Машина

Маши́на (лат. machina (от др.-греч. Μηχανή — двигать) — механизм, устройство, конструкция) — техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации. [1]

Машина предназначена для облегчения труда человека путём частичной или полной его замены. Особенностью машины, отличающей её от других устройств, является использование механической энергии (совершение определенного механического движения) для выполнения возложенной на неё функции (предназначения, работы, действий). Машина — это, прежде всего, механическое устройство, но не механизм.

Основной характеристикой машины является развиваемая ею 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.

Содержание

Устройство машины и её составляющие

Основой устройства 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 на комбинированные приводы — электромеханические, оптикомеханические, гидроэлектромеханические и т. п.

Двигатель и/или исполнительное устройство машины выполняют заданную функцию, совершая определенные 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.

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 удаленного двигателя к исполнительному устройству без изменения характеристик этого движения. Например, от двигателя автомобиля, расположенного в его передней части, к задним колесам (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.

История

Первым известным прообразом машины 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 и имело прикладной характер. [2] 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.

Создание в 1774 г. Джеймсом Уаттом универсальной паровой машины положило начало технической революции и всё более ускоряющемуся техническому прогрессу. Появляются сложное оборудование и двигательные установки, такие как изобретенные в 1889 г. К. Лавалем паровая турбина, в 1870…1890 гг. двигатель внутреннего сгорания (газовый — Н. Отто, бензиновый — Г.Даймлера и К.Бенца, дизельный — Р.Дизеля), в 1889 г. М. О. 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».

Виды машин

По функциональному назначению выделяют следующие виды машин:

• энергетические, которые служат:
  • для преобразования какого-нибудь вида энергии в механическую (двигатели электрические, тепловые и другие);
  • для преобразования механической энергии в любой другой вид энергии (генераторы, как, например, электрогенератор);
• рабочие. Они служат:
  • для изменения положения физического объекта (транспортные машины, например, автомобиль, транспортер). Их исполнительным устройством, обеспечивающим движение, является движитель, например, колёса (колёсный движитель), гусеницы (гусеничный движитель);
  • для изменения формы физического объекта, свойств и взаимного положения частей (технологические машины, например, станок, пресс, миксер);
• информационные, которые служат:
  • для обработки информации с целью управления машинами (контрольно-управляющие машины, например, парорегулятор);
  • для получения различных математических образов в форме отдельных чисел и фигур (математические машины, например, арифмометр) [3] ;
  • для помощи человеку или с целью его замены в умственном труде, управлении и контроле рабочих процессов (логические машины);
• кибернетические, выполняющие определенные движения, присущие человеку или живой природе, одновременно обладая элементами искусственного интеллекта (роботы и автоматически функционирующие машины).

Понятия: машина, механизм, агрегат. Классификация машин.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Техническая механика и детали машин»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

По дисциплине

«МЕХАНИКА»

для студентов, обучающихся по направлению:

Электроэнергетика и электротехника

Профили «Электроснабжение»,

«Электротехнологические установки и системы»

Объем лекций – 18 часов аудиторных занятий

Разработали:

К.т.н., доцент Злобина И.В.

Д.т.н., профессор Бекренев Н.В.

Саратов 2015 г.

Лекция 1 Основные понятия теории механизмов и машин. Основные виды механизмов

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Предмет прикладной механики и содержание курса.

2. Понятия: машина, механизм, агрегат. Классификация машин.

3. Кинематические пары и их классификация. Кинематические цепи.

Предмет прикладной механики и содержание курса.

“Техническая механика” –комплексная дисциплина. В общем она состоит из двух крупных разделов: «Теоретическая механика» и «Прикладная механика». Последняя включает в себя разделы курсов: “Теория механизмов и машин”, “Сопротивление материалов”, “Детали машин и основы конструирования”. Поскольку в учебном плане данного направления подготовки предусмотрено изучение отдельного курса теоретической механики, то предлагаемая к изучению дисциплина фактически идентична прикладной механике. Для достижения целостности дисциплины все разделы и темы последовательно излагаются с единых позиций механики, логически дополняя друг друга.

Основными целями изучения дисциплины являются: дать студенту знания, умения и навыки по основам теории механизмов и машин, принципам инженерных расчётов и проектирования механических устройств в объёме необходимом для будущей профессиональной деятельности по своей специальности.

В состав задач изучения дисциплины, поставленных перед студентом, входят:

1. Изучить: основы методов структурного, кинематического, силового и динамического анализа механизмов; принципы инженерных расчётов на прочность типовых элементов изделий.

2. Освоить: основы прочностных расчётов и конструирования деталей машин.

3. Получить представление о последовательности проектирования изделий и основных стадиях выполнения конструкторской разработки; первичные навыки практического проектирования и конструирования механических устройств.

4. Формировать и развивать творческие начала личности при выполнении расчетно-графической работы и углублённой проработке раздела курса в процессе самостоятельной работы.

