Машина - Machine

Honda F1 гоночного двигателя.

Машина любая физическая система с упорядоченными структурными и функциональными свойствами. Он может представлять собой созданное человеком или естественное устройство молекулярную машину, которая использует энергию для приложения сил и управления движением для выполнения действия. Машины могут приводиться в движение животными и людьми , природными силами, такими как ветер и вода , а также химической , тепловой или электрической энергией, и включают в себя систему механизмов, которые формируют вход привода для достижения определенного приложения выходных сил и движения. Они также могут включать компьютеры и датчики, которые контролируют производительность и планируют движение, часто называемые механическими системами .

Натурфилософы эпохи Возрождения определили шесть простых машин, которые были элементарными устройствами, приводящими груз в движение, и вычислили отношение выходной силы к входной силе, известное сегодня как механическое преимущество .

Современные машины - это сложные системы, которые состоят из конструктивных элементов, механизмов и компонентов управления и включают интерфейсы для удобного использования. Примеры включают: широкий спектр транспортных средств , таких как автомобили , лодки и самолеты ; бытовая техника в доме и офисе, включая компьютеры, системы вентиляции и водоснабжения зданий ; а также сельскохозяйственная техника , станки и автоматизация производства систем и роботы .

Машина Бонсака
Машина для скручивания сигарет Джеймса Альберта Бонсака, изобретенная в 1880 году и запатентованная в 1881 году.

Этимология

Английское слово « машина» происходит через среднефранцузский от латинского machina , которое, в свою очередь, происходит от греческого ( дорический μαχανά makhana , ионный μηχανή mekhane «устройство, машина, двигатель», производное от μῆχος mekhos «средство, средство, средство»). Слово механический (греч. Μηχανικός ) происходит от тех же греческих корней. Более широкое значение слова «ткань, структура» встречается в классической латыни, но не в греческом. Это значение встречается во французском позднем средневековье и было заимствовано с французского на английский в середине 16 века.

В XVII веке слово «машина» могло также означать схему или сюжет, и теперь это значение выражается производной махинацией . Современное значение возникло из специального применения этого термина к сценическим двигателям, используемым на театре военных действий, и к военным осадным орудиям , как в конце 16-го, так и в начале 17-го веков. КДИ прослеживает формальный, современный смысл Джона Харрис " Lexicon техникум (1704), который имеет:

«Машина» или «Двигатель» в «Механиках» - это любая сила, обладающая достаточной Силой, чтобы поднять или остановить Движение тела. Простые машины обычно считаются шестью числами, а именно. Балансировка, рычаг, шкив, колесо, клин и винт. Составные машины или двигатели бесчисленны.

Слово « двигатель», используемое в качестве (почти) синонима как Харриса, так и в более позднем языке, происходит в конечном итоге (через старофранцузский ) от латинского ingenium «изобретательность, изобретение».

История

Кремневый ручной топор, найденный в Винчестере .

Рубило , сделанный зазубрин кремень , чтобы сформировать клин , в руках силы трансформирует человек и движения инструмента в поперечном расщеплении силы и перемещение заготовки. Ручной топор - это первый образец клина , старейшего из шести классических простых станков , на которых основано большинство станков. Второй старейшей простой машиной была наклонная плоскость (пандус), которая использовалась с доисторических времен для перемещения тяжелых предметов.

Остальные четыре простые машины были изобретены на древнем Ближнем Востоке . Колесо , вместе с колесом и осью механизмом, было изобретено в Месопотамии (современный Ирак) в течение 5 - го тысячелетия до нашей эры. Рычаг механизм впервые появился около 5000 лет назад в Ближнем Востоке , где она была использована в простом масштабе баланса и перемещать большие объекты в древнеегипетской технологии . Рычаг также использовался в водоподъемном устройстве shadoof , первой крановой машине, которая появилась в Месопотамии около 3000 г. до н.э., а затем в древнеегипетских технологиях около 2000 г. до н.э. Самые ранние свидетельства использования шкивов относятся к Месопотамии в начале 2-го тысячелетия до нашей эры и в Древнем Египте во время Двенадцатой династии (1991–1802 гг. До н.э.). Винт , последний из простых машин , которые будут изобретены, впервые появился в Месопотамии во время нео-ассирийского периода (911-609) до н. В египетские пирамиды были построены с использованием трех из шести простых машин, наклонной плоскости, клин, и рычаг, чтобы создать структуры , как в Великой Пирамиды в Гизе .

