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기계.

Machine
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혼다 F1 경주용 자동차 엔진

기계는 힘을 가하고 동작을 수행하기 위해 움직임을 제어하기 위해 힘을 사용하는 물리적 시스템입니다.이 용어는 엔진이나 모터를 사용하는 인공 장치뿐만 아니라 분자 기계와 같은 자연 생물학적 거대 분자에도 일반적으로 적용됩니다.기계는 동물과 사람에 의해, 바람과 물과 같은 자연력에 의해, 그리고 화학적, 열 또는 전기적 동력에 의해 구동될 수 있고, 출력력과 움직임의 특정한 적용을 달성하기 위해 액추에이터 입력을 형성하는 메커니즘의 시스템을 포함합니다.또한 성능을 모니터링하고 이동을 계획하는 컴퓨터와 센서를 포함할 수 있는데, 이를 기계 시스템이라고도 합니다.

르네상스 시대의 자연 철학자들은 부하를 움직이는 기본적인 장치인 6개의 단순한 기계를 발견했고, 오늘날 기계적인 장점으로 알려진 출력력과 입력력의 비율을 계산했습니다.[1]

현대 기계는 구조적 요소, 메커니즘 및 제어 구성 요소로 구성된 복잡한 시스템으로 편리하게 사용할 수 있도록 인터페이스를 포함합니다.예를 들어, 기차, 자동차, 보트 및 비행기와 같은 다양한 차량, 컴퓨터, 건물 공기 처리 및 물 처리 시스템을 포함한 가정 및 사무실의 가전 제품, 농기계, 공작기계 및 공장 자동화 시스템 및 로봇 등을 들 수 있습니다.

Bonsack's machine
1880년에 발명되어 1881년에 특허를 받은 제임스 앨버트 분삭의 담배 압연기

어원

영어 단어 기계는 라틴어 마키나(machina)에서 유래한 중세 프랑스어를 통해 왔는데, 이는 결국 그리스어(Doric μα χα νά makhana, Ionic μ ηχα νή 메카네 '반전, 기계, 엔진', μ ῆχος 메카네 '수단, 편법, 구제'에서 유래한 것)에서 유래했습니다.기계적(그리스어: μ ηχα νικός)이라는 단어는 같은 그리스 어근에서 유래했습니다.더 넓은 의미의 '천, 구조'는 고전 라틴어에서 발견되지만 그리스어에서는 발견되지 않습니다.이 의미는 후기 중세 프랑스어에서 발견되며, 16세기 중반에 프랑스어에서 영어로 채택되었습니다.

17세기에 기계라는 단어는 현재 파생된 기계에 의해 표현되는 의미인 계획이나 플롯을 의미할 수도 있었습니다.현대적인 의미는 16세기 후반과 17세기 초반에 극장에서 사용되는 무대 엔진과 군사용 포위 엔진에 이 용어를 특수하게 적용한 것에서 발전했습니다.OED는 공식적이고 현대적인 의미를 John Harris(John Harris)의 Lexicon Technicum(1704)에서 찾을 수 있으며, 여기에는 다음과 같은 내용이 포함됩니다.

기계 또는 엔진은 메카닉스에서 물체의 운동을 일으키거나 멈추기에 충분한 힘을 가지고 있습니다.단순 기계는 일반적으로 숫자, viz. 발란스, 레버, 풀리, 휠, 웨지, 나사에서 6으로 계산됩니다.복합 기계 또는 엔진은 셀 수 없이 많습니다.

해리스와 후대의 언어 모두에서 (거의) 동의어로 사용된 엔진이라는 단어는 궁극적으로 (구 프랑스어를 통해) 라틴어의 천재성, 발명에서 유래했습니다.

역사

윈체스터에서 발견된 플린트 손도끼

부싯돌을 깎아 쐐기를 만들어 만든 손도끼는 사람의 손에서 도구의 힘과 움직임을 가로로 쪼개는 힘과 움직임을 공작물의 움직임으로 변형시킵니다.손도끼는 쐐기의 첫 번째 예로, 6개의 고전적인 단순 기계 중 가장 오래된 것이며, 대부분의 기계가 그 기초를 두고 있습니다.두 번째로 오래된 단순한 기계는 선사시대부터 무거운 물건을 옮길 때 사용되어 [6]온 경사면(램프)이었습니다.[7][8]

