Coche

Una máquina ( del lat.  machina  - “dispositivo, estructura”, del otro griego μηχανή - “dispositivo, método”) es un dispositivo  técnico que realiza movimientos mecánicos para convertir energía , materiales e información [1] .

En una definición moderna más extendida que apareció con el desarrollo de la electrónica , una máquina es un objeto técnico que consta de partes funcionales interconectadas (partes, conjuntos, dispositivos, mecanismos , etc.) que utiliza energía para realizar las funciones que se le asignan [2] . En este sentido, una máquina puede contener o no partes mecánicamente móviles. Un ejemplo de tales dispositivos es una computadora electrónica ( computadora ), un transformador eléctrico [1] , un acelerador de partículas cargadas .

Las máquinas se utilizan para realizar ciertas acciones:

Son la principal herramienta para aumentar la productividad .

Una máquina simple  es un mecanismo que cambia la dirección o la magnitud de una fuerza sin consumir energía.

Historia

Desde tiempos prehistóricos se conocen varias máquinas simples ( palanca , rueda, polea ).

El primer prototipo conocido de una máquina compleja, como un dispositivo para convertir energía de un tipo a otro, fue una rueda de agua a granel , que los antiguos egipcios y persas usaban para el riego desde la antigüedad. Este dispositivo mecánico se utilizó para convertir la energía del agua que cae ( energía hidroeléctrica ) en la energía del movimiento de rotación .

En la era de la antigüedad , las máquinas como dispositivos mecánicos se utilizaban para mejorar las capacidades humanas en relación con un punto: levantar bloques , una palanca , carros con ruedas , una máquina amasadora, una prensa de tornillo , una barrena ( tornillo de Arquímedes ). Los andamios simples también se consideraban máquinas . Los prototipos de máquinas más complejas como ingeniosos dispositivos servían para entretener al público, como la máquina de vapor de Heron .

Durante el Imperio Romano , el diseño de máquinas pertenecía a la arquitectura y tenía un carácter aplicado [4] . Los principales esfuerzos de los ingenieros estaban dirigidos a mejorar el equipo militar y las herramientas manuales , las herramientas arrojadizas y los dispositivos para aserrar bloques de piedra.
En la era del Imperio Romano tardío y el Occidente medieval , la palabra "máquina" se aplicaba solo a las armas de asedio .

La creación de la máquina de vapor universal por James Watt en 1774 marcó el comienzo de la revolución técnica y el progreso tecnológico cada vez más acelerado. Aparecen equipos y sistemas de propulsión complejos, como la turbina de vapor inventada en 1889 por Gustaf de Laval , en 1870-1890 - el motor de combustión interna (gas - Nikolaus Otto , gasolina - Gottlieb Daimler y Karl Benz , diesel - Rudolf Diesel ), en 1889 año por Mikhail Dolivo-Dobrovolsky  - un motor eléctrico de corriente alterna .

El funcionamiento de las nuevas máquinas comienza a hacer un uso extensivo de los fenómenos de la mecánica, la termodinámica y el electromagnetismo. Los objetos técnicos se vuelven físicamente complejos. Para designar ciertos tipos de dispositivos técnicos, se introducen los términos " aparato ", " dispositivo ".

Históricamente, una máquina ha sido clasificada como un dispositivo que contiene partes móviles y sirve para convertir energía mecánica. Sin embargo, con el advenimiento y desarrollo de la electrónica , aparecieron máquinas sin partes móviles.

La base del dispositivo de una máquina mecánica son los mecanismos (por ejemplo, un mecanismo de manivela como parte de una máquina de vapor ). Externamente, diferentes máquinas pueden contener mecanismos similares o similares. Pero los componentes más importantes siguen siendo los mismos siempre, en todas las máquinas, tales como: motor, partes móviles, etc.

La máquina consta de un motor como fuente de energía (movimiento), dispositivos de transmisión y accionamiento y un sistema de control . Juntas, las primeras tres partes se conocen comúnmente como el conjunto del motor . Un dispositivo de transmisión mecánica se llama mecanismo de transmisión , y un actuador mecánico se llama actuador .

