Машина

Маши́на ( «устройство, конструкция» ←  «приспособление, способ») — техническое , выполняющее механические движения (см. уточнение ниже) для преобразования энергии, материалов и информации.

В более расширенном современном определении, появившемся с развитием электроники, машиной является технический объект, состоящий из взаимосвязанных функциональных частей (деталей, узлов, устройств, механизмов и др.), использующий энергию для выполнения возложенных на него функцийThe American Heritage Dictionary, Second College Edition. Houghton Mifflin Co., 1985.. В этом понимании машина может и не содержать механически движущихся частей. Примером таких устройств служат электронно-вычислительная машина (компьютер), электрический трансформатор, ускоритель заряженных частиц, гейзерная кофеварка.

Машины используются для выполнения определённых действий: с целью уменьшения нагрузки на человека полной замены человека при выполнении конкретной задачи. для преобразования энергии из одного вида в другой, например: выработка электричества, преобразования электричества в механическую энергию.

Они являются основным средством для повышения производительности труда.

Простая машина — меняющий направление или величину силы механизм.

История

Ряд простых машин (клин, рычаг, колесо, блок) известны с доисторических времён.

Первым известным прообразом сложной машины, как устройства для преобразования энергии из одного вида в другой, было наливное водяное колесо, его с древнейших времён использовали для ирригации древние египтяне и персы. Это механическое устройство служило для преобразования энергии падающей воды (гидроэнергии) в энергию вращательного движения.

В эпоху античности машины как механические устройства применялись для усиления человеческих возможностей применительно к одной точке: подъёмные блоки, рычаг, колёсные повозки, машина для замеса теста, винтовой пресс, шнек (винт Архимеда). Машинами также считались простые строительные леса.

Прообразы более сложных машин в качестве хитроумных устройств служили для развлечения публики, как, например, паровая машина Герона.

Во времена Римской империи конструирование машин относилось к архитектуре, основные усилия инженеров были направлены на усовершенствование военной техники и ручных орудий труда, метательных орудий, устройств для распилки каменных блоков.

В эпоху поздней Римской империи и средневекового Запада слово «машина» применялось лишь к осадным орудиям.

Еще с эпохи Римской империи известны водяные мельницы. Они использовались не только для размола зерна: при производстве бумаг были в употреблении особые мельницы для перемалывания тряпок, при выплавке металлов — машинные толчеи для раздробления руды. Применялись и ветряные мельницы. Однако применение двигательной силы лошади (конный привод), ветра, воды, хотя и находило широкое распространение в промышленности, однако не всегда подвергалось контролю.

Лишь создание в 1774 году Джеймсом Уаттом универсальной паровой машины положило начало технической революции и всё более ускоряющемуся техническому прогрессу. Уатт также изобрел паровой молот, который был впервые сооружен в 1842 году и стал одной из важнейших машин своего времени.

Затем появилось сложное оборудование и двигательные установки, такие как изобретённые в 1889 году Густафом де Лавалем паровая турбина, в 1870—1890 годах — двигатель внутреннего сгорания (газовый — Николауса Отто, бензиновый — Готтлиба Даймлера и Карла Бенца, дизельный — Рудольфа Дизеля), в 1889 году Михаилом Доливо-Добровольским — электродвигатель переменного тока.

Функционирование новых машин начинает широко использовать явления механики, термодинамики, электромагнетизма. Технические объекты становятся сложными физически. Для обозначения отдельных видов технических устройств вводятся термины «аппарат», «прибор».

Исторически машину классифицировали как устройство, содержащее подвижные части и служащее для преобразования механической энергии. Однако с появлением и развитием электроники появились машины без подвижных частей.

Устройство и составляющие Основой устройства механической машины являются механизмы (например, кривошипно-шатунный механизм как часть паровой машины). Внешне разные машины могут содержать подобные или схожие механизмы. Но наиболее важные составляющие, остаются неизменными всегда, во всех машинах, такие как: двигатель, подвижные части и т. д.

Машина состоит из двигателя как источника энергии (движения), передаточного и исполнительного устройств и системы управления. Вместе первые три части обычно называют машинным агрегатом. Механическое передаточное устройство называют передаточным механизмом, а механическое исполнительное устройство — исполнительным механизмом.

В машинах либо двигатель, либо исполнительное устройство (либо и то, и другое вместе) совершают механические движения. Остальные части машины могут основываться на иных принципах действия (например, использовать законы оптики, электродинамики и т. д.).

Часть машинного агрегата, включающая двигатель и передаточное устройство, составляет привод. В машинах используют механические, а также комбинированные приводы — электромеханические, оптикомеханические, гидроэлектромеханические и т. п.

Двигатель и/или исполнительное устройство машины выполняют заданную функцию, совершая определённые движения — например, перемещение поршня насоса, руки робота. Проектирование таких устройств заключается в создании механизмов, обеспечивающих, прежде всего, заданные вид и закон движения. Эти задачи решаются методами теории механизмов и машин.

Основной характеристикой двигателя машины является развиваемая им мощность. Одной из первых единиц измерения мощности была лошадиная сила (л. с.). Несмотря на то, что в Российской Федерации принята Международная система единиц (СИ) и единицей измерения мощности является ватт, лошадиная сила продолжает использоваться и в настоящее время.

