專利名稱：使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的中學(xué)物理教科書認(rèn)為，利用滑輪組運(yùn)輸或提升貨物，只能省力，但不能省功，中學(xué)物理教科書的上述結(jié)論對(duì)從事機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)工作的工程師影響極大，由于汽車、火車、輪船等運(yùn)輸裝置和各種機(jī)械裝置在使用的過程中會(huì)頻繁地出現(xiàn)啟動(dòng)、加速、減速、停止等各種運(yùn)動(dòng)，并在啟動(dòng)、加速、減速、停止等各種運(yùn)動(dòng)過程中消耗大量的能量，完全需要在理論上說明怎樣設(shè)計(jì)或使用汽車、火車、輪船等運(yùn)輸裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)，以使其處于最佳節(jié)能狀態(tài)，但中學(xué)物理教科書的上述結(jié)論使得機(jī)械工程師在從事機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，以及在指導(dǎo)人們使用運(yùn)輸車輛和機(jī)械裝置時(shí)，往往忽略了滑輪組的段數(shù)或減速機(jī)的傳動(dòng)比在各種狀態(tài)下與節(jié)能的關(guān)系，造成現(xiàn)有的許多運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置在運(yùn)行過程中的能量消耗較高，輸送貨物數(shù)量較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能量消耗低，輸送貨物數(shù)量大，使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法，它是令動(dòng)力裝置通過滑輪組或減速機(jī)對(duì)物體進(jìn)行牽引，繩子牽引物體的段數(shù)為K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比為K，利用動(dòng)力裝置使物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)，所述繩子牽引物體的段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于6。
作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述繩子牽引物體的段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于10。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述繩子牽引物體的段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于20，所述減速機(jī)為齒輪減速機(jī)或蝸輪減速機(jī)。
本發(fā)明的使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法，由于令動(dòng)力裝置通過滑輪組或減速機(jī)對(duì)物體進(jìn)行牽引，繩子牽引物體的段數(shù)為K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比為K，利用動(dòng)力裝置使物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)，繩子牽引物體的段數(shù)K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于6，令動(dòng)力裝置通過滑輪組或減速機(jī)對(duì)物體進(jìn)行輸送或提升，無論是沿水平方向，還是沿垂直方向，都能夠在消耗一定能量的條件下，將更多的貨物輸送或提升到目的地，故本發(fā)明的使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法具有工作效率高，能量消耗低，輸送貨物數(shù)量大的特點(diǎn)，利用滑輪組或減速機(jī)牽引物體，使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體輸送至目的地的形式節(jié)約能源。
下面對(duì)本發(fā)明的使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法，它是令動(dòng)力裝置通過滑輪組或減速機(jī)對(duì)物體進(jìn)行牽引，繩子牽引物體的段數(shù)為K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比為K，利用動(dòng)力裝置使物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)，繩子牽引物體的段數(shù)K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于6，減速機(jī)為齒輪減速機(jī)或蝸輪減速機(jī)。
所述繩子牽引物體的段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K也可以是大于10。
所述繩子牽引物體的段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K也可以是大于20。
下面通過分析兩個(gè)物理習(xí)題的方式說明利用滑輪組或減速機(jī)牽引物體，不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體輸送至目的地的形式節(jié)約能源。
