Makara
| Kasnak ⓘ | |
|---|---|
 Bir gemideki makaralar. Bu bağlamda, makaralar normalde blok olarak bilinir. | |
| Sınıflandırma | Basit makine |
| Endüstri | İnşaat, taşımacılık |
| Tekerlekler | 1 |
| Akslar | 1 |
Kasnak, gergin bir kablo veya kayışın hareketini ve yön değiştirmesini veya mil ile kablo veya kayış arasında güç aktarımını desteklemek için tasarlanmış bir aks veya mil üzerindeki bir tekerlektir. Bir şafta güç aktarmayan, ancak kabloyu yönlendirmek veya bir kuvvet uygulamak için kullanılan bir çerçeve veya kabuk tarafından desteklenen bir kasnak durumunda, destekleyici kabuk bir blok olarak adlandırılır ve kasnak bir kasnak olarak adlandırılabilir. ⓘ
Bir kasnak, kabloyu veya kayışı yerleştirmek için çevresi etrafındaki flanşlar arasında bir oluğa veya oluklara sahip olabilir. Bir kasnak sisteminin tahrik elemanı bir halat, kablo, kayış veya zincir olabilir. ⓘ
Kasnaklara dair en eski kanıtlar On İkinci Hanedanlık dönemindeki (M.Ö. 1991-1802) Eski Mısır'a ve M.Ö. 2. binyılın başlarındaki Mezopotamya'ya kadar uzanmaktadır. Roma Mısır'ında, İskenderiyeli Hero (MS 10-70 civarı) makarayı ağırlıkları kaldırmak için kullanılan altı basit makineden biri olarak tanımlamıştır. Kasnaklar, büyük kuvvetler uygulamak için mekanik avantaj sağlamak amacıyla bir blok ve raptiye oluşturacak şekilde monte edilir. Kasnaklar ayrıca gücü dönen bir şafttan diğerine iletmek için kayış ve zincir tahriklerinin bir parçası olarak da monte edilir. Plutarkhos'un Paralel Yaşamlar adlı eserinde Arşimet'in bileşik makaraların ve blok ve raptiye sisteminin etkinliğini kanıtladığı bir sahne anlatılır; Arşimet bu sistemlerden birini kullanarak tam yüklü bir gemiyi suda süzülüyormuş gibi kendisine doğru çekmiştir. ⓘ
Makaralar, cisimleri hareket ettirmekte kuvvet kazancı sağlayan, kuvvetin yönünü değiştiren basit makinelerdir. İlk arkeolojik makara resimleri MÖ 8. yüzyıl Asur kabartmasında bulunmuştur. ⓘ
Makaralar sabit makara ve hareketli makara olmak üzere ikiye ayrılır. Ayrıca bu iki makaranın bir arada kullanılmasıyla oluşan palangalar vardır.İşten kazanç sağlamazlar ⓘ
Blok ve raptiye
Bir blok, her bir kasnak diğer kasnaklardan bağımsız olarak dönecek şekilde monte edilmiş bir dizi kasnaktır (tekerlek). Bloklardan birine bir halat bağlanmış ve iki makara setinden geçirilmiş iki blok, bir blok ve raptiye oluşturur. ⓘ
Bir blok ve palanga, bir blok sabit montaj noktasına ve diğeri hareketli yüke bağlanacak şekilde monte edilir. Blok ve raptiyenin ideal mekanik avantajı, hareketli bloğu destekleyen halatın bölüm sayısına eşittir. ⓘ
Sağdaki şemada gösterilen blok ve palanga tertibatlarının her birinin ideal mekanik avantajı aşağıdaki gibidir:
- Top palangası: 2
- Orsa palangası: 3
- İkili mücadele: 4
- Jinekolojik mücadele: 5
- Üç katlı satın alma: 6 ⓘ
Halat ve makara sistemleri
Bir halat ve makara sistemi, yani bir blok ve raptiye, bir yükü kaldırmak veya hareket ettirmek için bir veya daha fazla makara etrafında bir gerilim kuvveti iletmek için tek bir sürekli halatın kullanılmasıyla karakterize edilir - halat hafif bir hat veya güçlü bir kablo olabilir. Bu sistem Rönesans bilim adamları tarafından tanımlanan basit makineler listesine dahil edilmiştir. ⓘ
Halat ve makara sistemi enerjiyi dağıtmaz veya depolamazsa, mekanik avantajı yüke etki eden halat parçalarının sayısıdır. Bu aşağıdaki gibi gösterilebilir. ⓘ
Hareketli bloğu oluşturan makara setini ve bu bloğu destekleyen halat parçalarını düşünün. Eğer W yükünü destekleyen bu halat parçalarından p tane varsa, hareketli blok üzerindeki kuvvet dengesi, halatın her bir parçasındaki gerilimin W/p olması gerektiğini gösterir. Bu da halat üzerindeki giriş kuvvetinin T=W/p olduğu anlamına gelir. Böylece, blok ve palanga giriş kuvvetini p faktörü kadar azaltır. ⓘ
Bir tabanca palangası, W yükünü destekleyen iki halat parçasıyla hem sabit hem de hareketli bloklarda tek bir kasnağa sahiptir.
