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轮轴,顾名思义是由“轮”和“轴”组成的系统。该系统能绕共轴线旋转,相当于以轴心为支点,半径为杆的杠杆系统。所以,轮轴能够改变扭力的力矩,从而达到改变扭力的大小。

物理学上的“轮轴”

轮轴的定义

由轮和轴组成,能绕共同轴线旋转的机械,叫做轮轴。

轮轴的实质

能够连续旋转的杠杆,支点就在轴线,轮轴在转动时轮与轴有相同的转速。

轮轴的平衡条件

如图所示,R为轮半径,r为轴半径,F1为作用在轮上的力,F2为作用在轴上的力,根据杠杆的平衡条件有:F1R=F2r (动力×轮半径=阻力×轴半径)。
轮轴示意图

轮轴示意图

外环叫轮,内环叫轴

外环叫轮,内环叫轴。轮轴两个环是同心圆。
由上式可知:当动力作用在轮上,则轮轴为省力杠杆;动力作用在轴上则轮轴为费力杠杆。
所以轮和轴的半径相差越大则越省力,但越费距离。
像马车,门把手,方向盘和推车这样的轮轴是最简单的,没有动力传递,动力车辆的轮轴就复杂得多。当然扳手也是.
以汽车为例,动力不是简单的传递轮轴,如果是那样,汽车就不能拐弯,在汽车轴的中间,有一个“差速器”,在通过两个半轴给左右车轮传动,这样在汽车拐弯时,两边车轮行驶的距离才能不同。人力三轮车的后轴,为了拐弯,一个后轮和轴是固定的传递动力,另一个后轮是可以和轴转动的,用以差速拐弯。
在用轴带动轮时,如皮带轮的运动,不仅可以传递动力,还能改变转速
定义:由轮和轴组成,能绕共同轴线轮与轴的简单机械叫做轮轴.半径较大者是轮,半径较小的是轴.

轮轴的原理

轮轴的实质是可以连续旋转杠杆.使用轮轴时,一般情况下作用在轮上的力和轴上的力的作用线都与轮和轴相切,因此,它们的力臂就是对应的轮半径和轴半径
由于轮半径总大于轴半径,因此当动力作用于轮时,轮轴为省力费距离杠杆(下面的第一幅图),实际的例子:有自行车脚踏与轮盘(大齿轮)是省力轮轴.当动力作用于轴上时,轮轴为费力省距离杠杆(如下面的第二幅图),实际的例子有:自行车后轮与轮上的飞盘(齿轮)、吊扇的扇叶和轴都是费力轮轴的应用.
F1R=F2r 轮轴是一种省力的简单机械。(轮半径大,轴半径小,所以省力)

轮轴的应用

日常生活中常见的辘轳绞盘石磨汽车驾驶盘扳手、手卷扬机、自来水龙头的扭柄等都是轮轴类机械.

