Energy, Power & Transportation Technology 

Chapter 9 Mechanical Power 

Use the Textbook Pages 201 ­ 224 to help answer the questions

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

Why You Learn So Well in Tech & Engineering Classes

Energy, Power & Transportation Technology 

1.  Machines can change the ______, _________, & _______ of forces in a mechanical power system, & can also change the type of motion produced. 

Size, Direction,& Speed Amount, Quantity, & RPM Noise, Direction, & Speed 

Pg. 201

Energy, Power & Transportation Technology 2.  Machines & vehicles make use of 3 types of motion: 

Reciprocating, Reverse, Forward Reciprocating, Rotary, Realistic Reciprocating, Rotary, Linear Pg. 202

Energy, Power & Transportation Technology 

3.  Machines that are made up of more than one simple machine are called ______________ machines. 

Doubled­up Secondary Compound Pg. 202

Energy, Power & Transportation Technology 4.  The six simple machines used to control and change mechanical power are: 

(W SLIP W) 

Pg. 202

Energy, Power & Transportation Technology 5.  A lever is a rigid bar that rotates around 1 fixed point or pivot point called the 

______________. 

Vulcan Fulcrum Centering Pin Pg. 203

Energy, Power & Transportation Technology 6.  The 3 classes of levers are based on the position of the fulcrum, 

the __________, and the input force. 

Fulcrum Load Input 

(a)  In a first­class lever, the fulcrum (F) is set up between the resistance (R) and the effort (M). (b) In a second­class lever, the resistance is between the fulcrum and the effort. (c) In a third­class lever, the effort is between the fulcrum and the resistance. 

Pg. 203

Energy, Power & Transportation Technology 7.  In a 1st class lever, the fulcrum is placed ______ the input force & the load. 

(seesaw) 

In front of Between Behind Pg. 204

Energy, Power & Transportation Technology 8.  Sketch & label a 1st class lever using arrows 

for the input & output forces and a cube for the load. 

Input or Effort Output  Load 

Fulcrum 

Pg. 204

Energy, Power & Transportation Technology 

9.  In a 2nd class lever, the load is placed____ the fulcrum and the input force. (wheel barrow) 

In front of Between Behind Pg. 204

Energy, Power & Transportation Technology 

10. Sketch & label a 2nd class lever using arrows for the input & output forces and a cube for the load. 

Fulcrum 

Output Load 

Input or Effort 

Pg. 204

Energy, Power & Transportation Technology 11. In a 3rd class lever, the input force is placed ______ fulcrum and the load. 

(shovel) 

In front of Between Behind Pg. 204

Energy, Power & Transportation Technology 

12. Sketch & label  a 3rd class lever using arrows for the input & output forces and a cube for the load. 

Input or Effort Output  Load 

Fulcrum 

Pg. 204

Energy, Power & Transportation Technology 13.______________ consist of solid discs that rotate around a center axis. 

They may be grooved to allow belts or ropes to ride around them. 

Sprockets Pulleys Tires Pg. 205

Energy, Power & Transportation Technology 14. A cogged pulley that carries a chain or a cogged belt in a non­slip system 

is called a ___________. 

Sprocket Pulley Tire *

Energy, Power & Transportation Technology 15.  A single, __________ pulley changes direction of the load 

only as it relates to the input force. 

Fixed Movable Round 

Pg. 205

Energy, Power & Transportation Technology 16.  A single, ____________ pulley changes the force required to move the load. 

Fixed Movable Round 

Input 

Load 

Pg. 205

Energy, Power & Transportation Technology 

17.  The _______ of supporting ropes or chains in a pulley system determines the mechanical advantage. 

Diameter Width Number *

Energy, Power & Transportation Technology 18.  Both the pulley and the _____ & _____ are based on the principle of levers. 

