Mechanischer Vorteil ist ein Maß der erreichten Kraft-Erweiterung durch das Verwenden eines Werkzeugs, mechanischen Gerät- oder Maschinensystems. Ideal bewahrt das Gerät die Eingangsmacht und handelt einfach von Kräften gegen die Bewegung, um eine gewünschte Erweiterung in der Produktionskraft zu erhalten. Das Modell dafür ist das Gesetz des Hebels. Maschinenbestandteile haben vorgehabt, Kräfte zu führen, und Bewegung werden auf diese Weise Mechanismen genannt.

Ein idealer Mechanismus übersendet Macht, ohne beizutragen zu oder davon Abstriche zu machen. Das bedeutet, dass der ideale Mechanismus keine Macht-Quelle einschließt, und frictionless und gebaut von starren Körpern ist, die nicht abweichen oder halten. Die Leistung von echten Systemen wird bei diesem Ideal durch das Verwenden von Wirkungsgraden erhalten, die Reibung, Deformierung und Tragen in Betracht ziehen.

Gesetz des Hebels

Der Hebel ist eine bewegliche Bar, die Türangeln auf einem Hebepunkt dem Boden beigefügt haben. Der Hebel funktioniert durch die Verwendung von Kräften in verschiedenen Entfernungen vom Hebepunkt oder Türangel.

Als die Hebel-Türangeln auf dem Hebepunkt, Punkte weiter von dieser Türangel-Bewegung schneller als an der Türangel nähere Punkte. Die Macht in und aus dem Hebel muss dasselbe sein, so müssen Kräfte, die auf Punkte weiter von der Türangel angewandt sind, weniger sein als, wenn angewandt, auf Punkte, die darin näher sind.

Wenn a und b Entfernungen vom Hebepunkt bis Punkte A und B sind, und wenn Kraft F angewandt auf A die Eingangskraft ist und an B ausgeübter F die Produktion ist, wird das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Punkten A und B durch a/b gegeben, so wird das Verhältnis der Produktion Kraft zur Eingangskraft oder mechanischer Vorteil, durch gegeben

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Das ist das Gesetz des Hebels, der von Archimedes bewiesen wurde, der das geometrische Denken verwendet. Es zeigt, dass wenn die Entfernung vom Hebepunkt bis, wo die Eingangskraft angewandt wird (spitzen A an), größer ist als die Entfernung b vom Hebepunkt bis, wo die Produktionskraft angewandt wird (spitzen Sie B an), dann verstärkt der Hebel die Eingangskraft. Wenn die Entfernung vom Hebepunkt bis die Eingangskraft weniger ist als vom Hebepunkt bis die Produktionskraft, dann reduziert der Hebel die Eingangskraft. Die tiefen Implikationen und Nützlichkeit des Gesetzes des Hebels anerkennend, ist Archimedes mit dem Kostenvoranschlag berühmt zugeschrieben worden "Geben mir einen Platz zu stehen, und mit einem Hebel werde ich die ganze Welt bewegen."

Der Gebrauch der Geschwindigkeit in der statischen Analyse eines Hebels ist eine Anwendung des Grundsatzes der virtuellen Arbeit.

Geschwindigkeitsverhältnis

Die Voraussetzung für den Macht-Eingang zu einem idealen Mechanismus, Macht-Produktion gleichzukommen, stellt eine einfache Weise zur Verfügung, mechanischen Vorteil vom Eingangsproduktionsgeschwindigkeitsverhältnis des Systems zu schätzen.

Macht ist das Produkt der Kraft und Geschwindigkeit. Der Macht-Eingang zu einem Zahnrad bildet sich mit einem Drehmoment T angewandt auf die Laufwerk-Rolle aus, die an einer winkeligen Geschwindigkeit von ω rotiert, ist P=Tω.

Weil der Macht-Fluss unveränderlich ist, müssen das Drehmoment T und die winkelige Geschwindigkeit ω des Produktionszahnrades die Beziehung befriedigen

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der nachgibt

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Das zeigt, dass für einen idealen Mechanismus das Eingangsproduktionsgeschwindigkeitsverhältnis dem mechanischen Vorteil des Systems gleichkommt. Das gilt für alle mechanischen Systeme im Intervall von Robotern zu Verbindungen.