다른 네 개의 간단한 기계들은 고대 근동에서 발명되었습니다.[9]바퀴는 바퀴와 차축 메커니즘과 함께 기원전 5천년 동안 메소포타미아(현재의 이라크)에서 발명되었습니다.[10]레버 메커니즘은 약 5,000년 전 근동에서 처음 등장했는데, 그곳에서 간단한 균형 척도로 사용되었고,[11] 고대 이집트 기술에서 큰 물체를 움직이기 위해 사용되었습니다.[12]지렛대는 기원전 3000년 메소포타미아에 등장한 최초의 크레인 기계인 물을 들어올리는 장치의 그림자에도 사용되었으며,[11] 그 후 기원전 2000년 고대 이집트 기술에도 사용되었습니다.[13]도르래에 대한 최초의 증거는 기원전 2천년 초 메소포타미아,[14] 그리고 제12왕조 (기원전 1991년-1802년)의 고대 이집트로 거슬러 올라갑니다.[15]간단한 기계들 중 마지막으로 발명된 나사는 기원전 911-609년 신아시리아 시대에 메소포타미아에서 처음으로 나타났습니다.[16][17]이집트 피라미드는 6개의 단순한 기계들 중 3개, 경사면, 쐐기, 지렛대를 사용하여 지어졌습니다.[18]

세가지 간단한 기계들은 기원전 3세기경 그리스 철학자 아르키메데스에 의해 연구되고 기술되었습니다: 레버, 도르래, 나사.[19][20]아르키메데스는 지렛대에서 기계적 이점의 원리를 발견했습니다.[21]나중에 그리스 철학자들은 고전적인 다섯 개의 단순한 기계를 정의했고 그것들의 기계적인 장점을 대략적으로 계산할 수 있었습니다.[1]알렉산드리아의 영웅 (서기 10–75년)c.은 그의 작품 메카닉스에서 레버, 윈드글라스, 풀리, 쐐기, 나사 등 "움직이는 짐"을 설정할 수 있는 다섯 가지 메커니즘을 나열하고 [20]그 제조와 용도를 설명합니다.[22]그러나 그리스인들의 이해는 정적(힘의 균형)에 한정되어 있었고 역학(힘과 거리의 균형)이나 일의 개념은 포함되어 있지 않았습니다.[citation needed]

수차를 동력으로 하는 광석 파쇄기

가장 초기의 실용적인 풍력 발전 기계인 풍차와 풍력 펌프는 이슬람 황금 시대 동안 이슬람 세계에 처음으로 등장했습니다. 지금의 이란, 아프가니스탄, 파키스탄은 서기 9세기까지입니다.[23][24][25][26]가장 초기의 실용적인 증기 동력 기계는 증기 터빈에 의해 구동되는 증기 잭으로, 1551년에 오스만 이집트의 Taki ad-Din Muhammad ibn Ma'ruf에 의해 기술되었습니다.[27][28]

면 진은 서기 6세기에 인도에서 발명되었고,[29] 물레는 11세기 초에 이슬람 세계에서 발명되었는데,[30] 둘 다 면 산업의 성장에 기본적인 역할을 했습니다.물레방아 또한 물레방아 제니의 선구자였습니다.

가장 초기의 프로그램 가능한 기계들은 이슬람 세계에서 개발되었습니다.프로그램 가능한 악기인 음악 순서기는 프로그램 가능한 가장 초기의 기계였습니다.최초의 음악 순서기는 바누 무사 형제가 9세기에 발명한 자동 플루트 연주기로, 그들의 기발한 장치에 기술되어 있습니다.[32][33]1206년, 알자자리는 프로그래밍이 가능한 오토마타/로봇을 발명했습니다.그는 프로그램이 가능한 드럼 머신에 의해 작동되는 드럼 연주자를 포함하여 4명의 오토마톤 음악가들을 묘사했습니다. 그들은 다른 리듬과 다른 드럼 패턴을 연주하도록 만들어질 수 있었습니다.[34]

르네상스 시대 동안, 기계강국의 역학은 단순한 기계라고 불리우는 것처럼, 그들이 얼마나 유용한 일을 수행할 수 있는지의 관점에서 연구되기 시작했고, 결국 기계 작업이라는 새로운 개념으로 이어졌습니다.1586년 플랑드르의 기술자 사이먼 스테빈은 경사면의 기계적인 장점을 도출했고, 그것은 다른 단순한 기계들과 함께 포함되었습니다.간단한 기계에 대한 완전한 동역학 이론은 1600년 이탈리아 과학자 갈릴레오 갈릴레이에 의해 르 메카니체("On Mechaniche")에서 발견되었습니다.[35][36]그는 단순한 기계가 에너지를 만드는 것이 아니라 단지 에너지를 변형시킨다는 것을 처음으로 이해했습니다.[35]

기계의 미끄럼 마찰에 대한 고전적인 규칙은 레오나르도 다빈치 (1452–1519)에 의해 발견되었지만, 그의 공책에는 출판되지 않았습니다.그것들은 Guillaume Amontons (1699)에 의해 재발견되었고 Charles-Augustin de Coulomb (1785)에 의해 더욱 발전되었습니다.[37]

제임스 와트(James Watt)는 1782년에 자신의 평행 운동 연결 장치에 대한 특허를 취득했으며, 이것은 증기 기관의 이중 작동을 실용적으로 만들었습니다.[38]볼튼 앤 와트 증기 기관과 후에 동력 증기 기관차, 증기선, 공장을 설계합니다.

