KRĄŻEK

 

 

 

PLAN:

1. 1.     Geneza.

2. 2.     Zasada działania i budowa.

3. 3.     Praktyczne zastosowanie.

4. 4.     Wnioski.

 

 

Maszyny proste są prostymi urządzeniami mechanicznymi pozwalającymi zastępować pracę siły na określonej, zwykle dłuższej drodze. Maszyny proste służą więc do pokonywania oporu użytecznego Q siłami napędzającymi F. Pomijając opory uboczne np. tarcia ciężarów otrzymujemy siły teoretyczne F. Istnieją dwie podstawowe klasy maszyn prostych: przesuwne i obrotowe, do których należy m.in. krążek, inaczej zwany blokiem. Krążek liniowy został prawdopodobnie wynaleziony we wczesnym okresie wieku żelaznego. Był on bezspornie bardzo użytecznym wynalazkiem. Istnieją jednak bardzo pewne dane, że na przykład Egipcjanie w wieku brązowym nie stosowali krążków linowych zarówno do tak oczywistych celów jak podnoszenie żagli, jak i przy wznoszeniu swych wielkich budowli. Pierwszym konkretnym świadectwem pojawienia się krążków linowych jest płaskorzeźba asyryjska z ósmego wieku p.n.e. Prawdopodobną przyczyną tego, że krążków liniowych do praktycznego i powszechnego użytku nie można było wytwarzać dostatecznie małym kosztem, dopóki żelazo nie stało się dostępne jako materiał konstrukcyjny. Jednak wprowadzone do użytku krążki linowe szybko zrewolucjonizowały przemysł budowlany. Dzięki nim zastosowanie przy dźwiganiu i ustawianiu bloków kamiennych przyniosła znacznie lepsze i skuteczniejsze metody pracy od metod stosowanych w pierwotny żuraw, używany przez Greków ok. roku 450 p.n.e. W początkach zaś naszej ery pojawiły się podnośniki z wielokrążkami.

Krążkami nazywamy takie elementy dźwignic, które służą do podtrzymywania i zmiany kierunku cięgien. W zależności od rodzaju użytego cięgna krążki dzielimy na linowe i łańcuchowe. Są to układy składające się z krążka, czyli okrągłej tarczy obracanej dookoła osi stałej z rowkiem wzdłuż obwodu, w który jest włożone cięgno (sznur, lina lub łańcuch) obejmujące krążek na jego obwodzie. Krążki linowe bywają dwóch rodzajów: stałe, inaczej kierownicze, umocowane w niezmiennych punktach konstrukcji i obracające się tylko wokół własnych osi oraz przesuwne, czyli ruchome lub bierne, zawieszone na linie, które obracając się wokół swych osi, przesuwają się wraz z nimi. Niekiedy krążki stałe służą do wyrównywania obciążeń i długości lin układów linowych i nazywają się wtedy wyrównawczymi. Wykonują one jedynie nieznaczne ruchy wahadłowe dookoła osi i w czasie pracy nie obracają się. Pod względem budowy krążki linowe można podzielić na zwykłe i specjalne. Krążki zwykłe mają kształty rozmaite, zależnie od tego do jakiego celu krążek ma służyć. Z uwagi na sposób wykonania wszystkie krążki można podzielić na lane i spawane. Krążki mogą być w postaci pełnych tarcz w przypadku krążków małych lub postaci tarcz z otworami - dla większych krążków, względnie mogą być wykonane z ramionami. Powszechnie stosowanym materiałem na zwykłe linowe krążki jest żeliwo, rzadziej staliwo - głównie w krążkach dla ciężkich warunków pracy dźwignicy. Jako materiały zastępcze stosuje się także spiż oraz brązy aluminiowe i krzemowe. Wewnętrzne ścianki wieńca krążków nachylone są pod kątem 40-60 stopni [C] i tworzą rowek w którym leży lina. Wymiary wieńca zależą od średnicy liny. Rowek powinien być dokładnie obrobiony i nie może powodować zakleszczania się liny. Liny nie są cięgnami doskonale elastycznymi, dlatego wejściu i zejściu liny z krążka towarzyszy jej wygięcie, pochłaniające część energii napędowej. Ponadto między liną a krążkiem oraz między osią a piastą, czyli osadzeniem krążka istnieją opory tarcia. Zjawiska te powodują, że napięcia liny z obu stron krążka nie są jednakowe, a różnica tych napięć jest miarą nieuchronnej straty energii zużytej na pokonanie sztywności liny i oporów tarcia.

Krążek stały podlega działaniu trzech sił: oporu użytecznego Q np. ciężaru działającemu na linę, siły poruszającej F i siły R, która jest reakcją osi. Z równania momentów względem osi obrotu O krążka.

 

 

Czyli siła poruszająca równa się oporowi użytecznemu (pomijając tarcie). Przy przewijaniu się przez krążek lina odchyla się od krążka od strony wyjścia i przesuwa ku środkowi krążka od strony zejścia, w wyniku czego punkt wejścia i zejścia liny przesuwa się o pewien kąt. Bez uwzględniania tarcia na osi, równanie momentów możemy zapisać inaczej:

 

Z czego wynika, że siła ciągnąca w linie jest większa od oporu użytecznego (F.>Q), czyli dla pokonania udźwigu Q należy wywołać w drugiej gałęzi liny siłę od niego większą nawet bez uwzględnienia tarcia między krążkiem a osią. Ogólnie możemy powiedzieć, że siła czynna F powinna być większa od siły biernej Q.

