Колесо и ось - Wheel and axle

В лебедка хорошо известное применение колеса и оси.

Колесо и ось - это машина, состоящая из колесо прикреплен к меньшему ось так что эти две части вращаются вместе, при этом сила передается от одной к другой. Колесо и ось можно рассматривать как вариант рычага с движущей силой, приложенной по касательной к периметру колеса, и силой нагрузки, приложенной к оси, соответственно, которые уравновешиваются вокруг шарнира, который является точкой опоры.

История

Дальнейшая информация: Колесо

В Халаф Культуре 6500–5100 гг. до н.э. приписывают самое раннее изображение колесной повозки, но это сомнительно, поскольку нет свидетельств того, что халафийцы использовали колесные повозки или даже гончарные круги.[1]

Одним из первых появившихся применений колеса было гончарный круг, использовавшийся доисторическими культурами для изготовления глиняных горшков. Самый ранний тип, известный как «турнетты» или «медленные колеса», был известен в Средний Восток к 5-му тысячелетию до нашей эры. Один из самых ранних примеров был обнаружен в Тепе Пардис, Иран и датируется 5200–4700 гг. до н. э. Они были сделаны из камня или глины и прикреплены к земле штифтом в центре, но для поворота требовалось значительное усилие. Настоящие гончарные круги, которые свободно вращаются и имеют колесно-осевой механизм, были разработаны в Месопотамия (Ирак ) к 4200–4000 гг. до н. э.[2] Самый старый из сохранившихся экземпляров, который был найден в Ура (современный день Ирак ), датируется примерно 3100 годом до нашей эры.[3]

Свидетельства колесной техники появились к концу 4 тысячелетие до н. Э.. Изображения колесных вагоны найти на глиняная табличка пиктограммы на Эанский район из Урук, в Шумерский цивилизации Месопотамии датируются 3700–3500 гг. до н. э.[4] Во второй половине 4-го тысячелетия до нашей эры свидетельства колесных транспортных средств появились почти одновременно в Северный Кавказ (Майкопская культура ) и Восточная Европа (Кукутень-трипольская культура ). Изображения колесной техники появились между 3500 и 3350 годами до нашей эры в Глиняный горшок броноцице раскопан в Культура воронкообразных поселение на юге Польша.[5] Рядом Ольшаница построена дверь шириной 2,2 м (построены двери шириной 2,2 м) для входа в вагон; сарай имел длину 40 м и имел 3 двери.[6] Сохранившиеся свидетельства комбинации колесо-ось из Старе Гмайне недалеко от Любляны в Словении (Любляна Болота Деревянное Колесо ), датируется двумя Стандартное отклонение до 3340–3030 до н.э., ось до 3360–3045 до н.э.[7] Известны два типа европейских колес и осей раннего неолита; а окологорье тип конструкции вагона (колесо и ось вращаются вместе, как в Люблянском колесе болот), и конструкция вагона Баденская культура в Венгрии (ось не вращается). Они оба датируются c. 3200–3000 гг. До н. Э.[8] Историки считают, что распространение колесной техники из Ближний Восток в Европу примерно в середине 4-го тысячелетия до нашей эры.[9]

Ранний образец деревянного колеса и его оси был найден в 2002 году на Люблянских болотах примерно в 20 км к югу от Любляна, столица Словении. В соответствии с радиоуглеродное датирование, ему от 5100 до 5350 лет. Колесо было изготовлено из пепел и дуб и имел радиус 70 см, длина оси 120 см, дубовая.[10]

В Римский Египет, Герой Александрии определил колесо и ось как один из простые машины используется для подъема тяжестей.[11] Считается, что это было в форме лебедка который состоит из кривошипа или шкив соединен с цилиндрическим стволом, который обеспечивает механическое преимущество для наматывания троса и подъема груза, такого как ковш, из колодца.[12]

Колесо и ось были определены учеными эпохи Возрождения как одна из шести простых машин, взяв за основу греческие тексты по технологиям.[13]

Механическое преимущество

В простая машина называется колесо и ось относится к сборке, состоящей из двух дисков или цилиндров разного диаметра, установленных таким образом, что они вращаются вместе вокруг одной оси. Тонкий стержень, который нужно повернуть, называется осью, а более широкий объект, прикрепленный к оси, к которой мы прикладываем силу, называется колесом. Тангенциальная сила, приложенная к периферии большого диска, может оказывать большее усилие на нагрузку, приложенную к оси, достигая механическое преимущество. При использовании в качестве колесо из колесная машина меньший цилиндр является осью колеса, но при использовании в лебедка, лебедка, и другие подобные применения (см. средневековый горный подъемник справа) меньший цилиндр может быть отделен от оси, установленной в подшипниках. Его нельзя использовать отдельно.[14][15]

Если предположить, что колесо и ось не рассеивают и не накапливают энергию, то есть у них нет трение или же эластичность, то мощность Входное усилие, приложенное к колесу, должно равняться выходной мощности на оси. Когда система колеса и оси вращается вокруг своих подшипников, точки на окружности или крае колеса перемещаются быстрее, чем точки на окружности или крае оси. Следовательно, сила, приложенная к краю колеса, должна быть меньше силы, приложенной к краю оси, потому что мощность является произведением силы и скорости.[16]

