１．什么是轮轴

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

　　２．轮轴的原理：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．

　　设轮半径为R，轴半径为r，如图4所示．根据杠杆平衡条件，作用在轮上的力 和轴上的力 满足关系式：

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

轮轴在水利中的应用

　　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”．

　　此外，人们还发明水车磨坊及磨坊石，对面包制作的发展有着深远的影响．早期的水车磨坊的转轮水平地在河流中转动，转轮的轴心直接推动磨坊石，并没有齿轮的设置，后期的水车磨坊的转轮为直立设置，而其轴心没于磨坊石的上方利用锯齿轮推动磨坊石．如下图所示：