對(duì)于沿水平方向作牽引物體運(yùn)動(dòng)的滑輪組或者是減速機(jī)分析如下一個(gè)質(zhì)量為m的物體M放置在水平面上，利用滑輪組或者是減速機(jī)的輸出端通過繩子與物體M相連，繩子牽引物體M的段數(shù)為K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比為K，繩子的牽引力為F，利用動(dòng)力裝置使物體M沿水平面由靜止?fàn)顟B(tài)開始作加速運(yùn)動(dòng)，則由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知KF＝ma2(1)式中a2為物體M的加速度，并且a2＝a1/K(2)式中a1為滑輪組或者是減速機(jī)輸入端繩子的加速度，解(1)、(2)式可得a1＝K2F/m (3)使用滑輪組或者是減速機(jī)的目的是運(yùn)輸或提升一定數(shù)量貨物到達(dá)目的地，每個(gè)從事具體勞動(dòng)的人都希望多拉快跑，即省力、又迅速地完成工作。為了對(duì)比使用滑輪組或者是減速機(jī)與不使用滑輪組或者是減速機(jī)的區(qū)別，令滑輪組或者是減速機(jī)輸入端繩子的加速度在使用滑輪組或者是減速機(jī)與不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)都為a1值，在此狀態(tài)下動(dòng)力裝置消耗的功率相等，設(shè)不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量為m′，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量為m，則有F/m′＝K2F/m(4)化簡(jiǎn)后可得m＝K2m′(5)但使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置運(yùn)輸物體M的距離是不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)的L/K，為了便于對(duì)比，分別令兩種狀態(tài)下的動(dòng)力裝置工作K次，這樣一來，使用滑輪組的動(dòng)力裝置就可將質(zhì)量為K2m′的貨物輸送至L距離，不使用滑輪組或者是減速機(jī)的動(dòng)力裝置則將質(zhì)量為Km′的貨物都輸送L距離，此時(shí)通過對(duì)比可見，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量m為不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量m′的K倍。
當(dāng)物體M的運(yùn)動(dòng)存在摩擦阻力f時(shí)，則式(1)變?yōu)镵F-f＝ma2(6)其中f＝μmg，μ為摩擦系數(shù)。
解(2)、(6)式，并將f＝μmg帶入可得a1＝(K2F-Kμmg)/m (7)同樣令滑輪組或者是減速機(jī)輸入端繩子的加速度在使用滑輪組或者是減速機(jī)與不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)都為a1值，在此狀態(tài)下動(dòng)力裝置消耗的功率相等，設(shè)不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量為m′，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量為m，則有(F-μm′g)/m′＝(K2F-Kμmg)/m (8)化簡(jiǎn)后可得m＝K2Fm′/(F+Kμm′g-μm′g)(9)同樣地，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置運(yùn)輸物體M的距離是不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)的L/K，為了便于對(duì)比，分別令兩種狀態(tài)下的動(dòng)力裝置工作K次，這樣一來，使用滑輪組或者是減速機(jī)的動(dòng)力裝置就可將質(zhì)量為K2Fm′/(F+Kμm′g-μm′g)的貨物輸送至L距離，不使用滑輪組或者是減速機(jī)的動(dòng)力裝置則將質(zhì)量為Km′的貨物都輸送L距離，此時(shí)通過對(duì)比可見，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量m為不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)動(dòng)力裝置提升的物體M質(zhì)量m′的KF/(F+Kμm′g-μm′g)倍。也就是說，利用滑輪組或減速機(jī)牽引物體，在某些條件下使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體輸送至目的地的形式節(jié)約能源。
由于汽車、火車、輪船等運(yùn)輸裝置在使用的過程中會(huì)頻繁地出現(xiàn)啟動(dòng)、加速、減速、停止等各種運(yùn)動(dòng)，并在啟動(dòng)、加速、減速、停止等各種運(yùn)動(dòng)過程中消耗大量的能量，上述結(jié)論可以在理論上被用來指導(dǎo)和說明設(shè)計(jì)或使用汽車、火車、輪船等運(yùn)輸裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)，以使其處于最佳節(jié)能狀態(tài)。例如，汽車、火車、輪船等運(yùn)輸裝置在啟動(dòng)、加速階段可以采用大傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)，開足馬力全力沖刺，而不要采用傳動(dòng)比小的傳動(dòng)系統(tǒng)。