산업혁명은 1750년부터 1850년까지 농업, 제조업, 광업, 운송, 기술의 변화가 그 시대의 사회적, 경제적, 문화적 조건에 지대한 영향을 미쳤던 시기입니다.그것은 영국에서 시작되었고, 그 후 서유럽, 북미, 일본, 그리고 결국 세계의 나머지 지역으로 퍼져나갔습니다.

18세기 후반을 기점으로 영국의 이전 수작업 및 징용 동물 기반 경제에서 기계 기반 제조로의 전환이 시작되었습니다.그것은 섬유 산업의 기계화, 제철 기술의 발달과 정제 석탄의 사용 증가로 시작되었습니다.[39]

심플머신

주요 기사:심플머신
Chambers의 Cyclop æ디아, 1728년에 나온 간단한 메커니즘의 표.단순한 기계는 더 복잡한 기계를 이해하기 위한 "어휘"를 제공합니다.

아르키메데스는 기계가 단순하게 움직일 수 있는 요소로 분해될 수 있다는 생각에 레버, 도르래, 나사를 단순한 기계로 정의하게 되었습니다.르네상스 시대에 이 목록은 바퀴와 축, 쐐기와 경사면을 포함하도록 증가했습니다.기계를 특성화하는 현대적인 접근법은 관절이라고 알려진 움직임을 허용하는 구성 요소에 초점을 맞추고 있습니다.

쐐기(손도끼):아마도 전력을 관리하기 위해 고안된 장치의 첫번째 예는 biface and Olorgesailie라고도 불리는 손도끼일 것입니다.손도끼는 돌, 일반적으로 부싯돌을 깎아 양면 가장자리, 즉 쐐기를 형성함으로써 만들어집니다.쐐기는 공구의 횡방향 힘과 움직임을 횡방향 분할력과 공작물의 움직임으로 변환시키는 단순한 기계입니다.사용 가능한 동력은 도구를 사용하는 사람의 노력에 의해 제한되지만, 동력은 힘과 움직임의 산물이기 때문에 쐐기는 움직임을 줄임으로써 힘을 증폭시킵니다.이 증폭 또는 기계적 장점은 입력 속도와 출력 속도의 비율입니다.쐐기의 경우 이 값은 1/tanα로 주어지며, 여기서 α는 팁 각도입니다.쐐기의 면은 직선으로 모델링되어 슬라이딩 또는 각형 접합부를 형성합니다.

레버: 레버는 전력을 관리하기 위한 또 하나의 중요하고 간단한 장치입니다.이것은 갈고리를 중심으로 회전하는 몸입니다.피벗에서 멀리 떨어진 지점의 속도가 피벗 근처 지점의 속도보다 크기 때문에 피벗에서 멀리 가해지는 힘은 피벗 근처에서 관련 속도 감소로 증폭됩니다.a가 피벗에서 입력 힘이 가해진 지점까지의 거리이고 b가 출력 힘이 가해진 지점까지의 거리라면 a/b가 레버의 기계적 장점입니다.레버의 핵심 부분은 힌지 또는 회전 조인트로 모델링됩니다.

바퀴: 바퀴는 전차와 같은 중요한 초기 기계입니다.바퀴는 하중을 당길 때 마찰을 극복하는 데 필요한 힘을 줄이기 위해 레버의 법칙을 사용합니다.지면의 하중을 당기는 것과 관련된 마찰력이 휠 축의 하중을 지지하는 단순한 베어링의 마찰력과 거의 동일하다는 것을 알 수 있습니다.그러나, 휠은 베어링의 마찰 저항을 극복하기 위해 당기는 힘을 확대하는 레버를 형성합니다.

