Masjien
'n Masjien (of meganiese toestel) is 'n meganiese struktuur wat krag gebruik om kragte uit te oefen en beweging te beheer om 'n beoogde aksie uit te voer. Masjiene kan deur diere en mense aangedryf word, deur natuurkragte soos wind en water, en deur chemiese, termiese of elektriese krag, en bevat 'n stelsel van meganismes wat die aktuator-insette vorm om 'n spesifieke toepassing van uitsetkragte en beweging te bewerkstellig. Dit kan ook rekenaars en sensors insluit wat werkverrigting monitor en beweging beplan en word dikwels meganiese stelsels genoem.
Filosowe uit die Renaissance het ses eenvoudige masjiene geïdentifiseer, wat die elementêre toerusting was wat 'n vrag in beweging gebring het, en die verhouding tussen die uitsetkrag en die insetkrag bereken, wat vandag bekend staan as meganiese voordeel.[1]
Moderne masjiene is komplekse stelsels wat bestaan uit strukturele elemente, meganismes en beheerkomponente en bevat koppelvlakke vir maklike gebruik. Voorbeelde hiervan is 'n wye verskeidenheid voertuie, soos motors, bote en vliegtuie, toerusting in die huis en kantoor, insluitend rekenaars, die bou van lugbehandelings- en waterhanteringstelsels, sowel as plaas masjinerie, masjiengereedskap en fabrieksautomatiseringstelsels en robotte.
Etimologie
[wysig | wysig bron]Die Engelse woord masjien kom deur middel-Frans uit Latynse machina, wat op sy beurt afkomstig is van die Grieks (Doric μαχανά makhana, Ionic μηχανή mekhane "contrivance, machine, engine",[2] 'n afleiding van μῆχος mekhos "beteken, handig, oplossing"[3]).[4]). Die woord meganiese (Grieks: μηχανικός) kom van dieselfde Griekse wortels. 'n Breër betekenis van "stof, struktuur" word in klassieke Latyn aangetref, maar nie in Grieks gebruik nie. Hierdie betekenis word in die laat-Middeleeuse Frans aangetref en word in die middel van die 16de eeu van Frans in Engels aangeneem.
In die 17de eeu kan die woord ook 'n skema of intrige beteken, wat nou deur die afgeleide bewerking uitgedruk word. Die moderne betekenis ontwikkel uit die gespesialiseerde toepassing van die term op toneelmotore wat in teater gebruik word en op militêre belegmotore, beide in die laat 16de en vroeë 17de eeu. Die OED spoor die formele, moderne betekenis aan John Harris 'Lexicon Technicum (1704), wat die volgende bevat:
- Die masjien, of die enjin in meganika, is hoegenaamd voldoende om die beweging van 'n liggaam op te lig of te stop ... Eenvoudige masjiene word gewoonlik gereken as ses in getal, naamlik. die balans, hefboom, katrol, wiel, wig en skroef ... Saamgestelde masjiene, of enjins, is ontelbaar.
Die woord motor wat deur Harris sowel as in latere taal as 'n (byna) sinoniem gebruik word, spruit uiteindelik (via Ou Frans) uit Latynse ingenium "vindingrykheid, 'n uitvindsel".
Geskiedenis
[wysig | wysig bron]
Die handbyl is die eerste voorbeeld van 'n wig, die oudste van die ses klassieke eenvoudige masjiene, waarop die meeste masjiene gebaseer is. Die tweede oudste eenvoudige masjien was die skuinshelling (oprit)[5] wat sedert die prehistoriese tyd gebruik is om swaar voorwerpe te beweeg.[6][7]
Die ander vier eenvoudige masjiene is in die ou Nabye Ooste uitgevind.[8] Die wiel, tesame met die wiel- en asmeganisme, is in Mesopotamië (moderne Irak) uitgevind gedurende die 5de millennium v.C. Die hefboommeganisme het ongeveer 5 000 jaar gelede vir die eerste keer in die Nabye Ooste verskyn, waar dit op 'n eenvoudige balansskaal gebruik is,[9] en om groot voorwerpe in antieke Egiptiese tegnologie te skuif.[10] Die hefboom is ook gebruik in die shadoof-waterheffingsapparaat, die eerste hyskraanmasjien, wat verskyn het in Mesopotamië omstreeks 3000 v.C.,[9] en toe in die antieke Egiptiese tegnologie rondom 2000 v.C..[11] Die vroegste bewyse van katrolle dateer uit Mesopotamië in die vroeë 2de millennium v.C.,[12] en antieke Egipte tydens die twaalfde dinastie (1991 v.C–1802 v.C).[13] Die skroef, die laaste van die eenvoudige masjiene wat uitgevind moes word,[14] verskyn eers in Mesopotamië gedurende die Neo-Assiriese periode (911-609 v.C.).[15] Die Egiptiese piramides is gebou met behulp van drie van die ses eenvoudige masjiene, die skuinsvlak, die wig en die hefboom, om strukture soos die Groot Piramide van Giza te konstrueer.[16]
Drie van die eenvoudige masjiene is rondom die 3de eeu v.C. deur die Griekse filosoof Archimedes bestudeer en beskryf: die hefboom, katrol en skroef.[17] Archimedes het die beginsel van meganiese voordeel in die hefboom ontdek.[18] Later het Griekse filosowe die klassieke vyf eenvoudige masjiene (met uitsondering van die skuinshelling) gedefinieer en kon hul meganiese voordeel grofweg bereken. Heron van Alexandrië (ongeveer 10–75 n.C.) noem in sy werk Mechanics vyf meganismes wat 'n vrag in beweging kan bring; hefboom, windglas, katrol, wig en skroef, en beskryf die vervaardiging en gebruike daarvan.[19] Die Grieke se begrip was egter beperk tot statika (die balans van kragte) en het nie dinamika (die afwisseling tussen krag en afstand) of die konsep arbeid ingesluit nie.
