Введение
Механическое преимущество – это показатель усиления силы, достигаемого при использовании инструмента, механического устройства или машинной системы. Устройство обменивает входные силы на перемещение для получения желаемого увеличения выходной силы. В качестве модели этого принципа выступает закон рычага. Компоненты машин, предназначенные для управления силами и движением таким образом, называются механизмами. Идеальный механизм передает мощность без её увеличения или уменьшения. Это означает, что идеальная машина не содержит источника энергии, не имеет трения и состоит из абсолютно жестких тел, не подверженных деформации или износу. Характеристики реальной системы по сравнению с этим идеалом выражаются с помощью коэффициентов эффективности, учитывающих отклонения от идеального состояния.
Mechanical advantage is a measure of the force amplification achieved by using a tool, mechanical device or machine system. The device trades off input forces against movement to obtain a desired amplification in the output force. The model for this is the law of the lever. Machine components designed to manage forces and movement in this way are called mechanisms. An ideal mechanism transmits power without adding to or subtracting from it. This means the ideal machine does not include a power source, is frictionless, and is constructed from rigid bodies that do not deflect or wear. The performance of a real system relative to this ideal is expressed in terms of efficiency factors that take into account departures from the ideal.
Рычаг
Рычаг – это подвижная балка, вращающаяся на опоре, прикрепленной к фиксированной точке или расположенной на ней или через нее. Рычаг работает, применяя силы на разных расстояниях от точки опоры, или оси вращения. Расположение опоры определяет класс рычага. Если рычаг вращается непрерывно, он функционирует как вращательный рычаг второго класса. Движение конечной точки рычага описывает фиксированную орбиту, на которой может происходить обмен механической энергией (например, ручной кривошип). В современном мире этот вид вращательного рычага широко используется; см. (вращательный) рычаг 2 класса; см. шестерни, шкивы или фрикционный привод, используемые в схеме механической передачи мощности. Обычно механическое преимущество реализуется в “сжатой” форме, посредством использования нескольких шестерен (набора шестерен). В таких наборах шестерен используются шестерни с меньшим радиусом и меньшим встроенным механическим преимуществом. Для использования механического преимущества без сжатия необходимо использовать вращательный рычаг “истинной длины”. См. также включение механического преимущества в конструкцию определенных типов электродвигателей; один из вариантов – двигатель с “наружным ротором”. По мере вращения рычага вокруг опоры, точки, расположенные дальше от оси вращения, движутся быстрее, чем точки, расположенные ближе к ней. Мощность на входе и на выходе рычага одинакова, поэтому и результаты расчетов должны быть одинаковыми. Мощность – это произведение силы и скорости, поэтому силы, приложенные к точкам, расположенным дальше от оси вращения, должны быть меньше, чем при приложении к точкам, расположенным ближе. Это показывает, что если расстояние *a* от точки опоры до места приложения входной силы (точка A) больше, чем расстояние *b* от точки опоры до места приложения выходной силы (точка B), то рычаг усиливает входную силу. Если расстояние от точки опоры до входной силы меньше, чем расстояние от точки опоры до выходной силы, то рычаг уменьшает входную силу. Архимеду, который осознал глубокие последствия и практическую применимость закона рычага, приписывают знаменитое высказывание: “Дайте мне точку опоры, и я подниму весь мир”. Использование скорости в статическом анализе рычага является применением принципа виртуальной работы.