Układ krążków złożony z pewnej liczby krążków stałych i przesuwnych opisanych cięgnem nazywa się wielokrążkiem. Rozróżnia się wielokrążki proste wielokrotne, w których krążki są rozmieszczone w dwóch zbloczach (ruchomym, nieruchomym) i opasane jednym cięgnem i wielokrążki potęgowe - złożone z pewnej liczby krążków ruchomych, z których każdy jest opasany oddzielnym cięgnem oraz z jednego krążka nieruchomego. Wielokrążkowi wielokrotnemu odpowiada równanie:

 

 

W którym n oznacza liczbę wszystkich krążków. Dla wielokrążka potęgowego jest:

 

Gdzie n oznacza liczbę wszystkich krążków. Gdy cięgno zbiega z krążka stałego, ciężar Q podniesie się o wielkość h, o tyle skróci się każda gałąź cięgna, a cięgno o długości równej sumie tych skróceń n*h powinno w tym czasie zejść z ostatniego krążka stałego. Oznacza to, że prędkość schodzenia liny jest n-razy większa od prędkości podnoszenia. Stosunek prędkości schodzenia cięgna do prędkości podnoszenia nazywamy przełożeniem wielokrążka:

 

i = V/V = n

 

Położenie wielokrążka, gdy cięgno zbiega z krążka przesuwnego wynosi:

 

i = V/V = n + 1

 

Dla często stosowanych podwójnych układów wielokrążków sprawności określamy, przyjmując połowę ogólnej liczby krążków bez uwzględnienia krążka wyrównawczego. Tak więc dla układu składającego się z 7 krążków, ogólna ich liczba bez krążka wyrównawczego wynosi 6, połowa układu - 3, przełożenie dla każdej połowy: i = n+1 = 3+1 = 4.

Krążki służą do podtrzymywania cięgien i zmiany ich kierunku. Za pomocą krążka stałego można jedynie zmienić na bardziej dogodny kierunek działania siły poruszającej. Krążek przesuwny umożliwia dwukrotne zmniejszenie siły użytecznej w stosunku do oporu użytecznego (pomijając tarcie i ciężar samego krążka), przy tym jest on najczęściej używany w połączeniu z krążkiem stałym, zmieniającym dogodnie kierunek siły F.

Za pomocą stałych krążków kierujących ze znormalizowanymi wieńcami zapobiegającymi zakleszczaniu liny, linę tę można prowadzić w określonej płaszczyźnie pionowej lub poziomej pod dowolnymi kątami. W przyciągarkach, gdzie prowadzenie liny odbywa się w płaszczyźnie poziomej przy możliwie znacznego jej luzowania, należy stosować krążki z wieńcami specjalnie ukształtowanymi. Wielokrążki stosuje się w celu osiągnięcia jak najmniejszej siły poruszającej w stosunku do oporu użytecznego. Wielokrążki stosowane są jako samodzielne proste mechanizmy oraz jako elementy mechanizmów podnoszenia, przyciągania, wychylania itp. Krążki wyrównawcze stosuje się w zdwojonych czyli bliźniaczych układach wielokrążków mechanizmów podnoszenia w suwnicach oraz wszędzie tam, gdzie zależy na wyrównaniu obciążenia w równolegle pracujących pasmach linowych np. w chwytarkach dwulinowego typu przy linie trzymającej składającej się z dwóch pasm.

Krążki wchodzą w skład najprostszych urządzeń dźwigowych czyli dźwignic. Są to maszyny robocze do przenoszenia ciał stałych na małą odległość, w sposób przerywany. Do dźwignic, w których występują krążki należą m.in. suwnice, przesuwnice, żurawie i cięgniki, przekładnie cięgnowe. Przekładnie cięgnowe znajdują duże zastosowanie w napędach maszynowych chłodziarek, prądnic, pomp, sprężarek, wentylatorów i innych. Suwnica jest uniwersalnym urządzeniem transportowym szeroko stosowanym w zakładach przemysłowych, w kolejnictwie, portach itp. Żurawie studzienne znane były już ok. 4000 lat p.n.e. w Chinach, a prostych żurawi używano także przy budowie piramid w Egipcie. Obecnie trudno wyobrazić sobie jakiekolwiek przedsięwzięcie budowlane bez użycia dźwigów lub innych urządzeń służących do podnoszenia ciężarów, a których elementem jest krążek. Jego odkrycie znacznie usprawniło pracę człowieka i otworzyło przed nim nowe możliwości techniczne.

 

BIBLIOGRAFIA:

 

1. 1.     Zieliński Z., Budowa maszyn cz. 1, Dźwignice i przenośniki, Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego, W-wa str. 70-77

2. 2.     Chwiej M., Maszynoznawstwo ogólne, PWN W-wa 1974, str. 50-51

3. 3.     Kamiński Z., Fizyka dla kandydatów na uczelnie techniczne, wyd. 4, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, W-wa 1975, str. 138-139

4. 4.     Pawlicki K., Elementy dźwignic cz. 1, PWN, W-wa 1960, str. 111-131

5. 5.     Troskolański A., Mała encyklopedia techniki, PWN, 1973, str. 786

6. 6.     Mały poradnik techniki, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, W-wa 1967, str. 196

 

 

 

---