En las máquinas, el motor o el actuador (o ambos) realizan movimientos mecánicos. Las partes restantes de la máquina pueden basarse en otros principios de funcionamiento (por ejemplo, utilizar las leyes de la óptica, la electrodinámica, etc.).

Parte de la unidad de la máquina, incluidos el motor y el dispositivo de transmisión, es el accionamiento . Las máquinas utilizan accionamientos mecánicos y combinados: electromecánicos, optomecánicos, hidroelectromecánicos, etc.

El motor y / o el actuador de la máquina realizan una función determinada, realizando ciertos movimientos, por ejemplo, moviendo un pistón de bomba, un brazo de robot. El diseño de tales dispositivos consiste en crear mecanismos que proporcionen, en primer lugar, un tipo y una ley de movimiento determinados. Estos problemas se resuelven mediante métodos de la teoría de mecanismos y máquinas .

La principal característica del motor de un automóvil es la potencia que desarrolla . Una de las primeras unidades de medida de potencia fue el caballo de fuerza (hp). A pesar de que el Sistema Internacional de Unidades (SI) ha sido adoptado en la Federación Rusa y la unidad de potencia es el vatio , los caballos de fuerza continúan usándose en la actualidad.

Un dispositivo de transmisión mecánica (mecanismo de transmisión) está diseñado para transmitir energía mecánica. Es necesario coordinar la posición relativa y los parámetros de movimiento del motor y el actuador. Esto, a su vez, le permite subdividir los dispositivos de transmisión en los siguientes:

Clasificación de coches

Con cita previa

Casi cualquier máquina se puede clasificar en uno de los siguientes tres grupos:

La tendencia en el desarrollo de máquinas modernas es la creación de máquinas combinadas - unidades de máquinas. Una unidad de máquina es un sistema técnico que consta de una o más unidades unificadas conectadas en serie o en paralelo y diseñadas para realizar ciertas funciones útiles. Por lo general, la unidad de máquina incluye: motor , mecanismo de transmisión (puede haber varios o ninguno) y una máquina de trabajo o potencia . En la actualidad, la máquina de información se incluye a menudo en la composición de la unidad de máquina.

El uso de máquinas de información para controlar la energía y las máquinas de trabajo ha dado lugar a la aparición de máquinas cibernéticas que pueden adaptarse a los cambios del entorno a partir del uso de sistemas de inteligencia artificial: (robots , manipuladores, máquinas automáticas y sistemas de producción flexibles). La combinación de varias máquinas de trabajo en un diseño condujo a la aparición de máquinas cosechadoras, y la combinación de varias máquinas eléctricas impulsó el desarrollo de diseños híbridos .

Por grado de universalidad

Según el grado de versatilidad, las máquinas se dividen en tres grupos: universales, especializadas, especiales.

Por grado de automatización

Según el grado de automatización , todas las máquinas se dividen en máquinas manuales, máquinas automáticas y máquinas semiautomáticas.

  1. Las máquinas con control manual realizan sus funciones solo con la participación directa de una persona en su trabajo. Una persona pone en marcha la máquina, controla el funcionamiento de todos sus mecanismos y detiene la máquina después de realizar determinados trabajos u operaciones (máquinas para cortar metales y trabajar la madera, máquinas de construcción, máquinas de transporte y transporte, máquinas de coser , etc.).
  2. Un autómata es una máquina automática que realiza su función de acuerdo con un programa de control dado sin la participación directa de una persona en el proceso de procesamiento, transformación, transmisión y uso de objetos materiales, energía o información. Hay máquinas automáticas tecnológicas (por ejemplo, máquinas herramienta automáticas para corte de metales, máquinas automáticas de fundición, unidades automatizadas, etc.), energía (dispositivos automáticos y medios de sistemas de energía, máquinas y redes eléctricas), transporte ( autostop , piloto automático ), ordenadores, comercio (máquina para cocinar, máquina de tienda), máquinas domésticas. Según las condiciones de trabajo y el tipo de energía utilizada, existen máquinas automáticas que incluyen dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos (electrónicos), neumáticos y combinados.
  3. Los dispositivos automatizados (dispositivos semiautomáticos) son máquinas en las que el ciclo de trabajo, realizado en base a un programa de control predeterminado, se interrumpe y su repetición requiere la intervención humana obligatoria (cafetera, horno microondas , etc.).