Zahnrad-Züge

Zahnrad-Zähne werden entworfen, so dass die Zahl von Zähnen auf einem Zahnrad zum Radius seines Wurf-Kreises proportional ist, und so dass die Wurf-Kreise von verwickelnden Getrieben auf einander ohne das Gleiten rollen. Das Geschwindigkeitsverhältnis für ein Paar von verwickelnden Getrieben kann vom Verhältnis der Radien der Wurf-Kreise und dem Verhältnis der Zahl von Zähnen auf jedem Zahnrad, seinem Übersetzungsverhältnis geschätzt werden.

Die Geschwindigkeit v des Punkts des Kontakts auf den Wurf-Kreisen ist dasselbe auf beiden Getrieben, und wird durch gegeben

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wo eingegebenes Zahnrad A Radius r hat und mit dem Produktionszahnrad B vom Radius r, ineinander greift

deshalb,

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wo N die Zahl von Zähnen auf dem Eingangszahnrad ist und N die Zahl von Zähnen auf dem Produktionszahnrad ist.

Der mechanische Vorteil eines Paares von verwickelnden Getrieben, für die das Eingangszahnrad N Zähne und das Produktionszahnrad hat, hat N Zähne wird durch gegeben

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Das zeigt dass, wenn das Produktionszahnrad G mehr Zähne hat als das Eingangszahnrad G, dann verstärkt der Zahnrad-Zug das Eingangsdrehmoment. Und wenn das Produktionszahnrad weniger Zähne hat als das Eingangszahnrad, dann reduziert der Zahnrad-Zug das Eingangsdrehmoment.

Wenn das Produktionszahnrad eines Zahnrad-Zugs langsamer rotiert als das Eingangszahnrad, dann wird der Zahnrad-Zug eine Geschwindigkeitsreduziermaschine genannt. In diesem Fall, weil das Produktionszahnrad mehr Zähne haben muss als das Eingangszahnrad, wird die Geschwindigkeitsreduziermaschine das Eingangsdrehmoment verstärken.

Kette und Riemenantriebe

Mechanismen, die aus zwei Radzähnen bestehen, die durch eine Kette oder zwei durch einen Riemen verbundene Rollen verbunden sind, werden entworfen, um einen spezifischen mechanischen Vorteil in einer Energieübertragung Systeme zur Verfügung zu stellen.

Die Geschwindigkeit v der Kette oder des Riemens ist dasselbe wenn im Kontakt mit den zwei Radzähnen oder Rollen:

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wo der Eingangsradzahn oder die Rolle Ineinandergreifen mit der Kette oder dem Riemen entlang dem Wurf-Radius r und dem Produktionsradzahn oder der Rolle B mit dieser Kette oder Riemen entlang dem Wurf-Radius r, ineinander greifen

deshalb

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wo N die Zahl von Zähnen auf dem Eingangsradzahn ist und N die Zahl von Zähnen auf dem Produktionsradzahn ist. Für einen Timing-Riemenantrieb kann die Zahl von Zähnen auf dem Radzahn verwendet werden. Für Reibungsriemenantriebe muss der Wurf-Radius des Eingangs und der Produktionsrollen verwendet werden.

Der mechanische Vorteil eines Paares eines Kettenlaufwerkes oder Timing-Riemenantriebs mit einem Eingangsradzahn mit N Zähnen und dem Produktionsradzahn hat N Zähne wird durch gegeben

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Der mechanische Vorteil für Reibungsriemenantriebe wird durch gegeben

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Ketten und Riemen zerstreuen Macht durch die Reibung, das Strecken und das Tragen, was bedeutet, die Macht-Produktion ist wirklich weniger als der Macht-Eingang, was bedeutet, dass der mechanische Vorteil des echten Systems weniger sein wird als das, das für einen idealen Mechanismus berechnet ist. Eine Kette oder Riemenantrieb können nicht weniger als 5 % der Macht durch das System in der Reibungshitze, der Deformierung und dem Tragen verlieren, in welchem Fall die Leistungsfähigkeit des Laufwerkes 95 % ist.

