輪軸(一種簡單機械)

輪軸，顧名思義是由“輪”和“軸”組成的系統。該系統能繞共軸線旋轉，相當於以軸心為支點，半徑為桿的槓桿系統。所以，輪軸能夠改變扭力的力矩，從而達到改變扭力的大小。

物理學上的“輪軸”

輪軸的定義

由輪和軸組成，能繞共同軸線旋轉的機械，叫做輪軸。

輪軸的實質

能夠連續旋轉的槓桿，支點就在軸線，輪軸在轉動時輪與軸有相同的轉速。

輪軸的平衡條件

如圖所示，R為輪半徑，r為軸半徑，F1為作用在輪上的力，F2為作用在軸上的力，根據槓桿的平衡條件有：F1R=F2r （動力×輪半徑=阻力×軸半徑）。

輪軸示意圖

外環叫輪，內環叫軸

外環叫輪，內環叫軸。輪軸兩個環是同心圓。

由上式可知：當動力作用在輪上，則輪軸為省力槓桿；動力作用在軸上則輪軸為費力槓桿。

所以輪和軸的半徑相差越大則越省力，但越費距離。

像馬車,門把手,方向盤和推車這樣的輪軸是最簡單的，沒有動力傳遞，動力車輛的輪軸就複雜得多。當然扳手也是.

以汽車為例，動力不是簡單的傳遞輪軸，如果是那樣，汽車就不能拐彎，在汽車軸的中間，有一個“差速器”，在通過兩個半軸給左右車輪傳動，這樣在汽車拐彎時，兩邊車輪行駛的距離才能不同。人力三輪車的後軸，為了拐彎，一個後輪和軸是固定的傳遞動力，另一個後輪是可以和軸轉動的，用以差速拐彎。

在用軸帶動輪時，如皮帶輪的運動，不僅可以傳遞動力，還能改變轉速。

定義：由輪和軸組成，能繞共同軸線輪與軸的簡單機械叫做輪軸．半徑較大者是輪，半徑較小的是軸．

輪軸的原理

輪軸的實質是可以連續旋轉槓桿．使用輪軸時，一般情況下作用在輪上的力和軸上的力的作用線都與輪和軸相切，因此，它們的力臂就是對應的輪半徑和軸半徑．

由於輪半徑總大於軸半徑，因此當動力作用於輪時，輪軸為省力費距離槓桿（下面的第一幅圖），實際的例子：有腳踏車腳踏與輪盤（大齒輪）是省力輪軸．當動力作用於軸上時，輪軸為費力省距離槓桿（如下面的第二幅圖），實際的例子有：腳踏車後輪與輪上的飛盤（小齒輪）、吊扇的扇葉和軸都是費力輪軸的套用．

F1R=F2r　輪軸是一種省力的簡單機械。（輪半徑大，軸半徑小，所以省力）

輪軸的套用

日常生活中常見的轆轤、絞盤、石磨、汽車的駕駛盤、扳手、手搖卷揚機、自來水龍頭的扭柄等都是輪軸類機械．

輪軸在水利中的套用

在農業灌溉中人們除了使用如下圖所示的轆轤外，還發明了許多的水利工具如水泵水車等．它們中有很多都結合了輪軸的原理．

轆轤

古希臘時期的阿基米德是有史以來最早的水泵發明者．阿基米德出生於公元前287年的希臘敘拉古城．當時的敘拉古經濟空前繁榮，科學研究之風甚濃，城裡的許多人對哲學、幾何學等頗有研究．他們喜歡辯論，把這當做學習的機會，阿基米德從小生活在這種氛圍之中，養成了喜歡思索、喜歡學習的良好習慣．

當時處於尼羅河河口的亞歷山大城，是地中海東部政治、經濟、文化的中心，那裡聚集了許多第一流的科學家．好學的阿基米德也來到亞歷山大城，在這裡學習數學、天文學和力學．一個星期天，阿基米德和同學們一起乘木船，在尼羅河上緩緩地行駛，兩岸旖旎的風光讓他目不暇接．忽然，他看到一群人在用木桶拎水，便問道：“他們幹嘛要拎水?”

