Máquina

Da Wikipédia, a enciclopédia livre
Ir para navegação Pular para pesquisar

Um motor de corrida Honda F1 .

Uma máquina é qualquer sistema físico com propriedades estruturais e funcionais ordenadas. Pode representar uma máquina molecular de dispositivo de fabricação humana ou natural que usa energia para aplicar forças e controlar o movimento para realizar uma ação. As máquinas podem ser acionadas por animais e pessoas , por forças naturais, como vento e água , e por energia química , térmica ou elétrica , e incluem um sistema de mecanismosque moldam a entrada do atuador para alcançar uma aplicação específica de forças e movimento de saída. Eles também podem incluir computadores e sensores que monitoram o desempenho e planejam o movimento, geralmente chamados de sistemas mecânicos .

Os filósofos naturais da Renascença identificaram seis máquinas simples que eram os dispositivos elementares que colocavam uma carga em movimento e calcularam a relação entre a força de saída e a força de entrada, conhecida hoje como vantagem mecânica . [1]

As máquinas modernas são sistemas complexos que consistem em elementos estruturais, mecanismos e componentes de controle e incluem interfaces para uso conveniente. Os exemplos incluem: uma ampla variedade de veículos , como automóveis , barcos e aviões ; eletrodomésticos em casa e no escritório, incluindo computadores, sistemas de tratamento de ar e água em edifícios ; bem como máquinas agrícolas , máquinas-ferramentas e sistemas de automação de fábricas e robôs .

Máquina de Bonsack
Máquina de enrolar cigarros de James Albert Bonsack, inventada em 1880 e patenteada em 1881

Etimologia

A palavra em inglês máquina vem do francês médio do latim machina , [2] que, por sua vez, deriva do grego ( dórico μαχανά makhana , iônico μηχανή mekhane 'invenção, máquina, motor', [3] uma derivação de μῆχος mekhos 'significa, expediente , remédio ' [4] ). [5] A palavra mecânica (grego: μηχανικός) vem das mesmas raízes gregas. Um significado mais amplo de 'tecido, estrutura' é encontrado no latim clássico, mas não no uso grego. Esse significado é encontrado no francês do final da Idade Média e foi adotado do francês para o inglês em meados do século XVI.

No século 17, a palavra máquina também poderia significar um esquema ou trama, um significado agora expresso pela maquinação derivada . O significado moderno se desenvolve a partir da aplicação especializada do termo às máquinas de palco usadas no teatro e às máquinas de cerco militar , tanto no final do século XVI quanto no início do século XVII. O OED rastreia o significado formal e moderno do Lexicon Technicum de John Harris (1704), que tem:

Máquina, ou Motor, em Mechanicks, é tudo o que tem Força suficiente para elevar ou interromper o Movimento de um Corpo. Máquinas simples são comumente consideradas seis em número, viz. o Balanço, o Leaver, a Polia, a Roda, a Cunha e o Parafuso. Máquinas compostas, ou motores, são inumeráveis.

A palavra motor usada como um (quase) sinônimo tanto por Harris quanto em linguagem posterior deriva em última instância (via francês arcaico ) do latim ingenium 'engenhosidade, uma invenção'.

História

Machado de pederneira encontrado em Winchester .

O machado de mão , feito lascando pederneira para formar uma cunha , nas mãos de um humano transforma a força e o movimento da ferramenta em forças de divisão transversal e movimento da peça de trabalho. O machado de mão é o primeiro exemplo de cunha , a mais antiga das seis máquinas simples clássicas , nas quais a maioria das máquinas é baseada. A segunda máquina simples mais antiga era o plano inclinado (rampa), [6] que tem sido usado desde os tempos pré-históricos para mover objetos pesados. [7] [8]

