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滑車とは、車軸またはシャフトに取り付けられた車輪のことで、その車輪の上を通る張られたケーブルやベルトを動かしたり方向を変えたり、滑車とシャフトの間で動力を伝達したりする役割を果たす。
プーリーには、ケーブルやベルトを通すための溝が、外周のフランジ間に設けられている場合がある。プーリーシステムの駆動要素としては、ロープ、ケーブル、ベルト、チェーンなどが挙げられる。
滑車の最も古い証拠は、古代エジプト第12王朝（紀元前1991～1802年）[ 1 ]とメソポタミア紀元前2千年紀初頭[ 2 ]に遡り、その後古代エジプトと古代ギリシャに現れ、ギリシャの数学者タレントゥムのアルキタスによって記述されました。
ローマ時代のエジプトでは、アレクサンドリアのヘロン（紀元10～70年頃）が、重りを持ち上げるために使用される6つの単純機械の1つとして滑車を挙げている。 [ 3 ]滑車は、大きな力を加えるための機械的利点を得るために、ブロックアンドタックルを形成するように組み立てられる。滑車はまた、回転するシャフトから別のシャフトに動力を伝達するために、ベルトおよびチェーン駆動の一部として組み立てられる。 [ 4 ] [ 5 ]プルタルコスの『対比列伝』には、アルキメデスが複合滑車とブロックアンドタックルシステムの有効性を、満載の船を水面を滑るように自分の方に引き寄せることで証明した場面が記されている。[ 6 ]
ブロックとは、各滑車が他の滑車とは独立して回転するように組み立てられた滑車（車輪）のセットです。2 つのブロックにロープを取り付け、2 つの滑車セットに通すと、ブロック アンド タックルが構成されます。[ 8 ] [ 9 ]
滑車装置は、一方の滑車を固定された取り付け点に、もう一方の滑車を移動する荷重に取り付けるように組み立てられます。滑車装置の理想的な機械的利点は、移動する滑車を支えるロープのセクション数に等しくなります。
右の図に示すように、図示されている各滑車装置[ 7 ]の理想的な機械的利点は次のとおりです。
ロープと滑車システム、つまりブロックアンドタックルは、1本の連続したロープを使用して1つまたは複数の滑車に張力を伝達し、荷物を持ち上げたり移動させたりすることを特徴としています。ロープは、軽いロープでも丈夫なケーブルでも構いません。このシステムは、ルネサンス期の科学者によって特定された単純機械のリストに含まれています。[ 10 ] [ 11 ]
ロープと滑車のシステムがエネルギーを散逸または蓄積しない場合、その機械的利点は、荷重に作用するロープの部分の数になります。これは次のように示すことができます。
可動ブロックを構成する滑車のセットと、このブロックを支えるロープの部分を考えます。荷重Wを支えるロープの部分がp 個ある場合、可動ブロックにかかる力のつり合いから、ロープの各部分の張力はW/p でなければならないことがわかります。これは、ロープに加える入力力がT = W/p であることを意味します。したがって、滑車装置は入力力をp 倍に減らします。[ 12 ]
滑車システムの最も単純な動作原理は、滑車と索具に重量がなく、摩擦によるエネルギー損失がないことを前提としている。また、索具は伸びないことも前提としている。
平衡状態では、可動ブロックにかかる力の合計はゼロでなければならない。さらに、ロープの張力は各部分で同じでなければならない。つまり、可動ブロックを支えるロープの2つの部分は、それぞれ荷重の半分ずつを支えなければならない。
これらは様々な種類の滑車システムです。
ガンタックルの機械的利点は、固定ブロックと可動ブロックを入れ替えてロープを可動ブロックに取り付け、ロープを持ち上げられる荷重の方向に引っ張ることで増加させることができます。この場合、ブロックとタックルは「有利な方向に回転している」と言われます。[ 13 ]図3は、3つのロープ部分が荷重Wを支えていることを示しており、これはロープの張力がW/3であることを意味します。したがって、機械的利点は3です。