Понятия: машина, механизм, агрегат. Классификация машин.

Машина — техническое устройство, выполняющее преобразование энергии, материалов и информации с целью облегчения физического и умственного труда человека, повышения его качества и производительности.

Современная машина состоит главным образом из питающих устройств, исполнительных механизмов с рабочими органами, приводного механизма, а также устройств управления, регулирования, защиты и блокировки.

Питающее устройство предназначено для непрерывной или периодической подачи исходной продукции или сырья в машину с возможностью их дозирования по массе или объему в зависимости от требований технологического процесса.

Исполнительный механизм предназначен для передачи движения рабочим органам машины. Этот механизм включает ведомое звено, с которым соединяются рабочие органы, и ведущее звено, которое связано с приводным механизмом.

Рабочие органы машины непосредственно воздействуют на обрабатываемый продукт согласно заданному технологическому процессу. В некоторых случаях технологический процесс в машине осуществляется несколькими рабочими органами, каждый из которых выполняет определенную операцию. Такие машины называются сложными в отличие от простых машин с одним рабочим органом.

Устройства управления осуществляют пуск и остановку машины, а также контроль над ее работой. Механизмы регулирования обеспечивают заданный режим работы машины, а механизмы защиты и блокировки применяются для предотвращения неправильного включения машин и предупреждения производственного травматизма.

Конструкция машин и аппаратов составляется из деталей, узлов, механизмов. Деталь — это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Совокупность одной или нескольких неподвижно соединенных деталей называется узлом.

Система узлов, в которой движение одного или нескольких ведущих узлов вызывает движение остальных, называется механизмом.

В учебной литературе используются несколько определений механизма:

1. Механизмом называется система твердых тел, предназначенная для передачи и преобразования заданного движения одного или нескольких тел в требуемые движения других твердых тел.

2. Механизм — кинематическая цепь, в состав которой входит неподвижное звено (стойка) и число степеней свободы которой равно числу обобщенных координат, характеризующих положение цепи относительно стойки.

3. Механизмом называется устройство для передачи и преобразования движений и энергий любого рода.

4. Механизм — система твердых тел, подвижно связанных путем соприкосновения и движущихся определенным, требуемым образом относительно одного из них, принятого за неподвижное.

К механизмам в технике относят:

— винтовые и клиновые пары;

— передачи с гибкими звеньями (ременные и цепные);

— гидравлические и пневматические механизмы (поршневые группы, насосы, компрессоры, золотниковые пары).

Совокупность механизмов образует машину. Для управления режимом машины и аппараты снабжаются контрольно-измерительными, регулирующими, сигнализирующими, автоматизирующими и управляющими приборами.

Машинным агрегатом называется техническая система, состоящая из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенная для выполнения каких-либо требуемых функций. Обычно в состав машинного агрегата входят: двигатель, передаточный механизм и рабочая или энергетическая машина. В настоящее время в состав машинного агрегата часто включается контрольно-управляющая или кибернетическая машина. Передаточный механизм в машинном агрегате необходим для согласования механических характеристик двигателя с механическими характеристиками рабочей или энергетической машины.

Аппаратом называют такую машину, в которой протекают тепловые, химические, биохимические, электрические и другие процессы, причем для их проведения и интенсификации, а также транспортирования перерабатываемой продукции используют различные приспособления, производящие перемешивание, нагревание, охлаждение и проч.

В настоящее время принято различать четыре вида машин.

1. Энергетические машины — преобразующие энергию одного вида в энергию другого вида. Эти машины бывают двух разновидностей:

Машины-двигатели, преобразующие любой вид энергии в механическую. К таким машинам относятся, например, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, паровые машины

Машины-генераторы, преобразующие механическую энергию в энергию другого вида. Например: электрогенератор преобразующий механическую энергию паровой или гидравлической турбины в электрическую.

2. Рабочие машины — машины использующие механическую энергию для совершения работы по перемещению и преобразованию материалов. Эти машины тоже имеют две разновидности: технологические и транспортные. Технологические машины преобразуют обрабатываемую продукцию (которая может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии), изменяя ее форму, свойства, состояние и положение.

Транспортные машины осуществляют только изменение положения объекта воздействия. К транспортным машинам относятся автомобили, погрузчики, конвейеры, лифты, подъемники и др. Эти машины составляют предмет изучения студентами специальностей 150200 и …..

3. Информационные машины — машины, предназначенные для обработки и преобразования информации. Они подразделяются на:

Математические машины, преобразующие входную информацию в математическую модель исследуемого объекта.

Контрольно-управляющие машины, преобразующие входную информацию (программу) в сигналы управления рабочей или энергетической машиной.

4. Кибернетические машины — машины управляющие рабочими или энергетическими машинами, и способные изменять программу своих действий в зависимости от состояния окружающей среды (т.е. машины обладающие элементами искусственного интеллекта).