Позволять а и б быть расстояния от центра подшипника до краев колеса А и ось Б. Если входная сила FА наносится на край колеса А и сила FB на краю оси B - выход, то отношение скоростей точек А и B дан кем-то а / б, поэтому отношение выходной силы к входной, или механическое преимущество, дан кем-то

Механическое преимущество простой машины, такой как колесо и ось, вычисляется как отношение сопротивления к усилию. Чем больше соотношение, тем больше создаваемая сила (крутящий момент) или достигнутое расстояние. Изменяя радиусы оси и / или колеса, можно получить любое механическое преимущество.[17] Таким образом, размер колеса может быть увеличен до неудобной степени. В этом случае система или комбинация колес (часто зубчатых, то есть шестерни ) используются. Поскольку колесо и ось представляют собой тип рычага, система колес и осей подобна составному рычагу.[18]

Идеальное механическое преимущество

Механическое преимущество колеса и оси без трение называется идеальное механическое преимущество (IMA). Он рассчитывается по следующей формуле:

Фактическое механическое преимущество

Все настоящие колеса имеют трение, которое рассеивает часть мощности в виде тепла. В фактическое механическое преимущество (AMA) колеса и оси рассчитывается по следующей формуле:

куда

КПД колеса, отношение выходной мощности к входной.

Рекомендации

  1. ^ В. Гордон Чайлд (1928). Новый свет на Древнейший Восток. п. 110.
  2. ^ Д.Т. Поттс (2012). Компаньон археологии древнего Ближнего Востока. п. 285.
  3. ^ Мури, Питер Роджер Стюарт (1999) [1994]. Древние месопотамские материалы и отрасли: археологические свидетельства. Озеро Вайнона, Индиана: Айзенбраунс. п. 146. ISBN  978-1-57506-042-2.
  4. ^ Аттема, П. А. Дж .; Лос-Вейнс, штат Массачусетс; Перс, Н. Д. Маринг-Ван дер (декабрь 2006 г.). «Броночице, Флинтбек, Урук, Джебель Аруда и Арслантепе: самые ранние свидетельства наличия колесных транспортных средств в Европе и на Ближнем Востоке». Палеохистория. Гронингенский университет. 47/48: 10–28 (11). ISBN  9789077922187.
  5. ^ Энтони, Дэвид А. (2007). Лошадь, колесо и язык: как всадники бронзового века из евразийских степей сформировали современный мир. Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. п.67. ISBN  978-0-691-05887-0.
  6. ^ "35. Olszanica Longhouse 6: Почему у него широкие двери?". 2018-10-26.
  7. ^ Велушчек, А .; Чуфар, К. и Зупанчич, М. (2009) "Prazgodovinsko leseno kolo z osjo s kolišča Stare gmajne na Ljubljanskem barju", стр. 197–222 в A. Velušček (ред.). Koliščarska naselbina Stare gmajne in njen as. Люблянско барье v 2. polovici 4. tisočletja pr. Kr. Opera Instituti Archaeologici Sloveniae 16. Любляна.
  8. ^ Фаулер, Крис; Хардинг, Ян и Хофманн, Даниэла (ред.) (2015). Оксфордский справочник неолитической Европы. ОУП Оксфорд. ISBN  0-19-166688-2. п. 109.
  9. ^ Аттема, П. А. Дж .; Лос-Вейнс, штат Массачусетс; Перс, Н. Д. Маринг-Ван дер (декабрь 2006 г.). «Броночице, Флинтбек, Урук, Джебель Аруда и Арслантепе: самые ранние свидетельства наличия колесных транспортных средств в Европе и на Ближнем Востоке». Палеохистория. Гронингенский университет. 47/48: 10–28 (19–20). ISBN  9789077922187.
  10. ^ Александр Гассер (март 2003 г.). «Самое древнее колесо в мире найдено в Словении». Управление связи правительства Республики Словения. Получено 19 августа 2010.
  11. ^ Ашер, Эбботт Пейсон (1988). История механических изобретений. США: Courier Dover Publications. п. 98. ISBN  048625593X.
  12. ^ Элрой МакКендри Эйвери, Элементарная физика, Нью-Йорк: Шелдон и Компания, 1878 г.
  13. ^ Колесо и ось, Всемирная книжная энциклопедия, World Book Inc., 1998, стр. 280–281.
  14. ^ Пратер, Эдвард Л. (1994), Базовые машины, Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и подготовки, NAVEDTRA 14037
  15. ^ Бюро военно-морского персонала, 1971 г., Основные машины и как они работают, Dover Publications.
  16. ^ Дж. Дж. Уикер, Г. Р. Пеннок и Дж. Э. Шигли, 2003 г., Теория машин и механизмов, Издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк.
  17. ^ Баузер, Эдвард Альберт, 1890 г., Элементарный трактат по аналитической механике: с многочисленными примерами. (Родом из Мичиганского университета) D. Van Nostrand Company, стр. 190
  18. ^ Бейкер К.Э. Принципы и практика статики и динамики ... для использования школами и частными студентами. Лондон: Джон Уил, 59 лет, Хай Холборн. 1851 с. 26–29. читать онлайн или скачать полный текст

Дополнительные ресурсы

Основные машины и как они работают, США. Бюро военно-морского персонала, Courier Dover Publications 1965, стр. 3–1 и последующие. предварительный просмотр онлайн