استفاده از بلوک ها و اهرم ها در مکانیزم های بالابر. بلوک متحرک

اصطلاح "بلوک" به معنای مقداری دستگاه مکانیکی، که یک غلتک است که بر روی یک محور عمود بر هم ثابت می شود.این غلتک می تواند آزادانه حرکت کند یا برعکس - به طور سفت و سخت ثابت شده است. بیایید تعریف را ساده کنیم - اگر محور چرخش غلتک در فضا حرکت کند، بلوک متحرک است. غلتک دارای یک شیار است که یک طناب یا کابل در آن وارد می شود. تصویر زیر نشان می دهد ظاهرمسدود کردن.

اگر غلتک مثلاً روی سقف ثابت باشد، یک بلوک ثابت است. اگر غلتک با بار حرکت کند، یک بلوک متحرک است. در یک مفهوم کلی، تنها تفاوت در این است.

منظور از استفاده از بلوک متحرک به دست آوردن قدرت در هنگام بلند کردن یا جابجایی بارها و اجسام فیزیکی است. یک بلوک ثابت افزایشی ایجاد نمی کند، با این حال، اغلب حرکت بدن را بسیار ساده می کند و در سیستم های همراه با یک بلوک متحرک استفاده می شود.

استفاده از بلوک های متحرک و ثابت

سیستم بلوک در همه جا وجود دارد. این جرثقیل ها هستند و دستگاه های مختلفبرای جابجایی کالا در گاراژ و حتی تسمه های محرک V ماشین مدرن. اغلب از بلوک حتی بدون درک روشنی که مکانیسم یکسانی است استفاده می شود.

حتما در کارگاه های ساختمانی چرخ های متحرکی را دیده اید که در طبقات بالایی خانه در حال ساخت ثابت شده اند. یک طناب یا زنجیر روی چنین چرخی پرتاب می شود و کارگر در حالی که سطل را در طبقه اول ثابت می کند، آن را به طبقه بالا می برد و طناب را حرکت می دهد. این یک مثال ساده از استفاده از یک بلوک ثابت است. اگر یک چرخ دیگر به سطل اضافه کنید، سیستمی از بلوک ها - متحرک و ثابت - دریافت می کنید.

نمونه نادر دیگری از استفاده از یک بلوک ثابت. وقتی شخصی ماشینی را از گل و لای بیرون می آورد، پیچیدن طناب یدک کشیدور تنه درخت این کار برای راحتی بیشتر انجام می شود، زیرا وینچ بکسل به راحتی به انتهای کوچک کابل پیچیده شده در اطراف صندوق عقب می افتد. خود چنین بلوکی هیچ سودی ندارد و از آنجایی که درخت حول محور خود نمی چرخد، نیروی مقاومت بار را افزایش می دهد.

نمونه هایی از استفاده از اینها مکانیسم های سادهدر اطراف ما چیزهای زیادی وجود دارد

معروف ترین وسیله ای که بر اساس اصل بلوک کار می کند بالابر زنجیری است. به طور فعال در آن استفاده می شود مکانیسم های بلند کردن. سیستم بلوک باعث کاهش قدرت و کار عمومی 4-8 برابر کاهش می یابد.

حل مشکلات بلوک های متحرک و ثابت

در مسائل فیزیک، اغلب لازم است مشخص شود که در هنگام استفاده از بلوک ها چه مقدار افزایش قدرت حاصل می شود. به دانشجو پیشنهاد می شود طرح پیچیدهکه در آن چندین بلوک از انواع مختلف در یک ردیف به هم متصل شده اند.

کلید راه حلیکی از این وظایف در توانایی درک تعامل این دستگاه ها نهفته است. هر بلوک به طور جداگانه محاسبه می شود و سپس به آن اضافه می شود فرمول کلی. فرمول محاسبه برای کل کار مطابق نموداری که دانش آموز هنگام خواندن شرط ترسیم کرده است، جمع آوری می شود.

برای درک بهتر چنین مشکلاتی باید به خاطر داشت که بلوک نوعی اهرم است. نیروی به دست آمده باعث کاهش فاصله (در مورد بلوک متحرک) می شود.

فرمول محاسبه بسیار ساده است.

برای بلوک ثابت F=fmg، که در آن F نیرو، f ضریب درگ بلوک، m جرم بار، g ثابت گرانشی است. به عبارت دیگر، F نیرویی است که باید برای بلند کردن یک جعبه از زمین با استفاده از یک بلوک ثابت اعمال شود. همانطور که می بینید، وابستگی مستقیم است و هیچ ضریبی وجود ندارد.

برای جابجایی بلوکما یک افزایش دو برابری در قدرت داریم. فرمول محاسبه F=0.5fmg، که در آن تعیین حروفمشابه فرمول بالا بر این اساس، هنگام استفاده از یک بلوک متحرک، بلند کردن چنین جعبه ای با جرم m دو برابر آسان تر از استفاده از پشت خود است.

توجه داشته باشید که ضریب درگ- این مقاومتی است که در بلوک هنگام حرکت طناب در طول آن ایجاد می شود. معمولاً این مقادیر در بیانیه مشکل مشخص می شوند یا یک مقدار جدولی هستند. گاهی در تکالیف مدرسه این ضرایب به کلی حذف می شود و در نظر گرفته نمی شود.

علاوه بر این، نباید آن را فراموش کرد اگر نیرو در یک زاویه اعمال شود، باید از روش استاندارد برای محاسبه مثلث نیروها استفاده کنید.. اگر وظیفه می گوید که شخصی باری را توسط طنابی می کشد که در 30 درجه خط افق قرار دارد، مطمئناً باید این مورد در نظر گرفته شود و در نمودار طراحی نشان داده شود.