As outras quatro máquinas simples foram inventadas no antigo Oriente Próximo . [9] A roda , junto com a roda e o mecanismo do eixo , foi inventada na Mesopotâmia (atual Iraque) durante o 5º milênio AC. [10] O mecanismo de alavanca apareceu pela primeira vez há cerca de 5.000 anos no Oriente Próximo , onde foi usado em uma escala de equilíbrio simples , [11] e para mover grandes objetos na tecnologia egípcia antiga . [12] A alavanca também foi usada no dispositivo de levantamento de água do shadoof , o primeiro guindastemáquina, que apareceu na Mesopotâmia por volta de 3.000 aC, [11] e então na tecnologia egípcia antiga por volta de 2.000 aC. [13] As primeiras evidências de roldanas datam da Mesopotâmia no início do segundo milênio aC, [14] e do antigo Egito durante a décima segunda dinastia (1991-1802 aC). [15] O parafuso , a última das máquinas simples a ser inventada, [16] apareceu pela primeira vez na Mesopotâmia durante o período Neo-Assírio (911-609) AC. [17] As pirâmides egípciasforam construídas usando três das seis máquinas simples, o plano inclinado, a cunha e a alavanca, para criar estruturas como a Grande Pirâmide de Gizé . [18]

Três das máquinas simples foram estudadas e descritas pelo filósofo grego Arquimedes por volta do século III aC: a alavanca, a polia e o parafuso. [19] [20] Arquimedes descobriu o princípio da vantagem mecânica na alavanca. [21] Filósofos gregos posteriores definiram as cinco máquinas simples clássicas (excluindo o plano inclinado) e foram capazes de calcular aproximadamente sua vantagem mecânica. [1] Heron de Alexandria (ca. 10–75 DC) em sua obra Mecânica lista cinco mecanismos que podem "colocar uma carga em movimento"; alavanca, molinete , polia, cunha e parafuso, [20] e descreve sua fabricação e usos. [22] No entanto, o entendimento dos gregos limitava-se à estática (o equilíbrio de forças) e não incluía a dinâmica (o equilíbrio entre força e distância) ou o conceito de trabalho .

Uma máquina de britagem de minério movida por uma roda d'água

As primeiras máquinas movidas a água , a roda d'água e o moinho d' água , surgiram pela primeira vez no Império Persa , onde hoje são o Iraque e o Irã, no início do século 4 aC. [23] As primeiras máquinas práticas movidas a vento , o moinho de vento e a bomba de vento , apareceram pela primeira vez no mundo muçulmano durante a Idade de Ouro islâmica , onde hoje são o Irã, o Afeganistão e o Paquistão, no século 9 DC. [24] [25] [26] [27] A primeira máquina prática movida a vapor era uma tomada a vaporacionado por uma turbina a vapor , descrita em 1551 por Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf no Egito otomano . [28] [29]

O descaroçador de algodão foi inventado na Índia no século 6 DC, [30] e a roda de fiar foi inventada no mundo islâmico no início do século 11, [31] sendo que ambos foram fundamentais para o crescimento da indústria do algodão . A roda de fiar também foi uma precursora da fiação , que foi um desenvolvimento chave durante o início da Revolução Industrial no século XVIII. [32] O virabrequim e o eixo de comando foram inventados por Al-Jazari no norte da Mesopotâmia por volta de 1206, [33] [34][35] e mais tarde eles se tornaram centrais para as máquinas modernas, como a máquina a vapor , motor de combustão interna e controles automáticos . [36]

As primeiras máquinas programáveis foram desenvolvidas no mundo muçulmano. Um sequenciador de música , um instrumento musical programável , foi o tipo mais antigo de máquina programável. O primeiro sequenciador musical foi um tocador de flauta automatizado inventado pelos irmãos Banu Musa , descrito em seu Livro de Dispositivos Ingeniosos , no século IX. [37] [38] Em 1206, Al-Jazari inventou autômatos / robôs programáveis . Ele descreveu quatro músicos autômatos , incluindo bateristas operados por uma bateria eletrônica programável, onde eles podem ser feitos para tocar diferentes ritmos e diferentes padrões de bateria. [39]

Durante o Renascimento , a dinâmica dos Poderes Mecânicos , como eram chamadas as máquinas simples, começou a ser estudada do ponto de vista de quanto trabalho útil elas podiam realizar, levando eventualmente ao novo conceito de trabalho mecânico . Em 1586, o engenheiro flamengo Simon Stevin derivou a vantagem mecânica do plano inclinado e foi incluído com as outras máquinas simples. A teoria dinâmica completa de máquinas simples foi desenvolvida pelo cientista italiano Galileo Galilei em 1600 em Le Meccaniche ("On Mechanics"). [40] [41] Ele foi o primeiro a entender que máquinas simples não criam energia, eles meramente o transformam. [40]

As regras clássicas de fricção deslizante em máquinas foram descobertas por Leonardo da Vinci (1452–1519), mas permaneceram inéditas em seus cadernos. Eles foram redescobertos por Guillaume Amontons (1699) e foram posteriormente desenvolvidos por Charles-Augustin de Coulomb (1785). [42]

James Watt patenteou sua articulação de movimento paralelo em 1782, que tornou prática a máquina a vapor de dupla ação. [43] O Boulton e Watt máquina a vapor e depois projeta movidos locomotivas a vapor , navios a vapor e fábricas .

