机器
 |
机器（machine）是一件由零件组成，且利用能量来完成所赋予的功能、达到某特定目的的工具、装置或设备；一般用来变换或传递能量、变换与传递运动和力（执行机械运动），以及传递物料与信息[1]。
机器的动力来源会是机械能、热能（热机）、电能（电机）、磁能或是化学能等。以往机器的定义中需要有可动件，由于电子学的进展，已经可以在没有可动件的情形下传递能量[2]。
简单机械是单纯转换力的方向或量值的设备，也有许多更复杂的机器，例如车辆、电机系统（如马达、发电机等）、分子机器、电脑、电视及收音机等。
历史
[编辑]
手斧可能是第一个由人类制造的机器，其作法是将切割燧石来产生的楔，楔是简单机械的一种，可以将纵向的位移和力转变为横向将物体切开力及位移。
简单机械的概念来自公元前三世纪的阿基米德，他提出的简单机械包括杠杆、滑轮及螺旋[3][4]，并研究了杠杆的力学原理[5][6]。
亚历山大的希罗（Heron of Alexandria）在其著作《力学》中列出了五种“可以使重物移动”的机械，包括杠杆、轮轴、滑轮、楔及螺旋[4]，并且描述其用途及润滑方式[7]。中国古代在香炉中应用了能永保水平位置的十字转架等机件。以上这些反映了当时人类对古典机械的了解只限制在简单机械的静力学上，只考虑力的平衡，不考虑机械的动力学，也不考虑在力和位移之间的取舍，以及功的概念。
文艺复兴时期的学者开始研究简单机械的动力学，产生了机械功的概念。1586年时佛兰芒工程师西蒙·斯蒂文推导出斜面的机械利益，因此斜面也被列在简单机械中。简单机械的完整动力学理论是由意大利科学家伽利略·伽利莱在1600年的《力学》中提出[8][9]。伽利略是第一个了解简单机械不会创造能量，只会转换能量的人[8]。
机械中滑动摩擦的古典定律是由达芬奇（1452–1519）发明，但只留在他的笔记本中没有发表。后来纪晓姆·阿蒙顿（1699）再次发现摩擦力的定律，后来夏尔·奥古斯丁·库仑（1785）又作了进一步的发展[10]。
分类
[编辑]| 分类 | 机器 | |
|---|---|---|
| 简单机械 | 斜面、轮轴、杠杆、滑轮、楔、螺旋 | |
| 机械零件 | 轴、轴承、带、工作斗、紧固件、齿轮、键、滚子链、齿轮齿条副、绳、油封、弹簧、轮 | |
| 时钟 | 原子钟、手表、摆钟、石英钟 | |
| 压缩机和泵 | 阿基米德式螺旋抽水机、唧筒、水力活塞、泵、真空泵 | |
| 热机 | 外燃机 | 蒸汽引擎、史特林引擎 |
| 内燃机 | 往复式发动机、燃气涡轮发动机 | |
| 热泵 | 吸附式制冷、热电冷却、回热冷却 | |
| 连杆机构 | 缩图器、凸轮、Peaucellier-Lipkin 连杆 | |
| 涡轮发动机 | 燃气涡轮发动机、喷气发动机、蒸汽涡轮发动机、水轮机、风力发动机、风车 | |
| 翼型 | 帆、翼、舵、副翼、螺旋桨 | |
| 电子设备 | 真空管、晶体管、二极管、电阻器、电容器、电感器、忆阻器、半导体、电脑 | |
| 机器人 | 执行器、伺服马达、伺服机构、步进马达、电脑 | |
| 其他 | 自动贩卖机、风洞、检重秤、铆接机 | |
机械类机器
[编辑]机械类机器一般是指产生力学能或是利用力学能进行特定任务的机器。
简单机械
[编辑]
亚里士多德提出了将机械分类为一些简单零件的概念，他定义了杠杆、滑轮及螺旋为简单机械，后来在文艺复兴时期又加入轮轴、楔和斜面。
引擎
[编辑]引擎或马达是将能量转换为可应用的机械运动的机器[12][13]。热机是指一些可以将机械能转换为热能的设备，包括内燃机和外燃机，利用燃烧燃料来栈产生热能，再利用热能转换为动能，电动机利用电能使机器运动，气动马达的能量来源是压缩空气，发条玩具则是利用弹性能，在生物系统中，肌肉中的分子马达（例如肌球蛋白）可以利来化学能来运动。
电机与电子
[编辑]电机
[编辑]电机是指一些可以将机械能转换为电能，将电能转换为机械能，或是改变直流电电压或交流电电压的电气设备，可分为电动机、发电机及变压器三大类。
电子电路
[编辑]电子学集合物理、工程及技术，主要处理有像真空管、晶体管、二极管、集成电路等主动元件的电路，以及配合的被动元件。主动元件由于其非线性特性以及可以控制电子流动的能力，因此可以将弱电讯号放大，常应用在资讯处理及信号处理上。而电子元件类似数字开关的动作也可以用在资讯处理上。像印刷电路板、封装及各种通讯基础架构等技术使电路板的机能完整，可以将这许多的零件变成一个可工作的系统。
计算机器
[编辑]电脑储存电荷，并处理电子的流动，而储存及处理的过程也就是资料的处理，参见有限状态机及图灵机。
查尔斯·巴贝奇在1837年就设计了许多机器，可以计算对数及其他函数，他的差分机是第一台机械式的计算器。这台机器被视为是现在电脑的先驱，不过在查尔斯·巴贝奇有生之年就还无法看到它们问世。
分子机器
[编辑]分子和蛋白质是生物机能的基础，而相关的研究也引发了分子机器的概念。例如驱动蛋白分子在细胞内运送囊泡，而肌球蛋白使肌肉收缩，这些分子都是由化学物质刺激而有对应的反应。
现在的奈米机械类似传统的机械，设计来执行特定的任务，和上述驱动蛋白或肌球蛋白的特性也有不同。奈米科技的研究者正在设法创建分子，可以受某一特定的刺激而反应。
机器元件（机件）
[编辑]机器是由许多标准化的零件所构成，有些是控制运动方式的零件，例如齿轮组、皮带传动或链条传动、连杆、凸轮、刹车及离合器等，有些则是结构件，例如：框架机件、紧固件或是键，也有一些是可以减少摩擦，增加润滑有关的零件，如：轴承、油封等。
一些工业机械会有感测器、致动器及控制器，有些机械会进行工业设计，决定其外壳材质及颜色，以及使用者使用机械的人机界面。
机器结构（机构）
[编辑]机器中控制运动的零件组立称为机构[14][15]。机构一般可以分为齿轮及齿轮组、凸轮及凸轮随动件机构、连杆机构、皮带传动机构或链条传动机构，也有些特殊的机构，像是索引机构，或是刹车及离合器等用到摩擦力的机构。
控制器