ماشین های بالابر برای کمک به فرد برای بلند کردن چیزهای سنگین تا ارتفاع طراحی شده اند. بیشتر مکانیسم های بلند کردن بر اساس سیستم سادهبلوک - بالابر زنجیره ای. او هنوز برای ارشمیدس آشنا بود، اما اکنون در مورد این موضوع اختراع درخشانخیلی ها نمی دانند با یادآوری دوره فیزیک، نحوه عملکرد چنین مکانیزمی، ساختار و دامنه آن را دریابید. با درک طبقه بندی، می توانید به محاسبه ادامه دهید. برای اینکه کار کند - توجه شما به دستورالعمل های ساخت یک مدل ساده است.

اختراع بالابر زنجیری انگیزه زیادی به توسعه تمدن ها داد. سیستم بلوک به ساخت سازه های عظیم کمک کرد که بسیاری از آنها تا به امروز باقی مانده اند و برای سازندگان مدرن گیج کننده هستند. کشتی سازی نیز بهبود یافت، مردم توانستند مسافت های زیادی را طی کنند. وقت آن رسیده است که بفهمیم آن چیست - یک بالابر زنجیری و دریابیم که امروز کجا می توانید برای آن کاربرد پیدا کنید.

سادگی و کارایی مکانیزم

ساختار مکانیزم بالابر

بالابر زنجیری کلاسیک مکانیزمی است که از دو عنصر اصلی تشکیل شده است:

• قرقره;
• اتصال انعطاف پذیر

ساده ترین طرح: 1 - بلوک متحرک، 2 - ثابت، 3 - طناب

قرقره یک چرخ فلزی است که دارای شیار مخصوص کابل در امتداد لبه بیرونی است. به عنوان یک اتصال انعطاف پذیر، می توان از کابل یا طناب معمولی استفاده کرد. اگر بار به اندازه کافی سنگین باشد، از کابل های فیبر مصنوعی یا طناب های فولادی و حتی زنجیر استفاده می شود. برای اینکه قرقره به راحتی و بدون پرش و گیر کردن بچرخد، استفاده کنید بلبرینگ غلتکی. تمام عناصری که حرکت می کنند روغن کاری می شوند.

به یک قرقره بلوک می گویند. پلی اسپاست سیستمی از بلوک ها برای بلند کردن بار است. بلوک ها در مکانیسم بالابر می توانند ثابت (به شدت ثابت) و متحرک (زمانی که محور در حین کار تغییر موقعیت می دهد). یک قسمت بالابر زنجیر به یک تکیه گاه ثابت و قسمت دیگر به بار متصل است. غلتک های متحرک در کنار بار قرار دارند.

بلوک ثابت

نقش بلوک ثابت تغییر جهت حرکت طناب و عمل نیروی اعمالی است. نقش موبایل به دست آوردن قدرت است.

بلوک متحرک

اصل عملیات - راز چیست

اصل کار یک بالابر زنجیره ای شبیه به یک اهرم است: نیرویی که اعمال می شود چندین برابر کمتر می شود، در حالی که کار در همان حجم انجام می شود. طناب نقش یک اهرم را بازی می کند. در کار بالابر زنجیری، افزایش استحکام مهم است، بنابراین کاهش فاصله در نتیجه در نظر گرفته نمی شود.

بسته به طراحی بالابر زنجیره ای، افزایش قدرت می تواند متفاوت باشد. ساده ترین مکانیسم دو قرقره تقریباً دو برابر، سه تا سه برابر و غیره می دهد. افزایش فاصله نیز بر اساس همین اصل محاسبه می شود. برای کارکرد یک بالابر زنجیری ساده دو برابر ارتفاع بالابر به کابل نیاز است و اگر از مجموعه چهار بلوک استفاده شود، طول کابل به نسبت مستقیم به چهار برابر افزایش می یابد.

اصل عملکرد سیستم بلوک

سیستم بلوک در چه زمینه هایی استفاده می شود؟

پلی اسپاست یک دستیار وفادار در یک انبار، در تولید، در بخش حمل و نقل. هر جا که برای جابجایی انواع کالا نیاز به زور داشته باشید از آن استفاده می شود. این سیستم به طور گسترده در ساخت و ساز استفاده می شود.

علیرغم اینکه بیشتر کار سخت توسط تجهیزات ساختمانی انجام می شود ( جرثقیلبالابر زنجیری در طراحی مکانیزم های حمل بار جایگاهی پیدا کرد. سیستم بلوک (پلی اسپاست) جزئی از مکانیسم های بالابری مانند وینچ، بالابر، تجهیزات ساختمانی (جرثقیل انواع مختلف، بولدوزر، بیل مکانیکی) است.

علاوه بر صنعت ساخت و ساز، بالابر زنجیره ای دریافت کرد کاربرد گستردهدر سازماندهی عملیات نجات. اصل عملکرد یکسان است، اما طراحی کمی تغییر یافته است. تجهیزات نجات از طناب بادوام ساخته شده است، از کارابین ها استفاده می شود. برای دستگاه هایی با این هدف، مهم است که کل سیستم به سرعت مونتاژ شود و به مکانیسم های اضافی نیاز نداشته باشد.