Die vroegste praktiese watergedrewe masjiene, die waterwiel en die watermolen, het eers in die vroeë 4de eeu v.C. in die Persiese Ryk verskyn, in wat nou Irak en Iran is.[20] Die vroegste praktiese windaangedrewe masjiene, die windmeul en die windpomp, het eers in die Moslem-wêreld verskyn gedurende die Islamitiese Goue Tydperk, in die huidige Iran, Afghanistan en Pakistan, teen die 19de eeu n.C.[21][22][23][24] Die vroegste praktiese stoomaangedrewe masjien was 'n stoomkraan aangedryf deur 'n stoomturbine, wat in 1551 deur Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf in Ottomaanse Egipte beskryf is.
Die katoenvin is teen die 6de eeu n.C. in Indië uitgevind, en die spinwiel is teen die vroeë elfde eeu in die Islamitiese wêreld uitgevind, wat albei van fundamentele belang was vir die groei van die katoenbedryf. Die spinwiel was ook 'n voorloper van die draaiende jenny, wat 'n belangrike ontwikkeling was tydens die vroeë Industriële Revolusie in die 18de eeu. Die krukas en nokas is uitgevind deur Al-Jazari in die noorde van Mesopotamië omstreeks 1206, en hulle het later sentraal geword in moderne masjinerie soos die stoomenjin, binnebrandenjin en outomatiese kontroles
Die vroegste programmeerbare masjiene is in die Moslem-wêreld ontwikkel. 'n Musiekvolgorde, 'n programmeerbare musiekinstrument, was die vroegste tipe programmeerbare masjien. Die eerste musiekvolgorde was 'n outomatiese fluitspeler wat in die negentiende eeu deur die Banu Musa-broers uitgevind is, soos beskryf in hul Book of Ingenious Devices. In 1206 het Al-Jazari programmeerbare outomate / robotte uitgevind. Hy het vier outomatiese musikante beskryf, insluitend tromspelers wat deur 'n programmeerbare drommasjien bedryf word, waar hulle gemaak kan word om verskillende ritmes en verskillende trompatrone te speel. Die kasteelklok, 'n meganiese sterrekundige horlosie wat deur Al-Jazari uitgevind is, was die eerste programmeerbare analoogrekenaar
Gedurende die Renaissance het die dinamika van die meganiese kragte, soos die eenvoudige masjiene genoem is, begin bestudeer vanuit die oogpunt van hoeveel nuttige werk hulle kon verrig, wat uiteindelik tot die nuwe konsep van meganiese werk gelei het. In 1586 het die Vlaamse ingenieur Simon Stevin die meganiese voordeel van die skuinsvlak verkry, en dit is by die ander eenvoudige masjiene ingesluit. Die volledige dinamiese teorie van eenvoudige masjiene is in 1600 deur die Italiaanse wetenskaplike Galileo Galilei in Le Meccaniche ('On Mechanics') uitgewerk. Hy was die eerste om te verstaan dat eenvoudige masjiene nie energie skep nie, maar dit bloot transformeer.
Die klassieke reëls vir skuifwrywing in masjiene is deur Leonardo da Vinci (1452–1519) ontdek, maar het dit nie in sy notaboeke gepubliseer nie. Hulle is herontdek deur Guillaume Amontons (1699) en is verder ontwikkel deur Charles-Augustin de Coulomb (1785).
James Watt het sy parallelle bewegingsverbinding in 1782 gepatenteer, wat die dubbelwerkende stoomenjin prakties maak. Die Boulton- en Watt-stoomenjin en ontwerp later stoomlokomotiewe, stoomskepe en fabrieke.
Die Industriële Revolusie was 'n periode van 1750 tot 1850 waar veranderinge in landbou, vervaardiging, mynbou, vervoer en tegnologie 'n diepgaande uitwerking gehad het op die sosiale, ekonomiese en kulturele toestande van die tyd. Dit het in die Verenigde Koninkryk begin en daarna versprei oor die hele Wes-Europa, Noord-Amerika, Japan en uiteindelik die res van die wêreld.
Vanaf die latere deel van die 18de eeu, het daar 'n oorgang in dele van Groot-Brittanje se voorheen handearbeid en konsep-dier-gebaseerde ekonomie begin na die vervaardiging van masjiene. Dit het begin met die meganisering van die tekstielbedryf, die ontwikkeling van ystertegnieke en die toenemende gebruik van verfynde steenkool
Eenvoudige masjiene
[wysig | wysig bron]
Die idee dat 'n masjien in eenvoudige beweegbare elemente ontbind kan word, het Archimedes laat gelei om die hefboom, katrol en skroef as eenvoudige masjiene te definieer. Teen die tyd van die Renaissance het hierdie lys toegeneem tot die wiel en as, wig en hellende vlak. Die moderne benadering tot die karakterisering van masjiene fokus op die komponente wat beweging moontlik maak, bekend as gewrigte.
