 'n basiese begrip van katrolstelsels het, kan ons in teengewigstelsels duik om nog meer meganiese voordeel in masjienontwerp te verkry. Teengewigte word beide gebruik in katrolstelsels, soos hysbakke, sowel as hefboomstelsels, soos 'n hyskraan. Wat kraan-teengewigte betref, gaan dit oor oomblikke. Om 'n hyskraanarm styf te hou terwyl u 'n massa van 100 kg, wat 10 m van die draaipunt is, optel, het u 'n teengewig van 1000 kg nodig, 1 m van die steunpunt aan die ander kant om die kraanarm te stabiliseer. In hyskrane handhaaf teengewigte gewoonlik 'n konstante massa, dus om die teengewig aan te pas vir verskillende vragte gewoonlik het die vermoë om beweeg te word om die oomblik aan te pas. Dit is natuurlik 'n baie rudimentêre verklaring van kraan-teengewigte.
VERWANTE: INGENIEUR ONTDEK DAVINCI SE VERSTOOMDE WET OP KENNIS
Wat katrolstelsels betref, help 'n teengewig eenvoudig om 'n insetkrag toe te pas om 'n voorwerp op te lig. Die maklikste manier om dit te demonstreer, is om na 'n hysbakstelsel te kyk. In tipiese hysbakke is daar 'n teengewig aan die ander kant van die katrolstelsel, wat gelyk is aan die gewig van die motor teen 50% laai. Teengewigte doen nie al die werk in moderne hysbakke nie, maar dit help om die stelsel te stabiliseer en die las op die hysbakmotor te verminder.
As ons aanneem dat 'n hysbak 25% van sy kapasiteit gelaai is, hoef die motor net die hysbak op die regte vloer te rem (wanneer dit opgaan). Die kontragewig in 'n hysbak beteken ook dat as die motorrem onklaar raak, die motor vertraag word om heeltemal so vinnig te val soos anders. Hysstelsels as geheel is 'n bietjie ingewikkelder as wat hier uiteengesit word, maar as ons kyk na teengewigte, is dit die kern van hul funksie.
Dus, deur middel van 'n kombinasie van katrolle en teengewigte, kan ons masjiene ontwerp wat ons meganiese voordeel gee en die beweging van groot massas redelik maklik maak met 'n klein insetkrag.
Meer inligting oor katrolle
As u 'n bietjie meer wil leer oor hierdie eenvoudige meganiese toestelle, word die onderstaande video nog verder uiteengesit met nuttige visuele hulpmiddels.
Spesifiek, Destin from Smarter Every Day bespreek 'n tipe katrol, wat 'n blokke genoem word. Met hierdie tipe katrolle kan die tou maklik deur hulle geryg word, aangesien dit in die middel uitmekaar verdeel word. Dit bespaar die gebruiker om die tou of ketting deur die katrolmeganisme te moet ryg sodra dit gebruik word.
Wat is die mees algemene gebruik van katrolle wat u gesien het, of wat is die indrukwekkendste?
Kyk die video: FULL BUILD: Converting a Silverado Work Horse Into a Mean Street Truck - Senior Silverado (Mei 2022).