Три простых механизма были изучены и описаны греческим философом Архимедом примерно в 3 веке до нашей эры: рычаг, шкив и винт. Архимед открыл в рычаге принцип механического преимущества . Позже греческие философы определили классические пять простых машин (исключая наклонную плоскость) и смогли приблизительно вычислить их механическое преимущество. Герон Александрийский (ок. 10–75 н. Э.) В своей работе « Механика» перечисляет пять механизмов, которые могут «привести в движение груз»; рычаг, брашпиль , шкив, клин и винт, а также описывает их изготовление и использование. Однако понимание греков ограничивалось статикой (балансом сил) и не включало динамику (компромисс между силой и расстоянием) или концепцию работы .

Дробилка для руды с приводом от водяного колеса

Самые первые практические водные машины, водяное колесо и водяная мельница , впервые появились в Персидской империи , на территории нынешних Ирака и Ирана, к началу 4 века до нашей эры. Первые практические ветряные машины, ветряные мельницы и ветряные насосы , впервые появились в мусульманском мире во время Золотого века ислама , на территории нынешних Иран, Афганистана и Пакистана, к 9 веку нашей эры. Самой первой практической паровой машиной был паровой домкрат, приводимый в движение паровой турбиной , описанный в 1551 году Таки ад-Дин Мухаммад ибн Маруф в Османском Египте .

Хлопкоочистительный был изобретен в Индии в 6 веке н.э., а прялка была изобретена в исламском мире в начале 11 -го века, оба из которых имеют основополагающее значение для роста хлопчатобумажной промышленности . Прялка также была предшественницей прялки Дженни , которая была ключевым событием во время ранней промышленной революции 18 века. Коленчатый вал и распределительный вал были изобретены Аль-Джазари в Северной Месопотамии около 1206, и они позже стали центральными современным оборудованием , таких как паровой двигатель , двигатель внутреннего сгорания и автоматического управление .

Самые ранние программируемые машины были разработаны в мусульманском мире. Музыкальный секвенсор , программируемый музыкальный инструмент , был самым ранним типом программируемой машины. Первым музыкальным секвенсором был автоматизированный флейтист , изобретенный братьями Бану Муса , описанный в их Книге изобретательных устройств в 9 веке. В 1206 году Аль-Джазари изобрел программируемые автоматы / роботы . Он описал четырех музыкантов- автоматов , включая барабанщиков, управляемых программируемой драм-машиной , где их можно было заставить играть разные ритмы и разные паттерны ударных.

В эпоху Возрождения динамика механических сил , так назывались простые машины, начала изучаться с точки зрения того, сколько полезной работы они могут выполнять, что в конечном итоге привело к новой концепции механической работы . В 1586 году фламандский инженер Саймон Стевин получил механическое преимущество наклонной плоскости, и она была включена в другие простые машины. Полная динамическая теория простых машин была разработана итальянским ученым Галилео Галилей в 1600 году в Le Meccaniche («О механике»). Он первым понял, что простые машины не создают энергию , а просто преобразуют ее.

Классические правила трения скольжения в машинах были открыты Леонардо да Винчи (1452–1519), но остались неопубликованными в его записных книжках. Они были заново открыты Гийомом Амонтоном (1699) и получили дальнейшее развитие Шарлем-Огюстеном де Куломбом (1785).