[编辑]控制器利用感测器、控制逻辑和致动器来控制机器中特定零件的性能，像蒸气机的离心式调速器就是一个例子。控制器的范围很广，从在温度上升时开启冷水阀门的温控器，到车辆的巡航控制系统都可以算是控制器。传统的控制器可能会用许多的继电器组成，但已经被可编程逻辑控制器取代，有些系统会用伺服马达作为致动器，接受电气命令而动作，因此可以作为机器人系统使用。
相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ 存档副本. [2022-05-18]. （原始内容存档于2022-05-18）.
- ^ The American Heritage Dictionary, Second College Edition. Houghton Mifflin Co., 1985.
- ^ Asimov, Isaac, Understanding Physics, New York, New York, USA: Barnes & Noble: 88, 1988 [2015-03-28], ISBN 0-88029-251-2, （原始内容存档于2020-08-19）.
- ^ 4.0 4.1 Chiu, Y. C., An introduction to the History of Project Management, Delft: Eburon Academic Publishers: 42, 2010 [2015-03-28], ISBN 90-5972-437-2, （原始内容存档于2014-12-01）
- ^ Ostdiek, Vern; Bord, Donald. Inquiry into Physics. Thompson Brooks/Cole. 2005: 123 [2008-05-22]. ISBN 0-534-49168-5. （原始内容存档于2021-02-04）.
- ^ Usher, Abbott Payson. A History of Mechanical Inventions. USA: Courier Dover Publications. 1988: 98 [2015-03-28]. ISBN 0-486-25593-X. （原始内容存档于2021-02-04）.
- ^ Strizhak, Viktor; Igor Penkov, Toivo Pappel. 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: 245. 2004 [2008-05-21]. ISBN 1-4020-2203-4. （原始内容存档于2020-08-05）.
- ^ 8.0 8.1 Krebs, Robert E. Groundbreaking Experiments, Inventions, and Discoveries of the Middle Ages. Greenwood Publishing Group. 2004: 163 [2008-05-21]. ISBN 0-313-32433-6. （原始内容存档于2020-08-05）.
- ^ Stephen, Donald; Lowell Cardwell. Wheels, clocks, and rockets: a history of technology. USA: W. W. Norton & Company. 2001: 85–87 [2015-03-28]. ISBN 0-393-32175-4. （原始内容存档于2020-08-05）.
- ^ Armstrong-Hélouvry, Brian. Control of machines with friction. USA: Springer. 1991: 10 [2015-03-28]. ISBN 0-7923-9133-0. （原始内容存档于2014-12-13）.
- ^ Chambers, Ephraim, Table of Mechanicks, Cyclopaedia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences, Volume 2 (London, England), 1728,, Volume 2: 528, Plate 11
- ^ Motor. Dictionary.reference.com. [2011-05-09]. （原始内容存档于2008-04-07）.
a person or thing that imparts motion, esp. a contrivance, as a steam engine, that receives and modifies energy from some natural source in order to utilize it in driving machinery.
- ^ Dictionary.com: (World heritage) Archive-It的存档，存档日期2008-04-07 "3. any device that converts another form of energy into mechanical energy to produce motion"
- ^ Reuleaux, F., 1876 The Kinematics of Machinery, (trans. and annotated by A. B. W. Kennedy), reprinted by Dover, New York (1963)
- ^ J. J. Uicker, G. R. Pennock, and J. E. Shigley, 2003, Theory of Machines and Mechanisms, Oxford University Press, New York.
