Hebel, Rollen und Getriebe: Funktionsweise und Anwendungen

Hebel: Funktionsweise und Anwendungen

Der Hebel, der seit der Antike verwendet wird, besteht aus einer Stange, die an einem Rahmen befestigt ist. Dieser Rahmen hat einen Punkt, der als Drehpunkt bezeichnet wird und um den sich die Stange drehen kann. Die zu überwindende Kraft wird als Widerstand bezeichnet, während die angewendete treibende Kraft als Kraft bezeichnet wird. Die Abstände zwischen diesen beiden Kräften werden als Kraftarm und Lastarm bezeichnet.

Es gibt drei Arten von Hebeln:

1. Dreh- und Angelpunkt liegt zwischen Widerstand und Kraft.
2. Widerstand liegt zwischen Kraftarm und Drehpunkt.
3. Kraft liegt zwischen Kraftarm und Widerstand.

Rollen: Grundlagen und Typen

Eine Rolle besteht aus einer Scheibe, die sich um ihre Achse drehen kann. Der Rand hat eine Einkerbung, um ein Seil, eine Schnur oder eine Leine zu führen. Rollen können fest sein, wenn ihre Rotationsachse fest bleibt, oder beweglich, wenn sich ihre Drehachse linear und parallel bewegen kann.

Kombination von Rollen: Flaschenzug

Potenzialflaschenzug

Dieser besteht aus einer Reihe von Rollen, halb fest und halb beweglich, wobei durch die Einkerbung eine einzelne Saite, Schnur oder Leine geführt wird. Die benötigte Kraft (F) entspricht dem zu überwindenden Widerstand (R) geteilt durch die Anzahl der beweglichen Rollen (n) mal zwei: F = R / (2n).

Exponentialflaschenzug

Bei dieser Art von Getriebe wird für jede bewegliche Riemenscheibe eine andere Schnur verwendet. Die benötigte Kraft (F) entspricht dem zu überwindenden Widerstand (R) geteilt durch 2 hoch n: F = R / (2ⁿ).

Getriebe: Kraftübertragung durch Reibung und Verzahnung

Ein Getriebe besteht aus zwei Scheiben oder Rädern, deren Peripherien sich berühren. Ein treibendes Rad überträgt durch Reibung seine Rotation auf das angetriebene Rad. Die Kontaktfläche muss einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen. Im Kontaktpunkt zwischen beiden Rädern kann es zu Schlupf kommen, was bedeutet, dass die Drehzahl des Rades 2 im Kontakt mit Rad 3 nicht exakt der Drehzahl von Rad 3 im Kontakt mit Rad 2 entspricht. Das Verhältnis der Drehzahl des treibenden Rades zum angetriebenen Rad wird als Übersetzungsverhältnis bezeichnet.

Reibungskegel

Wenn die Achsen der beiden Reibräder nicht parallel sind, sondern sich schneiden, können konische Räder oder Reibungskegel verwendet werden. Der Kontakt erfolgt entlang der Mantellinie des Kegels, wodurch Schlupf vermieden wird.

Zahnräder

Geradverzahnung

Geradverzahnte Räder sind am einfachsten herzustellen, da ihre Zähne parallel angeordnet sind. Sie können jedoch nur eine geringe Kraft übertragen.

Schrägverzahnung

Die Zähne sind nicht parallel, sondern schraubenförmig um einen Zylinder gewunden. Sie sind schwieriger herzustellen, können aber auch hohe Leistungen übertragen. Die Kraft wird auf mehrere Zähne verteilt, wodurch das Getriebe leiser und vibrationsärmer ist als bei geradverzahnten Rädern.