Wig (handbyl): Miskien is die eerste voorbeeld van 'n toestel wat ontwerp is om krag te bestuur, die handbyl. 'n Handbyl word gemaak deur klip, meestal vuursteen, om 'n wig te vorm. 'n Wig is 'n eenvoudige masjien wat die sykrag en beweging van die werktuig omskep in 'n dwars splitsende krag en beweging van die werkstuk. Die beskikbare krag word beperk deur die inspanning van die persoon wat die instrument gebruik, maar omdat krag die produk van krag en beweging is, versterk die wig die krag deur die beweging te verminder. Hierdie versterking, of meganiese voordeel, is die verhouding van die insetspoed tot die uitvoerspoed. Vir 'n wig word dit gegee deur 1 / tanα, waar α die punthoek is. Die gesigte van 'n wig is as reguit lyne gemodelleer om 'n skuif- of prismatiese las te vorm.
Hefboom: Die hefboom is nog 'n belangrike en eenvoudige toestel om krag te bestuur. Dit is 'n liggaam wat op 'n draaipunt draai. Aangesien die snelheid van 'n punt verder van die draaipunt groter is as die snelheid van 'n punt naby die spilpunt, word kragte wat ver van die spilpunt toegepas word, versterk naby die spilpunt deur die gepaardgaande afname in snelheid. As a die afstand is vanaf die spilpunt na die punt waar die insetkrag toegepas word en b die afstand is tot die punt waar die uitgangskrag toegepas word, dan is a / b die meganiese voordeel van die hefboom. Die steunpunt van 'n hefboom is gemodelleer as 'n skarnier- of draaibou.
Wiel: Die wiel is 'n belangrike vroeë masjien, soos die wa. 'n Wiel gebruik die hefboomwet om die krag wat nodig is om wrywing te oorkom wanneer 'n vrag getrek word, te verminder. Om hierdie kennisgewing te sien, is die wrywing wat verband hou met die trek van 'n vrag op die grond ongeveer dieselfde as die wrywing in 'n eenvoudige laer wat die las op die as van 'n wiel ondersteun. Die wiel vorm egter 'n hefboom wat die trekkrag vergroot sodat dit die wrywingweerstand in die laer oorkom.
Die klassifikasie van eenvoudige masjiene om 'n strategie vir die ontwerp van nuwe masjiene te bied, is ontwikkel deur Franz Reuleaux, wat meer as 800 elementêre masjiene versamel en bestudeer het.[26] Hy het besef dat die klassieke eenvoudige masjiene in die hefboom, katrol en wiel en as geskei kan word wat gevorm word deur 'n liggaam wat om 'n skarnier draai, en die skuins vlak, wig en skroef, wat soortgelyk is as 'n blok wat op 'n plat oppervlak gly.[27]
Eenvoudige masjiene is basiese voorbeelde van kinematiese kettings of skakels wat gebruik word om meganiese stelsels te modelleer wat wissel van die stoomenjin tot robotmanipuleerders. Die laers wat die draaipunt van 'n hefboom vorm en die wiel en as en katrolle laat draai, is voorbeelde van 'n kinematiese paar wat 'n skarnierverbinding genoem word. Net so is die plat oppervlak van 'n skuins vlak en wig voorbeelde van die kinematiese paar wat 'n skuifverbinding genoem word. Die skroef word gewoonlik geïdentifiseer as sy eie kinematiese paar wat 'n skroefdraad genoem word.
Hierdie besef toon dat dit die gewrigte of verbindings is wat die primêre elemente van 'n masjien is. Begin met vier soorte gewrigte, die draaikoppel, skuifverbinding, nokverbinding en ratkoppeling, en verwante verbindings soos kabels en bande, is dit moontlik om 'n masjien te verstaan as 'n samestelling van soliede dele wat hierdie verbindings verbind, wat 'n meganisme genoem word.
Twee hefbome, of krukke, word gekombineer in 'n plat vierbalkoppeling deur 'n skakel te heg wat die uitset van een kruk aan die ingang van 'n ander verbind. Bykomende skakels kan aangeheg word om 'n skakelaar met ses stawe te vorm of in serie om 'n robot te vorm
Meganiese stelsels
[wysig | wysig bron]
'n Meganiese stelsel bestuur krag om 'n taak uit te voer wat kragte en beweging behels. Moderne masjiene is stelsels wat bestaan uit (i) 'n kragbron en aktueerders wat kragte en beweging opwek, (ii) 'n stelsel van meganismes wat die aktuator-insette vorm om 'n spesifieke toepassing van uitsetkragte en beweging te bewerkstellig, (iii) 'n beheerder met sensors wat die uitset vergelyk met 'n prestasiedoelwit en dan die insette van die aktuator rig, en (iv) 'n koppelvlak na 'n operateur wat bestaan uit hefbome, skakelaars en skerms.
Dit kan gesien word in Watt se stoomenjin (sien die illustrasie) waarin die krag voorsien word deur stoom uit te brei om die suier te dryf. Die loopvlak, koppelaar en kruk transformeer die liniêre beweging van die suier in rotasie van die uitset katrol. Uiteindelik dryf die katrol die vliegbalregering wat die klep vir die stoominvoer na die suiersilinder beheer.
