定義
由輪和軸組成,能繞共同軸線鏇轉的機械,叫做輪軸。實質
能夠連續鏇轉的槓桿,支點就在軸線,輪軸在轉動時輪與軸有相同的轉速。平衡條件
如圖所示,R為輪半徑,r為軸半徑,F1為作用在輪上的力,F2為作用在軸上的力,根據槓桿的平衡條件有:F1R=F2r(動力×輪半徑=阻力×軸半徑)。外環叫輪,內環叫軸
外環叫輪 內環叫軸。輪軸兩個環是同心圓。由上式可知:當動力作用在輪上,則輪軸為省力槓桿;動力作用在軸上則輪軸為費力槓桿。所以輪和軸的半徑相差越大則越省力,但越費距離。像馬車,門把手,方向盤和推車這樣的輪軸是最簡單的,沒有動力傳遞,動力車輛的輪軸就複雜得多。當然扳手也是.以汽車為例,動力不是簡單的傳遞輪軸,如果是那樣,汽車就不能拐彎,在汽車軸的中間,有一個“差速器”,在通過兩個半軸給左右車輪傳動,這樣在汽車拐彎時,兩邊車輪行駛的距離才能不同。人力三輪車的後軸,為了拐彎,一個後輪和軸是固定的傳遞動力,另一個後輪是可以和軸轉動的,用以差速拐彎。在用軸帶動輪時,如皮帶輪的運動,不僅可以傳遞動力,還能改變轉速。定義:由輪和軸組成,能繞共同軸線輪與軸的簡單機械叫做輪軸.半徑較大者是輪,半徑較小的是軸.輪軸的原理
輪軸的實質是可以連續鏇轉槓桿.使用輪軸時,一般情況下作用在輪上的力和軸上的力的作用線都與輪和軸相切,因此,它們的力臂就是對應的輪半徑和軸半徑.由於輪半徑總大於軸半徑,因此當動力作用於輪時,輪軸為省力費距離槓桿(下面的第一幅圖),實際的例子:有腳踏車腳踏與輪盤(大齒輪)是省力輪軸.當動力作用於軸上時,輪軸為費力省距離槓桿(如下面的第二幅圖),實際的例子有:腳踏車後輪與輪上的飛盤(小齒輪)、吊扇的扇葉和軸都是費力輪軸的套用.F1R=F2r 輪軸是一種省力的簡單機械。(輪半徑大,軸半徑小,所以省力)輪軸的套用
日常生活中常見的轆轤、絞盤、石磨、汽車的駕駛盤、手搖卷揚機、自來水龍頭的扭柄等都是輪軸類機械.輪軸在水利中的套用
在農業灌溉中人們除了使用如下圖所示的轆轤外,還發明了許多的水利工具如水泵水車等.它們中有很多都結合了輪軸的原理.古希臘時期的阿基米德是有史以來最早的水泵發明者.阿基米德出生於公元前287年的希臘敘拉古城.當時的敘拉古經濟空前繁榮,科學研究之風甚濃,城裡的許多人對哲學、幾何學等頗有研究.他們喜歡辯論,把這當做學習的機會,阿基米德從小生活在這種氛圍之中,養成了喜歡思索、喜歡學習的良好習慣.當時處於尼羅河河口的亞歷山大城,是地中海東部政治、經濟、文化的中心,那裡聚集了許多第一流的科學家.好學的阿基米德也來到亞歷山大城,在這裡學習數學、天文學和力學.一個星期天,阿基米德和同學們一起乘木船,在尼羅河上緩緩地行駛,兩岸旖旎的風光讓他目不暇接.忽然,他看到一群人在用木桶拎水,便問道:“他們幹嘛要拎水?”“河床地勢低,農田地勢高,農民只好拎水澆地了.”一位當地的同學告訴他.“這樣拎水的效率太低了,澆一丘田不知要拎多少桶.”阿基米德心中產生了對農民的同情心.那位同學不以為然地說:“祖祖輩輩,人們都是這樣做的.你有什麼好辦法?”回去後,阿基米德的眼前總是閃現出農民拎水時吃力的樣子.“可不可以讓水往高處流呢?”阿基米德開始思考這一問題.漸漸地,在阿基米德的腦海中產生了一個構想:“做一個大螺鏇,把它放在一個圓筒里.這樣,螺鏇轉起來後,水不就可以沿著螺鏇溝帶到高處去了嗎?”