轮轴

"轮轴"(Axle)

"轮轴"是美国宇航局给类似于"轮轴"的新型外星车所起的名字。"轮轴"看上去非常简单，仅由一个两侧装有轮子的圆柱体组成。这也是美国宇航局新型外星车最简单的，但是其功能不容小觑。轮子能够翻越过半米高的岩石，而且由于其结构非常对称，"轮轴"外星车免除了外星车在陡峭山坡上最大的烦恼:翻车。Axel的机械臂可以绕轮轴进行360度旋转。机械臂的用途是收集土壤样本，并在遭遇复杂地形时为轮子提供推动力。 美国宇航局工程师沃尔普说，"纵使它翻了个底朝天也不要紧，因为底朝天就是头朝上，只不过是翻了个个儿"。 同"登山者"一样，轮轴外星车通过绳索和悬崖顶部的较大的外星车连接。绳索可以卷绕，"轮轴"能探索对未系绳机器人来说太过陡峭而无法到达的区域。只不过"轮轴"外星车更为皮实，能够承受更大的考验。 "轮轴"的轮子能够收起或充气，在着陆时能够缓冲很大的冲击力。 美国宇航局曾对"轮轴"的工作样式进行过模拟实验。"轮轴"从宇航局"凤凰"号登陆器实体模型的顶部甲板启程，利用绳索向下"攀爬"一个露出地面的岩层， 途中遭遇多岩地形。 其机械臂尾端可以摆动，"轮轴"很顺利地取回土壤样本装进连接两个轮子的圆柱体中。接下来只需要通过绳索把"轮轴"摇回来即可。

由轮和轴组成，能绕共同轴线旋转的机械，叫做轮轴。

能够连续旋转的杠杆，支点就在轴线，轮轴在转动时轮与轴有相同的转速。

如图所示，R为轮半径，r为轴半径，F1为作用在轮上的力，F2为作用在轴上的力，根据杠杆的平衡条件有:F1R=F2r (动力×轮半径=阻力×轴半径)。

外环叫轮，内环叫轴。轮轴两个环是同心圆。

由上式可知:当动力作用在轮上，则轮轴为省力杠杆;动力作用在轴上则轮轴为费力杠杆。

所以轮和轴的半径相差越大则越省力，但越费距离。

像马车,门把手,方向盘和推车这样的轮轴是最简单的，没有动力传递，动力车辆的轮轴就复杂得多。当然扳手也是.

以汽车为例，动力不是简单的传递轮轴，如果是那样，汽车就不能拐弯，在汽车轴的中间，有一个"差速器"，在通过两个半轴给左右车轮传动，这样在汽车拐弯时，两边车轮行驶的距离才能不同。人力三轮车的后轴，为了拐弯，一个后轮和轴是固定的传递动力，另一个后轮是可以和轴转动的，用以差速拐弯。

在用轴带动轮时，如皮带轮的运动，不仅可以传递动力，还能改变转速。

定义:由轮和轴组成，能绕共同轴线轮与轴的简单机械叫做轮轴.半径较大者是轮，半径较小的是轴.

轮轴的实质是可以连续旋转杠杆.使用轮轴时，一般情况下作用在轮上的力和轴上的力的作用线都与轮和轴相切，因此，它们的力臂就是对应的轮半径和轴半径.

由于轮半径总大于轴半径，因此当动力作用于轮时，轮轴为省力费距离杠杆(下面的第一幅图)，实际的例子:有自行车脚踏与轮盘(大齿轮)是省力轮轴.当动力作用于轴上时，轮轴为费力省距离杠杆(如下面的第二幅图)，实际的例子有:自行车后轮与轮上的飞盘(小齿轮)、吊扇的扇叶和轴都是费力轮轴的应用.

F1R=F2r 轮轴是一种省力的简单机械。(轮半径大，轴半径小，所以省力)

日常生活中常见的辘轳、绞盘、石磨、汽车的驾驶盘、扳手、手摇卷扬机、自来水龙头的扭柄等都是轮轴类机械.

在农业灌溉中人们除了使用如下图所示的辘轳外，还发明了许多的水利工具如水泵水车等.它们中有很多都结合了轮轴的原理.