Die byvoeglike naamwoord "meganies" verwys na vaardighede in die praktiese toepassing van 'n kuns of wetenskap, asook verwant aan of veroorsaak word deur beweging, fisieke kragte, eienskappe of middels soos wat deur meganika behandel word. Op soortgelyke wyse definieer Merriam-Webster Dictionary 'meganiese' in verband met masjinerie of gereedskap.
Kragvloei deur 'n masjien bied 'n manier om die werkverrigting van toestelle, wat van hefbome en ratkasse tot motors en robotstelsels wissel, te verstaan. Die Duitse werktuigkundige Franz Reuleaux het geskryf, "'n masjien is 'n kombinasie van weerstandbiedende liggame wat so ingerig is dat die meganiese kragte van die natuur daartoe gedwing kan word om werk te vergesel met sekere bepalende bewegings." Let op dat kragte en beweging saamstaan om krag te definieer.
Meer onlangs het Uicker en andere[28] verklaar dat 'n masjien "'n toestel is om krag aan te wend of om sy rigting te verander." McCarthy en Soh beskryf 'n masjien as 'n stelsel wat "oor die algemeen bestaan uit 'n kragbron en 'n meganisme vir die beheerde gebruik van hierdie krag".[29]
Kragbronne
[wysig | wysig bron]
Menslike en dierlike inspanning was die oorspronklike kragbronne vir vroeë masjiene
Waterwiel: Waterwiele het rondom 300 v.C. wêreldwyd verskyn om vloeiende water te gebruik om draaibewegings te genereer, wat toegepas is op die maal van graan, en om hout, bewerking en tekstielbewerking te bewerk. Moderne waterturbines gebruik water wat deur 'n dam vloei om 'n elektriese kragopwekker aan te dryf.
Windmeul: Vroeë Windmeule het windkrag opgevang om draaibeweging vir maalbewerkings te genereer. Moderne windturbines dryf ook 'n kragopwekker. Hierdie elektrisiteit word op sy beurt gebruik om motors te bestuur wat die aandrywers van meganiese stelsels vorm.
Enjin: Die woord enjin is afgelei van 'vindingrykheid' en word oorspronklik verwys na strydighede wat al dan nie fisiese toestelle mag wees nie. Sien Merriam-Webster se definisie van enjin. 'n Stoomenjin gebruik hitte om water in 'n drukvat te kook; die groeiende stoom dryf 'n suier of 'n turbine. Hierdie beginsel kan gesien word in die aeolipiel van Hero of Alexandria. Dit word 'n buitebrandenjin genoem.
'n Motor-enjin word 'n binnebrandenjin genoem omdat dit brandstof ('n eksotermiese chemiese reaksie) binne 'n silinder verbrand en die uitbreidende gasse gebruik om 'n suier te dryf. 'n Straalmotor gebruik 'n turbine om lug wat met brandstof verbrand word, saam te pers sodat dit deur 'n mondstuk uitsit om druk aan 'n vliegtuig te gee, en ook 'n "binnebrandenjin."
Kragsentrale: Die hitte van verbranding van steenkool en aardgas in 'n ketel genereer stoom wat 'n stoomturbine dryf om 'n elektriese kragopwekker te draai. 'n Kernkragsentrale gebruik hitte van 'n kernreaktor om stoom en elektriese krag op te wek. Hierdie krag word versprei deur 'n netwerk van transmissielyne vir industriële en individuele gebruik.
Motors: Elektriese motors gebruik óf AC- of DC-elektriese stroom om rotasiebeweging te genereer. Elektriese servomotors is die aandrywers vir meganiese stelsels wat wissel van robotstelsels tot moderne vliegtuie.
Vloeistofkrag: Hidrouliese en pneumatiese stelsels gebruik elektries aangedrewe pompe om water of lug onderskeidelik in silinders te dryf om lineêre beweging te bewerkstellig.
Meganismes
[wysig | wysig bron]Die meganisme van 'n meganiese stelsel word saamgestel uit komponente wat masjienelemente genoem word. Hierdie elemente bied struktuur vir die stelsel en beheer die beweging daarvan.
Die struktuurkomponente is in die algemeen die raamelemente, laers, splinte, vere, seëls, hegstukke en bedekkings. Die vorm, tekstuur en kleur van omhulsels bied 'n styl -en bedryfsvlak tussen die meganiese stelsel en sy gebruikers.
Die samestellings wat beweging beheer, word ook 'meganismes' genoem. Meganismes word oor die algemeen geklassifiseer as ratte , wat riemaandrywers en kettingaandrywing, nok- en volgmeganismes insluit, en daar is ook ander spesiale meganismes soos klemverbindings, indekseringsmeganismes, ontsnap- en wrywingstoestelle soos remme en koppelaars.
Die aantal grade van vryheid van 'n meganisme, of die mobiliteit daarvan, hang af van die aantal skakels en verbindings en die soorte verbindings wat gebruik word om die meganisme te konstrueer. Die algemene beweeglikheid van 'n meganisme is die verskil tussen die onbeperkte vryheid van die skakels en die aantal beperkings wat deur die gewrigte geplaas word. Dit word beskryf deur die Chebychev-Grübler-Kutzbach-maatstaf.
