Шкив — 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. шкив или шкив — это шкив, в котором ось поддерживается 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 полиспастной системы 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.) и Месопотамии в начале 2-го тысячелетия до н. э. В Римском Египте Герон Александрийский (ок. 10–70 гг. н. э.) определил блок как одну из шести простых машин, используемых для подъема тяжестей. 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. В «Сравнительных 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.
Блок — это набор шкивов (колес), собранных таким образом, что каждый шкив вращается независимо от каждого другого шкива. Два блока с тросом, прикрепленным к одному из блоков и продетым через два набора шкивов, образуют блок и полиспаст.
Блок и снасть собираются таким образом, что один блок крепится к неподвижной точке крепления, а другой — к движущемуся грузу. Идеальное механическое преимущество блока и снасти равно числу секций веревки, поддерживающей движущийся блок.
На диаграмме справа идеальное механическое преимущество каждого из показанных блоков и талей в сборе выглядит следующим образом:
Система троса и шкива, то есть блока и тали, характеризуется использованием одной непрерывной веревки для передачи силы натяжения вокруг одного или нескольких шкивов для подъема или перемещения груза. Веревка может представлять собой легкую веревку или крепкий кабель. Эта система включена в список простых машин, выявленных учеными эпохи Возрождения.
Если система веревок и блоков не рассеивает и не накапливает энергию, то ее механическое преимущество заключается в количестве частей веревки, которые воздействуют на нагрузку. Это можно показать следующим образом.
Рассмотрим набор шкивов, образующих движущийся блок, и части веревки, поддерживающие этот блок. Если имеется p этих частей веревки, поддерживающих груз W, то баланс сил на подвижном блоке показывает, что натяжение в каждой из частей веревки должно быть W/p. Это означает, что входная сила на веревке равна T=W/p. Таким образом, блок и захват уменьшают входную силу. силу с коэффициентом p.
Простейшая теория работы шкивной системы предполагает, что шкивы и стропы невесомы и что потери энергии из-за трения отсутствуют. Также предполагается, что линии не растягиваются.
В состоянии равновесия силы, действующие на движущийся блок, должны быть равны нулю. При этом натяжение веревки должно быть одинаковым для каждой ее части. Это означает, что каждая из двух частей веревки, поддерживающей движущийся блок, должна выдерживать половину нагрузки.
Это различные типы шкивных систем:
Механическое преимущество талей можно увеличить, поменяв местами неподвижные и подвижные блоки, чтобы веревка прикреплялась к подвижному блоку и тянулась в направлении поднятого груза. В этом случае говорят, что блок и подкат «движутся к преимуществу». На диаграмме 3 показано, что теперь три части веревки поддерживают нагрузку W, что означает, что натяжение веревки составляет W/3. Таким образом, механическое преимущество равно трем.
При добавлении шкива к неподвижному блоку ружейной снасти направление тяговой силы меняется на противоположное, хотя механическое преимущество остается прежним, диаграмма 3а. Это пример подката Лаффа.
Механическое преимущество полиспаста можно проанализировать с помощью диаграмм свободного тела, которые уравновешивают силу натяжения веревки с силой тяжести груза. В идеальной системе невесомые и не имеющие трения блоки не рассеивают энергию и позволяют менять направление веревки, которая не растягивается и не изнашивается. В этом случае баланс сил на свободном теле, включающем в себя нагрузку, W и n, поддерживающие участки веревки с натяжением T, дает:
Отношение нагрузки к силе входного натяжения представляет собой механическое преимущество MA системы шкивов,
Таким образом, механическое преимущество системы равно количеству секций каната, поддерживающего груз.
Система ремня и шкивов характеризуется наличием двух или более шкивов, общих для ремня. Это позволяет передавать механическую мощность, крутящий момент и скорость между осями. Если шкивы имеют разный диаметр, реализуется механическое преимущество.
Ременная передача аналогична цепной передаче; однако шкив ремня может быть гладким (без отдельных блокирующих элементов, которые можно найти на цепной звездочке, цилиндрической шестерне или зубчатом ремне), так что механическое преимущество приблизительно определяется соотношением только делительного диаметра шкивов, не фиксируется точно соотношением зубьев, как в случае с шестернями и звездочками.
В случае шкива барабанного типа, без канавок и фланцев, шкив часто бывает слегка выпуклым, чтобы плоский ремень удерживался по центру. Его иногда называют корончатым шкивом. Хотя этот тип шкива когда-то широко использовался на валах заводских линий, он до сих пор используется для привода вращающейся щетки в вертикальных пылесосах, ленточных шлифовальных машинах и ленточных пилах. Сельскохозяйственные тракторы, выпущенные до начала 1950-х годов, обычно имели шкив для плоского ремня (именно в честь этого был назван журнал Belt Pulley). На смену ему пришли другие механизмы, обладающие большей гибкостью в способах использования, такие как коробка отбора мощности и гидравлика.
Точно так же, как диаметр шестерен (и, соответственно, количество их зубьев) определяет передаточное число и, следовательно, увеличение или уменьшение скорости, а также механическое преимущество, которое они могут обеспечить, диаметры шкивов определяют те же самые факторы. Конусные и ступенчатые шкивы (которые работают по одному и тому же принципу, хотя эти названия, как правило, применяются к версиям с плоским ремнем и версиям с клиновым ремнем соответственно) представляют собой способ обеспечить несколько передаточных чисел привода в системе ремень-шкив, которая может переключаться по мере необходимости, точно так же, как трансмиссия обеспечивает эту функцию с помощью переключаемой зубчатой передачи. Шкивы с клиноременными шкивами являются наиболее распространенным способом, с помощью которого сверлильные станки обеспечивают диапазон скоростей шпинделя.
Для ремней и шкивов трение является одной из наиболее важных сил. Некоторые варианты использования ремней и шкивов связаны с особыми углами (приводящими к плохому движению ремня и, возможно, его соскальзыванию со шкива) или с низким натяжением ремня, что приводит к ненужному проскальзыванию ремня и, следовательно, к дополнительному износу ремня. Чтобы решить эту проблему, шкивы иногда запаздывают. Запаздывание — это термин, используемый для описания нанесения покрытия, покрытия или изнашиваемой поверхности с различными текстурированными рисунками, которые иногда наносятся на корпуса шкивов. Запайка часто применяется для продления срока службы корпуса за счет сменной изнашиваемой поверхности или для улучшения трения между ремнем и шкивом. Примечательно, что именно по этой причине приводные шкивы часто имеют резиновое покрытие (покрытое резиновым фрикционным слоем).