Beispiel-Rad-Kettenlaufwerk

Denken Sie das 18-Gangrad mit 7-Zoll-Kurbeln und 26-Zoll-Rädern. Wenn die Radzähne an der Kurbel und am hinteren Laufwerk-Rad dieselbe Größe sind, dann kann das Verhältnis der Produktionskraft auf dem Reifen zur Eingangskraft auf dem Pedal aus dem Gesetz des Hebels berechnet werden, um zu sein

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Denken Sie jetzt die kleinen und großen Vorderradzähne, die 28 und 52 Zähne beziehungsweise haben, und die kleinen und großen hinteren Radzähne denken, die 16 und 32 Zähne jeder haben. Mit diesen Zahlen können wir die folgenden Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den hinteren und Vorderradzähnen schätzen

Das Verhältnis der Kraft, das Rad zur Kraft auf dem Pedal steuernd, das der mechanische Gesamtvorteil des Rades ist, ist das Produkt des Geschwindigkeitsverhältnisses und des KurbelRad-Hebel-Verhältnisses.

Bemerken Sie, dass in jedem Fall die Kraft auf den Pedalen größer ist als die Kraft, das Rad vorwärts steuernd. Das behält die Pedal-Kurbelgeschwindigkeit niedrig hinsichtlich der Geschwindigkeit des Laufwerk-Rades sogar mit niedrigen gesamten Geschwindigkeiten.

Block und Ausrüstung

Ein Block und Ausrüstung sind ein Zusammenbau eines Taues und Rollen, der verwendet wird, um Lasten zu heben. Mehrere Rollen werden zusammen gesammelt, um die Blöcke, derjenige zu bilden, der befestigt wird und derjenige, der sich mit der Last bewegt. Das Tau wird durch die Rollen eingefädelt, um mechanischen Vorteil zur Verfügung zu stellen, der diese auf das Tau angewandte Kraft verstärkt.

Um zu beschließen, dass der mechanische Vorteil eines Blocks und Ausrüstungssystems den einfachen Fall einer Pistole-Ausrüstung in Betracht zieht, die eine Single, oder befestigt, Rolle und eine einzelne bewegliche Rolle besteigen ließ. Das Tau wird um den festen Block eingefädelt und fällt zum bewegenden Block hin, wo es um die Rolle eingefädelt und zurückgebracht wird bis zu, zum festen Block verknotet sein.

Lassen Sie S die Entfernung von der Achse des festen Blocks zum Ende des Taues sein, das ist, wo die Eingangskraft angewandt wird. Lassen Sie R die Entfernung von der Achse des festen Blocks zur Achse des bewegenden Blocks sein, der B ist, wo die Last angewandt wird.

Die Gesamtlänge des Taues L kann schriftlich als

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wo K die unveränderliche Länge des Taues ist, das die Rollen überträgt und sich als der Block nicht ändert und Bewegungen anpackt.

Die Geschwindigkeiten V nd V der Punkte A und B sind durch die unveränderliche Länge des Taues verbunden, das ist

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oder

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Das negative Zeichen zeigt, dass die Geschwindigkeit der Last gegenüber der Geschwindigkeit der angewandten Kraft ist, was bedeutet, weil wir auf dem Tau herunterziehen, steigt die Last.

Lassen Sie V abwärts und V positiv sein, aufwärts positiv zu sein, so kann diese Beziehung als das Geschwindigkeitsverhältnis geschrieben werden

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wo 2 die Zahl von Tau-Abteilungen ist, die den bewegenden Block unterstützen.

Lassen Sie F die Eingangskraft sein, die an das Ende des Taues angewandt ist, und F die Kraft an B auf dem bewegenden Block sein zu lassen. Wie die Geschwindigkeiten wird F abwärts geleitet, und F wird aufwärts geleitet.