Ratte en rattreine
[wysig | wysig bron]
Die oordrag van die rotasie tussen tandwiele wat in aanraking kom, kan teruggevoer word na die Antikythera-meganisme van Griekeland en die suidwaartse waentjie van China. Illustrasies van die renaissance-wetenskaplike Georgius Agricola toon ratte met silindriese tande. Die implementering van die onverwante tand het 'n standaardratontwerp opgelewer wat 'n konstante snelheidsverhouding bied. 'n Paar belangrike kenmerke van ratte is:
- Die verhouding van die steeksirkels van paringratte bepaal die snelheidsverhouding en die meganiese voordeel van die versnellingset.
- 'n Planetêre rattrein sorg vir hoë vermindering in 'n kompakte pakket. Dit is moontlik om rattande te ontwerp vir ratte wat nie-sirkelvormig is nie, maar tog die draaimoment glad oordra.
- Die snelheidsverhoudings van ketting- en riemaandrywers word op dieselfde manier bereken as ratverhoudings.
Nok- en volgeling-meganismes
[wysig | wysig bron]Die nok en volgeling word gevorm deur die direkte kontak van twee spesiaal gevormde skakels. Die ry skakel word die nok genoem en die skakel wat deur die direkte kontak van hul oppervlaktes aangedryf word, word die volgeling genoem. Die vorm van die kontakoppervlaktes van die nok en volgeling bepaal die beweging van die meganisme
Skakeling
[wysig | wysig bron]
'n Koppeling is 'n versameling skakels wat aan mekaar verbind word. Oor die algemeen is die skakels die struktuurelemente en die gewrigte laat beweging toe. Die mees bruikbare voorbeeld is die vlak vierbalkoppeling. Daar is egter baie meer spesiale skakels:
- Watt se koppeling is 'n vierbalkoppeling wat 'n benaderde reguit lyn genereer. Dit was van kritieke belang vir die werking van sy ontwerp vir die stoomenjin. Hierdie skakeling verskyn ook in voertuigvering om die liggaam van die liggaam af na die wiele te beweeg.
- Die sukses van Watt se koppeling het gelei tot die ontwerp van soortgelyke benaderde reguitlynverbindings, soos Hoeken se koppeling en Chebyshev se koppeling.
- Die Peaucellier-koppeling genereer 'n regte reguitlynuitset vanaf 'n roterende inset.
- Die Sarrus-skakeling is 'n ruimtelike skakeling wat reguitlynbeweging vanaf 'n roterende inset genereer.
- Die Klann-koppeling en die Jansen-skakel is onlangse uitvindings wat interessante loopbewegings bied. Dit is onderskeidelik 'n skakelaar met ses en 'n agt maat.
Vlakmeganisme
[wysig | wysig bron]'n Vlakmeganisme is 'n meganiese stelsel wat beperk word, sodat die baanbane van punte in al die liggame van die stelsel op vliegtuie parallel met 'n grondvlak lê. Die rotasie-asse van skarnierverbindings wat die liggame in die stelsel verbind, is loodreg op hierdie grondvlak.
Sferiese meganisme
[wysig | wysig bron]'n Sferiese meganisme is 'n meganiese stelsel waardeur die liggame beweeg op 'n manier dat die rigting van punte in die stelsel op konsentriese sfere lê. Die rotasie-asse van skarnierverbindings wat die liggame in die stelsel verbind, gaan deur die middel van hierdie sirkel.
Ruimtelike meganisme
[wysig | wysig bron]'n Ruimtelike meganisme is 'n meganiese stelsel wat ten minste een liggaam het wat beweeg op 'n manier dat die punt se trajek algemene ruimtekrommes is. Die rotasie-asse van skarnierverbindings wat die liggame in die stelsel verbind, vorm lyne in die ruimte wat nie mekaar kruis nie, en wat gemeenskaplike norme het.
Buigbare meganismes
[wysig | wysig bron]'n Buigbare meganisme bestaan uit 'n reeks rigiede liggame wat verbind word deur elemente wat ooreenstem (ook bekend as buigverbindings) wat ontwerp is om 'n meetkundige, goed gedefinieerde beweging te bewerkstellig by die aanwending van 'n krag.
Masjien elemente
[wysig | wysig bron]Die elementêre meganiese komponente van 'n masjien word masjienelemente genoem. Hierdie elemente bestaan uit drie basiese tipes (i) struktuurkomponente soos raamonderdele, laers, asse, splinte, hegstukke, seëls en smeermiddels. (Ii) meganismes wat beweging op verskillende maniere beheer, soos ratte, gordel- of kettingaandrywing, koppelings, nok- en volgstelsels, met inbegrip van remme en koppelaars, en (iii) beheerkomponente soos knoppies, skakelaars, aanwysers, sensors, aandrywers en rekenaarbeheerders. Alhoewel dit meestal nie as 'n masjienelement beskou word nie, is die vorm, tekstuur en kleur van bedekkings 'n belangrike deel van 'n masjien wat 'n stilering en bedryfsvlak bied tussen die meganiese komponente van 'n masjien en sy gebruikers.
Strukturele komponente
[wysig | wysig bron]'n Aantal masjienelemente lewer belangrike strukturele funksies soos die raam, laers, veer en seëls.
- Die erkenning dat die raamwerk van 'n meganisme 'n belangrike masjienelement is, het die naam driebalkoppeling in vierbalkoppeling verander. Rame word gewoonlik saamgestel uit stut- of balkelemente.
- Laers is komponente wat ontwerp is om die koppelvlak tussen bewegende elemente te bestuur en is die bron van wrywing in masjiene. Oor die algemeen is laers ontwerp vir suiwer draaiing of reguit lynbeweging.