Wheel & Axle Rack & Pinion Nut & Bolt Pg. 205

Energy, Power & Transportation Technology 

19.  The steering wheel of a vehicle resembles a: [  ] 1st class lever     [  ] 2nd class lever     [  ] 3rd class lever 

Pg. 205

Energy, Power & Transportation Technology 

19.  The steering wheel of a vehicle resembles a: [  ] 1st class lever     [  ] 2nd class lever     [  ] 3rd class lever 

Pg. 205

Energy, Power & Transportation Technology 

20.  Small diameter axles turning big tires resemble: [  ] 1st class levers     [  ] 2nd class levers     [  ] 3rd class levers 

Pg. 206

Energy, Power & Transportation Technology 

20.  Small diameter axles turning big tires resemble: [  ] 1st class levers     [  ] 2nd class levers     [  ] 3rd class levers 

Pg. 206

Energy, Power & Transportation Technology 21. An _______ ______ is a simple machine that makes use of sloping surfaces. 

(ramp) 

Inclined Plane Lever Pulley Pg. 207

Energy, Power & Transportation Technology 

22.  Moving an object up an inclined plane with a gentle slope requires ______ force than a steep slope. 

More Less The Same 

Pg. 207

Energy, Power & Transportation Technology 

23. A ___________ is basically an inclined plane wrapped around a shaft. The finer the screw thread  (slighter slope), the more holding force and the more mechanical advantage a screw will provide. 

Pulley Wedge Screw Pg. 209

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

24. A ___ is a simple machine made of two inclined planes placed back­to­back. A wedge with slighter slope or taper will deliver more force than one with a more severe or steeper angle. 

Pulley Wedge Screw Pg. 209

Energy, Power & Transportation Technology 25. A ________ is a wheel with small notches or teeth cut into 

either its inner or outer edge. 

Pulley Gear Sprocket Pg. 209

Energy, Power & Transportation Technology 

26.  FACT:  Two or more gears meshed with each other form a gear set or a gear train. 

In a gear set, the input gear is called _______ gear. The output gear is called the __________ gear. 

Note:  An idler gear or intermediate gear changes direction of rotation without change in gear set speed or torque 

Spinner & Spun Drive & Driven Rack & Pinion 

Pg. 209

Energy, Power & Transportation Technology 27.  Name the types of gears show in the sets below. 

Gear Word Bank: 

Spur, Helical, Worm, Bevel, Rack & Pinion 

Pg. 210

Energy, Power & Transportation Technology 28. Picture A is an __________ ring gear. 

Picture B is a _______________ gear set 

A:Planetary Gear Set Spiral Bevel Gear Set Internal Ring Gear 

B:Planetary Gear Set Spiral Bevel Gear Set Internal Ring Gear 

A 

B 

*

Energy, Power & Transportation Technology 29.  Force that produces a twisting or turning effect or rotation 

is referred to as ______________. 

Torque Power Tension 

Pg. 210

Energy, Power & Transportation Technology 30. Torque can be increased by applying more effort 

or by extending the ____________ of the lever. 

Diameter Length Width 

Pull Here = Less Torque 

Pull Here = More Torque 

Pg. 212

Energy, Power & Transportation Technology 31.  _______ is the rate at which output work is performed.  It is abbreviated hp. 

Horsepower Torque Effort Pg. 212

Energy, Power & Transportation Technology 

550 pounds

Energy, Power & Transportation Technology 32. ____________ hp is the maximum potential hp produced by an engine 

under ideal conditions. 

Frictional Brake Indicated Pg. 212

Energy, Power & Transportation Technology 33. __________ hp is the amount of hp available at the rear of the engine 

under normal conditions. 

Frictional Brake Indicated 

Pg. 212

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 34. _________________ hp is the amount of hp 

needed to overcome friction inside the engine. 

Frictional Brake Indicated 

Pg. 212

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 35. A ________ is a device that connects & disconnects a power source 

from the rest of the machine. 

Tensioner Clutch Transmission 

Pg. 214

Energy, Power & Transportation Technology 36. __________ are long, cylindrical objects that transmit mechanical energy, 

usually rotary motion. 

Shafts Boards Pipes Pg. 216

Energy, Power & Transportation Technology 37. ______________ are used to support shafts and reduce friction. 

(friction = bushing & anti­friction = ball) 

Bearings CV Joints Differentials Pg. 216

Energy, Power & Transportation Technology 38.  _____ joints are placed on shafts to offer flexibility along their rotating axis. 