Illustration of a Four-bar linkage from Kinematics of Machinery, 1876
기계의 운동학에서 나온 4개의 마디 연결 그림, 1876

새로운 기계의 설계를 위한 전략을 제공하기 위한 단순한 기계의 분류는 800대 이상의 기본 기계를 수집하고 연구한 프란츠 레울로(Franz Ruleau)에 의해 개발되었습니다.[41]그는 고전적인 단순한 기계들이 경첩을 중심으로 회전하는 몸체에 의해 형성되는 레버, 풀리, 바퀴와 축, 그리고 마찬가지로 평평한 표면에서 미끄러지는 블록인 경사면, 쐐기와 나사로 분리될 수 있다는 것을 인식했습니다.[42]

단순 기계는 증기 엔진에서 로봇 조작기에 이르는 기계 시스템을 모델링하는 데 사용되는 운동학적 체인 또는 연결의 기본적인 예입니다.힌지 조인트(hyped joint)라고 하는 운동학적 쌍의 예로는 레버의 각 부분을 형성하는 베어링과 휠, 차축 및 도르래가 회전할 수 있는 베어링을 들 수 있습니다.마찬가지로, 경사면의 평평한 표면과 쐐기는 슬라이딩 조인트라고 불리는 운동학적 쌍의 예입니다.나사는 일반적으로 헬리컬 조인트라고 불리는 자체 운동학적 쌍으로 식별됩니다.

이러한 깨달음은 기계의 주요 요소인 관절, 즉 움직임을 제공하는 연결 부분임을 보여줍니다.회전 조인트, 슬라이딩 조인트, 캠 조인트, 기어 조인트 등 4종류의 조인트와 케이블, 벨트 등의 관련 연결로 시작하여, 이들 조인트를 연결하는 견고한 부품의 집합체로서 기계를 메커니즘(mechanism)[43]이라고 하는 이해하는 것이 가능합니다.

두 개의 레버, 즉 크랭크는 하나의 크랭크의 출력을 다른 크랭크의 입력에 연결하는 링크를 부착함으로써 평면형 4-바 연결로 결합됩니다.추가 링크를 부착하여 6개의 막대 링크를 형성하거나 직렬로 연결하여 로봇을 형성할 수 있습니다.[43]

기계장치

Boulton & Watt Steam Engine
볼튼 & 와트 증기기관, 1784

기계 시스템은 힘과 움직임을 수반하는 일을 완수하기 위해 힘을 관리합니다.현대 기계는 (i) 힘과 움직임을 발생시키는 동력원 및 액추에이터들, (ii) 출력 힘과 움직임의 특정한 적용을 달성하도록 액추에이터 입력을 형성하는 메커니즘들의 시스템, (iii) 출력을 성능 목표와 비교한 후 액추에이터 입력을 지시하는 센서들을 갖는 제어기,그리고 (iv) 레버, 스위치 및 디스플레이로 구성된 조작자에 대한 인터페이스.이것은 피스톤을 구동하기 위해 증기가 팽창함으로써 동력이 공급되는 와트의 증기 엔진에서 볼 수 있습니다.워킹 빔, 커플러 및 크랭크는 피스톤의 선형 이동을 출력 풀리의 회전으로 변환합니다.마지막으로 풀리 회전은 피스톤 실린더로 유입되는 증기를 위한 밸브를 제어하는 플라이볼 거버너를 구동합니다.

"기계적"이라는 형용사는 움직임, 물리적 힘, 속성 또는 역학에 의해 다루어지는 것과 같은 작용과 관련되거나 그에 의해 야기되는 것뿐만 아니라 예술 또는 과학의 실용적인 적용에 있어서의 기술을 말합니다.[44]마찬가지로 메리엄-웹스터 사전은[45] "기계적"을 기계 또는 도구와 관련된 것으로 정의합니다.

기계를 통한 동력 흐름은 레버와 기어 트레인에서부터 자동차와 로봇 시스템에 이르기까지 다양한 장치의 성능을 이해할 수 있는 방법을 제공합니다.독일의 기계공 프란츠 뢰레오는[46] "기계는 저항력을 가진 물체들의 조합으로, 그들의 수단에 의해 자연의 기계적 힘이 어떤 단호한 움직임을 동반하는 일을 하도록 강요될 수 있습니다"라고 썼습니다.힘과 운동이 결합하여 힘을 정의한다는 것에 주목합니다.

보다 최근에, Uicker et al.[43] 은 기계가 "전원을 인가하거나 방향을 바꾸기 위한 장치"라고 언급했습니다."McCarthy와 Soh는[47] 기계를 "일반적으로 동력원과 이 동력의 조절된 사용을 위한 메커니즘으로 구성된 시스템"이라고 설명합니다.

전원

자동차의 디젤 엔진, 마찰 클러치 및 기어 변속기
벨기에 웨스트플란다스 즈베젬의 초기 Ganz 발전기

인간과 동물의 노력은 초기 기계의 원천이었습니다.[citation needed]

물레방아: 물레방아는 흐르는 물을 이용하여 곡물을 도정하고 목재, 가공 및 직물 작업에 적용되는 회전 운동을 생성하기 위해 기원전 300년경에 전 세계에 나타났습니다.현대의 수력 터빈은 발전기를 구동하기 위해 댐을 흐르는 물을 사용합니다.

