Čekrk

Za drugu upotrebu, pogledajte stranicu Čekrk (TV film).

Čekrk je mehanička sprava koja služi za skretanje smera sile ili za podizanje ili povlačenje velikih tereta korišćenjem male sile. Sastoji se od jednog ili više točkova koji mogu da se okreću oko svojih osovina. Obod točka može da bude ravan, nazupčen ili udubljen i preko njega se prevlači konopac, remen, lanac i sl. Ova sprava se koristi od davnina, posebno u mornarici. U zavisnosti od namene, postoje različite izvedbe čekrka (sa promenljivim brojem i rasporedom točkova) i mogu biti izrađeni od različitih materijala (drveta, metala, plastike i dr).

Čekrk

Demonstracija principa čekrka: čekrkom sa dva točka (levo) ne može se podići sopstvena masa, dok se čekrkom sa 6 točkova (desno) to može (Muzej nauke i tehnike Beograd).

Koloturnik

Različiti načini nameštanja hvataljke

Blok je skup remenica (točkova) sastavljenih tako da se svaka remenica rotira nezavisno od svake druge remenice. Dva bloka sa užetom pričvršćenim za jedan od blokova i provučenim kroz dva seta remenica formiraju koloturnik.

Koloturnik je sastavljen tako da je jedan blok pričvršćen za fiksnu tačku montaže, a drugi je pričvršćen za pokretno opterećenje. Idealna mehanička prednost koloturnika jednaka je broju delova užeta koji podržavaju pokretni blok.

Na dijagramu sa desne strane idealna mehanička prednost svakog od prikazanih blokova i sklopova je sledeća:

• Čekrk: 2
• Laf čekrk: 3
• Dvostruki čekrk: 4
• Gan čekrk: 5
• Trostruki čekrk: 6

Sistemi užadi i remenica

Remenica u naftnoj dizalici

Dizalica koja koristi sistem složenih remenica koje joj daju prednost od 4. Jedna fiksna remenica je instalirana na dizalicu. Dve pokretne remenice (spojene) su pričvršćene za kuku. Jedan kraj užeta je pričvršćen za okvir krana, drugi za vitlo.

Sistem užeta i kotura – to jest, koloturnik – karakteriše upotreba jednog neprekidnog užeta za prenos sile zatezanja oko jednog ili više kotura za podizanje ili pomeranje tereta – konopac može biti laka linija ili jak kabal. Ovaj sistem je uključen u listu jednostavnih mašina koje su identifikovali renesansni naučnici.

Ako sistem užeta i kolotura ne rasipa i ne skladišti energiju, onda je njegova mehanička prednost broj delova užeta koji deluju na opterećenje. Ovo se može prikazati na sledeći način.

Razmotrite skup remenica koji formiraju pokretni blok i delove užeta koji podržavaju ovaj blok. Ako postoji p ovih delova užeta koji nose opterećenje W, onda ravnoteža sila na pokretnom bloku pokazuje da napetost u svakom od delova užeta mora biti W/p. To znači da je ulazna sila na užetu T=W/p. Dakle, blok i hvataljka smanjuju ulaznu silu za faktor p.

• 
  Priključak za čekrk ima jednu remenicu u fiksnom i jednu u pokretnom bloku sa dva dela užeta koji podržavaju opterećenje W.
• 
  Razdvajanje remenica u čekrku pokazuje ravnotežu sila koja rezultira zatezanjem užeta od W/2.

• 
  Dvostruka oprema ima po dve koturače u fiksnom i pokretnom bloku sa četiri dela užeta koji podržavaju opterećenje W.
• 
  Razdvajanje remenica u duploj hvataljci pokazuje ravnotežu sila koja rezultira zatezanjem užeta od W/4.

Način rada

Najjednostavnija teorija rada za sistem remenica pretpostavlja da su remenice i vodovi bez težine. I da nema gubitka energije usled trenja. Takođe se pretpostavlja da se linije ne istežu.