Universal Global Wobble Pg. 216

Energy, Power & Transportation Technology 39.  ____ _____ is the increased force, speed, or distance that machines provide. 

Mechanical Advantage Increased Strength Torque Multiplication 

Pg. 217

Energy, Power & Transportation Technology 40.  Calculate M.A. by dividing __________ distance by __________ distance, 

or in gear sets, by dividing # of output teeth by the # of input teeth. 

Input by Output Output by Input Speed by Torque 

Pg. 217

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

Important Concepts, Definitions & Terms to Know 

Class Notes & Priority Items to Know for Tests 

Main Ideas 

__________ 

__________ 

__________ 

Supporting Details 

________________ 

________________ 

________________ 

TOP CRISS    2 Column Notes

Energy, Power & Transportation Technology 

Important Concepts, Definitions & Terms to Know 

Class Notes & Priority Items to Know for Tests 

TOP CRISS    Highlight Your Study Guides Before Tests

Energy, Power & Transportation Technology 

Important Concepts, Definitions & Terms to Know 

Class Notes & Priority Items to Know for Tests 

TOP CRISS    Read 3 Times

Energy, Power & Transportation Technology 

Important Concepts, Definitions & Terms to Know 

Class Notes & Priority Items to Know for Tests 

TOP CRISS    Ask Yourself These Questions

Energy, Power & Transportation Technology 

•  Rotary Motion: –motion in a circle 

•  Reciprocating Motion: – back & forth or up & down motion 

•  Linear Motion: –  motion in a straight line

Energy, Power & Transportation Technology 

•  Sprockets, Gears, and Pulleys are all different from each other 

– Sprockets are connected with chains or with cogged belts (non­slip) 

– Gears drive other gears 

– Pulleys are connected with V­belts or with multi­ribbed belts (can slip)

Energy, Power & Transportation Technology 

•  Sprockets, Gears, and Pulleys all have ratios between each other 

•  2 or more gears in mesh for a gear set or gear train 

•  Odd # of gears in a set:  Output direction is the same as input direction 

•  Even # of gears in a set:  Output direction is opposite of input direction

Energy, Power & Transportation Technology 

•  Indicated Horsepower:  Potential under ideal conditions 

•  Brake Horsepower:  Available at the rear  (output) of the engine 

•  Frictional Horsepower:  lost due to internal friction 

•  IHP – BHP = FHP 

•  BHP ÷ IHP = Mechanical Efficiency

Energy, Power & Transportation Technology 

•  Clutch:  connects & disconnects machinery from power source 

•  Shaft:  long cylindrical object to transmit mechanical energy (motion) 

–  Shafts are more often solid if they are short –  Shafts are more often hollow if they are long 

•  Bearings:  support shafts  & reduce friction –  Can be friction bearings like bushings –  Can be anti­friction bearings like needles, rollers, or ball bearings

Energy, Power & Transportation Technology 

•  Universal Joints:  placed on shafts to allow flexibility 

– cross & roller – rag joint – CV or constant velocity joint

Power & Transportation Technology 

•  Simple Machines  (W SLIP W) – Wedge – Screw – Levers 

•  1 st class •  2 nd class •  3 rd class 

– Inclined Plane – Pulley – Wheel & Axle

Power & Transportation Technology 

•  Simple Machines  (W SLIP W) – Wedge – Screw – Levers 

•  1 st class •  2 nd class •  3 rd class 

– Inclined Plane – Pulley – Wheel & Axle

Power & Transportation Technology •  Six Simple Machines Self­Quiz 

#1. 

#2. 

#3.  #4. 

#5. 

#6.

Energy, Power & Transportation Technology 

Rotation 

Clockwise Counter Clockwise 

“as you are facing the front of the engine” 

Right Hand Left Hand

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

How Many Supporting Ropes 

In This Pulley System? 

What’s The Mechanical Advantage 

Of The System?