Silah takımındaki makaraların ayrılması, W/2'lik bir halat gerginliği ile sonuçlanan kuvvet dengesini gösterir. ⓘ
Bir çift palanga, W yükünü destekleyen dört halat parçası ile hem sabit hem de hareketli bloklarda iki kasnağa sahiptir.
Çift palangadaki makaraların ayrılması, W/4 halat gerginliği ile sonuçlanan kuvvet dengesini gösterir. ⓘ
Çalışma yöntemi
Bir makara sistemi için en basit çalışma teorisi, makaraların ve hatların ağırlıksız olduğunu varsayar. Ve sürtünme nedeniyle enerji kaybı olmadığı varsayılır. Ayrıca hatların gerilmediği de varsayılır. ⓘ
Denge durumunda, hareketli blok üzerindeki kuvvetlerin toplamı sıfır olmalıdır. Buna ek olarak halattaki gerilim her bir parça için aynı olmalıdır. Bu, hareketli bloğu destekleyen halatın iki parçasının her birinin yükün yarısını desteklemesi gerektiği anlamına gelir. ⓘ
Sabit makara
Diyagram 1: Hareketli kasnak üzerindeki F yükü, kasnağı destekleyen halatın iki parçasındaki gerilim ile dengelenir.
Hareketli makara
Diyagram 2: W yükünü kaldıran hareketli bir makara, W/2 gerilimli iki halat parçası tarafından desteklenir. ⓘ
Bunlar farklı tipte kasnak sistemleridir:
- Sabit: Sabit bir kasnak, destekleyici bir yapıya bağlı yataklara monte edilmiş bir aksa sahiptir. Sabit bir kasnak, çevresi boyunca hareket eden bir halat veya kayış üzerindeki kuvvetin yönünü değiştirir. Mekanik avantaj, sabit bir kasnağın hareketli bir kasnakla veya farklı çapta başka bir sabit kasnakla birleştirilmesiyle elde edilir.
- Hareketli: Hareketli bir kasnağın hareketli bir blok içinde bir aksı vardır. Tek bir hareketli kasnak aynı halatın iki parçası tarafından desteklenir ve iki mekanik avantaja sahiptir.
- Bileşik: Sabit ve hareketli makaraların kombinasyonu bir blok ve raptiye oluşturur. Bir blok ve palanga, sabit ve hareketli akslara monte edilmiş birkaç makaraya sahip olabilir ve bu da mekanik avantajı daha da artırır. ⓘ
Diyagram 3: "Avantaja doğru hareket eden" silah takımında halat hareketli makaraya bağlıdır. Halattaki gerilim W/3'tür ve bu da üçlük bir avantaj sağlar.
Diyagram 3a: Luff takımı sabit bir makara ekler "dezavantaja doğru döner". Halattaki gerilim W/3 olarak kalır ve üçlük bir avantaj sağlar. ⓘ
Silah takımının mekanik avantajı, sabit ve hareketli bloklar değiştirilerek artırılabilir, böylece halat hareketli bloğa bağlanır ve halat kaldırılan yük yönünde çekilir. Bu durumda blok ve palanganın "avantaj sağlamak için döndürüldüğü" söylenir. Diyagram 3, şimdi üç halat parçasının W yükünü desteklediğini göstermektedir, bu da halattaki gerilimin W/3 olduğu anlamına gelmektedir. Böylece mekanik avantaj üç olur. ⓘ
Bir silah takımının sabit bloğuna bir makara eklendiğinde, mekanik avantaj aynı kalsa da çekme kuvvetinin yönü tersine döner, Diyagram 3a. Bu bir Luff takımı örneğidir. ⓘ
Serbest cisim diyagramları
Bir makara sisteminin mekanik avantajı, halattaki gerilim kuvvetini yük üzerindeki yerçekimi kuvvetiyle dengeleyen serbest cisim diyagramları kullanılarak analiz edilebilir. İdeal bir sistemde, kütlesiz ve sürtünmesiz kasnaklar enerjiyi dağıtmaz ve esnemeyen veya aşınmayan bir halatın yön değiştirmesine izin verir. Bu durumda, serbest bir cisim üzerinde W yükünü ve T gerilimli bir halatın n destek bölümünü içeren bir kuvvet dengesi ortaya çıkar:
Yükün giriş gerilim kuvvetine oranı, makara sisteminin mekanik avantajı MA'dır, ⓘ
Böylece sistemin mekanik avantajı, yükü destekleyen halat bölümlerinin sayısına eşit olur. ⓘ
Kayış ve kasnak sistemleri
Bir kayış ve kasnak sistemi, bir kayış için ortak olan iki veya daha fazla kasnak ile karakterize edilir. Bu, mekanik güç, tork ve hızın akslar arasında iletilmesini sağlar. Kasnaklar farklı çaplarda ise mekanik bir avantaj elde edilir. ⓘ
