1. Inspanning en belasting:Er zijn twee hoofdkrachten betrokken bij een wiel- en assysteem:inspanning (invoerkracht) en belasting (uitvoerkracht). De kracht wordt doorgaans uitgeoefend op de rand of rand van het wiel, terwijl de belasting wordt uitgeoefend op een punt dichter bij de as.
2. Mechanisch voordeel:Het wiel- en assysteem biedt een mechanisch voordeel, namelijk de verhouding tussen de uitgaande kracht (belasting) en de invoerkracht (inspanning). Het mechanische voordeel wordt bepaald door de verhouding van de straal van het wiel (afstand van het midden tot het punt waar de kracht wordt uitgeoefend) tot de straal van de as (afstand van het midden tot het punt waar de belasting wordt uitgeoefend).
3. Koppelversterking:Wanneer er kracht wordt uitgeoefend op de rand van het wiel, ontstaat er een koppel dat ervoor zorgt dat het wiel rond de as draait. Vanwege het mechanische voordeel van het systeem kan een relatief kleine inspanning aan het wiel een veel grotere belasting overwinnen die nabij de as is bevestigd. Hoe groter de straal van het wiel in vergelijking met de straal van de as, hoe groter de koppelversterking die door het systeem wordt bereikt.
4. Hefboomprincipe:Het wiel- en assysteem past in wezen het principe van de hefbomen toe. De inspanningskracht werkt op een langere hefboomarm (radius van het wiel), terwijl de lastkracht werkt op een kortere hefboomarm (radius van de as). Door de lengte van de invoerhefboomarm (wielradius) te vergroten ten opzichte van de uitvoerhefboomarm (asradius), vermenigvuldigt het systeem de invoerkracht.
5. Efficiëntie:Real-world wiel- en assystemen zijn niet perfect efficiënt vanwege wrijving tussen bewegende delen, vervorming van materialen en andere factoren. Er gaat een deel van de energie verloren terwijl het systeem in werking is, wat resulteert in een mechanisch rendement dat gewoonlijk minder dan 100% bedraagt.
Voorbeelden van wiel- en assystemen:
A. Deurknoppen:Een deurknop is een eenvoudig wiel- en assysteem waarbij de knop (wiel) is bevestigd aan de as (as) die de deur opent of sluit. Als u aan de knop draait, wordt er een kracht uitgeoefend die de as doet draaien en de deur opent.
B. Stuurwielen:In voertuigen is het stuur een wiel dat is bevestigd aan een stuurkolom (as) waarmee bestuurders de richting van de wielen kunnen veranderen door aan het stuur te draaien.
C. Katrollen:Katrollen zijn gegroefde wielen die aan een steun zijn bevestigd en vaak worden gebruikt in hefsystemen. Wanneer een touw om een katrol wordt gewikkeld, zorgt een kracht die wordt uitgeoefend op het ene uiteinde van het touw ervoor dat de katrol gaat draaien, waardoor de last aan het andere uiteinde wordt opgetild.
D. Windmolens:Windmolens gebruiken de kracht van de wind op hun grote bladen (wielen) om de as te laten draaien die de machines aandrijft voor het malen van graan of het opwekken van elektriciteit.
Samenvattend werkt een wiel- en assysteem door de invoerkracht (inspanning) te vergroten via het principe van hefbomen en koppelvermenigvuldiging. Het bestaat uit een wiel dat aan een as is bevestigd, waarbij de invoerkracht op het wiel wordt uitgeoefend en de uitvoerkracht dichter bij de as wordt gegenereerd. Deze eenvoudige machine vindt toepassing in diverse alledaagse voorwerpen en machines om krachten efficiënt op te tillen, te draaien of de richting ervan te veranderen.