A Revolução Industrial foi um período de 1750 a 1850, no qual as mudanças na agricultura, manufatura, mineração, transporte e tecnologia tiveram um efeito profundo nas condições sociais, econômicas e culturais da época. Começou no Reino Unido e , posteriormente, se espalhou pela Europa Ocidental , América do Norte , Japão e, finalmente, pelo resto do mundo.

Começando na última parte do século 18, começou uma transição em partes do trabalho anteriormente manual da Grã-Bretanha e da economia baseada em animais de tração para a manufatura baseada em máquinas. Tudo começou com a mecanização das indústrias têxteis, o desenvolvimento de técnicas de fabricação de ferro e o aumento do uso de carvão refinado . [44]

Máquinas simples

Tabela de mecanismos simples, de Chambers 'Cyclopædia , 1728. [45] Máquinas simples fornecem um "vocabulário" para a compreensão de máquinas mais complexas.

A ideia de que uma máquina pode ser decomposta em elementos móveis simples levou Arquimedes a definir a alavanca , a polia e o parafuso como máquinas simples . Na época do Renascimento, essa lista aumentou para incluir a roda e o eixo , a cunha e o plano inclinado . A abordagem moderna para caracterizar máquinas concentra-se nos componentes que permitem o movimento, conhecidos como articulações .

Cunha (machado de mão): talvez o primeiro exemplo de um dispositivo projetado para gerenciar o poder seja o machado de mão , também chamado de biface e Olorgesailie . Um machado de mão é feito lascando-se pedra, geralmente sílex, para formar uma borda bifacial ou cunha . Uma cunha é uma máquina simples que transforma a força lateral e o movimento da ferramenta em uma força de divisão transversal e movimento da peça. A potência disponível é limitada pelo esforço da pessoa que usa a ferramenta, mas como a potência é o produto da força e do movimento, a cunha amplifica a força reduzindo o movimento. Esta amplificação, ou vantagem mecânicaé a relação entre a velocidade de entrada e a velocidade de saída. Para uma cunha, isso é dado por 1 / tanα, onde α é o ângulo da ponta. As faces de uma cunha são modeladas como linhas retas para formar uma junta deslizante ou prismática .

Alavanca: a alavanca é outro dispositivo importante e simples para o gerenciamento de energia. Este é um corpo que gira em um fulcro. Como a velocidade de um ponto mais distante do pivô é maior do que a velocidade de um ponto próximo ao pivô, as forças aplicadas longe do pivô são amplificadas perto do pivô pela diminuição da velocidade associada. Se a é a distância do pivô até o ponto onde a força de entrada é aplicada eb é a distância até o ponto onde a força de saída é aplicada, então a / b é a vantagem mecânica da alavanca. O fulcro de uma alavanca é modelado como uma junta articulada ou rotativa .

Roda: a roda é uma importante máquina inicial, como a carruagem . Uma roda usa a lei da alavanca para reduzir a força necessária para superar o atrito ao puxar uma carga. Para ver isso, observe que o atrito associado a puxar uma carga no solo é aproximadamente o mesmo que o atrito em um rolamento simples que suporta a carga no eixo de uma roda. No entanto, a roda forma uma alavanca que aumenta a força de tração de modo que ela supere a resistência ao atrito no rolamento.