- Sleutels is twee maniere om die as op 'n wiel, katrol of rat te betroubaar te monteer sodat die draaimoment deur die verbinding oorgedra kan word.
- Vere voorsien kragte wat komponente van 'n masjien óf op hul plek kan hou óf kan optree as 'n vering om 'n deel van die masjien te ondersteun.
- Seëls word tussen gedeeltes van 'n masjien gebruik om te verseker dat vloeistowwe soos water, warm gasse of smeermiddel nie tussen die oppervlaktes lek nie.
- Hegtingssmiddels soos skroewe, boute, veerklemme en klinknaels is van uiterste belang vir die montering van komponente van 'n masjien. Hegtingssmiddels word oor die algemeen beskou as verwyderbaar. In teenstelling hiermee, moet die lasmetodes soos sweis, soldeer, krimp en die aanbring van kleefmiddels gewoonlik die dele sny om die onderdele uitmekaar te haal.
Beheerders
[wysig | wysig bron]Beheerders kombineer sensors, logika en aandrywers om die werkverrigting van komponente van 'n masjien te handhaaf. Die bekendste is miskien die vliegbalbestuurder vir 'n stoomenjin. Voorbeelde van hierdie toestelle wissel van 'n termostaat wat, soos die temperatuur styg, 'n klep oopmaak vir koelwater tot snelheidsbeheerders, soos die vaartbeheer in 'n motor. Die programmeerbare logika-beheerder het skakelaars en gespesialiseerde beheermeganismes vervang met 'n programmeerbare rekenaar. Servomotors wat die as akkuraat in reaksie op 'n elektriese bevel posisioneer, is die aandrywers wat robotstelsels moontlik maak.
Rekenmasjiene
[wysig | wysig bron]
Charles Babbage het in 1837 masjiene ontwerp om logaritmes en ander funksies te tabuleer. Sy verskil-enjin kan beskou word as 'n gevorderde meganiese sakrekenaar en sy Analitiese enjin is 'n voorloper van die moderne rekenaar, hoewel nie een van hulle in die leeftyd van Babbage gebou is nie.
Die Arithmometer en die Comptometer is meganiese rekenaars wat voorloper is tot moderne digitale rekenaars. Modelle wat gebruik word om moderne rekenaars te bestudeer, word Staatsmasjien en Turingmasjien genoem.
Molekulêre masjiene
[wysig | wysig bron]
Die biologiese molekule mioseen reageer op ATP en ADP om afwisselend met 'n aktienfilament in te gryp en die vorm te verander op 'n manier wat 'n krag uitoefen, en dan ontkoppel om die vorm of konformasie weer in te stel. Dit dien as die molekulêre dryf wat spierkontraksie veroorsaak. Op dieselfde manier het die biologiese molekule kinesien twee gedeeltes wat afwisselend aangaan en ontkoppel word deur mikrotubules wat veroorsaak dat die molekule langs die mikrotubule beweeg en vesikels binne die sel vervoer, en dyneïne, wat vrag binne selle in die rigting van die kern beweeg en die aksonemale klop van beweeglike silia en flagella. " In-effek, die [beweeglike silium] is 'n nano-masjien wat bestaan uit meer as 600 proteïene in molekulêre komplekse, waarvan baie ook onafhanklik funksioneer as nano-masjiene. Met buigsame skakels kan die mobiele proteïen-domeine deur hulle gekoppel word om hul bindingsvennote te werf en induksie van langafstand allosterie deur proteïendomein dinamika. "Ander biologiese masjiene is verantwoordelik vir energieproduksie, byvoorbeeld ATP-sintese wat energie benut vanaf protongradiënte oor membrane om 'n turbienagtige beweging te gebruik wat gebruik word om ATP, die energie-geldeenheid van 'n sel, te sintetiseer. Hierdie masjiene en hul nanoskaal-dinamika is baie meer kompleks as enige molekulêre masjiene wat nog kunsmatig gebou is. Hierdie molekules word toenemend as nano-masjiene beskou.[30]
Navorsers het DNS gebruik om nano-dimensionele vierbalkoppelings te konstrueer.
Impak
[wysig | wysig bron]Meganisasie en outomatisasie
[wysig | wysig bron]
Meganisasie (BE) bied aan menslike operateurs masjinerie wat hulle help met die spier vereistes van werk of wat spierwerk verplaas. In sommige velde behels meganisasie die gebruik van handgereedskap. In moderne gebruik, soos in die ingenieurswese of in die ekonomie, impliseer meganisasie masjinerie meer ingewikkeld as handgereedskap en sal dit nie eenvoudige toerusting soos 'n perd of donkiemolen insluit nie. Toestelle wat spoedveranderinge of veranderinge in of van heen en weer na draaibeweging veroorsaak, word gebruik as masjiene soos ratte, katrolle of skure en gordels, asse, nokke en krukke. Na elektrifisering, toe die meeste klein masjinerie nie meer met die hand aangedryf was nie, was meganisasie sinoniem met gemotoriseerde masjiene.
Outomatisering is die gebruik van beheerstelsels en inligtingstegnologieë om die behoefte aan menslike werk in die vervaardiging van goedere en dienste te verminder. In die omvang van industrialisasie is outomatisering 'n stap verder as meganisasie. Alhoewel meganisasie masjinerie aan mense-operateurs voorsien om hulle te help met die spiervereistes van werk, verminder outomatisering ook die behoefte aan menslike sensoriese en geestelike vereistes. Outomatisering speel 'n al hoe groter rol in die wêreldekonomie en in daaglikse ervaring.