轮轴在水利中的应用

在农业灌溉中人们除了使用如下图所示的辘轳外,还发明了许多的水利工具如水泵水车等.它们中有很多都结合了轮轴的原理.
辘轳

辘轳

古希腊时期的阿基米德是有史以来最早的水泵发明者.阿基米德出生于公元前287年的希腊叙拉古城.当时的叙拉古经济空前繁荣,科学研究之风甚浓,城里的许多人对哲学、几何学等颇有研究.他们喜欢辩论,把这当做学习的机会,阿基米德从小生活在这种氛围之中,养成了喜欢思索、喜欢学习的良好习惯.
当时处于尼罗河河口的亚历山大城,是地中海东部政治、经济、文化的中心,那里聚集了许多第一流的科学家.好学的阿基米德也来到亚历山大城,在这里学习数学、天文学和力学.一个星期天,阿基米德和同学们一起乘木船,在尼罗河上缓缓地行驶,两岸旖旎的风光让他目不暇接.忽然,他看到一群人在用木桶拎水,便问道:“他们干嘛要拎水?”
“河床地势低,农田地势高,农民只好拎水浇地了.”一位当地的同学告诉他.“这样拎水的效率太低了,浇一丘田不知要拎多少桶.”阿基米德心中产生了对农民的同情心.那位同学不以为然地说: “祖祖辈辈,人们都是这样做的.你有什么好办法?”
回去后,阿基米德的眼前总是闪现出农民拎水时吃力的样子.“可不可以让水往高处流呢?”阿基米德开始思考这一问题.渐渐地,在阿基米德的脑海中产生了一个设想:“做一个大螺旋,把它放在一个圆筒里.这样,螺旋转起来后,水不就可以沿着螺旋沟带到高处去了吗?”
阿基米德立即根据这一设想,画出了一张草图.他拿着这张草图去找木匠,请求师傅帮他做一个用于泵水的工具.”经阿基米德的指点,木匠制出了一个怪玩意儿.阿基米德将这个东西搬到河边,并把它的一头放进河水里,然后轻轻地摇动手柄.“咕噜噜”,只见河水在摇动手柄的同时,从怪东西的顶端不断地涌出来.水,果然往高处流了.
阿基米德螺旋泵

阿基米德螺旋泵

前来围观的农民,被这神奇的东西迷住了.他们纷纷赞扬阿基米德为农民做了一件大好事.不久,这种螺旋水泵在尼罗河流域,乃至更广大的范围流传开了.人们把这种水泵称为阿基米德螺旋泵.直到现在,一些现代工厂仍然使用这种阿基米德螺旋泵来移动流质
在螺旋水泵问世后不久,我国也发明了一种抽水工具——龙骨水车.据说是东汉灵帝时的毕岚发明的.这种水车的主要装置是一个木板制成的槽,槽内相隔一定的距离放置瓦片大小的木块,这些木块通过销子连结起来.整个样子像龙的骨架,因此得名.使用时,人扶着水车顶端上的木架,用脚踩动拐木,就带动下面的木块沿着木槽往上移动,由此把水提上岸;而后木块又往木槽的背后往下移动,直至绕过下端的轴,重新刮水.后来,有人又对龙骨水车进行改进,发明了“畜力龙骨水车”、“水转龙骨水车”.

宇航外星探测设备“轮轴”

“轮轴”(Axle)
“轮轴”是美国宇航局给类似于“轮轴”的新型外星车所起的名字。“轮轴”看上去非常简单,仅由一个两侧装有轮子的圆柱体组成。这也是美国宇航局新型外星车最简单的,但是其功能不容小觑。轮子能够翻越过半米高的岩石,而且由于其结构非常对称,“轮轴”外星车免除了外星车在陡峭山坡上最大的烦恼:翻车。Axel的机械臂可以绕轮轴进行360度旋转。机械臂的用途是收集土壤样本,并在遭遇复杂地形时为轮子提供推动力。  美国宇航局工程师沃尔普说,“纵使它翻了个底朝天也不要紧,因为底朝天就是头朝上,只不过是翻了个个儿”。  同“登山者”一样,轮轴外星车通过绳索和悬崖顶部的较大的外星车连接。绳索可以卷绕,“轮轴”能探索对未系绳机器人来说太过陡峭而无法到达的区域。只不过“轮轴”外星车更为皮实,能够承受更大的考验。 “轮轴”的轮子能够收起或充气,在着陆时能够缓冲很大的冲击力。 美国宇航局曾对“轮轴”的工作样式进行过模拟实验。“轮轴”从宇航局“凤凰”号登陆器实体模型的顶部甲板启程,利用绳索向下“攀爬”一个露出地面的岩层, 途中遭遇多岩地形。 其机械臂尾端可以摆动,“轮轴”很顺利地取回土壤样本装进连接两个轮子的圆柱体中。接下来只需要通过绳索把“轮轴”摇回来即可。
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- 来自原声例句
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