ฟิสิกส์

การออกแบบเครื่องจักร 101: รอกและตุ้มถ่วง

การออกแบบเครื่องจักร 101: รอกและตุ้มถ่วง

รอกและตุ้มถ่วงถูกใช้มาหลายศตวรรษเพื่อให้ได้เปรียบเชิงกลในเครื่องจักรสงครามและอุปกรณ์อุตสาหกรรม ฟิสิกส์เบื้องหลังนั้นค่อนข้างเรียบง่าย แต่ความสำคัญของมันเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง

ในโลกสมัยใหม่ของเรารอกและตุ้มน้ำหนักถูกใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย ในฐานะวิศวกรที่คุณเป็นคุณน่าจะตระหนักดีว่าทุกครั้งที่คุณก้าวขึ้นลิฟต์คุณกำลังมีส่วนร่วมในสิ่งที่น่าจะเป็นระบบรอกและน้ำหนักถ่วง ในแง่ของการออกแบบเครื่องจักรรอกอาจเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการได้เปรียบเชิงกล อีกวิธีหนึ่งในการเพิ่มแรงส่งออกของคุณในกลไกสมัยใหม่คือคันโยกซึ่งรอกจะทำงานคล้ายกันมาก

พื้นฐานของรอก

โดยไม่ต้องเข้าไปในชุดรอกต่างๆทั้งหมดที่แกนกลางของพวกเขารอกจะมีล้อและเชือก รอกที่มีล้อคงที่เพียงล้อเดียวจะกลับทิศทางของแรงป้อนเข้าที่สัมพันธ์กับมวลที่ดึง ด้วยล้อเพียงล้อเดียวในการยกน้ำหนัก 100 กิโลกรัมคุณจะต้องออกแรงที่ปลายอีกด้านหนึ่งของเชือก 100 กิโลกรัม (1,000 นิวตัน)

เมื่อมีการเพิ่มล้อหรือบล็อกมากขึ้นในเครื่องธรรมดาที่เป็นระบบรอกคุณจะได้เปรียบเชิงกลมากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยระบบ 2 ล้อคุณสามารถยกน้ำหนัก 100 กก. ได้โดยออกแรงเพียง 50 กก. เทียบเท่ากับเชือก การคำนวณแรงป้อนเข้าจะซับซ้อนขึ้นเล็กน้อยยิ่งคุณเพิ่มบล็อกได้มากเท่าไหร่และผ่านรูปแบบการตั้งค่าต่างๆ อย่างไรก็ตามแม้แต่ระบบรอกที่ซับซ้อนที่สุดก็สามารถเข้าใจได้โดยการเพิ่มความยาวของเชือกที่แตกต่างกันและสร้างสมการจากการหารากศัพท์

ที่เกี่ยวข้อง: 19 นวัตกรรมทางวิศวกรรมเชิงกลที่ช่วยให้กลไกการกำหนดค่าในวันนี้

สิ่งสำคัญที่สุดที่ต้องจำไว้คือรอกไม่ใช่ระบบเวทย์มนตร์ที่เปลี่ยนพลังเล็ก ๆ ให้เป็นแรงที่ใหญ่ขึ้น สิ่งนี้อาจดูเหมือนจริงหากคุณมุ่งเน้นไปที่อินพุตและเอาต์พุต แต่มวลของสิ่งที่ยกขึ้นจะถูกแปลเป็นจุดคงที่ที่รอกยึดกับระบบแข็งของคุณเสมอ แทนที่จะเปลี่ยนกองกำลังเราสามารถพูดได้ว่าระบบรอกและเชือกจะจัดการกองกำลังเพื่อเพิ่มมวลที่คุณสามารถยกหรือเคลื่อนย้ายได้