古希腊时期的阿基米德是有史以来最早的水泵发明者.阿基米德出生于公元前287年的希腊叙拉古城.当时的叙拉古经济空前繁荣，科学研究之风甚浓，城里的许多人对哲学、几何学等颇有研究.他们喜欢辩论，把这当做学习的机会，阿基米德从小生活在这种氛围之中，养成了喜欢思索、喜欢学习的良好习惯.

当时处于尼罗河河口的亚历山大城，是地中海东部政治、经济、文化的中心，那里聚集了许多第一流的科学家.好学的阿基米德也来到亚历山大城，在这里学习数学、天文学和力学.一个星期天，阿基米德和同学们一起乘木船，在尼罗河上缓缓地行驶，两岸旖旎的风光让他目不暇接.忽然，他看到一群人在用木桶拎水，便问道:"他们干嘛要拎水?"

"河床地势低，农田地势高，农民只好拎水浇地了."一位当地的同学告诉他."这样拎水的效率太低了，浇一丘田不知要拎多少桶."阿基米德心中产生了对农民的同情心.那位同学不以为然地说: "祖祖辈辈，人们都是这样做的.你有什么好办法?"

回去后，阿基米德的眼前总是闪现出农民拎水时吃力的样子."可不可以让水往高处流呢?"阿基米德开始思考这一问题.渐渐地，在阿基米德的脑海中产生了一个设想:"做一个大螺旋，把它放在一个圆筒里.这样，螺旋转起来后，水不就可以沿着螺旋沟带到高处去了吗?"

阿基米德立即根据这一设想，画出了一张草图.他拿着这张草图去找木匠，请求师傅帮他做一个用于泵水的工具."经阿基米德的指点，木匠制出了一个怪玩意儿.阿基米德将这个东西搬到河边，并把它的一头放进河水里，然后轻轻地摇动手柄."咕噜噜"，只见河水在摇动手柄的同时，从怪东西的顶端不断地涌出来.水，果然往高处流了.

前来围观的农民，被这神奇的东西迷住了.他们纷纷赞扬阿基米德为农民做了一件大好事.不久，这种螺旋水泵在尼罗河流域，乃至更广大的范围流传开了.人们把这种水泵称为阿基米德螺旋泵.直到现在，一些现代工厂仍然使用这种阿基米德螺旋泵来移动流质和粉物.

在螺旋水泵问世后不久，我国也发明了一种抽水工具--龙骨水车.据说是东汉灵帝时的毕岚发明的.这种水车的主要装置是一个木板制成的槽，槽内相隔一定的距离放置瓦片大小的木块，这些木块通过销子连结起来.整个样子像龙的骨架，因此得名.使用时，人扶着水车顶端上的木架，用脚踩动拐木，就带动下面的木块沿着木槽往上移动，由此把水提上岸;而后木块又往木槽的背后往下移动，直至绕过下端的轴，重新刮水.后来，有人又对龙骨水车进行改进，发明了"畜力龙骨水车"、"水转龙骨水车".

凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴　的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。

按凸轮轴数目的多少，可分为单顶置凸轮轴(SOHC)和双顶置凸轮轴(DOHC)两种。单顶置凸轮轴就是只有一根凸轮轴，双顶置凸轮轴就是有两根，这是太直白的解释。

单顶置凸轮轴在气缸盖上用一根凸轮轴，直接驱动进、排气门，它具有结构简单，适用于高速发动机。以往一般采用的侧置凸轮轴，即凸轮轴在气缸侧面，由正时齿轮直接驱动。为了把凸轮轴的转动变换为气门的往复运动，必须使用气门挺杆来传递动力。这样，往复运动的零件较多，惯性质量大，不利于发动机高速运动。而且，细长的挺杆具有一定的弹性，容易引起振动，加速零件磨损，甚至使气门失去控制。

顶置双凸轮轴是在缸盖上装有两根凸轮轴，一根用于驱动进气门，另一根用于驱动排气门。采用双顶置凸轮轴对凸轮轴和气门弹簧的设计要求不高，特别适用于气门V形配置的半球形燃烧室，也便于和四气门配气机构配合使用。