پلی اسپاست به عنوان بخشی از قلاب جرثقیل

طبقه بندی مدل ها بر اساس ویژگی های مختلف

نسخه های زیادی از یک ایده وجود دارد - سیستمی از بلوک ها که توسط یک طناب متحد شده اند. آنها بسته به روش کاربرد و ویژگی های طراحی. شناختن انواع متفاوتآسانسورها، دریابید که هدف آنها چیست و چگونه دستگاه متفاوت است.

طبقه بندی بسته به پیچیدگی مکانیسم

بسته به پیچیدگی مکانیسم،

• ساده؛
• مجتمع;
• پلی اسپاست های پیچیده

نمونه ای از مدل های زوج

بالابر زنجیره ای ساده سیستمی از غلتک هایی است که به صورت سری به هم متصل شده اند. تمام موبایل و بلوک های ثابت، و همچنین خود بار توسط یک کابل ترکیب می شود. بالابرهای زنجیر ساده زوج و فرد را متمایز کنید.

به آنها حتی گفته می شود مکانیسم های بلند کردن، که انتهای کابل آن به یک پشتیبانی ثابت - ایستگاه متصل است. تمام ترکیبات در این مورد یکنواخت در نظر گرفته خواهند شد. و اگر انتهای طناب مستقیماً به بار یا محل وارد شدن نیرو متصل شود، این ساخت و تمام مشتقات آن را فرد می نامند.

طرح یک بالابر زنجیری عجیب و غریب

یک بالابر زنجیره ای پیچیده را می توان سیستم بالابر زنجیری نامید. در این مورد، بلوک های منفرد به صورت سری به هم متصل نمی شوند، بلکه ترکیبات کاملی هستند که می توانند به تنهایی مورد استفاده قرار گیرند. به طور کلی، در این مورد، یک مکانیسم مشابه دیگری را به حرکت در می آورد.

بالابر زنجیره ای پیچیده متعلق به هیچ یک یا نوع دیگری نیست. خود ویژگی متمایز- غلتک ها به سمت بار حرکت می کنند. ترکیب مدل پیچیده می تواند شامل بالابرهای زنجیره ای ساده و پیچیده باشد.

ترکیب یک بالابر زنجیر ساده دو برابر و شش برابر یک گزینه پیچیده شش برابر را ارائه می دهد

طبقه بندی بر اساس هدف آسانسور

بسته به آنچه که می خواهند هنگام استفاده از بالابر زنجیری به دست آورند، آنها به موارد زیر تقسیم می شوند:

• قدرت؛
• سرعت بالا.

A - گزینه قدرت، B - سرعت بالا

گزینه پاوربیشتر استفاده می شود. همانطور که از نام آن پیداست، وظیفه آن اطمینان از افزایش قدرت است. از آنجایی که یک سود قابل توجه مستلزم افت مسافت به همان اندازه است، کاهش سرعت اجتناب ناپذیر است. به عنوان مثال برای سیستم 4:1 هنگام بلند کردن بار یک متری باید 4 متر کابل بکشید که سرعت کار را کاهش می دهد.

بالابر زنجیری با سرعت بالا، در اصل، معکوس است ساختار قدرت. افزایش قدرت نمی دهد، هدف آن سرعت است. برای تسریع کار به ضرر تلاش اعمال شده استفاده می شود.

تعدد - ویژگی اصلی

شاخص اصلی که هنگام سازماندهی بلند کردن کالا به آن توجه می شود، تعدد بالابر زنجیری است. این پارامتر به طور مشروط نشان می دهد که مکانیسم چند بار به شما اجازه می دهد تا در قدرت پیروز شوید. در واقع تعدد نشان می دهد که وزن بار در چند شاخه طناب توزیع شده است.

کثرت سینماتیکی

کثرت به سینماتیک (برابر تعداد خم های طناب) و توان تقسیم می شود که با در نظر گرفتن غلبه بر نیروی اصطکاک توسط کابل و راندمان غیر ایده آل غلطک ها محاسبه می شود. کتاب های مرجع شامل جداولی است که وابستگی چند توان به سینماتیک را برای بازده بلوک های مختلف نشان می دهد.

همانطور که از جدول مشاهده می شود، تعدد نیرو به طور قابل توجهی با حرکتی متفاوت است. با راندمان پایین غلتک (94%)، بهره واقعی در استحکام بلوک قرقره 7: 1 کمتر از بهره بلوک قرقره شش برابر با راندمان بلوک 96٪ خواهد بود.

طرح های بالابرهای زنجیره ای با چندگانگی مختلف

نحوه انجام محاسبات برای بالابر زنجیری

با وجود این واقعیت که از نظر تئوری طراحی بالابر زنجیره ای بسیار ساده است، در عمل همیشه نحوه بلند کردن بار با استفاده از بلوک ها مشخص نیست. چگونه درک کنیم که چندگانگی مورد نیاز است، چگونه می توان به کارایی بالابر و هر بلوک به طور جداگانه پی برد. برای یافتن پاسخ این سؤالات، باید محاسباتی را انجام دهید.

محاسبه تک بلوک

محاسبه بالابر زنجیری به دلیل دور بودن شرایط کار از ایده آل باید انجام شود. نیروهای اصطکاک در نتیجه حرکت کابل در امتداد قرقره، در نتیجه چرخش خود غلتک، بدون توجه به یاتاقان هایی استفاده می شود.

علاوه بر این، در محل ساخت و ساز و به عنوان بخشی از تجهیزات ساخت و سازطناب منعطف و منعطف به ندرت استفاده می شود. طناب یا زنجیر فولادی بسیار سفت تر است. از آنجایی که برای خم کردن چنین کابلی هنگام اجرا روی یک بلوک به نیروی اضافی نیاز است، باید آن را نیز در نظر گرفت.