Für einen idealen Block und Ausrüstungssystem dort ist keine Reibung in den Rollen und keine Ablenkung oder Tragen im Tau, was die durch die angewandte Kraft eingegebene Macht bedeutet, muss FV der Macht gleichkommen, die der Last FV folgt, der ist

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Das Verhältnis der Produktionskraft zur Eingangskraft ist der mechanische Vorteil eines idealen Pistole-Ausrüstungssystems,

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Diese Analyse verallgemeinert zu einem idealen Block und Ausrüstung mit einem bewegenden Block, der durch n Tau-Abteilungen, unterstützt ist

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Das zeigt, dass die Kraft, die durch einen idealen Block und Ausrüstung ausgeübt ist, n Zeiten die Eingangskraft ist, wo n die Zahl von Abteilungen des Taues ist, die den bewegenden Block unterstützen.

Leistungsfähigkeit

Für eine ideale Maschine können die zwei Gleichungen verbunden werden, anzeigend, dass die Kraft, die IN zu solch einer Maschine (Nenner des ersten Verhältnisses) ausgeübt ist, multipliziert mit der Entfernung, die IN (Zähler des zweiten Verhältnisses) bewegt ist, gleich sein wird, ist die Kraft, die Aus der mit der Entfernung multiplizierten Maschine ausgeübt ist, ausgezogen (d. h. Arbeit DARIN ist gleich laufen gut).

Als ein ideales Beispiel, mit einem Block und Ausrüstung mit sechs Tauen und einer 600-Pfund-Last, wäre der Maschinenbediener erforderlich, das Tau sechs Fuß zu ziehen, und 100 Pfunde der Kraft auszuüben, um die Last ein Fuß zu heben. Beide Gleichungen zeigen, dass der Magister artium sechs Jahre alt ist. In der ersten Gleichung laufen 100 Pfunde der Kraft DARIN auf 600 Pfunde dessen hinaus verdrängen. Die zweite Gleichung berechnet nur den idealen mechanischen Vorteil (IMA) und ignoriert echte Weltenergieverluste wegen der Reibung und anderen Ursachen. Jene Verluste vom IMA oder das Verwenden der ersten Gleichung Abstriche zu machen, geben den wirklichen mechanischen Vorteil (AMA) nach. Das Verhältnis von AMA zu IMA ist die mechanische Leistungsfähigkeit des Systems.

Es gibt zwei Typen des mechanischen Vorteils: idealer mechanischer Vorteil (IMA) und wirklicher mechanischer Vorteil (AMA).

Idealer mechanischer Vorteil

Der ideale mechanische Vorteil (IMA) oder theoretischer mechanischer Vorteil, ist der mechanische Vorteil einer idealen Maschine. Es wird mit Physik-Grundsätzen berechnet, weil keine ideale Maschine wirklich besteht.

Der IMA einer Maschine kann mit der folgenden Formel gefunden werden:

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wo

:D kommt der 'Anstrengungsentfernung' gleich (für einen Hebel, die Entfernung vom Hebepunkt bis, wo die Anstrengung angewandt wird)

:D kommt der Widerstand-Entfernung gleich (für einen Hebel, die Entfernung vom Hebepunkt bis, wo auf den Widerstand gestoßen wird)

Wirklicher mechanischer Vorteil

Der wirkliche mechanische Vorteil (AMA) ist der mechanische Vorteil einer echten Maschine. Wirklicher mechanischer Vorteil zieht echte Weltfaktoren wie in der Reibung verlorene Energie in Betracht.

Der AMA einer Maschine wird mit der folgenden Formel berechnet:

:wo

:R = Widerstand-Kraft hat von der Maschine vorgeherrscht

:E = hat wirkliche Anstrengungskraft für die Maschine gegolten

Siehe auch

• Umriss von Maschinen
• Hebel
• Einfache Maschine
• Mechanisches Vorteil-Gerät
• Übersetzungsverhältnis
• Die Chain Drive
• Timing des Riemens
• Riemen (mechanischer)
• Rolle-Kette
• Rad-Kette
• Rad, das eingreift
• Übertragung (Mechanik)
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Links

• Getriebe und Rollen
• Maschinenbau - Rollen
• Mechanischer Vorteil - Video