“河床地勢低，農田地勢高，農民只好拎水澆地了．”一位當地的同學告訴他．“這樣拎水的效率太低了，澆一丘田不知要拎多少桶．”阿基米德心中產生了對農民的同情心．那位同學不以為然地說： “祖祖輩輩，人們都是這樣做的．你有什麼好辦法?”

回去後，阿基米德的眼前總是閃現出農民拎水時吃力的樣子．“可不可以讓水往高處流呢?”阿基米德開始思考這一問題．漸漸地，在阿基米德的腦海中產生了一個構想：“做一個大螺旋，把它放在一個圓筒里．這樣，螺旋轉起來後，水不就可以沿著螺旋溝帶到高處去了嗎?”

阿基米德立即根據這一構想，畫出了一張草圖．他拿著這張草圖去找木匠，請求師傅幫他做一個用於泵水的工具．”經阿基米德的指點，木匠制出了一個怪玩意兒．阿基米德將這個東西搬到河邊，並把它的一頭放進河水裡，然後輕輕地搖動手柄．“咕嚕嚕”，只見河水在搖動手柄的同時，從怪東西的頂端不斷地湧出來．水，果然往高處流了．

阿基米德螺旋泵

前來圍觀的農民，被這神奇的東西迷住了．他們紛紛讚揚阿基米德為農民做了一件大好事．不久，這種螺旋水泵在尼羅河流域，乃至更廣大的範圍流傳開了．人們把這種水泵稱為阿基米德螺旋泵．直到現在，一些現代工廠仍然使用這種阿基米德螺旋泵來移動流質和粉物．

在螺旋水泵問世後不久，我國也發明了一種抽水工具——龍骨水車．據說是東漢靈帝時的畢嵐發明的．這種水車的主要裝置是一個木板製成的槽，槽內相隔一定的距離放置瓦片大小的木塊，這些木塊通過銷子連結起來．整個樣子像龍的骨架，因此得名．使用時，人扶著水車頂端上的木架，用腳踩動拐木，就帶動下面的木塊沿著木槽往上移動，由此把水提上岸；而後木塊又往木槽的背後往下移動，直至繞過下端的軸，重新刮水．後來，有人又對龍骨水車進行改進，發明了“畜力龍骨水車”、“水轉龍骨水車”．

宇航外星探測設備“輪軸”

“輪軸”(Axle)

“輪軸”是美國宇航局給類似於“輪軸”的新型外星車所起的名字。“輪軸”看上去非常簡單，僅由一個兩側裝有輪子的圓柱體組成。這也是美國宇航局新型外星車最簡單的，但是其功能不容小覷。輪子能夠翻越過半米高的岩石，而且由於其結構非常對稱，“輪軸”外星車免除了外星車在陡峭山坡上最大的煩惱：翻車。Axel的機械臂可以繞輪軸進行360度旋轉。機械臂的用途是收集土壤樣本，並在遭遇複雜地形時為輪子提供推動力。 　美國宇航局工程師沃爾普說，“縱使它翻了個底朝天也不要緊，因為底朝天就是頭朝上，只不過是翻了個個兒”。 　同“登山者”一樣，輪軸外星車通過繩索和懸崖頂部的較大的外星車連線。繩索可以卷繞，“輪軸”能探索對未繫繩機器人來說太過陡峭而無法到達的區域。只不過“輪軸”外星車更為皮實，能夠承受更大的考驗。 “輪軸”的輪子能夠收起或充氣，在著陸時能夠緩衝很大的衝擊力。 美國宇航局曾對“輪軸”的工作樣式進行過模擬實驗。“輪軸”從宇航局“鳳凰”號登入器實體模型的頂部甲板啟程，利用繩索向下“攀爬”一個露出地面的岩層， 途中遭遇多岩地形。 其機械臂尾端可以擺動，“輪軸”很順利地取回土壤樣本裝進連線兩個輪子的圓柱體中。接下來只需要通過繩索把“輪軸”搖回來即可。