杠杆机制

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什么是杠杆?

杠杆是用于缩放机制中的力量和/或行驶的机械装置.LEVERS是一种多功能机构,可用于从小到大的各种应用。例如,杠杆可用于获得机械优势,允许小的输入力施加更高的输出力。在其他情况下,杠杆可用于采取少量的运动并将其乘以进入更大的运动。杠杆最常见的使用是创造一个机械优势,以帮助用钳子,门把手,撬杆,订书机和独轮车看到的动作。

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撬棍-1.jpg.

一阶杆

一阶杠杆是具有在输入力和输出力之间放置的支点的机制。想一想看到锯。在这种情况下,输入和输出力与支点等差异(意味着输出力将等于从摩擦损失的输入力)。

由于输入和输出力处于支点的不同侧,两个力将以相反的方向行动。撬棍和/或其他窥探工具也是一阶杠杆的重要例子。

如果输入力进一步来自支点而不是输出力(如在撬棍的情况下),则输出力将大于输入力。但是,输出行程将小于输入行程。如果输入力比输出力更接近资金,则输出力将小于输入,但输出行程将大于输入行程。另一个伟大的例子是一对纯粹的花园(见下文):

撬棍-1.jpg.

二阶杆

二阶杠杆是在支点的同一侧具有的输入力和输出力,具有从支点最远的输入力。二阶杠杆的一个很好的例子是独轮车。

类似于一阶杠杆,在二阶杠杆中,输出力将大于输入力。但是,输出行程将小于输入行程。在这种情况下,输入和输出力都将在相同方向上起作用。在独轮车中,托盘中的输出力位于手柄上的输入力和轮轴上的支点之间。在一阶和二阶杠杆的情况下,通过放置输入力来实现最大的机械优势。

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三阶杆

三阶杠杆还具有在支点的同一侧上的输入和输出力,但在这种情况下,输出力进一步来自支点而不是输入力。与二阶杠杆一样,输入和输出力将在相同方向上采用。从第三阶杠杆看出的好处是相对于输入的输出的较大行驶距离。然而,由于输出进一步来自输入而不是输入,因此输出力将小于输入力。三个订单杠杆是三种类型的杠杆中最不常见的。一个例子是厨房钳,其中铰链是支点,输入力来自用户的手,并且输出力施加在钳子的尖端处。

控制杠杆的方程

同样的控制方程适用于所有三个杠杆令。当将力施加在杠杆上的某处时,在支点处产生扭矩。扭矩通常以LB-FT(磅脚)或N-M(牛顿仪表)为单位给出。每个力产生的扭矩等于力量乘以该力的距离来自支点的距离。因此,扭矩可以源自以下等式:

eq2.jpg.

在哪里

τ是扭矩,
d是距离支点的距离,
f是力量

通过看上面的等式,我们可以看到扭矩的增加可以通过距离或力的增加来实现。我们还可以看出,为了获得所需的扭矩值,存在有限数量的力和距离值。可以非常靠近支点施加大量力,或者可以从支点施加非常最小的力。为了保持所需的扭矩值,力和距离将反向变化。

如果已知输入力和距离,则可以找到关于支点的扭矩,如上面的等式所示。利用该扭矩值,如果已知输出距离,则可以使用相同的等式来确定输出力。同样,如果已知输出力,则可以找到输出距离。

这种关系表明,可以通过相对较小的输入力从支点进一步发挥作用的相对较小的输入力来容易地提升大负载。例如,如果负载远离支点,则在输入力2英尺处远离支点,则输入力只需要一半作为移动物体的负载。一般而言,可以使用以下等式表示移动负载所需的输入力或力所需的力:

eq3.jpg.

在哪里:

Finput是输入力,
救生是负载力(或输出力),
dload是从负载到支点的距离,以及
DINPUT是从输入力到支点的距离。
对于三阶杠杆,Finput将大于浮灯。