Outomate
[wysig | wysig bron]'n Outomaat (meervoud: automata) is 'n masjien wat self werk. Die woord word soms gebruik om 'n robot, meer spesifiek 'n outonome robot, te beskryf. 'n Speelgoedautomaat is in 1863 gepatenteer
Meganika
[wysig | wysig bron]Usher berig dat die held van Alexandrië se verhandeling oor meganika gefokus is op die studie van die opheffing van swaar gewigte. Vandag verwys meganika na die wiskundige analise van die kragte en beweging van 'n meganiese stelsel, en bestaan uit die bestudering van die kinematika en dinamika van hierdie stelsels.
Dinamika van masjiene
[wysig | wysig bron]Die dinamiese ontleding van masjiene begin met 'n rigiede-liggaamsmodel om reaksies by die laers te bepaal, op watter punt die elastisiteitseffekte ingesluit is. Die rigiede-liggaamsdinamika bestudeer die beweging van stelsels van onderling verbonde liggame onder optrede van eksterne kragte. Die aanname dat die liggame styf is, wat beteken dat hulle nie vervorm word onder die werking van toegepaste kragte nie, maak die ontleding eenvoudiger deur die parameters wat die konfigurasie van die stelsel beskryf, te verminder tot die vertaling en rotasie van verwysingsraamwerke wat aan elke liggaam geheg is.
Die dinamika van 'n starre liggaamstelsel word gedefinieer deur sy bewegingsvergelykings, wat afgelei word deur gebruik te maak van Newton se bewegingswette of Lagrangiaanse meganika. Die oplossing van hierdie bewegingsvergelykings bepaal hoe die konfigurasie van die stelsel van starre liggame verander as 'n funksie van die tyd. Die formulering en oplossing van rigiede liggaamsdinamika is 'n belangrike hulpmiddel in die rekenaarsimulasie van meganiese stelsels.
Kinematika van masjiene
[wysig | wysig bron]Die dinamiese ontleding van 'n masjien vereis die bepaling van die beweging of kinematika van die onderdele, bekend as kinematiese analise. Die aanname dat die stelsel 'n samestelling van starre komponente is, laat rotasie- en translasiebeweging wiskundig gemodelleer word as Euklidiese of rigiede transformasies. Dit laat toe dat die posisie, snelheid en versnelling van alle punte in 'n komponent vanuit hierdie eienskappe vir 'n verwysingspunt bepaal kan word, en die hoekposisie, hoeksnelheid en hoeksnellering van die komponent.
Masjien ontwerp
[wysig | wysig bron]Masjienontwerp verwys na die prosedures en tegnieke wat gebruik word om die drie fases van die lewensiklus van 'n masjien aan te spreek:
- uitvinding, wat die identifisering van 'n behoefte, ontwikkeling van vereistes, konsepgenerering, ontwikkeling van prototipes, vervaardiging en verifikasietoetsing behels;
- prestasie-ingenieurswese behels die verbetering van vervaardigingsdoeltreffendheid, die vermindering van diens- en instandhoudingsvereistes, die toevoeging van funksies en die verbetering van effektiwiteit, en valideringstoetsing;
- herwinning is die ontmantelings- en wegdoeningsfase en bevat die herwinning en hergebruik van materiale en komponente.
Sien ook
[wysig | wysig bron]- Outomaat
- Rattrein
- Koppeling (meganiese)
- Meganisme (ingenieurswese)
- Meganiese voordeel
- Krag (fisika)
- Eenvoudige masjiene
- Tegnologie
- Virtuele werk
- Arbeid
Verwysings
[wysig | wysig bron]- ↑ Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. VSA: Courier Dover Publications. p. 98. ISBN 978-0-486-25593-4. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 18 Augustus 2016.
- ↑ "μηχανή" Geargiveer 29 Junie 2011 op Wayback Machine, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus project
- ↑ "μῆχος" Geargiveer 29 Junie 2011 op Wayback Machine, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus project
- ↑ Oxford Dictionaries, machine Geargiveer 26 April 2018 op Wayback Machine
- ↑ Karl von Langsdorf (1826) Machinenkunde, quoted in Reuleaux, Franz (1876). The kinematics of machinery: Outlines of a theory of machines. MacMillan. pp. 604.
- ↑ Therese McGuire, Light on Sacred Stones, in Conn, Marie A.; Therese Benedict McGuire (2007). Not etched in stone: essays on ritual memory, soul, and society. University Press of America. p. 23. ISBN 978-0-7618-3702-2.
- ↑ Dutch, Steven (1999). "Pre-Greek Accomplishments". Legacy of the Ancient World (in Engels). Prof. Steve Dutch's page, Univ. of Wisconsin at Green Bay. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 21 Augustus 2016. Besoek op 13 Maart 2012.
- ↑ Moorey, Peter Roger Stuart (1999). Ancient Mesopotamian Materials and Industries: The Archaeological Evidence. Eisenbrauns. ISBN 9781575060422.
- ↑ 9,0 9,1 Paipetis, S. A.; Ceccarelli, Marco (2010). The Genius of Archimedes -- 23 Centuries of Influence on Mathematics, Science and Engineering: Proceedings of an International Conference held at Syracuse, Italy, June 8-10, 2010. Springer Science & Business Media. p. 416. ISBN 9789048190911.