Джеймс Ватт запатентовал свой механизм параллельного движения в 1782 году, что сделало паровой двигатель двойного действия практичным. Бултон и Watt паровой двигатель , а затем конструирует приведенные в действие паровозы , пароходы и заводы .

Промышленная революция была период с 1750 по 1850 г., где изменения в сельском хозяйстве, производство, добычи, транспортировки и технологии оказали глубокое влияние на социально-экономических и культурных условиях того времени. Он зародился в Соединенном Королевстве , затем распространился по Западной Европе , Северной Америке , Японии и, в конечном итоге, по всему миру.

Начиная с конца 18 века, в Великобритании начался переход от ранее ручного труда и экономики, основанной на тягловом животноводстве, к машинному производству. Это началось с механизации текстильной промышленности, развития технологий производства чугуна и увеличения использования рафинированного угля .

Простые машины

Таблица простых механизмов из Cyclopædia Чемберса , 1728. Простые машины дают «словарь» для понимания более сложных машин.

Идея о том, что машину можно разложить на простые подвижные элементы, привела Архимеда к определению рычага , шкива и винта как простых машин . Ко времени Возрождения этот список расширился и включил колесо и ось , клин и наклонную плоскость . Современный подход к характеристике машин фокусируется на компонентах, которые позволяют движение, известных как суставы .

Клин (рубило): Возможно, первый пример устройства , предназначенного для управления питанием является рубило , называемый также biface и Olorgesailie . Ручной топор изготавливается путем дробления камня, обычно кремня, для образования двустороннего края или клина . Клин - это простой станок, который преобразует поперечную силу и движение инструмента в поперечную силу раскола и движение заготовки. Доступная мощность ограничена усилием человека, использующего инструмент, но поскольку мощность является продуктом силы и движения, клин усиливает силу за счет уменьшения движения. Это усиление, или механическое преимущество, представляет собой отношение входной скорости к выходной скорости. Для клина это определяется как 1 / tanα, где α - угол при вершине. Грани клина моделируются как прямые линии для образования скользящего или призматического соединения .

Рычаг: рычаг является еще одним важным и простым устройством для управления питанием. Это тело, которое вращается на опоре. Поскольку скорость точки, находящейся дальше от оси поворота, больше, чем скорость точки рядом с ней, силы, приложенные далеко от оси поворота, усиливаются около оси за счет связанного с этим уменьшения скорости. Если a - это расстояние от оси до точки приложения входной силы, а b - расстояние до точки приложения выходной силы, то a / b - это механическое преимущество рычага. Опора рычага моделируется шарнирным или поворотным шарниром .

Колесо: колесо является важной ранней машиной, таких как колесницы . Колесо использует закон рычага, чтобы уменьшить силу, необходимую для преодоления трения при перемещении груза. Чтобы увидеть это, обратите внимание, что трение, связанное с натягиванием груза на землю, примерно такое же, как трение в простом подшипнике, который поддерживает нагрузку на ось колеса. Однако колесо образует рычаг, увеличивающий тянущее усилие, так что оно преодолевает сопротивление трения в подшипнике.

Иллюстрация четырехзвенного рычага из кинематики машин, 1876 г.
Иллюстрация четырехзвенного рычага из "Кинематики машин" , 1876 г.

Классификация простых машин для обеспечения стратегии проектирования новых машин была разработана Францем Рёло , который собрал и изучил более 800 элементарных машин. Он признал, что классические простые машины можно разделить на рычаг, шкив, колесо и ось, которые образованы корпусом, вращающимся вокруг шарнира, и наклонную плоскость, клин и винт, которые аналогичным образом представляют собой блок, скользящий по плоской поверхности.

Простые машины - это элементарные примеры кинематических цепей или связей , которые используются для моделирования механических систем, начиная от парового двигателя и заканчивая роботами-манипуляторами. Подшипники, которые образуют точку опоры рычага и позволяют колесу, оси и шкивам вращаться, являются примерами кинематической пары, называемой шарнирным соединением. Точно так же плоская поверхность наклонной плоскости и клин являются примерами кинематической пары, называемой скользящим соединением. Винт обычно обозначается как его собственная кинематическая пара, называемая спиральным шарниром.