풍차: 초기 풍차는 제분 작업을 위해 회전 운동을 발생시키기 위해 풍력을 포착했습니다.현대의 풍력 터빈은 발전기도 구동합니다.이 전기는 기계 시스템의 액추에이터를 형성하는 모터를 구동하는 데 사용됩니다.

엔진(engine): 엔진(engine)이란 단어는 "천재"에서 유래한 것으로, 원래는 물리적 장치일 수도 있고 아닐 수도 있는 장치를 말합니다.[48]증기 기관은 압력 용기에 담긴 물을 끓이기 위해 열을 사용합니다. 팽창하는 증기는 피스톤 또는 터빈을 구동합니다.이 원리는 알렉산드리아 영웅의 에올리필레에서 볼 수 있습니다.이것은 외연기관이라고 불립니다.

자동차 엔진은 실린더 안에서 연료(발열 화학 반응)를 연소시켜 팽창하는 가스를 이용해 피스톤을 구동하기 때문에 내연기관이라고 불립니다.제트 엔진은 연료와 함께 연소된 공기를 압축하기 위해 터빈을 사용하여 노즐을 통해 팽창하여 항공기에 추력을 제공하며, 또한 "내연 엔진"입니다.

발전소:보일러에서 석탄과 천연가스 연소로 발생하는 열은 증기를 발생시켜 증기 터빈을 구동시켜 발전기를 회전시킵니다.원자력 발전소는 증기와 전력을 생산하기 위해 원자로의 열을 사용합니다.이 전력은 산업용 및 개인용 송전선망을 통해 분배됩니다.

모터: 전기 모터는 AC 또는 DC 전류를 사용하여 회전 운동을 발생시킵니다.전기 서보 모터는 로봇 시스템에서 현대 항공기에 이르는 기계 시스템의 작동 장치입니다.

유체 동력: 유압 및 공압 시스템은 전기 구동 펌프를 사용하여 물 또는 공기를 실린더로 각각 구동하여 선형 운동을 구동합니다.

전기화학:화학물질과 물질도 힘의 원천이 될 수 있습니다.[50]그들은 배터리의 경우처럼 화학적으로 고갈되거나 재충전이 필요할 수도 있고,[51] 태양 전지나 열전 발전기의 경우처럼 그들의 상태가 변하지 않고 전력을 생산할 수도 있습니다.[52][53]하지만 이 모든 것들은 여전히 다른 곳에서 오는 에너지를 필요로 합니다.배터리의 경우, 그것은 이미 내부에 존재하는 화학적 위치 에너지입니다.[51]태양 전지와 열전기에서 에너지원은 각각 빛과 열입니다.[52][53]

매커니즘

기계 시스템의 메커니즘은 기계 요소라고 불리는 구성 요소들로부터 조립됩니다.이러한 요소는 시스템의 구조를 제공하고 시스템의 움직임을 제어합니다.

구조적 구성요소는 일반적으로 프레임 부재, 베어링, 스플라인, 스프링, 씰, 체결구 및 커버입니다.커버의 모양, 질감 및 색상은 기계 시스템과 사용자 간의 스타일링 및 작동 인터페이스를 제공합니다.

움직임을 제어하는 어셈블리를 "메커니즘"이라고도 부릅니다.[46][54]메커니즘은 일반적으로 기어 및 기어 트레인으로 분류되며, 벨트 구동 및 체인 구동, 캠 및 팔로워 메커니즘 및 링크를 포함하지만 클램핑 링크, 인덱싱 메커니즘, 브레이크 및 클러치와 같은 다른 특수 메커니즘이 있습니다.

메커니즘의 자유도 또는 메커니즘의 이동성은 링크 및 조인트의 수와 메커니즘을 구성하는 데 사용되는 조인트의 유형에 따라 달라집니다.메커니즘의 일반적인 이동성은 링크의 비제약 자유와 조인트에 의해 부과되는 제약의 수 사이의 차이입니다.그것은 체비체프-그뤼블러-쿠츠바흐 기준에 의해 설명됩니다.

기어 및 기어 트레인

안티키테라(Antikythera) 메커니즘(주요 단편)

접촉하는 톱니바퀴 사이의 회전 전달은 그리스의 안티키테라 메커니즘과 중국의 남향 전차로 거슬러 올라갈 수 있습니다.르네상스 과학자 게오르기우스 아그리콜라의 삽화는 원통형 이빨을 가진 톱니바퀴 열차를 보여줍니다.인베루투스 치아의 구현은 일정한 속도 비율을 제공하는 표준 기어 설계를 산출했습니다.기어 및 기어 트레인의 몇 가지 중요한 특징은 다음과 같습니다.