ガンタックルの固定ブロックに滑車を追加することで、引っ張る力の方向は反転しますが、機械的利点は変わりません（図3a）。これはラフタックルの例です。
滑車システムの機械的利点は、ロープの張力と荷重にかかる重力とのバランスをとる自由体図を用いて解析できます。理想的なシステムでは、質量がなく摩擦もない滑車はエネルギーを散逸させず、伸びたり摩耗したりしないロープの方向転換を可能にします。この場合、荷重 Wと張力Tのロープのn 個の支持セクションを含む自由体上の力のバランスは次のようになります。
負荷と入力張力の比は、プーリーシステムの機械的利点MAである。 [ 14 ]
したがって、このシステムの機械的利点は、荷重を支えるロープのセクション数に等しい。
ベルトとプーリーを用いたシステムは、ベルトに2つ以上のプーリーが共通して取り付けられているのが特徴です。これにより、機械的な動力、トルク、速度を車軸間で伝達することができます。プーリーの直径が異なると、機械的な利点が得られます。
ベルト駆動はチェーン駆動に類似していますが、ベルトプーリーは滑らかである（チェーンスプロケット、平歯車、タイミングベルトに見られるような個別の噛み合い部材がない）ため、機械的利点は歯車やスプロケットのように歯の比率によって厳密に決定されるのではなく、プーリーのピッチ直径の比率によって近似的に与えられます。
溝やフランジのないドラム型プーリーの場合、平ベルトを中央に保つためにプーリーはわずかに凸状になっていることが多い。これはクラウンプーリーと呼ばれる。かつては工場のラインシャフトで広く使われていたこのタイプのプーリーは、現在でも直立型掃除機、ベルトサンダー、バンドソーの回転ブラシを駆動するのに使われている。[ 15 ] 1950年代初頭までに製造された農業用トラクターには、一般的に平ベルト用のベルトプーリーが付いていた（ベルトプーリー誌の名前はこのベルトプーリーに由来する）。これは、動力取り出し装置や油圧装置など、使用方法の柔軟性が高い他の機構に置き換えられた。
歯車の直径（およびそれに伴う歯数）がギア比、ひいては速度の増減と機械的利点を決定するのと同様に、プーリーの直径も同じ要素を決定します。円錐プーリーと段付きプーリー（同じ原理で動作しますが、それぞれ平ベルト用とVベルト用として異なる名称が使われる傾向があります）は、変速機が変速可能なギアトレインでこの機能を提供するのと同様に、必要に応じて切り替え可能なベルトとプーリーシステムで複数の駆動比を提供する方法です。Vベルト段付きプーリーは、ボール盤がさまざまなスピンドル速度を実現する最も一般的な方法です。
ベルトとプーリーでは、摩擦が最も重要な要素の 1 つです。ベルトとプーリーの使用には、特殊な角度 (ベルトのトラッキング不良やプーリーからのベルトの滑りにつながる可能性がある) やベルト張力の低い環境が含まれる場合があり、ベルトの不必要な滑りが発生し、ベルトの摩耗が増加します。この問題を解決するために、プーリーにラギングを施すことがあります。ラギングとは、プーリーのシェルにさまざまなテクスチャパターンを施したコーティング、カバー、または摩耗面を施すこと、またはその適用を指します。ラギングは、交換可能な外層を提供することでシェルの寿命を延ばしたり、ベルトとプーリー間の摩擦を改善したりするためによく使用されます。特に、駆動プーリーは、まさにこの理由でゴムラギング (ゴム摩擦層でコーティング) されることがよくあります。[ 16 ]ベルトに粉末ロジンを塗布すると、一時的に摩擦が増加する可能性がありますが、ベルトの寿命が短くなる可能性があります。[ 17 ]
と車軸。
ウィキメディア・コモンズにある滑車関連のメディア
Wiktionaryにおける「sheave」の辞書定義