برای محاسبه، معادله گشتاور برای قرقره حول محور مشتق شده است:

SrunR = SrunR + q SrunR + Nfr (1)

فرمول 1 لحظات چنین نیروهایی را نشان می دهد:

• Sbeg - تلاش از سمت طناب فرار.
• Sraid - تلاش از سمت طناب پیش رو؛
• q Sraid - تلاش برای خم کردن / باز کردن طناب با در نظر گرفتن سفتی آن q.
• Nf نیروی اصطکاک در بلوک با در نظر گرفتن ضریب اصطکاک f است.

برای تعیین لحظه، تمام نیروها در شانه ضرب می شوند - شعاع بلوک R یا شعاع آستین r.

نیروی کابل ورودی و خروجی در نتیجه تعامل و اصطکاک رزوه های طناب ایجاد می شود. از آنجایی که نیروی خمش / خم شدن کابل به طور قابل توجهی کمتر از سایرین است، هنگام محاسبه ضربه روی محور بلوک، این مقدار اغلب نادیده گرفته می شود:

N = 2 Sraid×sinα (2)

در این معادله:

• N ضربه بر محور قرقره است.
• S run - تلاش از سمت طناب روبرو (تقریباً برابر با S run است).
• α زاویه انحراف از محور است.

بلوک قرقره

محاسبه بهره وری بلوک

همانطور که می دانید کارایی ضریب است اقدام مفیدیعنی کار چقدر موثر بوده است. به عنوان نسبت کار انجام شده و کار صرف شده محاسبه می شود. در مورد بلوک قرقره، فرمول اعمال می شود:

ηb = Srun / Srun = 1/(1 + q + 2fsinα×d/D) (3)

در معادله:

• 3 ηb – راندمان بلوک؛
• d و D - به ترتیب، قطر بوش و خود قرقره.
• q ضریب صلبیت اتصال انعطاف پذیر (طناب) است.
• f ضریب اصطکاک است.
• α زاویه انحراف از محور است.

از این فرمول می توان دریافت که کارایی تحت تأثیر ساختار بلوک (از طریق ضریب f)، اندازه آن (از طریق نسبت d / D) و جنس طناب (عامل q) است. حداکثر مقدار کارایی را می توان با استفاده از بوش های برنزی و یاتاقان های غلتشی (تا 98٪) به دست آورد. یاتاقان های ساده تا 96٪ راندمان می دهند.

نمودار تمام نیروهای S را در شاخه های مختلف طناب نشان می دهد

نحوه محاسبه بازده کل سیستم

مکانیسم بالابر از چندین بلوک تشکیل شده است. راندمان کل بالابر زنجیری با مجموع حسابی تمام اجزای مجزا برابر نیست. برای محاسبه، از فرمول بسیار پیچیده تری استفاده می شود، یا بهتر است بگوییم، یک سیستم معادلات، که در آن تمام نیروها از طریق مقدار S0 اولیه و کارایی مکانیسم بیان می شوند:

• S1=ηп S0;
• S2=(ηп)2 S0; (4)
• S3=(ηп)3 S0;

• Sn=(ηп)n S0.

راندمان بالابر زنجیره ای در تعدد مختلف

از آنجایی که مقدار بازده همیشه کمتر از 1 است، با هر بلوک و معادله جدید در سیستم، مقدار Sn به سرعت کاهش می یابد. راندمان کل بالابر زنجیره ای نه تنها به ηb، بلکه به تعداد این بلوک ها - تعدد سیستم - بستگی دارد. با توجه به جدول، می توانید ηп را برای سیستم هایی با تعداد بلوک های مختلف برای متفاوت پیدا کنید ارزش های کاراییهر کس.

چگونه یک بالابر را خودتان انجام دهید

در ساخت و ساز در طول کار نصبتنظیم جرثقیل همیشه امکان پذیر نیست. سپس این سوال مطرح می شود که چگونه می توان بار را با طناب بلند کرد. و در اینجا یک بالابر زنجیره ای ساده کاربرد خود را پیدا می کند. برای ساخت آن و کار تمام عیارشما باید محاسبات، نقشه ها را انجام دهید، طناب و بلوک های مناسب را انتخاب کنید.

طرح های متفرقهآسانسورهای ساده و پیچیده

آماده سازی پایه - نمودار و نقاشی

قبل از شروع ساخت بالابر زنجیره ای با دستان خود، باید نقشه ها را به دقت مطالعه کنید و یک طرح مناسب برای خود انتخاب کنید. شما باید به این تکیه کنید که چگونه می توانید سازه را راحت تر قرار دهید، چه بلوک ها و کابل هایی در دسترس هستند.

این اتفاق می افتد که ظرفیت حمل بلوک های بالابر زنجیره ای کافی نیست و زمان و فرصتی برای ایجاد یک مکانیسم بلند کردن چندگانه پیچیده وجود ندارد. سپس از بالابرهای دو زنجیره ای استفاده می شود که ترکیبی از دو تکی هستند. این دستگاه همچنین می تواند بار را به گونه ای بلند کند که کاملاً عمودی و بدون اعوجاج حرکت کند.

نقشه های یک مدل دوگانه در انواع مختلف

نحوه انتخاب طناب و بلوک

نقش حیاتیدر ساخت یک بالابر زنجیره ای با دستان خود، یک طناب بازی می کند. مهم است که کشش نداشته باشد. به چنین طناب هایی استاتیک می گویند. کشش و تغییر شکل اتصال انعطاف پذیر باعث از دست دادن جدی راندمان کار می شود. برای یک مکانیسم خانگی، یک کابل مصنوعی مناسب است، ضخامت آن به وزن بار بستگی دارد.

