滑車
図 1 - 滑車の方程式の基本。滑車の軸にかかる力 F は、その滑車を支えている線(ロープ)の両端にかかる張力の総和と等しく、平衡状態では両端の張力は等しい。
図 2 - 単純な滑車システム。単一の動滑車に重量 W の錘が釣り下がっている。線の両端にかかる張力は W/2 となる。したがって機械的倍率は2である。
図 2a - もう1つの単純な滑車システム。この場合、錘を引き上げる力が下に引っ張る力に変換されている。
図 2a を block and tackle で実装する場合
滑車装置の最も単純な理論では、滑車と線(ロープ)に重さがないと仮定し、摩擦によるエネルギー損失もないと仮定する。また、引っ張っても線は伸びないと仮定する。
平衡状態では、動滑車にかかる力はゼロとする。すなわち、動滑車の軸にかかる力は両側の線に等しく分散して伝わることを意味する。これを示したのが図1である。線が平行でない場合でもそれぞれの線の張力は等しいが、方向が異なるためベクトルとして表した力の総和がゼロになる。
次に、錘(負荷)の重量とそれが移動した距離の積は、線を引っ張る力(張力)と引っ張った長さの積に等しい。持ち上げた重さを引っ張った力で割った値が滑車装置の機械的倍率である。
このように、滑車装置はなされる仕事の量を変化させない。
索輪(プーリー、ドラム)と軸が回転自由な関係であり、ベルトの方向を変えるだけで回転軸力を伝達しない索輪であれば「滑車」と分類できるが、索輪と軸が接合されていて、軸を介して索輪回転力を他へ伝達する場合は輪軸を応用した動力伝達装置になる。
ベルトとプーリーのシステムは1つのベルトに2つ以上のプーリーが対応していることを特徴とする。これによりプーリーの軸と軸の間で回転力・トルク・速さを伝達でき、それぞれのプーリーの径が異なる場合は機械的倍率も変化させることができる。
ベルトドライブはチェーンドライブに似ているが、この場合のプーリーは表面が滑らかで、プーリーとプーリーの径の比率が機械的倍率にほぼ相当し、チェーンドライブのように歯車の歯数の比のように正確に倍率を設定できない(チェーンドライブでは歯車とチェーンをかみ合わせるため、離散的に歯車の1歯ずつ動かすといったことが可能だが、ベルトドライブは一般にそれができない)。
フランジと溝を持たないドラム型プーリーの場合、平ベルトをその中央に保つためにやや凸面にしておくことが多い。これを「クラウンプーリ」と呼ぶ。これは、アップライト型掃除機でブラシを回転させる機構やベルトコンベアーの駆動輪で使われている。
一般的には、索状物に接して回転する円盤状回転輪全般が押し並べて「滑車」と呼ばれているが、日本産業規格(JIS)や労働安全衛生法およびその関連規則の規定を根拠とすれば、軸または軸受とは滑動関係にあり、ロープの流動に伴って受動的に回転する円盤状回転輪単体および、円盤状回転輪に他の物体へ張力を伝達する構造を付加した器具が「滑車」であるといえる。
機械や自動車などで、回転動力を伝達する目的でエンドレスベルトを駆動しているベルト車や、ベルトの運動を受け取って回転力を取り出すベルト車はJISで「プーリー」と規定されており、これらは滑車の範疇には含まれない。