滑輪

　　滑輪是一個周邊有槽，能夠繞軸轉(zhuǎn)動的小輪。由可繞中心軸轉(zhuǎn)動有溝槽的圓盤和跨過圓盤的柔索(繩、膠帶、鋼索、鏈條等)所組成的可以繞著中心軸轉(zhuǎn)動的簡單機(jī)械叫做滑輪。

　　簡介

　　在力學(xué)里，典型的滑輪(pulley)是可以繞著中心軸旋轉(zhuǎn)的圓輪。在圓輪的圓周面具有凹槽，將繩索纏繞于凹槽，用力牽拉繩索兩端的任一端，則繩索與圓輪之間的摩擦力會促使圓輪繞著中心軸旋轉(zhuǎn)。按滑輪中心軸的位置是否移動，可將滑輪分為“定滑輪”、“動滑輪”;定滑輪的中心軸固定不動，動滑輪的中心軸可以移動。滑輪主要的功能是牽拉負(fù)載、改變施力方向、傳輸功率等等。多個滑輪共同組成的機(jī)械稱為“滑輪組”，或“復(fù)式滑輪”。滑輪組的機(jī)械利益較大，可以牽拉較重的負(fù)載。滑輪也可以成為鏈傳動或帶傳動的組件，將功率從一個旋轉(zhuǎn)軸傳輸?shù)搅硪粋�旋轉(zhuǎn)軸。

　　滑輪是變形杠桿，屬于杠桿類簡單機(jī)械，用途很廣。不但省力而且還可以改變力的方向。中心軸跟重物一起移動的滑輪叫動滑輪，是變形的不等臂杠桿(省力杠桿)，能省一半力，但費一倍的距離(動滑輪上升n米，細(xì)繩自由端上升2n米，n≥0)，并且不能改變力的方向。定滑輪細(xì)繩的受力方向無論向何處，吊起重物所用的力都相等(繩重及繩與輪之間的摩擦不計)(動力臂和阻力臂都相等且等于滑輪的半徑);動滑輪細(xì)繩受力方向豎直向上時最省力。

　　滑輪在初中物理教材中以知識點的形式出現(xiàn)，要求對力的方向、繩端移動距離、做功情況等問題作出解答。

　　歷史

　　關(guān)于滑輪的繪品最早出現(xiàn)于一幅西元前八世紀(jì)的亞述浮雕。這浮雕展示的是一種非常簡單的滑輪，只能改變施力方向，主要目的是為了方便施力，并不會給出任何機(jī)械利益。在中國，滑輪裝置的繪制最早出現(xiàn)于漢代的畫像磚、陶井模。在《墨經(jīng)》里也有記載關(guān)于滑輪的論述。

　　古希臘人將滑輪歸類為簡單機(jī)械。早在西元前400年，古希臘人就已經(jīng)知道如何使用復(fù)式滑輪了。大約在西元前330年，亞里士多德在著作《機(jī)械問題》(《Mechanical Problems》)里的第十八個問題，專門研討“復(fù)式滑輪”系統(tǒng)阿基米德貢獻(xiàn)出很多關(guān)于簡單機(jī)械的知識，詳細(xì)地解釋滑輪的運動學(xué)理論。據(jù)說阿基米德曾經(jīng)獨自使用復(fù)式滑輪拉動一艘裝滿了貨物與乘客的大海船，西元一世紀(jì)，亞歷山卓的希羅分析并且寫出關(guān)于復(fù)式滑輪的理論，證明了負(fù)載與施力的比例等于承擔(dān)負(fù)載的繩索段的數(shù)目，即“滑輪原理”。

　　1608年，在著作《數(shù)學(xué)紀(jì)要》(《Mathematical Collection》)里，荷蘭物理學(xué)者西蒙·斯特芬表明，滑輪系統(tǒng)的施力與負(fù)載之間移動路徑的長度比率，等于施力與負(fù)載之間的反比率。這是雛型的虛功原理。

　　1788年，法國物理學(xué)者約瑟夫·拉格朗日在巨著《分析力學(xué)》(《Mécanique analytique》)里，使用滑輪原理推導(dǎo)出虛功原理，從而揭起了拉格朗日力學(xué)的序幕。

　　材質(zhì)

　　木滑輪、鋼滑輪和工程塑料滑輪，可根據(jù)實際使用要求有各種材質(zhì)

　　使用方法

　　定滑輪、動滑輪以及動、定滑輪組成的滑輪組

　　數(shù)目

　　單滑輪、雙滑輪、三滑輪、四滑輪以至多輪等多種

　　作用

　　導(dǎo)向滑輪、平衡滑輪

　　連接方式

　　吊鉤式、鏈環(huán)式、輪材式、吊環(huán)式和吊鏈?zhǔn)?/p>

　　滑輪材料

　　承受載荷不大的小尺寸滑輪(D<350mm)一般制成實體的滑輪，采用15、Q235或鑄鐵(如HT200)。

　　受大載荷的滑輪一般采用球鐵或鑄鋼(如ZG270-500)，鑄成帶筋和孔或帶輪輻的結(jié)構(gòu)

　　大型滑輪(D>800mm)一般用型鋼和鋼板焊接結(jié)構(gòu)。

　　構(gòu)造

　　滑輪組是由若干個定滑輪和動滑輪匹配而成，可以達(dá)到既省力又改變力作用方向的目的。使用中，省力多少和繩子的繞法，決定于滑輪組的使用效果。滑輪被兩根繩子承擔(dān)，即每根繩承擔(dān)物體和動滑輪

　　力就是物體和動滑輪總重的幾分之一。

　　數(shù)，原則是：n為奇數(shù)時，繩子從動滑輪為起始。用一個動滑輪時有三段繩子承擔(dān)，其后每增加一個動滑輪增加二段繩子。如：n=5，則需兩個動滑輪(3+2)。n為偶數(shù)時，繩子從定滑輪為起始，這時所有動滑輪都只用兩段繩子承擔(dān)。如：n=4，則需兩個動滑輪(2+2)。

　　其次，按要求確定定滑輪個數(shù)，原則是：一般的：兩股繩子配一個動滑輪，一個動滑輪一般配一個定滑輪。力作用方向不要求改變時，偶數(shù)段繩子可減少一個定滑輪;要改變力作用方向，需增加一個定滑輪。

　　綜上所說，滑輪組設(shè)計原則可歸納為：奇動偶定;一動配一定，偶數(shù)減一定，變向加一定。

　　由可繞中心軸轉(zhuǎn)動有溝槽的圓盤和跨過圓盤的柔索(繩、膠帶、鋼索、鏈條等)所組成的可以繞著中心軸轉(zhuǎn)動的簡單機(jī)械。滑輪是杠桿的變形，屬于杠桿類簡單機(jī)械。在我國早在戰(zhàn)國時期的著作《墨經(jīng)》中就有關(guān)于滑輪的記載。中心軸固定不動的滑輪叫定滑輪，是變形的等臂杠桿，不省力但可以改變力的方向。中心軸跟重物一起移動的滑輪叫動滑輪，是變形的不等臂杠桿，能省一半力，但不改變力的方向。實際中常把一定數(shù)量的動滑輪和定滑輪組合成各種形式的滑輪組。滑輪組既省力又能改變力的方向。

　　工廠中常用的差動滑輪(俗稱手拉葫蘆)也是一種滑輪組。滑輪組在起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、升降機(jī)等機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。

　　滑輪有兩種：定滑輪和動滑輪，組合成為滑輪組。