캠 및 팔로워 메커니즘

캠과 팔로워는 두 개의 특수 형상 링크가 직접 접촉함으로써 형성됩니다.구동 링크를 캠(캠 축 참조)이라고 하고 표면의 직접 접촉을 통해 구동되는 링크를 팔로워라고 합니다.캠과 팔로워의 접촉면의 모양에 따라 메커니즘의 움직임이 결정됩니다.

연결고리

항공기 착륙 기어를 위치시키는 액츄에이터 및 4-바 링크의 개략도

연결은 이음매로 연결된 연결의 집합입니다.일반적으로 링크는 구조적인 요소이고 조인트는 이동을 허용합니다.아마도 가장 유용한 단일 예는 평면형 4개 막대 연결일 것입니다.그러나 더 많은 특별한 연결고리가 있습니다.

  • 와트의 연결은 대략적인 직선을 생성하는 4개의 막대 연결입니다.그것은 증기 기관에 대한 그의 설계의 작동에 매우 중요했습니다.이 링크는 휠에 대한 차체의 좌우 이동을 방지하기 위해 차량 서스펜션에서도 나타납니다.Parallel motion 기사도 참조하십시오.
  • Watt의 연결 성공은 Hoeken의 연결과 Chebyshev의 연결과 같은 유사한 근사 직선 연결의 설계로 이어집니다.
  • Paucellier 링크는 회전 입력에서 실제 직선 출력을 생성합니다.
  • 사루스 연결은 회전 입력에서 직선 이동을 생성하는 공간 연결입니다.
  • 클란 링크와 얀센 링크는 흥미로운 보행 동작을 제공하는 최근의 발명품입니다.각각 6바와 8바 링크입니다.

평면 메커니즘

평면 메커니즘은 시스템의 모든 물체에 있는 점의 궤적이 지면과 평행한 평면에 놓이도록 제한되는 기계 시스템입니다.시스템의 몸체를 연결하는 힌지 조인트의 회전축은 이 접지면에 수직입니다.

구형 메커니즘

구면 메커니즘은 물체가 시스템의 점들의 궤적들이 동심원 위에 놓여있는 방식으로 움직이는 기계적인 시스템입니다.시스템에서 몸체를 연결하는 힌지 조인트의 회전축은 이 원의 중심을 통과합니다.

공간 메커니즘

공간 메커니즘(spatial mechanism)은 점 궤적이 일반적인 공간 곡선인 방식으로 움직이는 적어도 하나의 몸체를 가진 기계 시스템입니다.시스템에서 몸체를 연결하는 힌지 조인트의 회전축은 교차하지 않는 공간에서 선을 형성하고 뚜렷한 공통적인 법선을 갖습니다.

굴곡 매커니즘

굴곡 메커니즘은 힘을 가했을 때 기하학적으로 잘 정의된 움직임을 생성하도록 설계된 순응 요소(굴곡 조인트라고도 함)에 의해 연결된 일련의 강체로 구성됩니다.

기계요소

기계의 기본적인 기계적 구성 요소를 기계 요소라고 합니다.이 요소들은 프레임 부재, 베어링, 액슬, 스플라인, 파스너, 씰 및 윤활유와 같은 세 가지 기본 유형(i) 구조적 구성 요소, (ii) 기어 트레인, 벨트 또는 체인 드라이브와 같은 다양한 방식으로 움직임을 제어하는 메커니즘, 링크, 브레이크 및 클러치를 포함한 캠 및 팔로워 시스템 및 (iii) 제어 구성 요소로 구성됩니다.버튼, 스위치, 인디케이터, 센서, 액츄에이터 및 컴퓨터 컨트롤러.[55]일반적으로 기계 요소로 간주되지는 않지만 커버의 모양, 질감 및 색상은 기계의 기계적 구성 요소와 사용자 간의 스타일링 및 작동 인터페이스를 제공하는 기계의 중요한 부분입니다.

구조구성요소

다수의 기계 요소는 프레임, 베어링, 스플라인, 스프링 및 씰과 같은 중요한 구조적 기능을 제공합니다.

  • 메커니즘의 프레임이 중요한 기계 요소라는 인식은 3-바 연결이라는 이름을 4-바 연결로 바꾸었습니다.프레임은 일반적으로 트러스 또는 보 요소로 조립됩니다.
  • 베어링은 움직이는 요소 사이의 인터페이스를 관리하기 위해 설계된 부품으로 기계에서 마찰의 원인이 됩니다.일반적으로 베어링은 순수 회전 또는 직선 이동을 위해 설계됩니다.
  • 스플라인 및 키는 휠, 풀리 또는 기어에 액슬을 안정적으로 장착하여 연결부를 통해 토크를 전달할 수 있도록 하는 두 가지 방법입니다.
  • 스프링은 기계의 구성 요소를 제자리에 고정하거나 기계의 일부를 지지하는 서스펜션 역할을 할 수 있는 힘을 제공합니다.
  • 물, 뜨거운 가스 또는 윤활유와 같은 유체가 교합면 사이에서 새지 않도록 기계의 교합 부분 사이에 씰을 사용합니다.
  • 나사, 볼트, 스프링 클립 및 리벳과 같은 고정 장치는 기계의 부품 조립에 매우 중요합니다.고정 장치는 일반적으로 제거 가능한 것으로 간주됩니다.반대로 용접, 납땜, 크림핑 및 접착제 도포와 같은 접합 방법은 부품을 분해하기 위해 부품을 절단해야 합니다.