Ilustração de uma articulação de quatro barras de Kinematics of Machinery, 1876
Ilustração de uma articulação de quatro barras em The Kinematics of Machinery , 1876

A classificação de máquinas simples para fornecer uma estratégia para o projeto de novas máquinas foi desenvolvida por Franz Reuleaux , que coletou e estudou mais de 800 máquinas elementares. [46] Ele reconheceu que as máquinas clássicas simples podem ser separadas em alavanca, polia e roda e eixo que são formados por um corpo girando em torno de uma dobradiça, e o plano inclinado, cunha e parafuso que são similarmente um bloco deslizando em uma superfície plana superfície. [47]

Máquinas simples são exemplos elementares de cadeias cinemáticas ou ligações usadas para modelar sistemas mecânicos que vão desde a máquina a vapor até manipuladores de robôs. Os rolamentos que formam o ponto de apoio de uma alavanca e que permitem que a roda, o eixo e as polias girem são exemplos de um par cinemático denominado junta articulada. Da mesma forma, a superfície plana de um plano inclinado e a cunha são exemplos do par cinemático denominado junta deslizante. O parafuso é geralmente identificado como seu próprio par cinemático denominado junta helicoidal.

Essa percepção mostra que são as juntas, ou as conexões que fornecem movimento, os elementos primários de uma máquina. Começando com quatro tipos de juntas, a junta rotativa, junta deslizante, junta de came e junta de engrenagem e conexões relacionadas, como cabos e correias, é possível entender uma máquina como um conjunto de peças sólidas que conectam essas juntas chamadas de mecanismo . [48]

Duas alavancas, ou manivelas, são combinadas em uma articulação planar de quatro barras , conectando-se uma articulação que conecta a saída de uma manivela à entrada de outra. Links adicionais podem ser anexados para formar um link de seis barras ou em série para formar um robô. [48]

Sistemas mecânicos

Motor a vapor Boulton e Watt
O motor a vapor Boulton & Watt, 1784

Um sistema mecânico gerencia a energia para realizar uma tarefa que envolve forças e movimento. As máquinas modernas são sistemas que consistem em (i) uma fonte de energia e atuadores que geram forças e movimento, (ii) um sistema de mecanismosque moldam a entrada do atuador para atingir uma aplicação específica de forças e movimento de saída, (iii) um controlador com sensores que comparam a saída a uma meta de desempenho e, em seguida, direciona a entrada do atuador e (iv) uma interface para um operador que consiste em alavancas , interruptores e visores. Isso pode ser visto na máquina a vapor de Watt, na qual a energia é fornecida pela expansão do vapor para acionar o pistão. A viga móvel, o acoplador e a manivela transformam o movimento linear do pistão em rotação da polia de saída. Finalmente, a rotação da polia aciona o regulador flyball que controla a válvula para a entrada de vapor no cilindro do pistão.

O adjetivo "mecânico" refere-se à habilidade na aplicação prática de uma arte ou ciência, bem como relacionada a ou causada por movimento, forças físicas, propriedades ou agentes tais como são tratados pela mecânica . [49] Da mesma forma, o dicionário Merriam-Webster [50] define "mecânico" como relacionado a máquinas ou ferramentas.

O fluxo de energia através de uma máquina fornece uma maneira de entender o desempenho de dispositivos que vão desde alavancas e trens de engrenagens a automóveis e sistemas robóticos. O mecânico alemão Franz Reuleaux [51] escreveu: "uma máquina é uma combinação de corpos resistentes dispostos de modo que, por seus meios, as forças mecânicas da natureza possam ser compelidas a trabalhar acompanhadas por certo movimento determinado". Observe que as forças e o movimento se combinam para definir o poder .

Mais recentemente, Uicker et al. [48] afirmaram que uma máquina é "um dispositivo para aplicar energia ou mudar sua direção." McCarthy e Soh [52] descrevem uma máquina como um sistema que "geralmente consiste em uma fonte de energia e um mecanismo para o uso controlado dessa energia. . "

Fontes de alimentação

Motor diesel, embreagem de fricção e transmissão de engrenagem de um automóvel.
No início Ganz gerador elétrico em Zwevegem , Flandres Ocidental , Bélgica

O esforço humano e animal foram as fontes de energia originais para as primeiras máquinas.

Waterwheel: Waterwheels surgiram em todo o mundo por volta de 300 aC para usar água corrente para gerar movimento rotativo, que era aplicado para moer grãos e alimentar madeira, usinagem e operações têxteis . As turbinas hidráulicas modernas usam a água que flui através de uma barragem para acionar um gerador elétrico .