對(duì)于沿垂直方向作牽引物體運(yùn)動(dòng)的滑輪組或者是減速機(jī)分析如下一個(gè)質(zhì)量為m的物體M懸掛在空中，利用滑輪組或者是減速機(jī)的輸出端通過繩子與物體M相連，繩子牽引物體M的段數(shù)為K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比為K，繩子的牽引力為F，利用動(dòng)力裝置使物體M在空中由靜止?fàn)顟B(tài)開始作向上的加速運(yùn)動(dòng)，則由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知KF-mg＝ma2(11)式中a2為物體M的加速度，并且a2＝a1/K(12)式中a1為滑輪組或者是減速機(jī)輸入端繩子的加速度，解(11)、(12)式可得a1＝(K2F-Kmg)/m (13)使用滑輪組或者是減速機(jī)的目的是運(yùn)輸或提升一定數(shù)量貨物到達(dá)目的地，每個(gè)從事具體勞動(dòng)的人都希望多拉快跑，即省力、又迅速地完成工作。為了對(duì)比使用滑輪組或者是減速機(jī)與不使用滑輪組或者是減速機(jī)的區(qū)別，令滑輪組或者是減速機(jī)輸入端繩子的加速度在使用滑輪組與不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)都為a1值，在此狀態(tài)下動(dòng)力裝置消耗的功率相等，設(shè)不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量為m′，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置運(yùn)輸?shù)奈矬wM質(zhì)量為m，則有(F-m′g)/m′＝(K2F-Kmg)/m (14)化簡(jiǎn)后可得m＝K2m′/[1+(K-1)m′g/F](15)但使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置提升物體M的高度是不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)的h/K，為了便于對(duì)比，分別令兩種狀態(tài)下的動(dòng)力裝置工作K次，這樣一來，使用滑輪組或者是減速機(jī)的動(dòng)力裝置就可將質(zhì)量為K2m′/[1+(K-1)m′g/F]的貨物提升至h高度，不使用滑輪組或者是減速機(jī)的動(dòng)力裝置則將質(zhì)量為Km′的貨物都提升至h高度，此時(shí)通過對(duì)比可見，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置提升的物體M質(zhì)量m為不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)動(dòng)力裝置提升的物體M質(zhì)量m′的K/[1+(K-1)m′g/F]倍。
當(dāng)物體M的運(yùn)動(dòng)存在摩擦阻力f時(shí)，則式(11)變?yōu)镵F-mg-f＝ma2(16)其中f＝μmg，μ為摩擦系數(shù)。
解(12)、(16)式，并將f＝μmg帶入可得a1＝(K2F-Kmg-Kμmg)/m(17)同樣令滑輪組或者是減速機(jī)輸入端繩子的加速度在使用滑輪組或者是減速機(jī)與不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)都為a1值，在此狀態(tài)下動(dòng)力裝置消耗的功率相等，設(shè)不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)動(dòng)力裝置提升的物體M質(zhì)量為m′，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置提升的物體M質(zhì)量為m，則有(F-m′g-μm′g)/m′＝(K2F-Kmg-Kμmg)/m (18)化簡(jiǎn)后可得m＝K2Fm′/(F+Km′g+Kμm′g-m′g-μm′g)(19)同樣地，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置提升物體M的高度是不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)的h/K，為了便于對(duì)比，分別令兩種狀態(tài)下的動(dòng)力裝置工作K次，這樣一來，使用滑輪組或者是減速機(jī)的動(dòng)力裝置就可將質(zhì)量為K2Fm′/(F+Km′g+Kμm′g-m′g-μm′g)的貨物提升至h距離，不使用滑輪組或者是減速機(jī)的動(dòng)力裝置則將質(zhì)量為Km′的貨物都提升h高度，此時(shí)通過對(duì)比可見，使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)動(dòng)力裝置提升的物體M質(zhì)量m為不使用滑輪組或者是減速機(jī)時(shí)(K＝1)動(dòng)力裝置提升的物體M質(zhì)量m′的KF/(F+Km′g+Kμm′g-m′g-μm′g)倍。也就是說，利用滑輪組或減速機(jī)提升物體，在某些條件下使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體提升至目的地的形式節(jié)約能源。
由于上分析可知，對(duì)于電梯、吊車等各種縱向運(yùn)輸裝置，在啟動(dòng)、加速階段可以采用大傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)，而不要采用傳動(dòng)比小的傳動(dòng)系統(tǒng)。