컨트롤러

컨트롤러는 센서, 로직 및 액츄에이터를 결합하여 기계의 구성 요소의 성능을 유지합니다.아마도 가장 잘 알려진 것은 증기기관용 플라이볼 거버너일 것입니다.이러한 장치들의 예들은 온도가 상승함에 따라 밸브를 개방하는 서모스탯으로부터 냉각수에 이르기까지 자동차의 크루즈 컨트롤 시스템과 같은 속도 제어기에 이르기까지 다양합니다.프로그래머블 로직 컨트롤러는 릴레이와 특수 제어 메커니즘을 프로그래머블 컴퓨터로 대체했습니다.전기적 명령에 따라 샤프트를 정확하게 위치시키는 서보모터는 로봇 시스템을 가능하게 하는 액추에이터입니다.

컴퓨팅 머신

Arithmometr computing machine
Charles Xavier Thomas, c. 1820년 산술의 네 가지 규칙을 위해 설계된 산술계, 1866-1870 AD 제조.스웨덴 스톡홀름 테크니스카 박물관에서 전시.

찰스 배비지(Charles Babbage)는 1837년에 로그와 다른 함수를 표로 표시하는 기계를 설계했습니다.그의 Difference 엔진은 진보된 기계식 계산기로 여겨질 수 있고, 그의 Analytical Engine은 현대 컴퓨터의 선구자로 여겨질 수 있지만, 배비지의 일생 동안 완성된 설계는 없었습니다.

산술계와 콤포미터는 현대 디지털 컴퓨터의 선구자인 기계식 컴퓨터입니다.현대 컴퓨터를 연구하는 데 사용되는 모델은 스테이트 머신(State machine)과 튜링 머신(Turing machine)이라고 불립니다.

분자기계

리보솜은 단백질 역학을 이용하는 생물학적 기계입니다.

생물학적 분자인 미오신은 ATP와 ADP에 반응하여 교대로 액틴 필라멘트와 결합하여 힘을 주는 방식으로 모양을 바꾼 다음, 모양을 다시 설정하기 위해 분리됩니다.이것은 근육을 수축시키는 분자 운동의 역할을 합니다.마찬가지로 생물학적 분자인 키네인은 미세관을 따라 분자를 이동시키고 세포 내의 소포를 운반하게 하는 미세관과 교대로 결합과 분리되는 두 부분과 세포 내부의 화물을 핵을 향해 이동시키고 운동성 섬모와 편모의 축삭 박동을 생성하는 다이네인이 있습니다."사실상, 운동성 실륨은 분자 복합체에 있는 600개 이상의 단백질로 구성된 나노 기계이며, 그 중 많은 것들은 독립적으로 나노 기계로서 기능하기도 합니다.유연한 링커는 그들에 의해 연결된 이동성 단백질 도메인이 그들의 결합 파트너를 모집하고 단백질 도메인 역학을 통해 장거리 알로스테리를 유도할 수 있도록 합니다."[56]다른[56] 생물학적 기계들은 에너지 생산을 담당하는데, 예를 들어 세포의 에너지 통화인 ATP를 합성하는 데 사용되는 터빈과 같은 움직임을 구동하기 위해 막을 가로지르는 양성자 구배의 에너지를 활용하는 ATP 합성효소입니다.[57]DNA를 복제하기 위한 DNA 중합효소,[citation needed] mRNA를 생산하기 위한 RNA 중합효소,[citation needed] 인트론을 제거하기 위한 스플라이소좀, 그리고 단백질을 합성하기 위한 리보솜을 포함한 다른 기계들도 유전자 발현에 책임이 있습니다.이 기계들과 그들의 나노 스케일 역학은 아직 인공적으로 만들어진 어떤 분자 기계들보다 훨씬 더 복잡합니다.[58]이 분자들은 점점 더 나노 기계로 여겨지고 있습니다.[citation needed]

연구원들은 DNA를 이용해 나노차원의 4마디 연결고리를 만들어냈습니다.[59][60]

영향

기계화 및 자동화

주요 기사:기계화 및 자동화
광석을 기르는 데 사용되는 수력으로 작동하는 광산 호이스트입니다.이 목판은 초기 채굴교재인 게오르크 바우어(Georg Bauer, 라틴어명 Georgius Agricola, 1555)의 데레 메탈리카(Dere metallica)에서 가져온 것입니다.