Moinho de vento: os primeiros moinhos de vento capturavam energia eólica para gerar movimento rotativo para operações de moagem. As turbinas eólicas modernas também acionam um gerador. Essa eletricidade, por sua vez, é usada para acionar os motores que formam os atuadores dos sistemas mecânicos.

Motor: A palavra motor deriva de "engenhosidade" e originalmente se referia a artifícios que podem ou não ser dispositivos físicos. Veja a definição de motor do Merriam-Webster . Uma máquina a vapor usa calor para ferver a água contida em um vaso de pressão; o vapor em expansão aciona um pistão ou turbina. Esse princípio pode ser visto na eolipila do Herói de Alexandria. Isso é chamado de motor de combustão externa .

Um motor de automóvel é chamado de motor de combustão interna porque queima combustível (uma reação química exotérmica ) dentro de um cilindro e usa os gases em expansão para acionar um pistão . Um motor a jato usa uma turbina para comprimir o ar que é queimado com combustível de modo que se expanda através de um bico para fornecer impulso a uma aeronave e, portanto, também é um "motor de combustão interna". [53]

Usina de energia: o calor da combustão do carvão e do gás natural em uma caldeira gera vapor que aciona uma turbina a vapor para girar um gerador elétrico . Uma usina nuclear usa o calor de um reator nuclear para gerar vapor e energia elétrica . Essa energia é distribuída por meio de uma rede de linhas de transmissão para uso industrial e individual.

Motores: os motores elétricos usam corrente elétrica CA ou CC para gerar movimento rotacional. Servomotores elétricos são os atuadores para sistemas mecânicos que variam de sistemas robóticos a aeronaves modernas .

Potência de fluido: os sistemas hidráulicos e pneumáticos usam bombas acionadas eletricamente para conduzir água ou ar, respectivamente, para os cilindros para movimentar o movimento linear .

Eletroquímica: produtos químicos e materiais também podem ser fontes de energia. [54] Eles podem se esgotar quimicamente ou precisar de recarga, como é o caso das baterias [55] , ou podem produzir energia sem alterar seu estado, como é o caso de células solares e geradores termoelétricos . [56] [57] Todos estes, no entanto, ainda requerem que sua energia venha de outro lugar. Com as baterias, é a energia potencial química já existente no interior. [55] Em células solares e termoelétricas, a fonte de energia é luz e calor, respectivamente. [56] [57]

Mecanismos

O mecanismo de um sistema mecânico é montado a partir de componentes chamados elementos de máquina . Esses elementos fornecem estrutura para o sistema e controlam seu movimento.

Os componentes estruturais são, geralmente, os membros da estrutura, rolamentos, ranhuras, molas, vedações, fixadores e tampas. A forma, a textura e a cor das tampas fornecem um estilo e uma interface operacional entre o sistema mecânico e seus usuários.

Os conjuntos que controlam o movimento também são chamados de " mecanismos ". [51] [58] Os mecanismos são geralmente classificados como engrenagens e trens de engrenagens , que incluem acionamentos por correia e acionamentos por corrente , came e mecanismos seguidores e ligações , embora existam outros mecanismos especiais, como ligações de fixação, mecanismos de indexação , escapes e dispositivos de fricção como freios e embreagens .

O número de graus de liberdade de um mecanismo, ou sua mobilidade, depende do número de elos e juntas e dos tipos de juntas usados ​​para construir o mecanismo. A mobilidade geral de um mecanismo é a diferença entre a liberdade irrestrita dos links e o número de restrições impostas pelas juntas. É descrito pelo critério de Chebychev-Grübler-Kutzbach .

Engrenagens e trens de engrenagens

O mecanismo de Antikythera (fragmento principal)

A transmissão da rotação entre as rodas dentadas em contato pode ser rastreada até o mecanismo de Antikythera da Grécia e a carruagem apontando para o sul da China . Ilustrações do cientista renascentista Georgius Agricola mostram trens de engrenagens com dentes cilíndricos. A implementação do dente envolvente resultou em um projeto de engrenagem padrão que fornece uma relação de velocidade constante. Algumas características importantes das engrenagens e trens de engrenagens são:

Cam e seguidor mecanismos

Um came e um seguidor são formados pelo contato direto de dois elos de formato especial. O elo de acionamento é denominado came (consulte também o eixo do came ) e o elo que é acionado por meio do contato direto de suas superfícies é denominado seguidor. A forma das superfícies de contato do came e do seguidor determina o movimento do mecanismo.