Bir kayış tahriki zincir tahrikine benzer; ancak, bir kayış kasnağı pürüzsüz olabilir (zincir dişlisi, düz dişli veya triger kayışında olduğu gibi ayrı kilitleme elemanlarından yoksun olabilir), böylece mekanik avantaj yaklaşık olarak sadece kasnakların adım çapının oranı ile verilir, dişliler ve zincir dişlilerinde olduğu gibi dişlerin oranı ile tam olarak sabitlenmez. ⓘ
Yivsiz veya flanşsız tambur tarzı kasnaklarda, düz kayışı merkezde tutmak için kasnak genellikle hafif dışbükeydir. Bazen taçlı kasnak olarak da adlandırılır. Bir zamanlar fabrika hat millerinde yaygın olarak kullanılmasına rağmen, bu tip kasnaklar hala dik elektrikli süpürgelerde, bantlı zımpara makinelerinde ve şerit testerelerde dönen fırçayı tahrik ederken bulunur. 1950'lerin başına kadar üretilen tarım traktörlerinde genellikle düz bir kayış için bir kayış kasnağı vardı (Kayış Kasnağı dergisi adını buradan almıştır). Bunun yerini, PTO ve hidrolik gibi kullanım yöntemlerinde daha fazla esnekliğe sahip başka mekanizmalar almıştır. ⓘ
Nasıl ki dişlilerin çapları (ve buna bağlı olarak diş sayıları) bir dişli oranını ve dolayısıyla hız artışlarını veya düşüşlerini ve sağlayabilecekleri mekanik avantajı belirliyorsa, kasnakların çapları da aynı faktörleri belirler. Konik kasnaklar ve kademeli kasnaklar (aynı prensiple çalışırlar, ancak isimler sırasıyla düz kayış versiyonlarına ve V-kayış versiyonlarına uygulanma eğilimindedir), bir kayış-kasnak sisteminde gerektiğinde değiştirilebilen çoklu tahrik oranları sağlamanın bir yoludur, tıpkı bir şanzımanın bu işlevi değiştirilebilen bir dişli dizisi ile sağlaması gibi. V-kayışı kademeli kasnaklar, matkap preslerinin çeşitli iş mili hızları sunmasının en yaygın yoludur. ⓘ
Kayış ve kasnaklarda sürtünme en önemli güçlerden biridir. Kayışlar ve kasnaklar için bazı kullanımlar, kayışın gereksiz kaymasına ve dolayısıyla kayışta ekstra aşınmaya neden olan tuhaf açılar (kötü kayış takibine ve muhtemelen kayışın kasnaktan kaymasına neden olur) veya düşük kayış gerilimi ortamları içerir. Bunu çözmek için kasnaklar bazen geciktirilir. Geciktirme, bazen kasnak kovanlarına uygulanan çeşitli dokulu desenlere sahip bir kaplama, örtü veya aşınma yüzeyinin uygulanmasını tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Geciktirme genellikle değiştirilebilir bir aşınma yüzeyi sağlayarak kabuğun ömrünü uzatmak veya kayış ile kasnak arasındaki sürtünmeyi iyileştirmek için uygulanır. Özellikle tahrik kasnakları tam da bu nedenle genellikle kauçuk gecikmeli (kauçuk sürtünme tabakası ile kaplanmış) olur. ⓘ
Sabit makara
Makaranın tavana bağlanmış olduğu durumdur. Temel kullanım amacı kuvvetin yönünü değiştirmektir. İdeal bir makarada (sürtünmenin olmadığı) kuvvet ne kadar yol alırsa, yük de o kadar yol almış olur. ⓘ
Hareketli makara
Bu tip makaralar herhangi bir yere sabitlenmemişlerdir ve düşey eksende hareket edebilmektedir. ⓘ
Aşağıdaki hareketli makara şeklini inceleyelim. Yük makaraya bağlanmış ve makara da ip üzerinde hareketlidir. İpin sağ tarafı tavana bağlanmıştır. Bu yüzden ağırlığın yarısı bu ip aracılığıyla tavana aktarılmıştır. Geriye kalan 50 N'luk yükse kuvvet tarafınfan çekilmektedir. Böylece yükü kaldırmak için kuvvetten kazanç sağlanmıştır. Ancak kuvvetin yarıya düşmesi yüzünden yol iki katına çıkmıştır. Örneğin kuvvet 2 m yukarı çıksa, yük 1 m yukarı çıkacaktır. Bunun sebebi enerji korunumudur. ⓘ
Mekanik sistemlerde yapılan iş (aynı zamanda harcanan enerjiye eşittir) ⓘ
ile ifade edilir. Burada ⓘ
Görüldüğü gibi aynı enerji verildiğinde kuvvetle yol ters orantılıdır. ⓘ