U ravnoteži, sile na pokretnom bloku moraju imati zbir jednak nuli. Pored toga, napetost užeta mora biti ista za svaki njegov deo. To znači da dva dela užeta koji podržavaju pokretni blok moraju da izdrže polovinu opterećenja.

• 
  Fiksna kolotura
• 
  Dijagram 1: Opterećenje F na pokretnoj remenici je uravnoteženo zatezanjem u dva dela užeta koji podržavaju remenicu.
• 
  Pokretna remenica
• 
  Dijagram 2: Pokretna kolotura koja podiže teret W je oslonjena na dva dela užeta sa zatezanjem W/2.

Ovo su različite vrste sistema remenica:

• Fiksni: Fiksna remenica ima osovinu montiranu u ležajeve pričvršćene za noseću konstrukciju. Fiksna kolotura menja smer sile na užetu ili kaišu koji se kreće duž njenovog obima. Mehanička prednost se dobija kombinovanjem fiksne remenice sa pokretnom remenicom ili drugom fiksnom remenicom različitog prečnika.
• Pokretni: Pokretna remenica ima osovinu u pokretnom bloku. Jedna pokretna kolotura je oslonjena na dva dela istog užeta i ima mehaničku prednost od dva.
• Kompozicija: Kombinacija fiksnih i pokretnih remenica formira koloturnik. Koloturnik može imati nekoliko remenica postavljenih na fiksne i pokretne osovine, što dodatno povećava mehaničku prednost.

• 
  Dijagram 3: Čekrk „dospeća do prednosti“ ima konopac pričvršćen za pokretnu remenicu. Napetost konopca je W/3 što daje prednost od tri.
• 
  Dijagram 3a: Lufov čekrk dodaje fiksni kotur koji „dospeva do nedostatka“. Napetost u užetu ostaje W/3, što daje prednost od tri.

Mehanička prednost čekrka može se povećati zamenom fiksnih i pokretnih blokova tako da je uže pričvršćeno za pokretni blok i uže se povlači u pravcu podignutog tereta. U ovom slučaju se kaže da su blok i hvataljka „došli do prednosti“. Dijagram 3 pokazuje da sada tri dela užeta podržavaju opterećenje W, što znači da je napetost užeta W/3. Dakle, mehanička prednost je tri.

Dijagrami slobodnog tela

Mehanička prednost sistema remenica može se analizirati korišćenjem dijagrama slobodnog tela koji balansira silu zatezanja u užetu sa silom gravitacije na teret. U idealnom sistemu, remenice bez mase i trenja ne rasipaju energiju i omogućavaju promenu smera užeta koje se ne rasteže ili haba. U ovom slučaju, ravnoteža sila na slobodnom telu koje uključuje opterećenje, W i n nosećih sekcija užeta sa zatezanjem T, daje:

$nT-W=0.$

Odnos opterećenja i ulazne sile zatezanja je mehanička prednost MA sistema remenica,

$MA={\frac {W}{T}}=n.$

Dakle, mehanička prednost sistema jednaka je broju sekcija užeta koji podržavaju opterećenje.

Sistemi remena i remenica

Ravni kaiš na remenici

Sistem remena i remenice

Konusna remenica vođena odozgo linijskom osovinom

Sistem kaiša i remenica karakterišu dve ili više remenica zajedničkih remenu. Ovo omogućava da se mehanička snaga, obrtni moment i brzina se prenose preko osovina. Ako su remenice različitih prečnika, ostvaruje se mehanička prednost.

