الفيزياء

تصميم الماكينة 101: البكرات والأثقال الموازنة

تصميم الماكينة 101: البكرات والأثقال الموازنة


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تم استخدام البكرات والأثقال الموازنة لقرون لاكتساب مزايا ميكانيكية في آلات الحرب والمعدات الصناعية. الفيزياء التي تقف وراءها بسيطة إلى حد ما ، لكن أهميتها بالغة الأهمية.

في عالمنا الحديث ، تُستخدم البكرات والأثقال الموازنة في مجموعة متنوعة من التطبيقات. كونك مهندسًا ، فمن المحتمل أنك تدرك أنه في كل مرة تخطو فيها على المصعد ، فإنك تستخدم نظامًا من البكرات والأثقال الموازنة. فيما يتعلق بتصميم الآلة ، ربما تكون البكرات أسهل طريقة لاكتساب ميزة ميكانيكية. هناك طريقة أخرى شائعة لزيادة قوة الخرج في الميكانيكا الحديثة وهي الروافع ، والتي تعمل البكرات بشكل مشابه جدًا لها.

أساسيات البكرات

بدون الدخول في جميع مجموعات البكرات المختلفة ، في جوهرها ، تحتوي البكرات على عجلة وحبل. تعمل البكرة ذات العجلة الثابتة الواحدة فقط على عكس اتجاه قوة الإدخال بالنسبة إلى الكتلة التي يتم سحبها. باستخدام عجلة واحدة فقط ، لكي ترفع كتلة مقدارها 100 كجم ، ستحتاج إلى بذل قوة تعادل 100 كجم (1000 نيوتن) على الطرف الآخر من الحبل.

عند إضافة المزيد من العجلات أو الكتل إلى الآلة البسيطة التي هي عبارة عن نظام بكرة ، فإنك تكتسب المزيد والمزيد من المزايا الميكانيكية. مع نظام من عجلتين ، يمكنك رفع وزن 100 كجم ببذل 50 كجم فقط من القوة المكافئة للحبل. يصبح حساب قوى الإدخال أكثر تعقيدًا قليلاً كلما أضفت المزيد من الكتل وكذلك من خلال اختلافات الإعداد المختلفة. ومع ذلك ، يمكن فهم أنظمة البكرات الأكثر تعقيدًا من خلال جمع أطوال امتدادات مختلفة من الحبل وتوليد المعادلات من الاشتقاقات.

ذات صلة: 19 ابتكارًا هندسيًا ميكانيكيًا ساعد في تحديد الميكانيكا اليوم

أهم شيء يجب تذكره هو أن البكرات ليست أنظمة سحرية تقوم ببساطة بتحويل قوة صغيرة إلى قوة أكبر. قد يبدو هذا صحيحًا إذا ركزت على المدخلات والمخرجات ، لكن كتلة ما يتم رفعه تُترجم دائمًا إلى النقاط الثابتة حيث يتم توصيل البكرات بنظامك الصلب. بدلاً من تحويل القوى ، يمكننا القول إن نظام البكرات والحبال يدير القوى لتعظيم مقدار الكتلة التي يمكنك رفعها أو تحريكها.

لعب النظام بأثقال موازنة

الآن بعد أن أصبح لدينا فهم أساسي لأنظمة البكرات ، يمكننا الغوص في أنظمة ثقل الموازنة لاكتساب المزيد من المزايا الميكانيكية في تصميم الماكينة. تستخدم الأثقال الموازنة في أنظمة البكرات ، مثل المصاعد ، وكذلك أنظمة الرافعة ، مثل الرافعة. من حيث الأثقال الموازنة للرافعة ، فإن الأمر كله يتعلق باللحظات. للحفاظ على ذراع الرافعة صلبًا أثناء رفع كتلة 100 كجم تبعد 10 أمتار عن نقطة الارتكاز ، ستحتاج إلى ثقل موازن 1000 كجم على بعد متر واحد من نقطة الارتكاز على الجانب الآخر لتثبيت ذراع الرافعة. في الرافعات ، تحافظ الأثقال الموازنة عادةً على كتلة ثابتة ، لذلك من أجل ضبط الأحمال المختلفة ، ثقل الموازنة عادة لديه القدرة على التحرك لضبط اللحظة. من الواضح أن هذا تفسير بدائي للغاية للأثقال الموازنة للرافعة.

ذات صلة: المهندس يكتشف معرفة دافينشي الخفية بالاحتكاك

فيما يتعلق بأنظمة البكرة ، يساعد الثقل الموازن ببساطة في تطبيق قوة إدخال لرفع الجسم. أسهل طريقة لإثبات ذلك هي إلقاء نظرة على نظام المصعد. في المصاعد النموذجية ، يوجد ثقل موازن متصل بالطرف الآخر من نظام البكرة يعادل وزن السيارة تقريبًا عند تحميل 50٪. لا تقوم الأثقال الموازنة بجميع الأعمال في المصاعد الحديثة ، ولكنها تساعد في استقرار النظام وتقليل الحمل على محرك المصعد.

بافتراض أن سيارة المصعد تم تحميلها بنسبة 25٪ من سعتها ، فكل ما يحتاجه المحرك هو فرملة عربة المصعد في الطابق الأيمن (عند الصعود). يعني الثقل الموازن في المصعد أيضًا أنه إذا تعطلت فرامل المحرك ، فسيتم إبطاء السيارة من السقوط بالسرعة نفسها التي كانت ستسقط بها. تعد أنظمة المصاعد ككل أكثر تعقيدًا قليلاً مما هو موضح هنا ، ولكن بالنظر إلى الأثقال الموازنة ، فهذا هو جوهر وظيفتها.

لذلك ، من خلال مزيج من البكرات والأثقال الموازنة ، يمكننا تصميم آلات تمنحنا ميزة ميكانيكية وتجعل تحريك الكتل الكبيرة أمرًا سهلاً إلى حد ما باستخدام قوة إدخال صغيرة.

مزيد من المعلومات حول البكرات

إذا كنت تتطلع إلى معرفة المزيد عن هذه الأجهزة الميكانيكية البسيطة ، فإن الفيديو أدناه يتطرق إلى مزيد من التفاصيل ، مع مساعدات بصرية مفيدة.

على وجه التحديد ، يناقش Destin from Smarter Every Day نوع البكرة ، المشار إليها باسم كتل الخطف. يسمح هذا النوع من البكرات بالمرور عبرها بسهولة ، حيث تنفصل في المنتصف. هذا يحفظ المستخدم من الاضطرار إلى تمرير الحبل أو السلسلة من خلال آلية البكرة في بداية الاستخدام.

ذات صلة: ما هي الفيزياء وراء الكرات المرتدة؟

ما هي بعض الاستخدامات الشائعة للبكرات التي رأيتها ، أو ربما ، ما هي الأكثر إثارة للإعجاب؟


شاهد الفيديو: كشف صوت أعطال طرمبه الماء او احد البكرات (شهر اكتوبر 2022).