阿基米德立即根據這一構想,畫出了一張草圖.他拿著這張草圖去找木匠,請求師傅幫他做一個用於泵水的工具.”經阿基米德的指點,木匠制出了一個怪玩意兒.阿基米德將這個東西搬到河邊,並把它的一頭放進河水裡,然後輕輕地搖動手柄.“咕嚕嚕”,只見河水在搖動手柄的同時,從怪東西的頂端不斷地湧出來.水,果然往高處流了.前來圍觀的農民,被這神奇的東西迷住了.他們紛紛讚揚阿基米德為農民做了一件大好事.不久,這種螺鏇水泵在尼羅河流域,乃至更廣大的範圍流傳開了.人們把這種水泵稱為阿基米德螺鏇泵.直到現在,一些現代工廠仍然使用這種阿基米德螺鏇泵來移動流質和粉物.在螺鏇水泵問世後不久,我國也發明了一種抽水工具——龍骨水車.據說是東漢靈帝時的畢嵐發明的.這種水車的主要裝置是一個木板製成的槽,槽內相隔一定的距離放置瓦片大小的木塊,這些木塊通過銷子連結起來.整個樣子像龍的骨架,因此得名.使用時,人扶著水車頂端上的木架,用腳踩動拐木,就帶動下面的木塊沿著木槽往上移動,由此把水提上岸;而後木塊又往木槽的背後往下移動,直至繞過下端的軸,重新刮水.後來,有人又對龍骨水車進行改進,發明了“畜力龍骨水車”、“水轉龍骨水車”.編輯本段宇航外星探測設備“輪軸”
“輪軸”(Axle)。“輪軸”(Axle)“輪軸”是美國宇航局給類似於“輪軸”的新型外星車所起的名字。“輪軸”看上去非常簡單,僅由一個兩側裝有輪子的圓柱體組成。這也是美國宇航局新型外星車最簡單的,但是其功能不容小覷。輪子能夠翻越過半米高的岩石,而且由於其結構非常對稱,“輪軸”外星車免除了外星車在陡峭山坡上最大的煩惱:翻車。Axel的機械臂可以繞輪軸進行360度鏇轉。機械臂的用途是收集土壤樣本,並在遭遇複雜地形時為輪子提供推動力。美國宇航局工程師沃爾普說,“縱使它翻了個底朝天也不要緊,因為底朝天就是頭朝上,只不過是翻了個個兒”。同“登山者”一樣,輪軸外星車通過繩索和懸崖頂部的較大的外星車連線。繩索可以卷繞,“輪軸”能探索對未繫繩機器人來說太過陡峭而無法到達的區域。只不過“輪軸”外星車更為皮實,能夠承受更大的考驗。“輪軸”的輪子能夠收起或充氣,在著陸時能夠緩衝很大的衝擊力。美國宇航局曾對“輪軸”的工作樣式進行過模擬實驗。“輪軸”從宇航局“鳳凰”號登入器實體模型的頂部甲板啟程,利用繩索向下“攀爬”一個露出地面的岩層,途中遭遇多岩地形。其機械臂尾端可以擺動,“輪軸”很順利地取回土壤樣本裝進連線兩個輪子的圓柱體中。接下來只需要通過繩索把“輪軸”搖回來即可。
簡單機械
機械最簡單最基本的單位就是簡單機械,即人運用力的基本機械元件。常用的機械大都是由六種簡單機械組合而成的。 | |
槓桿 | 在力的作用下能夠繞支撐點轉動的堅實物體即槓桿,蹺蹺板、剪刀、扳子、撬棒等都是槓桿 |
輪軸 | 由輪和軸組成,是能夠連續鏇轉的槓桿,支點在軸線,輪軸在轉動時輪與軸有相同的轉速 |
滑輪 | 由一個周邊有溝槽的圓盤和一條跨過圓盤的繩索所組成,能達到省力或改變力的方向的作用 |
斜面 | 同水平面成一傾斜角度的平面,這個角度通常稱為升角,斜面也是一種簡單機械 |
楔子 | 由兩個斜面組成,用來將物件分開,常見使用楔子的工具包括斧頭及釘子等,和斜面有密切關係 |
螺鏇 | 表面具有凹凸不平呈螺鏇線型條紋的圓柱體或圓孔體,部分套用螺鏇機制的機械,並不一定有螺紋 |