机器
機器是一件利用能量達到一特定目的的工具、裝置或者設備,一般用來變換或傳遞能量,物料和信息,執行機械運動。機器的動力來源會是機械能、熱能(熱機)、電能(電機)、磁能或是化學能等。以往機器的定義中需要有可動件,由於電子學的進展,已經可以在沒有可動件的情形下傳遞能量[1]。
簡單機械是單純轉換力的方向或量值的設備,也有許多更複雜的機器,例如車輛、電機系統(如馬達、發電機等)、分子機器、電腦、電視及收音機等。
歷史
手斧可能是第一個由人類制造的机器,其作法是將切割燧石來產生的楔,楔是簡單機械的一種,可以將縱向的位移和力轉變為橫向將物體切開力及位移。
簡單機械的概念來自西元前三世紀的阿基米德,他提出的簡單機械包括槓桿、滑輪及螺旋[2][3],并研究了槓桿的力学原理[4][5]。
亞歷山卓的希羅(Heron of Alexandria)在其著作《力学》中列出了五種「可以使重物移動」的機械,包括槓桿、轮轴、滑輪、楔及螺旋[3],並且描述其用途及潤滑方式[6]。中國古代在香爐中應用了能永保水平位置的十字轉架等機件。以上這些反映了當時人類對古典機械的了解只限制在簡單機械的靜力學上,只考慮力的平衡,不考慮機械的動力學,也不考慮在力和位移之間的取捨,以及功的概念。
文藝復興時期的学者開始研究簡單機械的動力學,產生了機械功的概念。1586年時佛兰芒工程师西蒙·斯蒂文推導出斜面的機械利益,因此斜面也被列在簡單機械中。簡單機械的完整動力學理論是由義大利科學家伽利略·伽利莱在1600年的《力學》中提出[7][8]。伽利略是第一個了解簡單機械不會創造能量,只會轉換能量的人[7]。
機械中滑動摩擦的古典定律是由達文西(1452–1519)發明,但只留在他的筆記本中沒有發表。後來紀曉姆·阿蒙頓(1699)再次發現摩擦力的定律,後來夏爾·奧古斯丁·庫侖(1785)又作了進一步的發展[9]。
分類
分類 | 機器 | |
---|---|---|
簡單機械 | 斜面、輪軸、槓桿、滑輪、楔、螺旋 | |
機械零件 | 軸、軸承、帶、工作斗、緊固件、齿轮、鍵、滾子鏈、齿轮齿条副、繩、油封、弹簧、輪 | |
時鐘 | 原子鐘、手錶、擺鐘、石英鐘 | |
压缩机和泵 | 阿基米德式螺旋抽水機、唧筒、水力活塞、泵、真空泵 | |
熱機 | 外燃機 | 蒸汽引擎、史特林引擎 |
內燃機 | 往复式发动机、燃氣渦輪發動機 | |
熱泵 | 吸附式制冷、热电冷却、回熱冷卻 | |
連杆機構 | 縮圖器、凸轮、Peaucellier-Lipkin 連桿 | |
渦輪發動機 | 燃氣渦輪發動機、喷气发动机、蒸汽渦輪發動機、水轮机、風力發動機、風車 | |
翼型 | 帆、翼、舵、副翼、螺旋槳 | |
電子設備 | 真空管、電晶體、二極體、電阻器、電容器、電感器、憶阻器、半導體、電腦 | |
機器人 | 执行器、伺服馬達、伺服機構、步進馬達、電腦 | |
其他 | 自動販賣機、風洞、檢重秤、铆接机 | |
機械類機器
機械類機器一般是指產生力學能或是利用力學能進行特定任務的機器。
引擎
引擎或馬達是將能量轉換為可應用的機械運動的機器[11][12]。熱機是指一些可以將機械能轉換為熱能的設備,包括內燃機和外燃機,利用燃燒燃料來棧產生熱能,再利用熱能轉換為動能,電動機利用電能使機器運動,氣動馬達的能量來源是壓縮空氣,發條玩具則是利用彈性能,在生物系統中,肌肉中的分子馬達(例如肌球蛋白)可以利來化學能來運動。
電子電路
電子學集合物理、工程及技術,主要處理有像真空管、電晶體、二極體、積體電路等主動元件的電路,以及配合的被動元件。主動元件由於其非線性特性以及可以控制電子流動的能力,因此可以將弱電訊號放大,常應用在資訊處理及信號處理上。而電子元件類似數字開關的動作也可以用在資訊處理上。像印刷電路板、封裝及各種通訊基礎架構等技術使電路板的機能完整,可以將這許多的零件變成一個可工作的系統。
機器元件(機件)
機器是由許多標準化的零件所構成,有些是控制運動方式的零件,例如齒輪組、皮帶傳動或鏈條傳動、連桿、凸輪、剎車及離合器等,有些則是結構件,例如:框架機件、緊固件或是鍵,也有一些是可以減少摩擦,增加潤滑有關的零件,如:軸承、油封等。
參考資料
- The American Heritage Dictionary, Second College Edition. Houghton Mifflin Co., 1985.
- Asimov, Isaac, , New York, New York, USA: Barnes & Noble: 88, 1988, ISBN 0-88029-251-2.
- Chiu, Y. C., , Delft: Eburon Academic Publishers: 42, 2010, ISBN 90-5972-437-2
- Ostdiek, Vern; Bord, Donald. . Thompson Brooks/Cole. 2005: 123 [2008-05-22]. ISBN 0-534-49168-5.
- Usher, Abbott Payson. . USA: Courier Dover Publications. 1988: 98. ISBN 0-486-25593-X.
- Strizhak, Viktor; Igor Penkov, Toivo Pappel. . . Kluwer Academic publishers: 245. 2004 [2008-05-21]. ISBN 1-4020-2203-4.
- Krebs, Robert E. . Greenwood Publishing Group. 2004: 163 [2008-05-21]. ISBN 0-313-32433-6.
- Stephen, Donald; Lowell Cardwell. . USA: W. W. Norton & Company. 2001: 85–87. ISBN 0-393-32175-4.
- Armstrong-Hélouvry, Brian. . USA: Springer. 1991: 10. ISBN 0-7923-9133-0.
- Chambers, Ephraim, , Cyclopaedia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences (London, England), 1728,, Volume 2: 528, Plate 11
- . Dictionary.reference.com. [2011-05-09].
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) "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.