วิธีการคำนวณ AMA & IMA ของ Simple Machines

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• ประโยชน์เชิงกลที่เกิดขึ้นจริง
• ข้อได้เปรียบเชิงกลในอุดมคติ
• IMA ของเครื่องจักรหกชนิด

แม้ว่าคุณอาจคิดว่าเครื่องจักรเป็นระบบที่ซับซ้อนของเฟืองขับสายพานและมอเตอร์นักฟิสิกส์ที่ใช้นิยามนั้นเรียบง่ายกว่ามาก เครื่องจักรเป็นเพียงอุปกรณ์ที่ใช้งานได้และมีเครื่องจักรง่าย ๆ เพียงหกประเภทเท่านั้น พวกเขารวมถึงคันโยก, รอก, ล้อและเพลา, สกรู, ลิ่มและระนาบเอียง ความสามารถของเครื่องจักรในการทำงานขึ้นอยู่กับลักษณะสองประการคือความได้เปรียบเชิงกลและประสิทธิภาพ ความได้เปรียบเชิงกลมีสองประเภท ความได้เปรียบเชิงกลทางกลในอุดมคติถือว่ามีประสิทธิภาพที่สมบูรณ์แบบซึ่งไม่ได้คำนึงถึงแรงเสียดทานในขณะที่ความได้เปรียบเชิงกลที่แท้จริง

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

AMA ของเครื่องจักรง่าย ๆ คืออัตราส่วนของเอาต์พุตต่อแรงที่ป้อนเข้า IMA คืออัตราส่วนของระยะทางเข้ากับระยะทางส่งออก

ประโยชน์เชิงกลที่เกิดขึ้นจริง

เครื่องจักรชนิดใดก็ตามที่ส่งพลังงานกลและการวัดความได้เปรียบของมันคืออัตราส่วนของกำลังที่ส่งออก (F_O) ถึงกำลังไฟฟ้าเข้า (F_ผม) อัตราส่วนนี้เป็นข้อได้เปรียบเชิงกลที่เกิดขึ้นจริง:

AMA = F_O/ F_ผม

หากอัตราส่วนนี้เป็นหนึ่งเครื่องจักรกลจะไม่ทำให้งานง่ายขึ้นจริง ๆ แต่อาจส่งพลังงานไปในทิศทางที่แตกต่างกัน เกียร์หนอนไดรฟ์เป็นตัวอย่างของเครื่องดังกล่าว เครื่องจักรส่วนใหญ่มี AMA มากกว่าหนึ่ง

ข้อได้เปรียบเชิงกลในอุดมคติ

เนื่องจากต้องใช้แรงป้อนเข้าจำนวนหนึ่งเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานและไม่ทราบจำนวนนี้จึงยากที่จะวัดความได้เปรียบเชิงกลที่เกิดขึ้นจริง ความได้เปรียบเชิงกลที่ดีเยี่ยมในทางกลับกันคือเพียงอัตราส่วนของระยะทางเข้า D_ผม เพื่อระยะทางเอาท์พุท D_O.

IMA = D_ผม/ D_O

เพื่อให้การทำงานง่ายขึ้นสำหรับผู้ใช้ระยะทางอินพุตควรมากกว่าระยะทางออกดังนั้นอัตราส่วนนี้มักมากกว่าหนึ่ง มันมีขนาดใหญ่กว่า AMA เพราะมันไม่ได้ใช้แรงเสียดทานซึ่งต่อต้านการเคลื่อนไหว

IMA ของเครื่องจักรหกชนิด

เครื่องจริงทั้งหมดเป็นการรวมกันของหกเครื่องง่าย ๆ และวิธีการคำนวณ IMA แตกต่างกันไปในแต่ละเครื่อง

คันโยก: ตำแหน่งของศูนย์กลางกำหนด IMA สำหรับคันโยก ในคันโยกระดับเฟิร์ลคลาสอยู่ใต้คันโยกและอยู่ในระยะทาง D_ผม และ D_O จากอินพุตและเอาต์พุตสิ้นสุดตามลำดับ ข้อได้เปรียบเชิงกลทางกลในอุดมคติคือ:

IMA = D_ผม/ D_O

ล้อและ Axel: ด้วยสองล้อแบบศูนย์กลางที่ใช้ร่วมกันคุณจะได้รับความได้เปรียบเชิงกลโดยการบังคับให้เข้ากับล้อที่ใหญ่กว่าและเชื่อมต่อโหลดเข้ากับล้อที่เล็กกว่า IMA สำหรับข้อตกลงนี้คืออัตราส่วนของรัศมีของวงล้อที่ใหญ่กว่า R ไปยังที่เล็กกว่า R:

IMA = R / r

เครื่องบินเอียง: ความได้เปรียบเชิงกลของระนาบเอียงจะเพิ่มขึ้นเมื่อความชันลดลง แต่ถึงแม้ว่าจะต้องใช้แรงกดน้อยลง แต่ระยะทางที่คุณต้องผลักมันจะเพิ่มขึ้น ผลักโหลดระยะทาง L ตามแนวลาดเพื่อเพิ่มความสูง ชั่วโมงและข้อดีเชิงกลที่เหมาะคือ:

IMA = L / h

ลิ่ม: เหมือนระนาบที่เอียงแรงที่ต้องใช้ในการกดมันจะเพิ่มขึ้นตามความลาดชัน แต่ระยะทางที่ลิ่มต้องไป L เพื่อแยกพื้นผิวระยะทาง เสื้อ เพิ่มขึ้น:

IMA = L / t

สกรู: สกรูเป็นแค่ระนาบวงกลม ในการหมุนแต่ละครั้งของสกรูคุณหมุนระยะห่างเท่ากับเส้นรอบวงเพื่อเคลื่อนที่เป็นระยะทาง P มันแทรกซึมเข้าไปในพื้นผิว หากเส้นผ่านศูนย์กลางของเพลาสกรูเป็น d, ข้อได้เปรียบเชิงกลคือ:

IMA = 2πd / P

ลูกรอก: ข้อได้เปรียบเชิงกลของระบบรอกขึ้นอยู่กับจำนวนเชือกที่มี หากหมายเลขนั้นคือ ยังไม่มีข้อความจากนั้น

IMA = N