เล่นเกมด้วยระบบถ่วงน้ำหนัก

ตอนนี้เรามีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับระบบรอกแล้วเราสามารถดำดิ่งสู่ระบบถ่วงน้ำหนักเพื่อให้ได้เปรียบเชิงกลมากขึ้นในการออกแบบเครื่องจักร Counterweights ใช้ในระบบรอกเช่นลิฟต์และระบบคันโยกเช่นเครน ในแง่ของการถ่วงเครนมันเป็นเรื่องของช่วงเวลา เพื่อให้แขนเครนแข็งในขณะที่ยกมวล 100 กก. ซึ่งอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลาง 10 ม. คุณจะต้องมีตุ้มถ่วง 1,000 กก. จากจุดศูนย์กลางอีกด้านหนึ่งเพื่อให้แขนเครนทรงตัว ในปั้นจั่นโดยทั่วไปแล้วเครื่องถ่วงจะรักษามวลให้คงที่ดังนั้นเพื่อที่จะปรับให้เข้ากับน้ำหนักบรรทุกที่แตกต่างกันน้ำหนักถ่วง โดยปกติ มีความสามารถในการเคลื่อนย้ายเพื่อปรับช่วงเวลา เห็นได้ชัดว่านี่เป็นคำอธิบายพื้นฐานเกี่ยวกับน้ำหนักถ่วงของเครน

ที่เกี่ยวข้อง: วิศวกรค้นพบความรู้ที่ซ่อนอยู่ของ DAVINCI เกี่ยวกับแรงเสียดทาน

ในแง่ของระบบรอกเครื่องถ่วงน้ำหนักจะช่วยเพียงแค่ใช้แรงป้อนเข้าเพื่อยกวัตถุ วิธีที่ง่ายที่สุดในการสาธิตสิ่งนี้คือการดูระบบลิฟต์ ในลิฟต์ทั่วไปจะมีน้ำหนักถ่วงติดอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของระบบรอกเทียบเท่ากับน้ำหนักของรถที่โหลด 50% การถ่วงไม่ได้ทำงานทั้งหมดในลิฟต์รุ่นใหม่ ๆ แต่ช่วยรักษาเสถียรภาพของระบบและลดภาระของมอเตอร์ลิฟต์

สมมติว่ารถลิฟต์โหลดที่ 25% ของความจุมอเตอร์ทั้งหมดที่ต้องทำคือเบรกรถลิฟต์ที่ชั้นด้านขวา (เมื่อขึ้นไป) น้ำหนักถ่วงในลิฟต์ยังหมายความว่าหากเบรกมอเตอร์ล้มเหลวรถจะชะลอตัวจากการตกลงไปค่อนข้างเร็วเท่าที่ควร ระบบลิฟต์โดยรวมมีความซับซ้อนมากกว่าที่อธิบายไว้ที่นี่เล็กน้อย แต่เมื่อพิจารณาถึงน้ำหนักถ่วงแล้วนี่คือสาระสำคัญของหน้าที่

ดังนั้นด้วยการผสมผสานระหว่างรอกและตุ้มถ่วงเราจึงสามารถออกแบบเครื่องจักรที่ทำให้เราได้เปรียบเชิงกลและทำให้การเคลื่อนย้ายมวลขนาดใหญ่ทำได้ง่ายโดยใช้แรงป้อนเข้าเพียงเล็กน้อย

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับรอก

หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์กลไกง่ายๆเหล่านี้วิดีโอด้านล่างนี้จะให้รายละเอียดที่ดียิ่งขึ้นพร้อมด้วยโสตทัศนูปกรณ์ที่เป็นประโยชน์

โดยเฉพาะ Destin จาก Smarter Every Day กล่าวถึงรอกประเภทหนึ่งซึ่งเรียกว่าบล็อกฉก มู่เล่ย์ประเภทนี้ช่วยให้สามารถร้อยสายไฟผ่านพวกมันได้อย่างง่ายดายโดยแยกออกจากกันตรงกลาง วิธีนี้ช่วยให้ผู้ใช้ไม่ต้องพันเชือกหรือโซ่ผ่านกลไกรอกเมื่อเริ่มใช้งาน

ที่เกี่ยวข้อง: ฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังลูกบอลคืออะไร?

คุณเคยเห็นรอกแบบไหนมาใช้กันบ้างหรือบางทีอะไรคือสิ่งที่น่าประทับใจที่สุด?


ดูวิดีโอ: เลอยสายพานมไวใชภายในบาน0810495133 (ธันวาคม 2021).