جنس و کیفیت بلوک ها شاخص هایی هستند که ساخت خانگی را ارائه می دهند وسایل بالابرظرفیت بار تخمینی بسته به یاتاقان هایی که در بلوک نصب می شود، کارایی آن تغییر می کند و این قبلاً در محاسبات لحاظ شده است.

اما چگونه می توان بار را با دستان خود به ارتفاع بلند کرد و آن را رها نکرد؟ برای محافظت از بار از یک حرکت معکوس احتمالی، می توانید یک بلوک قفل مخصوص نصب کنید که به طناب اجازه می دهد فقط در یک جهت حرکت کند - جهت دلخواه.

غلتکی که طناب روی آن حرکت می کند

دستورالعمل های گام به گام برای بلند کردن بار از طریق بلوک

هنگامی که طناب و بلوک ها آماده هستند، طرح انتخاب می شود و محاسبه انجام می شود، می توانید مونتاژ را شروع کنید. برای یک بالابر دو زنجیره ای ساده به موارد زیر نیاز دارید:

• غلتک - 2 عدد؛
• بلبرینگ؛
• آستین - 2 عدد؛
• نگهدارنده بلوک - 2 عدد؛
• طناب؛
• قلاب برای تعلیق محموله؛
• تسمه ها - اگر برای نصب مورد نیاز هستند.

برای اتصال سریع از کارابین ها استفاده می شود

بلند کردن گام به گام بار تا ارتفاع به شرح زیر انجام می شود:

1. غلتک ها، بوش و یاتاقان ها را وصل کنید. همه را در یک قفس ترکیب کنید. یک بلوک بگیرید.
2. طناب به بلوک اول پرتاب می شود.
3. نگهدارنده با این بلوک به طور صلب به یک تکیه گاه ثابت (تیر بتن مسلح، قطب، دیوار، پسوند مخصوص نصب شده و غیره) متصل می شود.
4. سپس انتهای طناب از بلوک دوم (متحرک) عبور داده می شود.
5. یک قلاب به گیره وصل شده است.
6. انتهای آزاد طناب ثابت است.
7. آنها بار در حال بلند شدن را بند می آورند و به بالابر زنجیر وصل می کنند.

مکانیزم بالابر خانگی آماده استفاده است و افزایش قدرت مضاعفی را به همراه خواهد داشت. حال برای بلند کردن بار به ارتفاع کافی است انتهای طناب را بکشید. با خم شدن در اطراف هر دو غلتک، طناب بدون تلاش زیاد بار را بلند می کند.

آیا امکان ترکیب بالابر زنجیری و وینچ وجود دارد؟

اگر به مکانیزم خانگی، که طبق این دستورالعمل می سازید، یک وینچ برقی را وصل کنید، یک جرثقیل واقعی به دست می آورید. اکنون برای بلند کردن بار نیازی به زور زدن ندارید، وینچ همه کارها را برای شما انجام می دهد.

زوج وینچ دستیبلند کردن بار را راحت تر می کند - نیازی به شستن دست ها روی طناب نیست و نگران نباشید که طناب از دستان شما لیز نخورد. در هر صورت چرخاندن دسته وینچ بسیار راحت تر است.

بالابر زنجیری برای وینچ

اصولاً حتی در خارج از محل ساخت و ساز، امکان ساخت بالابر زنجیره ای اولیه برای وینچ در شرایط مزرعه با حداقل ابزار و مواد، مهارت بسیار مفیدی است. به ویژه توسط رانندگانی که به اندازه کافی خوش شانس بودند که در مکانی در یک مکان صعب العبور در ماشین گیر کنند، قدردانی می شود. ساخته شده در با عجلهبالابر زنجیر به طور قابل توجهی عملکرد وینچ را افزایش می دهد.

به سختی می توان اهمیت بالابر زنجیری در توسعه ساخت و ساز و مهندسی مدرن را دست بالا گرفت. همه باید اصل عملکرد را درک کنند و طراحی آن را به صورت بصری تصور کنند. اکنون از موقعیت هایی که نیاز به بلند کردن بار دارید نمی ترسید، اما تجهیزات خاصخیر چند قرقره، یک طناب و نبوغ به شما این امکان را می دهد که بدون دخالت جرثقیل این کار را انجام دهید.

موضوعات کد کننده USE: مکانیسم های ساده، کارایی مکانیزم.

سازوکار - وسیله ای برای تبدیل نیرو (افزایش یا کاهش آن).
مکانیسم های ساده یک اهرم و یک صفحه شیبدار است.

بازوی اهرمی.

بازوی اهرمی یک جسم صلب است که می تواند حول یک محور ثابت بچرخد. روی انجیر 1) یک اهرم با محور چرخش را نشان می دهد. نیرو می دهد و به انتهای اهرم (نقاط و ) اعمال می شود. شانه های این نیروها به ترتیب برابر و .

شرط تعادل برای اهرم با قانون لحظه ای داده می شود: ، از کجا

برنج. 1. اهرم

از این نسبت نتیجه می‌شود که اهرم در استحکام یا فاصله (بسته به هدفی که برای آن استفاده می‌شود) به همان اندازه که بازوی بزرگ‌تر از بازوی کوچک‌تر بلندتر باشد، افزایش می‌دهد.

