專利名稱：使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法
技術領域：
本發明涉及一種使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法。
背景技術：
現有的中學物理教科書認為，利用滑輪組運輸或提升貨物，只能省力，但不能省功，中學物理教科書的上述結論對從事機械傳動設計工作的工程師影響極大，由于汽車、火車、輪船等運輸裝置和各種機械裝置在使用的過程中會頻繁地出現啟動、加速、減速、停止等各種運動，并在啟動、加速、減速、停止等各種運動過程中消耗大量的能量，完全需要在理論上說明怎樣設計或使用汽車、火車、輪船等運輸裝置的傳動系統，以使其處于最佳節能狀態，但中學物理教科書的上述結論使得機械工程師在從事機械傳動設計時，以及在指導人們使用運輸車輛和機械裝置時，往往忽略了滑輪組的段數或減速機的傳動比在各種狀態下與節能的關系，造成現有的許多運輸車輛和機械傳動裝置在運行過程中的能量消耗較高，輸送貨物數量較少。
發明內容
本發明的目的是提供一種能量消耗低，輸送貨物數量大，使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法。
為實現上述目的，本發明提供了一種使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法，它是令動力裝置通過滑輪組或減速機對物體進行牽引，繩子牽引物體的段數為K或者是減速機的傳動比為K，利用動力裝置使物體在外力作用下運動，所述繩子牽引物體的段數或者是減速機的傳動比K大于6。
作為本發明的改進，所述繩子牽引物體的段數或者是減速機的傳動比K大于10。
作為本發明的進一步改進，所述繩子牽引物體的段數或者是減速機的傳動比K大于20，所述減速機為齒輪減速機或蝸輪減速機。
本發明的使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法，由于令動力裝置通過滑輪組或減速機對物體進行牽引，繩子牽引物體的段數為K或者是減速機的傳動比為K，利用動力裝置使物體在外力作用下運動，繩子牽引物體的段數K或者是減速機的傳動比K大于6，令動力裝置通過滑輪組或減速機對物體進行輸送或提升，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，故本發明的使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法具有工作效率高，能量消耗低，輸送貨物數量大的特點，利用滑輪組或減速機牽引物體，使運輸車輛和機械傳動裝置不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體輸送至目的地的形式節約能源。
下面對本發明的使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法作進一步詳細地說明。
具體實施例方式
本發明的使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法，它是令動力裝置通過滑輪組或減速機對物體進行牽引，繩子牽引物體的段數為K或者是減速機的傳動比為K，利用動力裝置使物體在外力作用下運動，繩子牽引物體的段數K或者是減速機的傳動比K大于6，減速機為齒輪減速機或蝸輪減速機。
所述繩子牽引物體的段數或者是減速機的傳動比K也可以是大于10。
所述繩子牽引物體的段數或者是減速機的傳動比K也可以是大于20。
下面通過分析兩個物理習題的方式說明利用滑輪組或減速機牽引物體，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約能源。
對于沿水平方向作牽引物體運動的滑輪組或者是減速機分析如下一個質量為m的物體M放置在水平面上，利用滑輪組或者是減速機的輸出端通過繩子與物體M相連，繩子牽引物體M的段數為K或者是減速機的傳動比為K，繩子的牽引力為F，利用動力裝置使物體M沿水平面由靜止狀態開始作加速運動，則由牛頓運動定律可知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的目的是運輸或提升一定數量貨物到達目的地，每個從事具體勞動的人都希望多拉快跑，即省力、又迅速地完成工作。為了對比使用滑輪組或者是減速機與不使用滑輪組或者是減速機的區別，令滑輪組或者是減速機輸入端繩子的加速度在使用滑輪組或者是減速機與不使用滑輪組或者是減速機時都為a1值，在此狀態下動力裝置消耗的功率相等，設不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)動力裝置運輸的物體M質量為m′，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置運輸的物體M質量為m，則有F/m′＝K2F/m(4)化簡后可得m＝K2m′(5)但使用滑輪組或者是減速機時動力裝置運輸物體M的距離是不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)的L/K，為了便于對比，分別令兩種狀態下的動力裝置工作K次，這樣一來，使用滑輪組的動力裝置就可將質量為K2m′的貨物輸送至L距離，不使用滑輪組或者是減速機的動力裝置則將質量為Km′的貨物都輸送L距離，此時通過對比可見，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置運輸的物體M質量m為不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)動力裝置運輸的物體M質量m′的K倍。
