螺鏇[詞語]

螺鏇[詞語]

1.像螺螄殼紋理的曲線形。螺鏇是一種像螺線及螺絲的扭紋曲線,為一種在生物學上常見的形狀,例如在DNA及多種蛋白質均可發現這種結構。螺鏇分為左鏇和右鏇。從螺鏇中心沿軸線望去,如果螺鏇由近至遠為逆時針方向,便是左鏇,相反則是右鏇。大部份螺絲的螺鏇是右鏇,但在生物結構上左鏇和右鏇均常見。判斷左鏇右鏇可以用手比對:握拳豎起的大拇指指向軸線方向,假想螺鏇是沿著四指方向環繞軸線的,若螺鏇延伸的方向和左手大拇指一致則螺鏇為左手螺鏇,反之為右手螺鏇。 2.簡單機械,是斜面的變形。圓柱體表面有像螺螄殼上的螺紋叫做陽螺鏇,在物體孔眼裡的螺紋叫做陰螺鏇。陰陽兩組螺鏇配合起來,鏇轉其中一個就可以使兩者沿螺鏇移動,螺紋愈密,螺鏇直徑愈大愈省力。螺鏇在機械上套用極廣,如螺釘、螺栓、壓榨機、千斤頂等。 3.是螺鏇輸送機的基本零件,由螺鏇軸和焊接在軸上的螺鏇葉片組成。螺鏇軸一般採用50~100mm直徑無縫鋼管制造;螺鏇葉片常用3~6mm厚的鋼板按螺距製成單節,然後焊接起來。

基本信息

性質

螺鏇 螺鏇

根據功的原理,在動力F作用下將螺桿鏇轉一周,F對螺鏇做的功為F2πL。螺鏇轉一周,重物被舉高一個螺距(即兩螺紋間豎直距離),螺鏇對重物做的功是Gh。依據功的原理得F=(h/2πL)/G。因為螺距h總比2πL小得多,若在螺鏇把手上施加一個很小的力,就能將重物舉起。螺鏇因摩擦力的緣故,效率很低。即使如此,其力比G/F仍很高,距離比由2πL/h確定。螺鏇的用途一般可分緊固、傳力及傳動三類。

螺鏇結構與套用

螺鏇結構是自然界最普遍的一種形狀,DNA以及許多其它在生物細胞中發現的微型結構都採用了這種構造。然而,為何大自然對這種結構如此偏愛呢?美國賓夕法尼亞州的物理學家認為,他們找到了這一問題的數學答案。他們的研究成果發表在近期的《科學》雜誌上 。

對數螺鏇 對數螺鏇

“為何螺鏇結構是現在這個樣子?過去的回答是——由分子之間的引力決定的。但這只能回答螺鏇結構是如何形成的,而不能回答為什麼它們是那種形狀。”賓州大學的天文和物理學系教授蘭德爾·卡緬指出,“從本質上來看,螺鏇結構是在一個擁擠的空間,例如一個細胞里,聚成一個非常長的分子的較佳方式,譬如DNA。”

在細胞的稠密環境中,長分子鏈經常採用規則的螺鏇狀構造。這不僅讓信息能夠緊密地結合其中,而且能夠形成一個表面,允許其它微粒在一定的間隔處與它相結合。例如,DNA的雙螺鏇結構允許進行DNA轉錄和修復。

DNA雙螺鏇結構 DNA雙螺鏇結構

為了顯示空間對螺鏇形成的重要性,卡緬建立了一個模型,把一個能隨意變形、但不會斷裂的管子浸入由硬的球體組成的混合物中,就好比是一個存在於十分擁擠的細胞空間中的一個分子。通過觀測,他們發現對於這種短小易變形的管子而言,Ц形結構的形成所需的能量最小,空間也最少。而螺鏇當中的Ц形結構,在幾何學上最近似於在自然界的螺鏇中找到的該種結構。

“ 看來,分子中的螺鏇結構是自然界能夠最佳地使用手中材料的一個例子。DNA由於受到細胞內的空間局限而採用雙螺鏇結構,就像是由於公寓空間局限而採用螺鏇梯的設計一樣。”卡緬指出。

在圓柱體的側表面上刻出螺鏇形溝槽的機械。也可把螺鏇看成是斜面繞在圓柱體上而構成,因此,螺鏇套用了斜面原理。螺鏇的特點是能把轉動變成平動或者相反。在古代,人們就套用螺鏇。阿基米德就發明了用螺鏇從尼羅河中向上提水,就是用了著名的阿基米德螺鏇(圖1)。

螺鏇可用於傳動和鎖緊。實際使用的螺鏇有方形、三角形、梯形、鋸齒形等各種不同形狀的螺紋(圖2),各有不同用途,作為傳動用的螺鏇多為方形螺紋。從圖3的螺鏇和螺母中可以得出螺鏇的機械效率:

螺鏇 螺鏇

,

式中W為螺母所受的軸向力的值;h為螺鏇的導程;M為螺母所受的力矩值;α為螺鏇的導角;嗘為螺紋和螺母間的摩擦角。
如利用螺鏇來鎖緊物體則要求α≤0, 這稱為螺鏇自鎖條件。常用螺鏇千斤頂(圖4)來推舉重物,這就要求螺鏇滿足自鎖條件。

螺鏇在機器和結構中得到廣泛的套用,工具機的絲槓用螺鏇來傳動,機器和結構上的各種螺釘和螺栓則用螺鏇來鎖緊。此外,螺鏇送料機、螺鏇推進器等也是螺鏇在其他方面的套用。

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