Механическое передаточное устройство (передаточный механизм) предназначено для передачи механической энергии. Оно необходимо для согласования взаимного положения и параметров движения двигателя и исполнительного устройства. Это, в свою очередь, позволяет подразделить передаточные устройства на следующие: трансмиссии — только передают движение от удалённого двигателя к исполнительному устройству без изменения характеристик этого движения. Например, от двигателя автомобиля, расположенного в его передней части, к задним колёсам (ведущему мосту); передачи — согласуют параметры и вид движения на выходе двигателя с входными характеристиками исполнительного устройства. Механические передачи, замедляющие передаваемое движение, относят к редукторам, а ускоряющие — к мультипликаторам.

Исходя из закона сохранения энергии, на выходе машины не может оказаться больше энергии, чем на входе. Кроме того, часть энергии теряется из-за трения. Именно по этой причине невозможен вечный двигатель: из-за неизбежных потерь энергии на трение он рано или поздно остановится.

Классификация машин

По назначению

Практически любую машину можно отнести к одной из трёх следующих групп: Энергетические машины — это машины, преобразующие один вид энергии в другой. К ним относятся: двигатели — машины, которые превращают различные виды энергии в механическую работу (электродвигатели, паровые машины, гидротурбины, двигатели внутреннего сгорания); генераторы — машины, которые преобразуют механическую энергию в любой другой вид энергии (электрогенераторы, поршневые компрессоры, механизмы насосов). Рабочие машины — это машины, использующие механическую или иную энергию для преобразования и перемещения предметов обработки и грузов. К ним относятся: технологические машины и аппараты — мельницы, печи, станки, прессы и т. д., которые предназначены для изменения размеров, формы, свойств или состояния предмета обработки (сырья, полуфабрикатов, конечных изделий). транспортные и подъёмно-транспортные машины — автомобили, канатные дороги, конвейеры, строительно-дорожные машины, лифты, самолёты и т. п. устройства, которые предназначены для перемещения предметов обработки, грузов и людей в пространстве. Информационные машины — это машины, которые предназначены для преобразования, обработки и передачи информации (различные механические и электронные регуляторы, компьютеры, музыкальные инструменты, аппараты связи и другие устройства передачи, обработки и хранения информации).

Тенденцией развития современных машин является создание комбинированных машин — машинных агрегатов. Машинным агрегатом называется техническая система, состоящая из одного или нескольких унифицированных агрегатов, соединённых последовательно или параллельно, и предназначенная для выполнения определённых полезных функций. Обычно в состав машинного агрегата входят: двигатель, передаточный механизм (их может быть несколько или не быть вовсе) и рабочая или энергетическая машина. В настоящее время в состав машинного агрегата часто включают информационную машину.

Использование информационных машин для управления энергетическими и рабочими машинами привело к появлению кибернетических машин, способных адаптироваться под изменения окружающей среды на основе использования систем искусственного интеллекта: (роботы, манипуляторы, машины-автоматы и гибкие производственные системы). Сочетание различных рабочих машин в одной конструкции привело к появлению машин-комбайнов, а комбинирование различных энергетических машин дало толчок к развитию гибридных конструкций.

По степени универсальности Машины по степени универсальности разделяют на три группы: универсальные, специализированные, специальные. Универсальные машины предназначены для осуществления разноплановых технологических и транспортных операций, связанных с обработкой и переработкой различных предметов обработки, энергетических или информационных потоков. Это самая распространённая группа машин, к которым можно отнести универсальные металлорежущие станки, кузнечно-прессовые машины, транспортные и транспортирующие машины. Перечень операций или работ, которые выполняются универсальной машиной, достаточно широк. Машины, которые используются для выполнения очень большого диапазона работ, называются широкоуниверсальными. Сюда же можно отнести персональные компьютеры, функции которых зависят от вида программного обеспечения, выполняемого на них в данный момент. Специализированные машины предназначены для обработки или переработки объектов одной номенклатуры, отличающихся формой, размером или свойствами (зубообрабатывающие или резьбонарезные станки, доменные печи, вальцовочное оборудование, сельскохозяйственные машины, печатные машины и т. д.). К этой группе можно отнести программируемые логические контроллеры, функции которых ограничиваются кругом задач управления, для которых они созданы. Специальные машины предназначены для обработки или переработки предметов труда только определённой формы, размеров или свойств, а также для выполнения какой-либо специфической работы или операции. Это могут быть станки для обработки, например, лопаток газовых турбин, автомобили для перевозки только определённого вида груза (цементовозы, бензовозы, панелевозы) и т. д. Здесь можно также вспомнить электронные устройства (измерительные, бытовые, связи и т. д.), построенные на однокристальных ЭВМ, где схемно и программно заложено именно те функции, которые свойственны и необходимы данному прибору.

По степени автоматизации

По степени автоматизации все машины делятся на машины с ручным управлением, автоматы и полуавтоматы. Машины с ручным управлением выполняют свои функции только при непосредственном участии в их работе человека. Человек осуществляет пуск машины, управление работой всех её механизмов и остановку машины после выполнения определённых работ или операций (металлорежущие и деревообрабатывающие станки, строительные машины, транспортные и транспортирующие машины, швейные машины и т. д.).