當物體M的運動存在摩擦阻力f時，則式(1)變為KF-f＝ma2(6)其中f＝μmg，μ為摩擦系數。
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輸入端繩子的加速度在使用滑輪組或者是減速機與不使用滑輪組或者是減速機時都為a1值，在此狀態下動力裝置消耗的功率相等，設不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)動力裝置運輸的物體M質量為m′，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置運輸的物體M質量為m，則有(F-μm′g)/m′＝(K2F-Kμmg)/m (8)化簡后可得m＝K2Fm′/(F+Kμm′g-μm′g)(9)同樣地，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置運輸物體M的距離是不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)的L/K，為了便于對比，分別令兩種狀態下的動力裝置工作K次，這樣一來，使用滑輪組或者是減速機的動力裝置就可將質量為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的動力裝置則將質量為Km′的貨物都輸送L距離，此時通過對比可見，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置運輸的物體M質量m為不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)動力裝置提升的物體M質量m′的KF/(F+Kμm′g-μm′g)倍。也就是說，利用滑輪組或減速機牽引物體，在某些條件下使運輸車輛和機械傳動裝置不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體輸送至目的地的形式節約能源。
由于汽車、火車、輪船等運輸裝置在使用的過程中會頻繁地出現啟動、加速、減速、停止等各種運動，并在啟動、加速、減速、停止等各種運動過程中消耗大量的能量，上述結論可以在理論上被用來指導和說明設計或使用汽車、火車、輪船等運輸裝置的傳動系統，以使其處于最佳節能狀態。例如，汽車、火車、輪船等運輸裝置在啟動、加速階段可以采用大傳動比的傳動系統，開足馬力全力沖刺，而不要采用傳動比小的傳動系統。
對于沿垂直方向作牽引物體運動的滑輪組或者是減速機分析如下一個質量為m的物體M懸掛在空中，利用滑輪組或者是減速機的輸出端通過繩子與物體M相連，繩子牽引物體M的段數為K或者是減速機的傳動比為K，繩子的牽引力為F，利用動力裝置使物體M在空中由靜止狀態開始作向上的加速運動，則由牛頓運動定律可知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的目的是運輸或提升一定數量貨物到達目的地，每個從事具體勞動的人都希望多拉快跑，即省力、又迅速地完成工作。為了對比使用滑輪組或者是減速機與不使用滑輪組或者是減速機的區別，令滑輪組或者是減速機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時都為a1值，在此狀態下動力裝置消耗的功率相等，設不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)動力裝置運輸的物體M質量為m′，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置運輸的物體M質量為m，則有(F-m′g)/m′＝(K2F-Kmg)/m (14)化簡后可得m＝K2m′/[1+(K-1)m′g/F](15)但使用滑輪組或者是減速機時動力裝置提升物體M的高度是不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)的h/K，為了便于對比，分別令兩種狀態下的動力裝置工作K次，這樣一來，使用滑輪組或者是減速機的動力裝置就可將質量為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的動力裝置則將質量為Km′的貨物都提升至h高度，此時通過對比可見，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置提升的物體M質量m為不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)動力裝置提升的物體M質量m′的K/[1+(K-1)m′g/F]倍。
當物體M的運動存在摩擦阻力f時，則式(11)變為KF-mg-f＝ma2(16)其中f＝μmg，μ為摩擦系數。