به عنوان مثال، برای بلند کردن بار 700 نیوتن با نیروی 100 نیوتن، باید یک اهرم با نسبت بازوی 7: 1 بردارید و بار را روی یک بازوی کوتاه قرار دهید. ما با قدرت 7 برابر برنده خواهیم شد، اما به همان میزان در مسافت شکست خواهیم خورد: انتهای بازوی بلند یک قوس 7 برابر بزرگتر از انتهای بازوی کوتاه (یعنی بار) را توصیف می کند.

نمونه هایی از اهرم هایی که باعث افزایش قدرت می شوند بیل، قیچی، انبردست هستند. پارو قایقران اهرمی است که باعث افزایش فاصله می شود. و ترازوهای معمولی اهرمی با بازوی مساوی هستند که نه از نظر مسافت و نه از نظر قدرت سود نمی دهند (در غیر این صورت می توان از آنها برای وزن کردن خریداران استفاده کرد).

بلوک ثابت

یک نوع اهرم مهم است مسدود کردن - چرخی ثابت در قفس با شیاری که طناب از آن عبور می کند. در اکثر مشکلات، طناب به عنوان یک نخ غیر قابل امتداد بی وزن در نظر گرفته می شود.

روی انجیر شکل 2 یک بلوک ثابت را نشان می دهد، یعنی بلوکی با محور چرخش ثابت (عمود بر صفحه شکل از نقطه عبور می کند).

در انتهای سمت راست نخ، وزنه ای در یک نقطه ثابت می شود. به یاد بیاورید که وزن بدن نیرویی است که بدن با آن روی تکیه گاه فشار می آورد یا تعلیق را کش می دهد. که در این موردوزنه تا جایی که وزنه به نخ وصل می شود اعمال می شود.

نیرویی به انتهای سمت چپ نخ در یک نقطه وارد می شود.

شانه نیرو است که شعاع بلوک کجاست. وزن بازو برابر است با . این بدان معنی است که بلوک ثابت یک اهرم با بازو مساوی است و بنابراین نه در استحکام و نه در فاصله سود نمی دهد: اولاً برابری داریم و ثانیاً در روند حرکت بار و نخ حرکت نقطه برابر با حرکت بار است.

پس چرا اصلاً به یک بلوک ثابت نیاز است؟ از این جهت مفید است که به شما امکان می دهد جهت تلاش را تغییر دهید. معمولاً یک بلوک ثابت به عنوان بخشی از مکانیسم های پیچیده تر استفاده می شود.

بلوک متحرک

روی انجیر 3 به تصویر کشیده شده است بلوک متحرک، که محور آن با بار حرکت می کند. نخ را با نیرویی که در نقطه ای وارد شده و به سمت بالا هدایت می شود می کشیم. بلوک می چرخد ​​و در عین حال به سمت بالا حرکت می کند و بار معلق روی یک نخ را بلند می کند.

که در این لحظهدر زمان، نقطه ثابت نقطه است و در اطراف آن است که بلوک می چرخد ​​(بر روی نقطه "غلط" می کند). آنها همچنین می گویند که محور چرخش آنی بلوک از نقطه عبور می کند (این محور عمود بر صفحه شکل است).

وزن بار در نقطه اتصال بار به نخ اعمال می شود. اهرم یکسان است.

اما شانه نیرویی که با آن نخ را می کشیم دو برابر بزرگتر است: برابر است با. بر این اساس، شرط تعادل برای بار برابری است (که در شکل 3 می بینیم: بردار دو برابر کوتاهتر از بردار است).

بنابراین، بلوک متحرک دو برابر افزایش قدرت می دهد. اما در همان زمان، ما همان دو بار را در فاصله از دست می دهیم: برای بلند کردن بار به اندازه یک متر، نقطه باید دو متر جابجا شود (یعنی دو متر نخ باید بیرون کشیده شود).

بلوک در شکل 3 یک اشکال وجود دارد: کشیدن نخ به سمت بالا (فراتر از نقطه) بیشترین کار را انجام نمی دهد. بهترین ایده. موافق باشید که کشیدن نخ بسیار راحت تر است! اینجاست که بلوک ثابت به کمک می آید.

روی انجیر شکل 4 یک مکانیسم بالابر را نشان می دهد که ترکیبی از یک بلوک متحرک با یک بلوک ثابت است. باری از بلوک متحرک آویزان می شود و کابل علاوه بر این روی بلوک ثابت پرتاب می شود که کشیدن کابل را به سمت پایین برای بلند کردن بار ممکن می کند. نیروی خارجی روی کابل دوباره با بردار نشان داده می شود.

اساسا این دستگاههیچ تفاوتی با بلوک متحرک ندارد: با کمک آن، قدرت دو برابری نیز بدست می آوریم.

سطح شیب دار.

همانطور که می دانیم، چرخاندن یک بشکه سنگین در گذرگاه های شیبدار آسان تر از بلند کردن آن به صورت عمودی است. بنابراین پل ها مکانیزمی هستند که باعث افزایش قدرت می شوند.

در مکانیک به چنین مکانیزمی صفحه شیب دار می گویند. سطح شیب دار یک سطح صاف و مسطح با زاویه ای نسبت به افقی است. در این صورت اجمالاً می گویند: «صفحه مایل با زاویه».

بیایید نیرویی را پیدا کنیم که باید به بار جرم وارد شود تا به طور یکنواخت آن را در امتداد یک صفحه شیبدار صاف با زاویه بلند کنیم. این نیرو البته در امتداد صفحه شیبدار هدایت می شود (شکل 5).