U slučaju remenice u stilu bubnja, bez žleba ili prirubnica, remenica je često blago konveksna da bi ravni kaiš bio centriran. Ponekad se naziva krunisanom remenicom. Iako se nekada široko koristio na fabričkim osovinama, ovaj tip remenice se još uvek nalazi u pogonu rotirajuće četke u uspravnim usisivačima, u tračnim brusilicama i tračnim testerama. Poljoprivredni traktori napravljeni do ranih 1950-ih uglavnom su imali remenicu za ravan kaiš (po čemu je časopis Belt Pulley dobio ime). On je zamenjen je drugim mehanizmima sa većom fleksibilnošću u metodama upotrebe, kao što su izvod snage i hidraulika.

Kod kaiševa i remenica, trenje je jedna od najvažnijih sila. Neke upotrebe kaiševa i remenica uključuju posebne uglove (što dovodi do lošeg praćenja kaiša i mogućeg klizanja kaiša sa remenice) ili okruženja sa niskim zatezanjem kaiša, što uzrokuje nepotrebno klizanje kaiša i samim tim dodatno habanje kaiša. Da bi se ovo rešilo, remenice ponekad zaostaju. Zaostajanje je termin koji se koristi da opiše nanošenje premaza, pokrivača ili habajuće površine sa različitim teksturiranim uzorcima koji se ponekad primenjuju na školjke remenice. Zaostajanje se često primenjuje kako bi se produžio životni vek školjke obezbeđivanjem zamenljive habajuće površine ili da bi se poboljšalo trenje između remena i remenice. Posebno su pogonske remenice često gumirane (prevučene gumenim frikcionim slojem) upravo iz tog razloga.

Literatura

• Paul, Burton (1979). Kinematics and dynamics of planar machinery (illustrated izd.). Prentice-Hall. ISBN 978-0-13-516062-6. 
• Uicker, John; Pennock, Gordon; Shigley, Joseph (2010). Theory of Machines and Mechanisms (4th izd.). Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-19-537123-9. 
• Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. USA: Courier Dover Publications. str. 98. ISBN 978-0-486-25593-4. 
• Paul, Akshoy; Roy, Pijush; Mukherjee, Sanchayan (2005), Mechanical sciences: engineering mechanics and strength of materials, Prentice Hall of India, str. 215, ISBN 978-81-203-2611-8. 
• Asimov, Isaac (1988), Understanding Physics, New York: Barnes & Noble, str. 88, ISBN 978-0-88029-251-1. 
• Anderson, William Ballantyne (1914). Physics for Technical Students: Mechanics and Heat. New York: McGraw Hill. str. 112. Pristupljeno 2008-05-11. 
• „Mechanics”. Encyclopædia Britannica. 3. John Donaldson. 1773. str. 44. Pristupljeno 5. 4. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Morris, Christopher G. (1992). Academic Press Dictionary of Science and Technology. Gulf Professional Publishing. str. 1993. ISBN 9780122004001. 
• Compound machines, University of Virginia Physics Department, Arhivirano iz originala 03. 08. 2019. g., Pristupljeno 2010-06-11. </ref><ref name="Usher">Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. US: Courier Dover Publications. str. 98. ISBN 978-0-486-25593-4. 
• Wallenstein, Andrew (jun 2002). „Foundations of cognitive support: Toward abstract patterns of usefulness”. Proceedings of the 9th Annual Workshop on the Design, Specification, and Verification of Interactive Systems. Springer. str. 136. ISBN 9783540002666. Pristupljeno 2008-05-21. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Prater, Edward L. (1994), Basic machines (PDF), U.S. Navy Naval Education and Training Professional Development and Technology Center, NAVEDTRA 14037. 
• U.S. Navy Bureau of Naval Personnel (1971), Basic machines and how they work (PDF), Dover Publications. 
• Reuleaux, F. (1963) [1876], The kinematics of machinery (translated and annotated by A.B.W. Kennedy), New York: reprinted by Dover. 
• Cornell University, Reuleaux Collection of Mechanisms and Machines at Cornell University, Cornell University. 

Spoljašnje veze

• Mechanical advantage Arhivirano na sajtu Wayback Machine (13. novembar 2012)