Csiga (gép)

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Hajócsiga

A csiga egyike az egyszerű gépeknek, melyeket az ősidőktől kezdve (de az ókortól bizonyíthatóan) használtak az emberek mindennapi életükben és összetettebb gépeikbe beépítve.

A csiga egy kerületén horonnyal ellátott tárcsa, mely a kötél vagy kábel vezetésére szolgál. A csigákat általában nem egyenként, hanem csigasorokba építve használják, abból a célból, hogy csökkentsék például egy súly felemelésére fordítandó erőt. Használatával ugyanakkor a munka nem csökken, mivel a kisebb erő ára a kötélvég ugyanannyiszor nagyobb elmozdulása. A teher felemeléséhez szükséges erő közelítően a teher súlya osztva a csigák számával. Azonban ahogy nő a csigák száma, a kötélsúrlódásból és a csapágyak súrlódásából származó veszteségek is nőnek, így a rendszer hatásfoka csökken.

Nem jegyezték fel, hogy a csigát mikor és ki alkalmazta először, de legvalószínűbb, hogy eurázsiai eredetű. A csiga fő alkatrésze, a kerék ismeretlen volt a nyugati félteke kultúráiban, a Szaharán túli Afrikában és Ausztráliában. Úgy hiszik, hogy Arkhimédész készítette el az első dokumentált csigasort, ahogy Plutarkhosz feljegyezte. Más források[1] a csigasor feltalálását i. e. 700 körülre teszik, és ismeretlen görög mechanikusok eredményének tulajdonítják.

A csigák fajtái[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy-, kettő-, három- és négyáttételű csigasor

Állócsiga[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az állócsiga tengelye rögzített. Ezt a csigát arra lehet használni, hogy a kifejtéshez szükséges erő irányát megfordítsa, erőcsökkentést nem lehet vele elérni. A csiga egyensúlyából következik, hogy a két kötélágban ébredő erőnek egyenlőnek kell lennie, a felfüggesztést terhelő erő viszont a teher kétszerese (ha a kötelet függőlegesen lefelé húzzuk).

Mozgócsiga[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A mozgócsigát az erő nagyságának csökkentésére lehet használni. Ha a kötél egyik vége rögzített, csak a mozgócsiga tengelyére erősített teher felének megfelelő erővel kell a kötél másik végét húzni. Mozgócsigát mindig csigasorba építve használnak.

Egyszerű csigasor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A csigasor álló- és mozgócsigákból összeállított gép. Az egyes csigákat úgy építik be, hogy az egy tengelyen elhelyezkedő csigák nemcsak a tengelyhez, hanem egymáshoz képest is el tudnak fordulni. A gyakorlatban a csigasort gyakran úgy készítik el, hogy az állócsigákat és a mozgócsigákat is egy-egy közös tengelyre szerelik, a tengelyt pedig zárt keret tartja. Ennek a megoldásnak az az előnye, hogy a kötél vezetése minden irányú kiugrás ellen biztosított.

Egy mozgócsiga terhelése a két kötélág között egyenletesen oszlik meg, tehát egy kötélre a terhelés fele jut. Az n mozgócsigából álló csigasor utolsó állócsigájáról lefutó kötél meghúzásához a teher n-ed részére van szükség:

F_Z=\frac{F_L}{n}=\frac{m\cdot g}{n}

Itt

F_Z \frac{}{} a teher emeléséhez szükséges erő
{F_L} \frac{}{} pedig a teher
Arkhimédészi csigasor
Differenciál-csigasor

Ha a teher emelkedése h, a kezelő kötélvégét s értékkel kell meghúzni, a kettő közötti összefüggés:

s=n\cdot h

A csigasor alkalmazásával munkát nem tudunk megtakarítani, mert amennyivel kisebb erővel kell emelnünk a terhet, annál hosszabb úton kell a kötelet húznunk, így az energia állandó marad:

E = F_Z \cdot s= \frac{F_L}{n}\cdot n\cdot h=F_L \cdot h=m\cdot g \cdot h.

Arkhimédészi csigasor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a csigasor egy állócsigából és több mozgócsigából áll. A mozgócsigák egyik kötélágát rögzítik, a másik kötélág az előző mozgócsiga tengelyét terheli. Az első mozgócsiga mozgó kötélága az állócsigán van átvetve. Ezzel az elrendezéssel nagyon nagy áttételt lehet megvalósítani, ennek ellenére a gyakorlatban ritkán használják. Plutarkhosz leírja, hogy ezzel a fajta csigasorral Arkhimédész egy teljes felszereléssel és katonákkal teli hadihajót egymaga elvontatott.

Az előző jelöléseket használva a teher emeléséhez szükséges erő:

F_Z = \frac{F_L}{2^n}

Differenciális csigasor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az állócsiga két különböző átmérőjű tárcsája egymáshoz rögzített, együtt forognak a tengelyen. Itt kötél helyett általában láncot alkalmaznak, hogy a megcsúszás ellen a rendszer biztosítva legyen. A láncot végtelenítik. A kezelő személy a nagyobbik álló csigáról lecsüngő láncágat húzza, a végtelenített lánc terheletlen ága a kisebbik álló csigára (lánckerékre) csévélődik fel. Szereléseknél használt kézi emelőberendezéseknél elterjedt ennek a használata.

Az ábra jelöléseivel írható:

F_Z = \frac{F_L}{2} \cdot \frac{R-r}{R}

A gyakorlatilag kivitelezett differenciál-csigasorokba féket építenek, hogy a lánc elengedésekor a teher ne szaladjon le.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Felix R. Paturi: A technika krónikája Officina Nova, 1991. ISBN 963-7836-44-6

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Csiga (gép) témájú médiaállományokat.