Características generales de las máquinas

Una máquina sólo es apta para el uso al que está destinada si reúne las siguientes características requeridas:

En primer lugar, la máquina debe cumplir plenamente con los requisitos y normas de documentación de diseño, especificaciones y estándares.

Estructura funcional de las máquinas

Según las características funcionales, la estructura de la máquina incluye mecanismos interconectados , a cada uno de los cuales se le asigna una función específica. Los mecanismos pueden consistir en sólidos , contener componentes hidráulicos , neumáticos, eléctricos , cuyo funcionamiento se basa en el uso de cuerpos líquidos, gaseosos o corriente eléctrica, respectivamente.

Desde el punto de vista del propósito funcional, los mecanismos de las máquinas se dividen en los siguientes tipos:

Dependiendo del propósito, diseño y principio de operación de una máquina en particular, puede incluir varios mecanismos del mismo propósito (por ejemplo, mecanismos de motores o bombas, transmisión o actuadores) o algunos de los tipos de mecanismos considerados pueden estar ausentes. Una máquina de trabajo generalmente consta de tres mecanismos principales: un motor, una transmisión y un actuador, o el mecanismo de trabajo real, que determina la especialización de la máquina y por el cual se crea la máquina (máquina metalúrgica, cosechadora , etc.).

Estructura estructural

Estructuralmente, la máquina consta de partes, conjuntos y ensamblajes . Cada uno de estos elementos tiene un tema o especialización funcional, un propósito completo, y al mismo tiempo es consistente con otros elementos de la máquina, formando juntos una estructura operativa integral.

Piezas de máquinas

Detalle: un elemento de la máquina, que es un todo único, que no se puede desmontar sin destruirlo en partes constituyentes más simples. El número de piezas en las máquinas modernas alcanza decenas de miles. La ejecución de máquinas a partir de piezas se origina principalmente por la necesidad de asegurar los movimientos relativos (grados de libertad) de sus piezas. Pero las partes fijas y mutuamente fijas de las máquinas (enlaces) también están hechas de partes conectadas separadas. Esto permite utilizar materiales óptimos, restaurar rápidamente el rendimiento de las máquinas desgastadas, reemplazando solo piezas simples y desgastadas, lo que facilita su fabricación, brinda la posibilidad y la conveniencia del proceso de ensamblaje de la máquina.

De acuerdo con los signos de aplicación y prevalencia en ingeniería mecánica, las piezas se pueden dividir en grupos:

Componentes de la máquina

Nodo: una parte de la máquina, que es una conexión desmontable o de una sola pieza de varias partes, que se puede ensamblar por separado de otros componentes de la máquina o mecanismo y que es capaz de realizar ciertas funciones en productos del mismo propósito solo en junto con otros componentes. Una característica de cada nodo específico es que puede realizar sus funciones solo como parte de una máquina específica para la que está destinado. Los ejemplos típicos de conjuntos pueden ser carcasas soldadas, cilindros hidráulicos y neumáticos, mecanismos planetarios, dispositivos de frenado, bloques de husillo, embragues de rueda libre, válvulas de seguridad, etc.

Agregados

La unidad es una unidad de máquina normalizada que proporciona total intercambiabilidad y realiza de forma independiente sus funciones inherentes. Esto hace posible utilizar agregados no solo en el diseño de una máquina en particular, sino también ensamblar a partir de ellos, según las necesidades de producción, máquinas de diferentes diseños (unidades de máquina). Así, por ejemplo, en la producción de maquinaria, se utilizan mucho las máquinas modulares, que incluyen solo elementos normalizados (agregados) en forma de mesas de potencia, mesas giratorias de múltiples posiciones, cabezales de potencia, cajas de husillos y paneles hidráulicos. Gracias a las dimensiones de conexión estandarizadas, se pueden ensamblar máquinas modulares para diversos fines a partir de estos elementos.

