Блок — это колесо на оси или валу , позволяющее натянутому тросу или ремню, проходящему через колесо, двигаться и менять направление или передавать мощность между собой и валом. Колесо шкива или шкива — это шкив, использующий ось, поддерживаемую рамой или оболочкой ( блоком ), для направления троса или приложения силы.
Шкив может иметь канавку или канавки между фланцами по окружности для размещения троса или ремня. Приводным элементом системы шкива может быть трос , трос , ремень или цепь .
Самые ранние свидетельства о блоках относятся к Древнему Египту времен Двенадцатой династии (1991–1802 гг. до н. э.) [1] и Месопотамии в начале 2-го тысячелетия до н. э. [2] В Римском Египте Герон Александрийский (ок. 10–70 гг. н. э.) определил блок как одну из шести простых машин, используемых для подъема тяжестей. [3] Блоки собираются в блок и полиспаст , чтобы обеспечить механическое преимущество для приложения больших сил. Блоки также собираются как часть ременных и цепных передач , чтобы передавать мощность от одного вращающегося вала к другому. [4] [5] В «Параллельных жизнеописаниях » Плутарха описывается сцена, в которой Архимед доказал эффективность составных блоков и системы блоков и полиспастов, используя один из них, чтобы подтянуть к себе полностью загруженный корабль, как будто он скользил по воде. [6]
Блок представляет собой набор шкивов (колес), собранных таким образом, что каждый шкив вращается независимо от каждого другого шкива. Два блока с веревкой, прикрепленной к одному из блоков и продетой через два набора шкивов, образуют блок и полиспаст . [8] [9]
Блок и полиспаст собираются таким образом, что один блок крепится к неподвижной точке крепления, а другой — к подвижному грузу. Идеальное механическое преимущество блока и полиспаста равно числу секций каната, которые поддерживают подвижный блок.
На диаграмме справа показано идеальное механическое преимущество каждой из показанных сборок блоков и полиспастных узлов [7] :
Система каната и шкива — то есть блок и полиспаст — характеризуется использованием одного непрерывного каната для передачи силы натяжения вокруг одного или нескольких шкивов для подъема или перемещения груза — канат может быть легкой линией или прочным кабелем. Эта система включена в список простых машин, определенных учеными эпохи Возрождения. [10] [11]
Если система каната и шкива не рассеивает и не накапливает энергию, то ее механическое преимущество равно числу частей каната, которые воздействуют на нагрузку. Это можно показать следующим образом.
Рассмотрим набор блоков, образующих подвижный блок, и части каната, которые поддерживают этот блок. Если имеется p таких частей каната, поддерживающих нагрузку W, то баланс сил на подвижном блоке показывает, что натяжение в каждой из частей каната должно быть W/p. Это означает, что входная сила на канате равна T = W/p. Таким образом, блок и полиспаст уменьшают входную силу в p раз .
Простейшая теория работы блочной системы предполагает, что блочки и тросы невесомы и что нет потерь энергии из-за трения. Также предполагается, что тросы не растягиваются.
В равновесии силы на подвижном блоке должны давать в сумме ноль. Кроме того, натяжение веревки должно быть одинаковым для каждой из ее частей. Это означает, что две части веревки, поддерживающие подвижный блок, должны каждая выдерживать половину нагрузки.
Существуют различные типы систем шкивов:
Механическое преимущество орудийного полиспаста можно увеличить, поменяв местами неподвижные и подвижные блоки, так что трос будет прикреплен к подвижному блоку, а трос будет тянуться в направлении поднимаемого груза. В этом случае говорят, что блок и полиспаст «перемещаются в сторону преимущества». [12] Диаграмма 3 показывает, что теперь три части троса поддерживают груз W, что означает, что натяжение троса равно W/3 . Таким образом, механическое преимущество равно трем.
При добавлении шкива к неподвижному блоку орудийного полиспаста направление тяговой силы меняется на противоположное, хотя механическое преимущество остается прежним, Диаграмма 3а. Это пример полиспаста Luff.