همانطور که در شکل نشان داده شده است، محور را انتخاب می کنیم. از آنجایی که بار بدون شتاب حرکت می کند، نیروهای وارد بر آن متعادل هستند:

ما بر روی محور طراحی می کنیم:

این نیرو است که باید برای جابجایی بار در سطح شیبدار اعمال شود.

برای بلند کردن یکنواخت همان بار به صورت عمودی، باید نیرویی برابر با آن اعمال کنید. مشاهده می شود که از . صفحه مایل واقعاً قدرت بیشتری می دهد و هر چه بزرگتر باشد، زاویه کوچکتر است.

انواع پرکاربرد صفحه شیبدار هستند گوه و پیچ.

قانون طلایی مکانیک

یک مکانیسم ساده ممکن است باعث افزایش قدرت یا فاصله شود، اما نمی تواند باعث افزایش کار شود.

به عنوان مثال، اهرمی با نسبت اهرمی 2:1 دو برابر افزایش قدرت می دهد. برای بلند کردن بار با وزنه روی بازوی کوچکتر، باید به بازوی بزرگتر نیرو وارد کنید. اما برای بالا بردن بار به ارتفاع، بازوی بزرگتر باید پایین بیاید و کار انجام شده برابر با:

یعنی همان مقدار بدون استفاده از اهرم.

در مورد هواپیمای شیبدار، ما در قدرت پیروز می شویم، زیرا نیرویی به بار وارد می کنیم که کمتر از نیروی گرانش است. اما برای اینکه بار را به ارتفاعی بالاتر از موقعیت اولیه برسانیم، باید در امتداد یک صفحه شیبدار حرکت کنیم. در عین حال کار را انجام می دهیم

یعنی همان طور که برای بلند کردن عمودی بار.

این حقایق به عنوان مظاهر به اصطلاح قانون طلایی مکانیک عمل می کنند.

قانون طلایی مکانیک هیچ یک از مکانیسم های ساده سودی در کار ایجاد نمی کند. چند بار در قدرت پیروز می شویم، چند بار در فاصله باختیم و برعکس.

قانون طلایی مکانیک چیزی بیش از یک نسخه ساده از قانون بقای انرژی نیست.

کارایی مکانیزم

در عمل باید بین کار مفید تمایز قائل شد آمفید است که توسط مکانیسم در شرایط ایده آل بدون هیچ ضرری انجام شود و کار کامل آپر شده،
که برای همان اهداف در یک موقعیت واقعی انجام می شود.

کل کار برابر است با مجموع:
-کار مفید;
- کار انجام شده در برابر نیروهای اصطکاک در بخش های مختلف مکانیزم.
-کار انجام شده برای حرکت عناصر تشکیل دهندهسازوکار.

بنابراین، هنگام بلند کردن بار با اهرم، علاوه بر این، باید برای غلبه بر نیروی اصطکاک در محور اهرم و حرکت دادن خود اهرم که وزن کمی دارد، کار کرد.

کار کامل همیشه مفیدتر است. نسبت کار مفید به کار کامل را ضریب عملکرد (COP) مکانیسم می گویند:

=آمفید/ آپر شده

کارایی معمولاً به صورت درصد بیان می شود. بازده مکانیزم های واقعی همیشه کمتر از 100٪ است.

اجازه دهید بازده یک صفحه شیبدار با زاویه در حضور اصطکاک را محاسبه کنیم. ضریب اصطکاک بین سطح صفحه شیبدار و بار برابر است.

اجازه دهید وزن جرم به طور یکنواخت در امتداد صفحه شیبدار تحت تأثیر نیرویی از نقطه ای به نقطه دیگر تا یک ارتفاع افزایش یابد (شکل 6). در جهت مخالف حرکت، نیروی اصطکاک لغزشی بر بار وارد می شود.

هیچ شتابی وجود ندارد، بنابراین نیروهای وارد بر بار متعادل هستند:

طرح ریزی بر روی محور X:

. (1)

طرح ریزی بر روی محور Y:

. (2)

بعلاوه،

, (3)

از (2) داریم:

سپس از (3):

با جایگزین کردن این به (1) ، دریافت می کنیم:

کل کار برابر است با حاصل ضرب نیروی F و مسیر طی شده توسط بدن در امتداد سطح صفحه شیبدار:

آکامل=.

کار مفید آشکارا برابر است با:

آمفید=.

برای بازده مورد نظر می گیریم.

بلوک نوعی اهرم است، چرخی است با شیار (شکل 1)، طناب، کابل، طناب یا زنجیر را می توان از شیار عبور داد.

عکس. 1. فرم کلیمسدود کردن

بلوک ها به دو دسته موبایل و ثابت تقسیم می شوند.

در بلوک ثابت، محور ثابت است، در هنگام بلند کردن یا پایین آوردن بار، بالا و پایین نمی رود. بیایید وزن باری را که بلند می کنیم، P، نیروی اعمال شده، نشان دهیم F، نقطه تکیه گاه - O (شکل 2).

شکل 2. بلوک ثابت

بازوی نیروی P قطعه OA (بازوی نیرو) خواهد بود l 1بازوی نیروی F بخش OB (بازوی نیرو l 2) (شکل 3). این بخش ها شعاع چرخ هستند، سپس شانه ها برابر با شعاع هستند. اگر شانه ها برابر باشند، وزن بار و نیرویی که برای بلند کردن اعمال می کنیم از نظر عددی برابر است.

شکل 3. بلوک ثابت

چنین بلوکی افزایش قدرتی ایجاد نمی کند.از این نتیجه می توان نتیجه گرفت که استفاده از بلوک ثابت برای سهولت در بلند کردن توصیه می شود، بلند کردن بار با استفاده از نیروی رو به پایین آسان تر است.