Эта реализация показывает, что именно суставы или соединения, обеспечивающие движение, являются основными элементами машины. Начиная с четырех типов соединений, поворотного соединения, скользящего соединения, кулачкового соединения и зубчатого соединения, а также связанных соединений, таких как тросы и ремни, можно понять машину как сборку твердых частей, которые соединяют эти соединения, называемые механизмом .

Два рычага или кривошипа объединяются в плоское четырехзвенное соединение путем присоединения звена, которое соединяет выход одного кривошипа с входом другого. Дополнительные звенья могут быть присоединены, чтобы образовать шестиконечную связь, или последовательно, чтобы сформировать робота.

Механические системы

Паровой двигатель Boulton & Watt
Паровой двигатель Boulton & Watt, 1784 год

Механическая система управляет властью , чтобы выполнить задачу , которая включает в себя силу и движение. Современные машины - это системы, состоящие из (i) источника питания и исполнительных механизмов, которые генерируют силы и движение, (ii) системы механизмов, которые формируют вход исполнительного механизма для достижения определенного приложения выходных сил и движения, (iii) контроллера с датчиками. которые сравнивают выходные данные с целевой производительностью, а затем направляют вход исполнительного механизма, и (iv) интерфейс для оператора, состоящий из рычагов, переключателей и дисплеев. Это можно увидеть в паровой машине Ватта, в которой мощность обеспечивается паром, расширяющимся для приведения в движение поршня. Шагающая балка, муфта и кривошип преобразуют линейное движение поршня во вращение выходного шкива. Наконец, вращение шкива приводит в действие регулятор с флайболом, который управляет клапаном подачи пара в поршневой цилиндр.

Прилагательное «механический» относится к навыкам практического применения искусства или науки, а также относится к движению, физическим силам, свойствам или агентам, с которыми имеет дело механика, или вызвано ими . Аналогичным образом словарь Merriam-Webster определяет «механический» как относящийся к оборудованию или инструментам.

Поток энергии через машину позволяет понять работу различных устройств, от рычагов и зубчатых передач до автомобилей и роботизированных систем. Немецкий механик Франц Рёло писал: «Машина представляет собой комбинацию устойчивых тел, устроенных таким образом, что с их помощью можно заставить механические силы природы совершать работу, сопровождаемую определенным определенным движением». Обратите внимание, что силы и движение объединяются, чтобы определить мощность .

Совсем недавно Uicker et al. заявил, что машина - это «устройство для подачи энергии или изменения ее направления». Маккарти и Сох описывают машину как систему, которая «обычно состоит из источника энергии и механизма для контролируемого использования этой энергии».

Источники питания

Дизельный двигатель, фрикционная муфта и зубчатая трансмиссия автомобиля.
Раннее Ganz Генератор электрический в Звевегеме , Западная Фландрия , Бельгия

Первоначальными источниками энергии для ранних машин были усилия человека и животных.

Водяное колесо: Водяное колесо появилось во всем мире около 300 г. до н.э., чтобы использовать проточную воду для создания вращательного движения, которое применялось для измельчения зерна, а также для привода пиломатериалов, механической обработки и текстильных операций . Современные гидротурбины используют воду, протекающую через плотину, для привода электрогенератора .

Ветряная мельница: ранние ветряные мельницы улавливали энергию ветра для создания вращательного движения для фрезерных операций. Современные ветряные турбины также приводят в движение генератор. Это электричество, в свою очередь, используется для привода двигателей, образующих исполнительные механизмы механических систем.

Двигатель: Слово двигатель происходит от «изобретательности» и первоначально относилось к устройствам, которые могут быть или не быть физическими устройствами. См . Определение двигателя, данное Merriam-Webster . А паровой двигатель использует тепло для кипячения воды , содержащейся в сосуде высокого давления; расширяющийся пар приводит в движение поршень или турбину. Этот принцип можно увидеть в эолипиле Героя Александрийского. Это называется двигателем внешнего сгорания .