Механическое преимущество системы шкивов можно проанализировать с помощью диаграмм свободного тела , которые уравновешивают силу натяжения в канате с силой тяжести на грузе. В идеальной системе невесомые и не имеющие трения шкивы не рассеивают энергию и допускают изменение направления каната, который не растягивается и не изнашивается. В этом случае баланс сил на свободном теле, который включает нагрузку W и n опорных секций каната с натяжением T , дает:
Отношение нагрузки к силе входного натяжения представляет собой механическое преимущество MA системы шкивов, [13]
Таким образом, механическое преимущество системы равно количеству секций троса, поддерживающих груз.
Система ремня и шкива характеризуется двумя или более шкивами, общими для ремня . Это позволяет передавать механическую мощность , крутящий момент и скорость по осям. Если шкивы имеют разные диаметры, реализуется механическое преимущество.
Ременная передача аналогична цепной передаче ; однако шкив ременной передачи может быть гладким (без отдельных блокирующих элементов, как в цепной звездочке, прямозубой шестерне или ремне ГРМ), так что механическое преимущество приблизительно определяется только соотношением диаметров делительных окружностей шкивов, а не фиксируется точно соотношением зубьев, как в случае шестерен и звездочек.
В случае барабанного шкива, без паза или фланцев, шкив часто слегка выпуклый, чтобы удерживать плоский ремень по центру. Иногда его называют корончатым шкивом. Хотя когда-то он широко использовался на заводских линейных валах , этот тип шкива все еще можно найти приводящим в движение вращающуюся щетку в вертикальных пылесосах , в ленточных шлифовальных машинах и ленточных пилах . [14] Сельскохозяйственные тракторы, построенные до начала 1950-х годов, как правило, имели ременной шкив для плоского ремня (именно в честь него был назван журнал Belt Pulley ). Его заменили другие механизмы с большей гибкостью в методах использования, такие как отбор мощности и гидравлика .
Так же, как диаметры шестерен (и, соответственно, их число зубьев) определяют передаточное отношение и, таким образом, увеличение или уменьшение скорости и механическое преимущество , которое они могут обеспечить, диаметры шкивов определяют те же самые факторы. Конические шкивы и ступенчатые шкивы (которые работают по тому же принципу, хотя названия, как правило, применяются к версиям с плоским ремнем и версиям с клиновым ремнем соответственно) являются способом обеспечения нескольких передаточных отношений привода в системе ременного шкива, которые могут переключаться по мере необходимости, так же, как трансмиссия обеспечивает эту функцию с помощью зубчатой передачи , которую можно переключать. Клиноременные ступенчатые шкивы являются наиболее распространенным способом, с помощью которого сверлильные станки обеспечивают диапазон скоростей шпинделя.
В ремнях и шкивах трение является одной из самых важных сил. Некоторые применения ремней и шкивов подразумевают особые углы (что приводит к плохому движению ремня и возможному соскальзыванию ремня со шкива) или условия низкого натяжения ремня, что приводит к ненужному проскальзыванию ремня и, следовательно, к дополнительному износу ремня. Чтобы решить эту проблему, шкивы иногда футеровываются. Футеровка — это термин, используемый для описания нанесения покрытия, покрытия или износостойкой поверхности с различными текстурированными узорами, которые иногда наносятся на оболочки шкивов. Футеровка часто применяется для того, чтобы продлить срок службы оболочки, обеспечивая сменную износостойкую поверхность или улучшая трение между ремнем и шкивом. В частности, приводные шкивы часто футеровываются резиной (покрываются резиновым фрикционным слоем) именно по этой причине. [15] Нанесение порошкообразной канифоли на ремень может временно увеличить трение, но может сократить срок службы ремня. [16]
колесо и ось.
Медиа, связанные с шкивами на Wikimedia Commons
Словарное определение слова sheave в Викисловаре
