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滑轮

补充:0  浏览:6169  发布时间:2013-8-9


  滑轮是一个周边有槽,能够绕轴转动的小轮。由可绕中心轴转动有沟槽的圆盘和跨过圆盘的柔索(绳、胶带、钢索、链条等)所组成的可以绕着中心轴转动的简单机械叫做滑轮。


  简介


  在力学里,典型的滑轮(pulley)是可以绕着中心轴旋转的圆轮。在圆轮的圆周面具有凹槽,将绳索缠绕于凹槽,用力牵拉绳索两端的任一端,则绳索与圆轮之间的摩擦力会促使圆轮绕着中心轴旋转。按滑轮中心轴的位置是否移动,可将滑轮分为“定滑轮”、“动滑轮”;定滑轮的中心轴固定不动,动滑轮的中心轴可以移动。滑轮主要的功能是牵拉负载、改变施力方向、传输功率等等。多个滑轮共同组成的机械称为“滑轮组”,或“复式滑轮”。滑轮组的机械利益较大,可以牵拉较重的负载。滑轮也可以成为链传动或带传动的组件,将功率从一个旋转轴传输到另一个旋转轴。


  滑轮是变形杠杆,属于杠杆类简单机械,用途很广。不但省力而且还可以改变力的方向。中心轴跟重物一起移动的滑轮叫动滑轮,是变形的不等臂杠杆(省力杠杆),能省一半力,但费一倍的距离(动滑轮上升n米,细绳自由端上升2n米,n≥0),并且不能改变力的方向。定滑轮细绳的受力方向无论向何处,吊起重物所用的力都相等(绳重及绳与轮之间的摩擦不计)(动力臂和阻力臂都相等且等于滑轮的半径);动滑轮细绳受力方向竖直向上时最省力。


  滑轮在初中物理教材中以知识点的形式出现,要求对力的方向、绳端移动距离、做功情况等问题作出解答。


  历史


  关于滑轮的绘品最早出现于一幅西元前八世纪的亚述浮雕。这浮雕展示的是一种非常简单的滑轮,只能改变施力方向,主要目的是为了方便施力,并不会给出任何机械利益。在中国,滑轮装置的绘制最早出现于汉代的画像砖、陶井模。在《墨经》里也有记载关于滑轮的论述。


  古希腊人将滑轮归类为简单机械。早在西元前400年,古希腊人就已经知道如何使用复式滑轮了。大约在西元前330年,亚里士多德在著作《机械问题》(《Mechanical Problems》)里的第十八个问题,专门研讨“复式滑轮”系统阿基米德贡献出很多关于简单机械的知识,详细地解释滑轮的运动学理论。据说阿基米德曾经独自使用复式滑轮拉动一艘装满了货物与乘客的大海船,西元一世纪,亚历山卓的希罗分析并且写出关于复式滑轮的理论,证明了负载与施力的比例等于承担负载的绳索段的数目,即“滑轮原理”。


  1608年,在著作《数学纪要》(《Mathematical Collection》)里,荷兰物理学者西蒙·斯特芬表明,滑轮系统的施力与负载之间移动路径的长度比率,等于施力与负载之间的反比率。这是雏型的虚功原理。


  1788年,法国物理学者约瑟夫·拉格朗日在巨著《分析力学》(《Mécanique analytique》)里,使用滑轮原理推导出虚功原理,从而揭起了拉格朗日力学的序幕。


  材质


  木滑轮、钢滑轮和工程塑料滑轮,可根据实际使用要求有各种材质


  使用方法


  定滑轮、动滑轮以及动、定滑轮组成的滑轮组


  数目


  单滑轮、双滑轮、三滑轮、四滑轮以至多轮等多种


  作用


  导向滑轮、平衡滑轮


  连接方式


  吊钩式、链环式、轮材式、吊环式和吊链式


  滑轮材料


  承受载荷不大的小尺寸滑轮(D<350mm)一般制成实体的滑轮,采用15、Q235或铸铁(如HT200)。


  受大载荷的滑轮一般采用球铁或铸钢(如ZG270-500),铸成带筋和孔或带轮辐的结构


  大型滑轮(D>800mm)一般用型钢和钢板焊接结构。


  构造


  滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成,可以达到既省力又改变力作用方向的目的。使用中,省力多少和绳子的绕法,决定于滑轮组的使用效果。滑轮被两根绳子承担,即每根绳承担物体和动滑轮


  力就是物体和动滑轮总重的几分之一。


  数,原则是:n为奇数时,绳子从动滑轮为起始。用一个动滑轮时有三段绳子承担,其后每增加一个动滑轮增加二段绳子。如:n=5,则需两个动滑轮(3+2)。n为偶数时,绳子从定滑轮为起始,这时所有动滑轮都只用两段绳子承担。如:n=4,则需两个动滑轮(2+2)。


  其次,按要求确定定滑轮个数,原则是:一般的:两股绳子配一个动滑轮,一个动滑轮一般配一个定滑轮。力作用方向不要求改变时,偶数段绳子可减少一个定滑轮;要改变力作用方向,需增加一个定滑轮。


  综上所说,滑轮组设计原则可归纳为:奇动偶定;一动配一定,偶数减一定,变向加一定。


  由可绕中心轴转动有沟槽的圆盘和跨过圆盘的柔索(绳、胶带、钢索、链条等)所组成的可以绕着中心轴转动的简单机械。滑轮是杠杆的变形,属于杠杆类简单机械。在我国早在战国时期的著作《墨经》中就有关于滑轮的记载。中心轴固定不动的滑轮叫定滑轮,是变形的等臂杠杆,不省力但可以改变力的方向。中心轴跟重物一起移动的滑轮叫动滑轮,是变形的不等臂杠杆,能省一半力,但不改变力的方向。实际中常把一定数量的动滑轮和定滑轮组合成各种形式的滑轮组。滑轮组既省力又能改变力的方向。


  工厂中常用的差动滑轮(俗称手拉葫芦)也是一种滑轮组。滑轮组在起重机、卷扬机、升降机等机械中得到广泛应用。


  滑轮有两种:定滑轮和动滑轮,组合成为滑轮组。

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