А вы когда - нибудь пробовали крутить педали велосипеда до действительно крутого холма? Это практически невозможно, если вы не используете правильное соотношение скоростей для увеличения силы вращения педалей. Когда вы вернетесь на прямую, это совсем другая история. Переключитесь на другую передачу, и вы сможете двигаться невероятно быстро: вы можете волшебным образом заставить колеса вращаться намного быстрее, чем вы крутите педали. Шестерни полезны в машинах всех типов, а не только в машинах и велосипедах. Это простой способ увеличить скорость или силу или направить силу машины в другом направлении. В науке мы говорим, что шестерни - это простые механизмы.
Что делают шестерни ... и как они это делают?
Шестерни используются для передачи мощности от одной части машины к другой. В велосипеде, например, это шестерни (с помощью цепи), которые передают мощность от педалей к заднему колесу. Точно так же в автомобиле шестерни передают мощность от коленчатого вала (вращающейся оси, которая получает мощность от двигателя ) на ведущий под автомобилем карданный вал, который в конечном итоге приводит в движение колеса.
Вы можете соединить вместе любое количество шестеренок, они могут быть разных форм и размеров. Каждый раз, передавая мощность от одной шестерни к другой, вы можете делать одно из трех:
· Увеличьте скорость : если вы соедините две шестерни вместе, и у первой будет больше зубьев, чем у второй (обычно это означает, что это колесо большего размера), вторая должна вращаться намного быстрее, чтобы не отставать. Таким образом, такое расположение означает, что второе колесо вращается быстрее, чем первое, но с меньшей силой.
· Увеличение силы : если второе колесо в паре шестерен имеет больше зубьев, чем первое (то есть, если это колесо большего размера), оно вращается медленнее, чем первое, но с большей силой.
· Изменение направления : когда две шестерни сцепляются вместе, вторая всегда вращается в противоположном направлении. Итак, если первый вращается по часовой стрелке, второй должен вращаться против часовой стрелки. Вы также можете использовать шестерни особой формы, чтобы заставить машину поворачиваться на угол. В автомобиле, например, дифференциал (коробка передач в середине задней оси автомобиля с задним приводом) использует коническую шестерню конической формы для поворота приводного вала на 90 градусов и поворота задних колес.
Зачем нужны шестеренки?
Давайте подумаем об автомобилях. У автомобиля есть целая коробка передач, коробка передач, которая находится между коленчатым валом и карданным валом. Но что они на самом деле делают?
Двигатель автомобиля является достаточно мощным за счет использования энергии бензина. Он работает эффективно только тогда, когда поршни в цилиндрах качают вверх и вниз с высокой скоростью - примерно 10-20 раз в секунду. Даже когда автомобиль просто работает на холостом ходу у обочины, поршни все равно нужно толкать вверх и вниз примерно 1000 раз в минуту, иначе двигатель выключится. Другими словами, двигатель имеет минимальную скорость, на которой он работает лучше всего, около 1000 об / мин. Но это создает непосредственную проблему, потому что, если бы двигатель был подключен непосредственно к колесам, они также имели бы минимальную скорость 1000 об / мин, что соответствует примерно 120 км / ч . Другими словами, если вы включите зажигание в такой машине, ваши колеса мгновенно повернутся на скорости 120км/ч ! Предположим, вы опускаете ногу, пока тахометр не достиг 7000 об / мин. Теперь колеса должны вращаться примерно в семь раз быстрее!
Это звучит дико захватывающе, но есть одна загвоздка. Требуется огромное количество силы, чтобы заставить автомобиль двигаться с места, а двигатель, который пытается двигаться на максимальной скорости, с самого начала не будет генерировать достаточно силы для этого. Вот почему машинам нужны коробки передач. Начнем с того, что автомобилю требуется огромное количество силы и очень небольшая скорость, чтобы заставить его двигаться, поэтому водитель использует низкую передачу. По сути, коробка передач значительно снижает скорость двигателя, но увеличивает его усилие в той же пропорции, что и автомобиль. Как только машина тронется, водитель переключается на более высокую передачу. Большая часть мощности двигателя переключается на увеличение скорости - и машина едет быстрее.
Переключение передач
Теоретически переключение передач заключается в использовании мощности двигателя по-разному, чтобы соответствовать меняющимся условиям вождения. Водитель использует переключение передач, чтобы двигатель создавал большую силу или большую скорость в зависимости от того, требуется ли мощность на подъеме, ускорение с места или чистая скорость. На практике переключение передач означает соединение зубчатых колес разного размера друг с другом, но вы не можете этого сделать, пока коробка передач передает мощность от двигателя на высокой скорости. Вот почему вам нужно нажать педаль сцепления автомобиля перед переключением передач, что отключает вход двигателя от коробки передач. Затем вы можете использовать переключение передач, чтобы переключиться на другую схему передач, прежде чем снова позволить муфте передавать мощность обратно от двигателя к коробке передач (и колесам).
На велосипеде гораздо более очевидно, что происходит, когда вы переключаете передачу, потому что вы можете видеть это. Когда вы нажимаете на рычаг переключения передач, вы можете наблюдать (и чувствовать), как цепь перескакивает от одной звездочки к другой, включая шестерни разного размера. На многих велосипедах переключением передач управляет умный механизм, называемый переключателем, который плавно переключает цепь от звездочки к звездочке, даже если вы крутите педали на высокой скорости.
Пять разных способов использования шестеренок
Шестерни для скорости
Шестерни для силы
Червячные передачи
Реечные и ведущие шестерни
Планетарная шестерня
В чем сложность?
Вы можете подумать, что шестерни очень полезны, но есть одна загвоздка. Если шестерня дает вам больше силы, она должна одновременно давать и меньшую скорость. Если он дает вам больше скорости, он должен давать вам меньше силы. Вот почему, когда вы едете в гору на низкой передаче, вам нужно крутить педали намного быстрее, чтобы пройти такое же расстояние. Когда вы едете по прямой, шестерни дают вам больше скорости, но в той же пропорции снижают усилие, которое вы создаете с помощью педалей.
Каждый раз, когда вы получаете что-то от снаряжения, вы должны одновременно терять что-то еще, чтобы компенсировать это. Если бы это было не так, вы могли бы использовать шестеренки для создания энергии и создания того, что ученые называют вечным двигателем - а это абсолютно запрещено законом физики, называемым сохранением энергии .
Подписывайтесь в раздел ! Будет еще много интересного !
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Шестерёнки.