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

Engine Motion 

Reciprocating ­ Piston 

Rotary – Crankshaft 

Linear – Car Moving

Energy, Power & Transportation Technology 

Sprockets carry chains or belts 

Gears mesh with gears

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

Input Output

Energy, Power & Transportation Technology 

Input Shaft 

Counter Shaft 

Output Shaft

Energy, Power & Transportation Technology 

Centrifugal Clutch

Energy, Power & Transportation Technology 

Centrifugal Clutch 

“Grabs” Engages as the Speed Increases

Energy, Power & Transportation Technology Examples of Electromagnetic Clutches

Energy, Power & Transportation Technology 

Coil, Drive Plate & Driven Plate 

Used as Power Take­Offs, Found in Drive Lines, Air Conditioning, and 4WD Transfer Cases 

Electromagnetic Clutches

Energy, Power & Transportation Technology 

Count the # of Supporting Ropes to Determine M.A.

Energy, Power & Transportation Technology 

Spur Gears Simple Design Teeth Parallel to Axis of Rotation Noisy Less Expensive 

Climbing Bottoming

Energy, Power & Transportation Technology 

Helical Gears More complex design Teeth cut on an Angle to Axis Quieter than Spur Gears Stronger than Spur Gears 

Create a side thrust that needs to be addressed/protected

Energy, Power & Transportation Technology 

Bevel Gears 90º change of motion 

called “miter” gears if both are same size 

generate axial thrust 

generate radial thrust

Energy, Power & Transportation Technology 

Worm Gear Set 

small usually turns large 

gigantic M.A.  Up to 40:1

Energy, Power & Transportation Technology 

Rack & Pinion Flat Gear is the Rack Small Gear is the Pinion 

Commonly used in Steering Systems

Energy, Power & Transportation Technology 

Internal Ring Gear 

Input Direction = Output Direction

Energy, Power & Transportation Technology 

Planetary Gearset 

Can Provide: Reductions Direct Overdrives

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

Input  Output 

Input = Drive Output = Driven

Energy, Power & Transportation Technology 

Input  Output 

CW  CCW

Energy, Power & Transportation Technology 

Input  Output 

CW  CCW 

Gear Ratio 

A mathematical comparison of either the# of teeth or the diameter or the radius used to determine mechanical advantage 

Output # of Teeth  ÷  Input # of Teeth = Gear Ratio

Energy, Power & Transportation Technology 

Input  Output 

Output # of Teeth  ÷  Input # of Teeth = Gear Ratio 

10  10 

10 ÷ 10 = 1 

Expressed as 1:1 Gear Ratio 

1:1 is a Direct Ratio 

No Change in Speed  Direct Speed Transfer 

No Change in Torque

Energy, Power & Transportation Technology 

Input  Output 

Output # of Teeth  ÷  Input # of Teeth = Gear Ratio 

10 

40 

40 ÷ 10 = 4 

Expressed as 4:1 Gear Ratio 

4:1 is a Reduction Ratio 

Loss or Reduction of Speed 

Gain of Torque

Energy, Power & Transportation Technology 

Input 

Output 

Output # of Teeth  ÷  Input # of Teeth = Gear Ratio 

50 

10 

10 ÷ 50 = 0.2 

Expressed as 0.2:1 Gear Ratio 

0.2:1 is an Overdrive Ratio 

Increase or Overdrive of Speed 

Loss of Torque

Energy, Power & Transportation Technology 

Input  Output 

CW  CCW

Energy, Power & Transportation Technology 

Input  Output 

CW  CCW

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

2’ 

12’ 

2’ 

6’ 

Input Distance ÷ Output Distance = Mechanical Advantage 

Inclined Plane M.A.

Energy, Power & Transportation Technology 

2’ 

12’ 

2’ 

6’ 

Input Distance ÷ Output Distance = Mechanical Advantage 

Inclined Plane M.A. 

12 ÷ 2 = 6  6:1  M.A. 

6 ÷ 2 = 3 3:1  M.A.

Energy, Power & Transportation Technology 

2’ 

12’ 

2’ 

2’ 

Input Distance ÷ Output Distance = Mechanical Advantage 

Inclined Plane M.A. 

12 ÷ 2 = 6  6:1  M.A. 