Автомобильный двигатель называется двигателем внутреннего сгорания , потому что он сжигает топливо (AN экзотермической химической реакции) внутри цилиндра и использует расширяющиеся газы для приведения в действии поршня . В реактивном двигателе используется турбина для сжатия воздуха, который сжигается вместе с топливом, так что он расширяется через сопло, создавая тягу для самолета , как и «двигатель внутреннего сгорания».

Электростанция: тепло от сжигания угля и природного газа в котле генерирует пар, который приводит в действие паровую турбину, чтобы вращать электрический генератор . А АЭС использует тепло от ядерного реактора для выработки пара и электроэнергии . Эта мощность распределяется по сети линий передачи для промышленного и индивидуального использования.

Двигатели: Электродвигатели используют электрический ток переменного или постоянного тока для создания вращательного движения. Электрические серводвигатели - это приводы для механических систем, начиная от роботизированных систем и заканчивая современными самолетами .

Гидравлическая сила: гидравлические и пневматические системы используют насосы с электрическим приводом для подачи воды или воздуха в цилиндры, соответственно, для обеспечения линейного движения .

Механизмы

Механизм механической системы собран из компонентов , называемых элементами машины . Эти элементы обеспечивают структуру системы и контролируют ее движение.

Конструктивными элементами обычно являются элементы рамы, подшипники, шлицы, пружины, уплотнения, крепежные детали и крышки. Форма, текстура и цвет крышек обеспечивают стильный и функциональный интерфейс между механической системой и ее пользователями.

Узлы, управляющие движением, также называются « механизмами ». Механизмы обычно классифицируются как шестерни и зубчатые передачи , которые включают ременные приводы и цепные приводы , кулачковые и следящие механизмы и связи , хотя есть и другие специальные механизмы, такие как зажимные связи, механизмы индексации , спусковые механизмы и фрикционные устройства, такие как тормоза и сцепления .

Число степеней свободы механизма или его подвижность зависит от количества звеньев и шарниров, а также типов шарниров, используемых для создания механизма. Общая подвижность механизма - это разница между неограниченной свободой звеньев и количеством ограничений, накладываемых сочленениями. Он описывается критерием Чебычева-Грюблера-Куцбаха .

Шестерни и зубчатые передачи

Механизм Антикитера (основной фрагмент)

Передачу вращения между контактирующими зубчатыми колесами можно проследить до антикиферского механизма в Греции и колесницы, указывающей на юг в Китае. На иллюстрациях ученого эпохи Возрождения Георгиуса Агриколы изображены зубчатые передачи с цилиндрическими зубьями. Использование эвольвентного зуба позволило получить стандартную конструкцию шестерни, которая обеспечивает постоянное передаточное число. Некоторые важные особенности шестерен и зубчатых передач:

Кулачковые и ведомые механизмы

Кулачок и следящий формируется за счет непосредственного контакта двух звеньев специальной формы. Ведущее звено называется кулачком (см. Также кулачковый вал ), а звено, приводимое в движение за счет прямого контакта их поверхностей, называется толкателем. Форма соприкасающихся поверхностей кулачка и толкателя определяет движение механизма.

Связи

Схема привода и четырехзвенного рычага, устанавливающего шасси самолета.