기계화 또는 기계화(BE)는 작업의 근육 요구 사항을 지원하거나 근육 작업을 대체하는 기계를 인간 작업자에게 제공하는 것입니다.일부 분야에서 기계화는 수공구의 사용을 포함합니다.공학이나 경제학과 같은 현대적인 용도에서 기계화는 수공구보다 더 복잡한 기계를 의미하며, 비기어 말이나 당나귀 방앗간과 같은 단순한 장치를 포함하지 않습니다.기어, 도르래 또는 띠와 벨트, 축, 캠 및 크랭크와 같은 수단을 사용하여 회전 운동에 속도 변화 또는 왕복 운동 변화를 일으키는 장치는 일반적으로 기계로 간주됩니다.전기화 이후, 대부분의 작은 기계들이 더 이상 손으로 작동하지 않게 되었을 때, 기계화는 엔진이 달린 기계와 동의어였습니다.[61]

자동화(Automation)는 제어 시스템과 정보 기술을 사용하여 상품과 서비스의 생산에 있어서 인간의 일에 대한 필요성을 줄이는 것입니다.산업화의 범위에서 자동화는 기계화를 넘어서는 단계입니다.기계화는 인간 운영자에게 작업의 근육 요구 사항을 지원하는 기계를 제공하는 반면, 자동화는 인간의 감각적, 정신적 요구 사항을 크게 감소시킵니다.자동화는 세계 경제와 일상 경험에서 점점 더 중요한 역할을 합니다.

오토마타

주요 기사:오토마톤

오토마톤(automaton)은 스스로 작동하는 기계입니다.이 단어는 때때로 로봇, 구체적으로 자율 로봇을 설명하는 데 사용됩니다.토이 오토마톤은 1863년에 특허를 받았습니다.[62]

메카닉스

어셔는[63] 알렉산드리아의 영웅의 역학에 관한 논문이 무거운 역기를 들어올리는 연구에 초점을 맞추고 있다고 보고했습니다.오늘날 역학은 기계 시스템의 힘과 움직임에 대한 수학적 분석을 의미하며, 이러한 시스템의 운동학과 역학에 대한 연구로 구성됩니다.

기계의 동역학

기계의 동적 분석은 베어링의 반응을 결정하기 위해 강체 모델에서 시작되며, 이때 탄성 효과가 포함됩니다.강체 역학은 외부 힘의 작용 하에서 상호 연결된 물체의 시스템의 움직임을 연구합니다.차체가 강성이라는 가정은 가해진 힘의 작용에 의해 변형되지 않는다는 것을 의미하며, 시스템의 구성을 설명하는 파라미터를 각 차체에 부착된 참조 프레임의 병진 및 회전으로 줄임으로써 해석을 단순화합니다.[64][65]

강체 시스템의 역학은 뉴튼 운동 법칙 또는 라그랑지안 역학을 사용하여 유도되는 운동 방정식에 의해 정의됩니다.이러한 운동 방정식의 해는 강체 시스템의 구성이 시간의 함수로서 어떻게 변화하는지를 정의합니다.강체 역학의 공식화와 해결은 기계 시스템의 컴퓨터 시뮬레이션에서 중요한 도구입니다.

기계의 운동학

기계의 동적 분석은 운동학적 분석으로 알려진 구성 요소 부분의 움직임 또는 운동학을 결정해야 합니다.시스템이 강성 구성 요소의 집합체라는 가정은 회전 및 병진 운동을 수학적으로 유클리드 변환 또는 강성 변환으로 모델링할 수 있게 합니다.이를 통해 구성 요소의 모든 점의 위치, 속도 및 가속도를 기준점에 대한 이러한 속성과 구성 요소의 각 위치, 각속도 및 각가속도로부터 결정할 수 있습니다.

기계설계

기계 설계는 기계의 라이프사이클의 3단계를 해결하기 위해 사용되는 절차와 기술을 말합니다.

  1. 필요성 확인, 요구사항 개발, 개념 생성, 프로토타입 개발, 제조 및 검증 테스트를 포함하는 발명
  2. 성능 엔지니어링에는 제조 효율성 향상, 서비스 및 유지보수 요구 감소, 기능 추가 및 효과 개선, 검증 테스트 등이 포함됩니다.
  3. 재활용은 폐로 및 폐기 단계이며 재료 및 부품의 회수 및 재사용을 포함합니다.

참고 항목

주요 기사:기계의 개요와 산업기계의 개요

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외부 링크