
【机】 mechanical advantage
engine; machine; machinery; mechanism
【化】 machine; machinery
【医】 mechano-
【经】 machine
benefit; interest; profit; behalf; increase
【计】 interests
【经】 avail; benefit; gains
机械利益(Mechanical Advantage)是机械工程学中的核心概念,指简单机械通过力传递实现的力学增益效果。其定义为输出力(负载力)与输入力(施加力)的比值,数学表达式为:
$$
MA = frac{F{out}}{F{in}}
$$
例如,杠杆原理中若动力臂长度为阻力臂的5倍,则机械利益为5,意味着施加1牛顿的力可抬起5牛顿的负载。
从汉英词典角度看,《牛津机械工程词典》将其解释为“a measure of force amplification achieved by using a tool or machine system”,强调机械装置对力的放大作用。实际应用中需区分理论机械利益(忽略摩擦)与实际机械利益,后者受能量损耗影响,通常小于理论值。典型案例如滑轮组(提升重物)和斜面(搬运物体),均通过几何结构优化实现力的重新分配。
权威文献如《机械设计手册》(人民邮电出版社)指出,机械利益的计算需结合机械类型与运动学分析,例如齿轮传动的机械利益与齿数比直接相关。该概念在工程领域广泛应用,从传统机械到现代机器人设计均依赖此原理实现高效能动力传递。
参考文献:
机械利益是衡量机械省力程度的核心指标,其定义和特性可从以下四方面分析:
机械利益(Mechanical Advantage)指机械输出力(有用阻力)与输入力(动力)的比值。当机械利益>1时省力费时,如省力杠杆、独轮车;=1时既不省力也不费力,如天平;<1时费力省时,如火钳。
基础公式为: $$ MA = frac{F{输出}}{F{输入}} $$ 结合机械效率时,可扩展为: $$ MA = text{速度比} times eta $$ 其中速度比是动力与阻力作用点位移的比值,η为机械效率。
在工程设计中需综合考量:
该概念对应英文术语为"mechanical advantage",实际应用中需注意机械利益与机械效率的区别:前者反映省力程度,后者表征能量转化率。
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