2 ÷ 2 = 1 1:1  M.A. 

No Gain in Force

Energy, Power & Transportation Technology 

2’ 

12’ 

2’ 

6’ 

Input Distance ÷ Output Distance = Mechanical Advantage 

Inclined Plane M.A. 

6:1  M.A. 

3:1  M.A. 

60# 10# 

60# 

? #

Energy, Power & Transportation Technology 

4’ 4’ 

6’ 2’ 

6’  2’

Energy, Power & Transportation Technology 

Input Force & Direction 

Output Force & Direction 

Load 

Fulcrum 

Bar – Will Be Split Into Effort Arm Load Arm

Energy, Power & Transportation Technology 

4’ 4’ 

6’ 2’ 

6’  2’ 

4 ÷ 4 = 

6 ÷ 2 = 

2 ÷ 6 =

Energy, Power & Transportation Technology 

9 ÷ 9 = 1 Direct Ratio   1:1 

Input 8 teeth 

Input 12 teeth 

Output 12 teeth 

Output 8 teeth 

Input 9 teeth 

Input 9 teeth 

12 ÷ 8 = 1.5 Reduction Ratio   1.5:1 

8 ÷ 12 = .66 Overdrive Ratio   .66:1

Energy, Power & Transportation Technology 

4’ 4’ 

6’ 2’ 

6’  2’ 

Input Output

Energy, Power & Transportation Technology

Energy, Power & Transportation Technology 

Wedge = 2 Inclined Planes back­to­back 

2”

2” 20” 

?” 

20” 

Input Distance ÷ Output Distance = Mechanical Advantage 

M.A. = _____ :1

Energy, Power & Transportation Technology 

Input Diameter Output Diameter 

Input Diameter ÷ Output Diameter = M.A.

Energy, Power & Transportation Technology 

30” Crank 2” Rope Shaft 

150# Bucket 

M.A. = _____  How much force is needed to turn the crank? 

Why does it get harder to turn the crank as the bucket comes closer to the top of the well?

Energy, Power & Transportation Technology 

Input Diameter = 20” Output Diameter 1” 

Input Diameter ÷ Output Diameter = M.A. 

M.A. = ?

Energy, Power & Transportation Technology 

On a vehicle, the axle drives the wheel & tire… M. A. becomes a number less than 1 

20” Tire 2” Axle 

2 ÷ 20 = .10 

1/10 th the torque but… a point on the tire goes ten times farther in one turn than a point on the axle

Energy, Power & Transportation Technology 

Input Diameter Output Diameter 

Input Diameter ÷ Output Diameter = M.A. 

1” ¼” or .250” 

1 ÷ .25 = 4  Mechanical Advantage of Twisting a Screwdriver is 4:1

Energy, Power & Transportation Technology 

On a vehicle, the axle drives the wheel & tire… M. A. becomes a number less than 1 

40” Tire 2” Axle 

2 ÷ 40 = .05 

1/50 th the torque but… a point on the tire goes fifty times farther in one turn than a point on the axle Has no “get up & go”, but has better mileage 

Bug with a 40” set of tires…

Energy, Power & Transportation Technology 

On a lawn mower, the crankshaft drives the blade M. A. becomes a number less than 1 

20” Blade 1” Shaft 

1 ÷ 20 = .05 1/10 th the torque but… a point on the blade goes ten times farther in one turn than a point on the crankshaft ** Blade Tip Speed is limited to 19,000 ft./min  ≈ 215 MPH

Energy, Power & Transportation Technology 

Screws are 

Simple Machines Too!

Energy, Power & Transportation Technology 

We’re just inclined planes wrapped around a shaft 

The Finer the Thread, the more M.A. a screw has

Energy, Power & Transportation Technology 

Clamp with 20 threads per inch 

on its screw 

Clamp with 28 threads per inch 

on its screw 

U.S. Customary Threads 

Which Has More Clamping Force?

Energy, Power & Transportation Technology 

Clamp with 1.0 mm between threads 

on its screw 

Clamp with 1.5 mm between trheads 

on its screw 

S.I. Metric Threads 

Which Has More Clamping Force?