وسیله ای که در آن می توان محور را همراه با بار بالا و پایین برد. عمل شبیه به عمل یک اهرم است (شکل 4).

برنج. 4. بلوک متحرک

برای اینکه این بلوک کار کند، یک سر طناب ثابت است، نیروی F را به انتهای دوم وارد می کنیم تا باری به وزن P را بلند کنیم، بار به نقطه A متصل می شود. تکیه گاه در حین چرخش نقطه O خواهد بود، زیرا در هر لحظه حرکت بلوک می چرخد ​​و نقطه O به عنوان تکیه گاه عمل می کند (شکل 5).

برنج. 5. بلوک متحرک

مقدار شانه نیروی F دو شعاع است.

مقدار شانه نیروی P یک شعاع است.

بازوهای نیروها با ضریب دو تفاوت دارند، طبق قانون تعادل اهرمی، نیروها به ضریب دو تفاوت دارند. نیرویی که برای بلند کردن بار با وزن P لازم است نصف وزن بار خواهد بود. بلوک متحرک از نظر قدرت دو برابر مزیت را می دهد.

در عمل، از ترکیب بلوک ها برای تغییر جهت نیروی اعمال شده برای بلند کردن و کاهش آن به نصف استفاده می شود (شکل 6).

برنج. 6. ترکیب بلوک های متحرک و ثابت

در درس، ما با دستگاه یک بلوک ثابت و متحرک، برچیده شده آشنا شدیم که بلوک ها انواع اهرم هستند. برای حل مشکلات در مورد این موضوع، لازم است قانون تعادل اهرم را به خاطر بسپارید: نسبت نیروها با نسبت شانه های این نیروها نسبت معکوس دارد.

1. لوکاشیک V.I.، Ivanova E.V. مجموعه وظایف فیزیک برای پایه های 7-9 موسسات آموزشی. - ویرایش هفدهم - م.: روشنگری، 2004.
2. پریشکین A.V. فیزیک. 7 سلول - ویرایش چهاردهم، کلیشه. - M.: Bustard، 2010.
3. پریشکین A.V. مجموعه مسائل فیزیک، پایه های 7-9: ویرایش پنجم، کلیشه. - م: انتشارات امتحان، 1389.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. School.xvatit.com().
3. Scienceland.info().

مشق شب

1. خودتان دریابید که بالابر زنجیری چیست و چه نوع افزایش قدرتی می دهد.
2. بلوک های ثابت و متحرک کجا در زندگی روزمره استفاده می شوند؟
3. بالا رفتن چقدر آسان است: از طناب بالا بروید یا با یک بلوک ثابت بالا بروید؟

فعلاً فرض می کنیم که جرم بلوک و کابل و همچنین اصطکاک در بلوک را می توان نادیده گرفت. در این صورت می توان نیروی کشش کابل را در تمامی قسمت های آن یکسان در نظر گرفت. علاوه بر این، فرض می کنیم که کابل کشش ناپذیر است و جرم آن ناچیز است.

بلوک ثابت

بلوک ثابت برای تغییر جهت نیرو استفاده می شود. روی انجیر 24.1a نشان می دهد که چگونه می توان از یک بلوک ثابت برای تغییر جهت نیرو به سمت مخالف استفاده کرد. با این حال، با کمک آن، می توانید جهت نیرو را به دلخواه تغییر دهید.

نمودار استفاده از یک بلوک ثابت را رسم کنید که می توان از آن برای چرخش جهت نیرو 90 درجه استفاده کرد.

آیا یک بلوک ثابت باعث افزایش قدرت می شود؟ بیایید با استفاده از مثال نشان داده شده در شکل به این موضوع نگاه کنیم. 24.1، الف. کابل توسط نیروی وارد شده توسط ماهیگیر به انتهای آزاد کابل کشیده می شود. نیروی کشش طناب در طول طناب ثابت می ماند، بنابراین، از کنار طناب، همان نیرو بر روی بار (ماهی) وارد می شود. بنابراین، یک بلوک ثابت افزایش قدرت نمی دهد.

هنگام استفاده از یک بلوک ثابت، بار به همان میزانی که انتهای کابل پایین می آید، بالا می رود، که ماهیگیر به آن نیرو وارد می کند. این بدان معناست که با استفاده از یک بلوک ثابت، در طول مسیر برنده یا باخت نمی شویم.

بلوک متحرک

بیایید تجربه بگذاریم

با بلند کردن بار با کمک یک بلوک متحرک سبک، متوجه خواهیم شد که اگر اصطکاک کم باشد، برای بلند کردن بار باید نیرویی اعمال کرد که تقریباً 2 برابر کمتر از وزن بار است (شکل 24.3). ). بنابراین، بلوک متحرک قدرتی 2 برابر می دهد.

برنج. 24.3. هنگام استفاده از یک بلوک متحرک، ما در قدرت با 2 برابر برنده می شویم، اما در راه همان مقدار را از دست می دهیم.

با این حال، برای افزایش قدرت مضاعف، باید با همان ضرر در راه هزینه کرد: برای بلند کردن بار، به عنوان مثال، 1 متر، لازم است انتهای کابل پرتاب شده روی بلوک توسط 2 متر

این واقعیت که یک بلوک متحرک قدرت دو برابری می دهد را می توان بدون توسل به تجربه ثابت کرد (به بخش "چرا یک بلوک متحرک قدرت دو برابری می دهد؟" را در زیر ببینید).