Связь представляет собой совокупность звеньев , соединенных суставами. Как правило, звенья представляют собой структурные элементы, а шарниры допускают движение. Возможно, самый полезный пример - планарная четырехзвенная связь . Однако есть еще много специальных связей:

  • Связь Ватта представляет собой четырехзвенную связь, образующую приблизительно прямую линию. Это было критически важно для работы его конструкции парового двигателя. Эта связь также присутствует в подвеске автомобиля, чтобы предотвратить поперечное смещение кузова относительно колес. Также смотрите статью Параллельное движение .
  • Успех сцепления свинца Уатта к дизайну подобных приближенных связей прямолинейных, такие как связь Hoeken в и связи Чебышева .
  • Поселье связь генерирует истинный выход прямой линии от поворотного ввода.
  • Связь Sarrus представляет собой пространственную связь , которая генерирует движение прямой линии от поворотного ввода. Выберите эту ссылку для анимации связи Сарруса
  • Связь Klann и связь Jansen недавние изобретения , которые обеспечивают интересные движения ходьбы. Это соответственно шести- и восьмизвенная навески.

Планарный механизм

Плоский механизм - это механическая система, которая ограничена таким образом, что траектории точек во всех телах системы лежат на плоскостях, параллельных плоскости земли. Оси вращения шарнирных соединений, соединяющих тела в системе, перпендикулярны этой плоскости заземления.

Сферический механизм

Шаровой механизм представляет собой механическую систему , в которой тела движутся таким образом , что траектории точек в системе лежат на концентрических сфер. Оси вращения шарнирных соединений, соединяющих тела в системе, проходят через центр этих окружностей.

Пространственный механизм

Пространственный механизм представляет собой механическую систему , которая имеет , по меньшей мере , одно тело , которое движется таким образом , что его точка траектории общие кривые пространства. Оси вращения шарнирных соединений, соединяющих тела в системе, образуют в пространстве линии, которые не пересекаются и имеют различные общие нормали.

Механизмы изгиба

Механизм изгиба состоит из серии жестких тел, соединенных эластичными элементами (также известными как изгибные соединения), которые предназначены для создания геометрически четко определенного движения при приложении силы.

Элементы машин

Элементарные механические компоненты машины называются элементами машины . Эти элементы состоят из трех основных типов: (i) структурные компоненты, такие как элементы рамы, подшипники, оси, шлицы, крепеж , уплотнения и смазочные материалы, (ii) механизмы, которые различными способами управляют движением, такие как зубчатые передачи , ременные или цепные приводы , соединения , кулачковые и ведомые системы, включая тормоза и сцепления , и (iii) компоненты управления, такие как кнопки, переключатели, индикаторы, датчики, исполнительные механизмы и компьютерные контроллеры. Форма, текстура и цвет крышек, которые обычно не считаются элементом машины, являются важной частью машины, которая обеспечивает стилистический и рабочий интерфейс между механическими компонентами машины и ее пользователями.

Структурные компоненты

Ряд элементов машины обеспечивает важные структурные функции, такие как рама, подшипники, шлицы, пружина и уплотнения.

  • Признание того, что рама механизма является важным элементом машины, изменило название « трехзвенная навеска» на четырехзвенную навеску . Каркасы обычно собирают из ферм или балочных элементов.
  • Подшипники - это компоненты, предназначенные для управления взаимодействием между движущимися элементами и являющиеся источником трения в машинах. Как правило, подшипники предназначены для простого вращения или прямолинейного движения .
  • Шлицы и шпонки - это два способа надежного крепления оси к колесу, шкиву или шестерне, чтобы крутящий момент мог передаваться через соединение.
  • Пружины создают силы, которые могут удерживать компоненты машины на месте или действуют как подвеска для поддержки части машины.
  • Между сопрягаемыми частями машины используются уплотнения для предотвращения утечки жидкостей, таких как вода, горячие газы или смазка, между сопрягаемыми поверхностями.
  • Крепежные детали, такие как винты , болты, пружинные зажимы и заклепки, имеют решающее значение для сборки компонентов машины. Крепежные детали обычно считаются съемными. Напротив, методы соединения, такие как сварка , пайка , обжим и нанесение клея , обычно требуют разрезания деталей для разборки компонентов.