Ejemplos típicos de las unidades que componen las máquinas son motores eléctricos , reductores, bombas, para diversos fines, unidades hidráulicas en forma de servomotores hidráulicos, generadores de corriente eléctrica , compresores y muchos otros. Algunas máquinas de producción agrícola se ensamblan a partir de agregados; un gran número de unidades forman parte de la construcción de maquinaria , equipos de transporte y transporte, máquinas de las industrias química y de procesamiento, trenes de laminación de producción metalúrgica .

Características de la interacción en el sistema "hombre-máquina"

El sistema "hombre-máquina" significa un sistema que incluye un operador humano (un grupo de operadores) y una máquina con la que se realiza la actividad laboral. El sistema "hombre-máquina" es un caso especial de sistemas de control en el que el funcionamiento de la máquina y la actividad humana están conectados por un solo lazo de control. Al organizar la relación entre una persona y una máquina, el papel principal pertenece no tanto a las propiedades anatómicas y fisiológicas como a las psicológicas de una persona: percepción, memoria , pensamiento , atención , etc. Su interacción informativa con la máquina depende en gran medida sobre las propiedades psicológicas de una persona. Las características de esta interacción es objeto de estudio de la psicología de la ingeniería, la teoría general de sistemas y su dirección aplicada, la ingeniería de sistemas.

Un sistema en la teoría general de sistemas se entiende como un complejo de elementos interrelacionados e interactuantes diseñados para resolver un solo problema. Los sistemas se pueden clasificar según varios criterios. Uno de ellos puede ser el grado de participación humana en el funcionamiento del sistema.

Desde este punto de vista, se distinguen los sistemas automáticos, automatizados y no automáticos. El funcionamiento del sistema automático se realiza sin intervención humana. En los sistemas no automáticos, las acciones de control son realizadas exclusivamente por una persona, y tanto una persona como los dispositivos técnicos participan en la operación de un sistema automatizado. Estrictamente hablando, son estos últimos sistemas los que son sistemas "hombre-máquina".

En la práctica, se utilizan una variedad de tipos de sistemas hombre-máquina. Los siguientes cuatro grupos de signos pueden ser la base de su clasificación:

Fundamentos científicos

La base científica para el desarrollo y funcionamiento de las máquinas es la ciencia de las máquinas  , una rama de la ciencia y la tecnología que se ocupa del diseño, los cálculos, los métodos y los medios de determinación experimental del estado deformado elásticamente; ensayo, fabricación, funcionamiento y reparación de piezas, conjuntos, mecanismos individuales y máquinas en su conjunto; creación de diseños racionales, aumento de la eficiencia, confiabilidad y durabilidad de las piezas de la máquina; desarrollo de nuevas soluciones técnicas y de diseño y mejora de las existentes que mejoren la calidad y la eficiencia del trabajo, independientemente del campo de la tecnología y el propósito de las máquinas.

Problemas generales de la ciencia de las máquinas

Los problemas mecánicos generales incluyen:

Problemas aplicados de ingeniería mecánica

Los problemas de ingeniería aplicada incluyen:

Cálculo, diseño y ensayo de máquinas

En esta dirección de la ciencia de las máquinas, los problemas reales son:

Otros significados

Véase también

Notas

  1. ↑ 1 2 Машина — статья из Большой советской энциклопедии . 
  2. ↑ The American Heritage Dictionary, segunda edición universitaria. Houghton Mifflin Company, 1985.
  3. ↑ Chambers, Ephraim (1728), Table of Mechanicks , vol. Volumen 2, Londres, Inglaterra, p. 528, Lámina 11  .
  4. ↑ Vitruvio. Diez libros de arquitectura. - M. : editorial de la Academia de Arquitectura de toda la Unión, 1936. - 332 p.

Literatura