- ↑ Clarke, Somers; Engelbach, Reginald (1990). Ancient Egyptian Construction and Architecture. Courier Corporation. pp. 86–90. ISBN 9780486264851.
- ↑ Faiella, Graham (2006). The Technology of Mesopotamia. The Rosen Publishing Group. p. 27. ISBN 9781404205604.
- ↑ Moorey, Peter Roger Stuart (1999). Ancient Mesopotamian Materials and Industries: The Archaeological Evidence. Eisenbrauns. p. 4. ISBN 9781575060422.
- ↑ Arnold, Dieter (1991). Building in Egypt: Pharaonic Stone Masonry. Oxford University Press. p. 71. ISBN 9780195113747.
- ↑ Woods, Michael; Mary B. Woods (2000). Ancient Machines: From Wedges to Waterwheels. USA: Twenty-First Century Books. p. 58. ISBN 0-8225-2994-7.
- ↑ Moorey, Peter Roger Stuart (1999). Ancient Mesopotamian Materials and Industries: The Archaeological Evidence. Eisenbrauns. p. 4. ISBN 9781575060422.
- ↑ Wood, Michael (2000). Ancient Machines: From Grunts to Graffiti. Minneapolis, MN: Runestone Press. pp. 35, 36. ISBN 0-8225-2996-3.
- ↑ Chiu, Y.C. (2010), An introduction to the History of Project Management, Delft: Eburon Academic Publishers, pp. 42, ISBN 978-90-5972-437-2, archived from the original on 2016-08-18, https://web.archive.org/web/20160818202910/https://books.google.com/books?id=osNrPO3ivZoC&pg=PA42
- ↑ Ostdiek, Vern; Bord, Donald (2005). Inquiry into Physics. Thompson Brooks/Cole. p. 123. ISBN 978-0-534-49168-0. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 28 Mei 2013. Besoek op 22 Mei 2008.
- ↑ Strizhak, Viktor (2004). "Evolution of design, use, and strength calculations of screw threads and threaded joints". HMM2004 International Symposium on History of Machines and Mechanisms, Kluwer Academic publishers. Besoek op 2008-05-21.
- ↑ Selin, Helaine (2013). Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Westen Cultures. Springer Science & Business Media. p. 282. ISBN 9789401714167.
- ↑ Ahmad Y Hassan, Donald Routledge Hill (1986). Islamic Technology: An illustrated history, p. 54. Cambridge University Press. ISBN 0-521-42239-6.
- ↑ Lucas, Adam (2006), Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology, Brill Publishers, p. 65, ISBN 90-04-14649-0
- ↑ Eldridge, Frank (1980). Wind Machines (2nd uitg.). New York: Litton Educational Publishing, Inc. p. 15. ISBN 0-442-26134-9.
- ↑ Shepherd, William (2011). Electricity Generation Using Wind Power (1 uitg.). Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. p. 4. ISBN 978-981-4304-13-9.
- ↑ Chambers, Ephraim (1728), Table of Mechanicks, Londen, Engeland.
- ↑ Moon, F. C., The Reuleaux Collection of Kinematic Mechanisms at Cornell University, 1999 Geargiveer 18 Mei 2015 op Wayback Machine
- ↑ Hartenberg, R.S. & J. Denavit (1964) Kinematic synthesis of linkages Geargiveer 19 Mei 2011 op Wayback Machine, New York: McGraw-Hill, aanlynskakel van Cornell-universiteit.
- ↑ J. J. Uicker, G. R. Pennock, and J. E. Shigley, 2003, Theory of Machines and Mechanisms, Oxford University Press, New York.
- ↑ J. M. McCarthy en G.S. Soh, 2010, Geometric Design of Linkages Geargiveer 19 Augustus 2016 op Wayback Machine Springer, New York.
- ↑ Satir, Peter; Søren T. Christensen (26 Maart 2008). "Structure and function of mammalian cilia". Histochemistry and Cell Biology. 129 (6): 687–93. doi:10.1007/s00418-008-0416-9. PMC 2386530. PMID 18365235. 1432-119X.
Verdere leesstof
[wysig | wysig bron]- Oberg, Erik; Franklin D. Jones; Holbrook L. Horton; Henry H. Ryffel (2000). Christopher J. McCauley; Riccardo Heald; Muhammed Iqbal Hussain (eds.). Machinery's Handbook (26th ed.). New York: Industrial Press Inc. ISBN 978-0-8311-2635-3.
- Reuleaux, Franz (1876). The Kinematics of Machinery. Trans. and annotated by A. B. W. Kennedy. New York: reprinted by Dover (1963).
- Uicker, J. J.; G. R. Pennock; J. E. Shigley (2003). Theory of Machines and Mechanisms. New York: Oxford University Press.
- Oberg, Erik; Franklin D. Jones; Holbrook L. Horton; Henry H. Ryffel (2000). Christopher J. McCauley; Riccardo Heald; Muhammed Iqbal Hussain (eds.). Machinery's Handbook (30th ed.). New York: Industrial Press Inc. ISBN 9780831130992.
Eksterne skakels
[wysig | wysig bron]
Wikimedia Commons het meer media in die kategorie Masjien.- Reuleaux-versameling van meganismes en masjiene aan die Cornell-universiteit