通過以上分析可知，采用本發(fā)明的使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法，令動(dòng)力裝置通過滑輪組或減速機(jī)對(duì)物體進(jìn)行輸送，無論是沿水平方向，還是沿垂直方向，都能夠在消耗一定能量的條件下，將更多的貨物輸送到目的地。尤其是對(duì)于需要在月球上行駛的月球車，在行駛的過程中更需要注意節(jié)約能源。眾所周知，月亮是地球的衛(wèi)星，但月亮與太陽系中其他行星的衛(wèi)星不同之處在于月亮的質(zhì)量相對(duì)較大，這使得許多人懷疑月亮在開始時(shí)并不是地球的衛(wèi)星，而是在宇宙中漫無邊際地游蕩的一顆小行星，后來在靠近地球時(shí)被地球俘獲而成為地球的衛(wèi)星。但眾所周知，在太陽系中，地球的引力作用強(qiáng)度很小，如果月亮曾經(jīng)是一顆在宇宙中漫無邊際地游蕩的小行星，它首先應(yīng)該被太陽的引力場(chǎng)俘獲并圍繞太陽旋轉(zhuǎn)很長(zhǎng)時(shí)間后，才有可能遇到地球。由于月亮與地球相遇時(shí)的方位、速度不可能被精確地設(shè)計(jì)成令月亮環(huán)繞地球的最佳值，因此，這種相遇絕大多數(shù)情況下應(yīng)該是以相互碰撞的形式實(shí)現(xiàn)，碰撞的結(jié)果將是月亮掉到地球上。
還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為月亮原來是地球的一部分，后來由于某種原因從地球分裂了出去，形成了月亮。那么，月亮是怎樣從地球分裂出去的呢？本發(fā)明人認(rèn)為，月亮是太陽爆拋出來的物質(zhì)撞擊地球產(chǎn)生的。眾所周知，太陽是由星云收縮演化產(chǎn)生的，在星云收縮凝聚成太陽的初期，由于太陽內(nèi)部的溫度和壓力還沒有達(dá)到點(diǎn)燃核燃料臨界點(diǎn)，原始的太陽只能發(fā)出很弱的紅外光線，其體積、外層物質(zhì)的自轉(zhuǎn)速度也要比現(xiàn)在的太陽大的多，并擁有一個(gè)厚度極大的太陽大氣層。在太陽的附近，還有大量的環(huán)繞太陽運(yùn)行的低軌道小行星。只是到了后來，在太陽內(nèi)部的核燃料開始燃燒發(fā)光的過程中，也即在太陽開始強(qiáng)烈發(fā)光的最初時(shí)期，由于整個(gè)太陽的溫度開始急劇升高，造成太陽的體積自內(nèi)向外爆炸性地迅速膨脹，在一瞬間將太陽的大氣層連同包裹在太陽外層的大量物質(zhì)以及環(huán)繞在太陽附近的無數(shù)低軌道小行星以極高的速度拋射出來，這次拋射的結(jié)果不僅使太陽喪失了大量的低軌道小行星，也降低了太陽的自轉(zhuǎn)所具有的角動(dòng)量。拋射出來的物質(zhì)絕大部分以彗星、小行星、流星等形式游蕩于太陽系中，少量物質(zhì)則撞擊到了水星、火星、地球上，其中撞擊水星、火星、地球的大流星暴雨不僅將水星、火星、地球和火星砸的四分五裂，而且使水星、火星、地球的溫度急劇升高，巖石融化成巖漿。在長(zhǎng)時(shí)間的密集撞擊過后，被碰撞的四分五裂水星、火星、地球和火星又重新開始了凝聚過程，但一些被太陽拋射出來的大流星暴雨砸到太空中去的部分大碎塊則始終沒有落回到地球，它們最終在空中形成了月亮，并成為地球的衛(wèi)星。
由于彗星是來自包裹在太陽外層的物質(zhì)，因此，彗星的物質(zhì)組成以氫、氧等輕元素為主，太陽的高速拋射使得彗星不得不沿著一個(gè)扁長(zhǎng)的橢圓軌道環(huán)繞太陽運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法，其特征在于它是令動(dòng)力裝置通過滑輪組或減速機(jī)對(duì)物體進(jìn)行牽引，繩子牽引物體的段數(shù)為K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比為K，利用動(dòng)力裝置使物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)，所述繩子牽引物體的段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于6。
2.按照權(quán)利要求1所述的使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法，其特征在于所述繩子牽引物體的段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于10。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法，其特征在于所述繩子牽引物體的段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于20，所述減速機(jī)為齒輪減速機(jī)或蝸輪減速機(jī)。
全文摘要
一種使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法，它是令動(dòng)力裝置通過滑輪組或減速機(jī)對(duì)物體進(jìn)行牽引，繩子牽引物體段數(shù)為K或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比為K，利用動(dòng)力裝置使物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)，繩子牽引物體段數(shù)或者是減速機(jī)的傳動(dòng)比K大于6，令動(dòng)力裝置通過滑輪組或減速機(jī)對(duì)物體進(jìn)行輸送或提升，無論是沿水平方向，還是沿垂直方向，都能夠在消耗一定能量的條件下，將更多貨物輸送或提升到目的地。故本發(fā)明的使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置省力又省功的機(jī)械傳動(dòng)方法具有節(jié)能效率高，能量消耗低，輸送貨物數(shù)量大的特點(diǎn)，利用滑輪組或減速機(jī)牽引物體，使運(yùn)輸車輛和機(jī)械傳動(dòng)裝置不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體輸送至目的地的形式節(jié)約能源。
文檔編號(hào)B60K17/00GK1438134SQ0310196
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2003年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月8日
發(fā)明者馬龍 申請(qǐng)人:馬龍