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輸入端繩子的加速度在使用滑輪組或者是減速機與不使用滑輪組或者是減速機時都為a1值，在此狀態下動力裝置消耗的功率相等，設不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)動力裝置提升的物體M質量為m′，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置提升的物體M質量為m，則有(F-m′g-μm′g)/m′＝(K2F-Kmg-Kμmg)/m (18)化簡后可得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時動力裝置提升物體M的高度是不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)的h/K，為了便于對比，分別令兩種狀態下的動力裝置工作K次，這樣一來，使用滑輪組或者是減速機的動力裝置就可將質量為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的動力裝置則將質量為Km′的貨物都提升h高度，此時通過對比可見，使用滑輪組或者是減速機時動力裝置提升的物體M質量m為不使用滑輪組或者是減速機時(K＝1)動力裝置提升的物體M質量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提升物體，在某些條件下使運輸車輛和機械傳動裝置不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體提升至目的地的形式節約能源。
由于上分析可知，對于電梯、吊車等各種縱向運輸裝置，在啟動、加速階段可以采用大傳動比的傳動系統，而不要采用傳動比小的傳動系統。
通過以上分析可知，采用本發明的使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法，令動力裝置通過滑輪組或減速機對物體進行輸送，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約能源。眾所周知，月亮是地球的衛星，但月亮與太陽系中其他行星的衛星不同之處在于月亮的質量相對較大，這使得許多人懷疑月亮在開始時并不是地球的衛星，而是在宇宙中漫無邊際地游蕩的一顆小行星，后來在靠近地球時被地球俘獲而成為地球的衛星。但眾所周知，在太陽系中，地球的引力作用強度很小，如果月亮曾經是一顆在宇宙中漫無邊際地游蕩的小行星，它首先應該被太陽的引力場俘獲并圍繞太陽旋轉很長時間后，才有可能遇到地球。由于月亮與地球相遇時的方位、速度不可能被精確地設計成令月亮環繞地球的最佳值，因此，這種相遇絕大多數情況下應該是以相互碰撞的形式實現，碰撞的結果將是月亮掉到地球上。
還有一種觀點認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？本發明人認為，月亮是太陽爆拋出來的物質撞擊地球產生的。眾所周知，太陽是由星云收縮演化產生的，在星云收縮凝聚成太陽的初期，由于太陽內部的溫度和壓力還沒有達到點燃核燃料臨界點，原始的太陽只能發出很弱的紅外光線，其體積、外層物質的自轉速度也要比現在的太陽大的多，并擁有一個厚度極大的太陽大氣層。在太陽的附近，還有大量的環繞太陽運行的低軌道小行星。只是到了后來，在太陽內部的核燃料開始燃燒發光的過程中，也即在太陽開始強烈發光的最初時期，由于整個太陽的溫度開始急劇升高，造成太陽的體積自內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以及環繞在太陽附近的無數低軌道小行星以極高的速度拋射出來，這次拋射的結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所具有的角動量。拋射出來的物質絕大部分以彗星、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。在長時間的密集撞擊過后，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，并成為地球的衛星。
由于彗星是來自包裹在太陽外層的物質，因此，彗星的物質組成以氫、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扁長的橢圓軌道環繞太陽運行。
權利要求
1.使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法，其特征在于它是令動力裝置通過滑輪組或減速機對物體進行牽引，繩子牽引物體的段數為K或者是減速機的傳動比為K，利用動力裝置使物體在外力作用下運動，所述繩子牽引物體的段數或者是減速機的傳動比K大于6。
2.按照權利要求1所述的使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法，其特征在于所述繩子牽引物體的段數或者是減速機的傳動比K大于10。
3.按照權利要求1或2所述的使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法，其特征在于所述繩子牽引物體的段數或者是減速機的傳動比K大于20，所述減速機為齒輪減速機或蝸輪減速機。
全文摘要
一種使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法，它是令動力裝置通過滑輪組或減速機對物體進行牽引，繩子牽引物體段數為K或者是減速機的傳動比為K，利用動力裝置使物體在外力作用下運動，繩子牽引物體段數或者是減速機的傳動比K大于6，令動力裝置通過滑輪組或減速機對物體進行輸送或提升，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。故本發明的使運輸車輛和機械傳動裝置省力又省功的機械傳動方法具有節能效率高，能量消耗低，輸送貨物數量大的特點，利用滑輪組或減速機牽引物體，使運輸車輛和機械傳動裝置不僅可以省力，而且可以通過將更多的物體輸送至目的地的形式節約能源。
文檔編號B60K17/00GK1438134SQ0310196
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月8日 優先權日2003年2月8日
發明者馬龍 申請人:馬龍