Контроллеры

Контроллеры объединяют в себе датчики , логику и исполнительные механизмы для поддержания работоспособности компонентов машины. Возможно, самым известным из них является регулятор флайбола для парового двигателя. Примеры этих устройств варьируются от термостата, который при повышении температуры открывает клапан для охлаждающей воды, до контроллеров скорости, таких как система круиз-контроля в автомобиле. Программируемый логический контроллер заменить реле и специализированные механизмы управления с программируемым компьютером. Серводвигатели, которые точно позиционируют вал в ответ на электрическую команду, являются исполнительными механизмами, которые делают возможными роботизированные системы .

Вычислительные машины

Вычислительная машина арифмометр
Арифмометр, разработанный Чарльзом Ксавье Томасом, ок. 1820 г., по четырем правилам арифметики, изготовлен в 1866–1870 гг. Нашей эры. Экспонат в Музее Текниска, Стокгольм, Швеция.

Чарльз Бэббидж сконструировал машины для табулирования логарифмов и других функций в 1837 году. Его разностную машину можно считать усовершенствованным механическим калькулятором, а его аналитическую машину - предшественником современного компьютера , хотя ни один из более крупных проектов не был завершен при жизни Бэббиджа.

Арифмометр и комптометр механические компьютеры , которые являются предшественниками современных цифровых компьютеров . Модели, используемые для изучения современных компьютеров, называются конечным автоматом и машиной Тьюринга .

Молекулярные машины

Рибосомой является биологической машиной , которая использует динамики белков

Биологическая молекула миозина реагирует на АТФ и АДФ, поочередно взаимодействуя с актиновой нитью и изменяя ее форму таким образом, чтобы проявлять силу, а затем расцепляется, чтобы восстановить свою форму или конформацию. Это действует как молекулярный двигатель, вызывающий сокращение мышц. Точно так же кинезин биологической молекулы имеет две секции, которые поочередно взаимодействуют с микротрубочками и разъединяются с ними, заставляя молекулу перемещаться по микротрубочке и транспортируя пузырьки внутри клетки, и динеин , который перемещает груз внутри клетки к ядру и вызывает биение аксонем подвижных ресничек и жгутики . «По сути, подвижная ресничка - это наномашина, состоящая из, возможно, более 600 белков в молекулярных комплексах, многие из которых также функционируют независимо как наномашины. Гибкие линкеры позволяют связанным ими мобильным белковым доменам привлекать своих партнеров по связыванию и вызывать аллостерию на большие расстояния. через динамику белкового домена » . За производство энергии отвечают другие биологические машины, например АТФ-синтаза, которая использует энергию протонных градиентов через мембраны для управления турбиноподобным движением, используемым для синтеза АТФ , энергетической валюты клетки. Еще другие машины отвечают за экспрессию генов , включая ДНК-полимеразы для репликации ДНК, РНК-полимеразы для производства мРНК , сплайсосомы для удаления интронов и рибосомы для синтеза белков . Эти машины и их наноразмерная динамика намного сложнее любых молекулярных машин, которые до сих пор были созданы искусственно. Эти молекулы все чаще рассматриваются как наномашины .

Исследователи использовали ДНК для создания наноразмерных четырехстержневых связей .

Влияние

Механизация и автоматизация

Гидравлический шахтный подъемник, используемый для подъема руды. Этот деревянный блок из книги « De re Metallica » Георга Бауэра (латинизированное имя Георгиус Агрикола , ок. 1555 г.), раннего учебника горного дела, который содержит многочисленные чертежи и описания горного оборудования.

Механизация или механизация ( BE ) предоставляет операторам-людям оборудование, которое помогает им выполнять мышечные требования при работе или замещает мышечную работу. В некоторых сферах механизация включает использование ручных инструментов. В современном использовании, например, в машиностроении или экономике, механизация подразумевает более сложное оборудование, чем ручные инструменты, и не включает простые устройства, такие как мельница для лошадей или осла без механического привода. Устройства , которые вызывают изменения скорости или изменения , или от возвратно - поступательного к вращательному движению, используя средства , такие как шестерни , шкивы или пучки и ремни, валы , кулачки и кривошипы , как правило , считаются машинами. После электрификации, когда большая часть мелкой техники перестала приводиться в действие вручную, механизация стала синонимом моторизованных машин.

Автоматизация - это использование систем управления и информационных технологий для снижения потребности в человеческом труде при производстве товаров и услуг. В сфере индустриализации автоматизация - это шаг за пределы механизации . В то время как механизация предоставляет операторам-операторам оборудование, которое помогает им выполнять мышечные потребности работы, автоматизация также значительно снижает потребность в человеческих сенсорных и умственных потребностях. Автоматизация играет все более важную роль в мировой экономике и в повседневной жизни.

Автоматы

Автомат ( во множественном числе: автоматы или автоматы ) является самостоятельной эксплуатации машины. Это слово иногда используется для описания робота , в частности автономного робота . Игрушка Automaton был запатентован в 1863 году.

Механика

Ашер сообщает, что трактат Героя Александрийского по механике был посвящен изучению подъема тяжестей. Сегодня механика относится к математическому анализу сил и движения механической системы и состоит из изучения кинематики и динамики этих систем.

Динамика машин

Динамический анализ машин начинается с моделью твердого тела , чтобы определить реакции в подшипниках, в какой момент включены эффекты эластичности. В динамике твердого тела изучает движение систем взаимосвязанных тел под действием внешних сил. Предположение, что тела являются жесткими, что означает, что они не деформируются под действием приложенных сил, упрощает анализ, сводя параметры, описывающие конфигурацию системы, к перемещению и вращению систем отсчета, прикрепленных к каждому телу.

Динамика системы твердого тела определяется ее уравнениями движения , которые выводятся с использованием либо законов движения Ньютона, либо лагранжевой механики . Решение этих уравнений движения определяет, как конфигурация системы твердых тел изменяется во времени. Формулировка и решение динамики твердого тела - важный инструмент компьютерного моделирования механических систем .

Кинематика станков

Динамический анализ машины требует определения движения или кинематики ее составных частей, известного как кинематический анализ. Предположение, что система представляет собой сборку жестких компонентов, позволяет математически моделировать вращательное и поступательное движение как евклидовы, или жесткие, преобразования . Это позволяет определять положение, скорость и ускорение всех точек компонента на основе этих свойств для опорной точки, а также углового положения, угловой скорости и углового ускорения компонента.

Конструкция машины

Проектирование машины относится к процедурам и методам, используемым для решения трех этапов жизненного цикла машины :

  1. изобретение , которое включает определение потребности, разработку требований, генерацию концепции, разработку прототипа, производство и верификационные испытания;
  2. проектирование производительности включает в себя повышение эффективности производства, снижение требований к обслуживанию и техническому обслуживанию, добавление функций и повышение эффективности, а также проверочные испытания;
  3. Рециркуляция - это этап вывода из эксплуатации и утилизации, который включает восстановление и повторное использование материалов и компонентов.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Оберг, Эрик; Франклин Д. Джонс; Холбрук Л. Хортон; Генри Х. Райффель (2000). Кристофер Дж. Макколи; Риккардо Хилд; Мухаммед Икбал Хуссейн (ред.). Справочник машин (26-е изд.). Нью-Йорк: ISBN Industrial Press Inc. 978-0-8311-2635-3.
  • Reuleaux, Франц (1876). Кинематика машин . Пер. и аннотировано ABW Kennedy. Нью-Йорк: перепечатано Dover (1963).
  • Uicker, JJ; Г. Р. Пеннок; Дж. Э. Шигли (2003). Теория машин и механизмов . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
  • Оберг, Эрик; Франклин Д. Джонс; Холбрук Л. Хортон; Генри Х. Райффель (2000). Кристофер Дж. Макколи; Риккардо Хилд; Мухаммед Икбал Хуссейн (ред.). Справочник машин (30-е изд.). Нью-Йорк: ISBN Industrial Press Inc. 9780831130992.

внешние ссылки