Ligações

Esquema do atuador e da articulação de quatro barras que posicionam o trem de pouso da aeronave.

Uma ligação é uma coleção de ligações conectadas por juntas. Geralmente, os links são os elementos estruturais e as juntas permitem o movimento. Talvez o único exemplo mais útil seja a articulação plana de quatro barras . No entanto, existem muitos outros vínculos especiais:

  • A articulação de Watt é uma articulação de quatro barras que gera uma linha reta aproximada. Foi fundamental para o funcionamento de seu projeto para a máquina a vapor. Essa ligação também aparece em suspensões de veículos para evitar o movimento lateral da carroceria em relação às rodas. Veja também o artigo Movimento paralelo .
  • O sucesso da liderança ligação Watt para o design de ligações em linha reta aproximados semelhantes, tais como ligação de Hoeken e ligação de Chebyshev .
  • A ligação Peaucellier gera uma saída em linha reta verdadeira de uma entrada rotativa.
  • A ligação Sarrus é uma ligação espacial que gera movimento em linha reta a partir de uma entrada rotativa. Selecione este link para uma animação da ligação Sarrus
  • A ligação Klann e a ligação Jansen são invenções recentes que fornecem movimentos de caminhada interessantes. Eles são, respectivamente, uma articulação de seis e oito barras.

Mecanismo planar

Um mecanismo plano é um sistema mecânico que é restringido para que as trajetórias de pontos em todos os corpos do sistema fiquem em planos paralelos a um plano de solo. Os eixos de rotação das juntas articuladas que conectam os corpos no sistema são perpendiculares a este plano de aterramento.

Mecanismo esférica

Um mecanismo esférico é um sistema mecânico no qual os corpos se movem de forma que as trajetórias dos pontos no sistema se situam em esferas concêntricas. Os eixos de rotação das juntas articuladas que conectam os corpos no sistema passam pelo centro desse círculo.

Mecanismo espacial

Um mecanismo espacial é um sistema mecânico que possui pelo menos um corpo que se move de forma que suas trajetórias pontuais sejam curvas espaciais gerais. Os eixos de rotação das juntas articuladas que conectam os corpos no sistema formam linhas no espaço que não se cruzam e têm normais comuns distintos.

Mecanismos de flexão

Um mecanismo de flexão consiste em uma série de corpos rígidos conectados por elementos complacentes (também conhecidos como juntas de flexão) que são projetados para produzir um movimento geometricamente bem definido mediante a aplicação de uma força.

Elementos de máquina

Os componentes mecânicos elementares de uma máquina são denominados elementos de máquina . Esses elementos consistem em três tipos básicos (i) componentes estruturais , como membros de estrutura, rolamentos, eixos, ranhuras, fixadores , vedações e lubrificantes, (ii) mecanismos que controlam o movimento de várias maneiras, como trens de engrenagens , correias ou acionamentos de corrente , ligações , sistemas de came e seguidor , incluindo freios e embreagens , e (iii) componentes de controle , como botões, interruptores, indicadores, sensores, atuadores e controladores de computador.[59] Embora geralmente não seja considerado um elemento de máquina, a forma, textura e cor das tampas são uma parte importante de uma máquina que fornece um estilo e interface operacional entre os componentes mecânicos de uma máquina e seus usuários.

Componentes estruturais

Vários elementos da máquina fornecem funções estruturais importantes, como estrutura, rolamentos, ranhuras, mola e vedações.

  • O reconhecimento de que a estrutura de um mecanismo é um elemento importante da máquina mudou o nome articulação de três barras para articulação de quatro barras . As armações são geralmente montadas a partir de elementos de viga ou treliça .
  • Os rolamentos são componentes projetados para gerenciar a interface entre os elementos móveis e são a fonte de atrito nas máquinas. Em geral, os rolamentos são projetados para rotação pura ou movimento em linha reta .
  • Estrias e chavetas são duas maneiras de montar um eixo de maneira confiável em uma roda, polia ou engrenagem de modo que o torque possa ser transferido por meio da conexão.
  • As molas fornecem forças que podem manter os componentes de uma máquina no lugar ou atuar como uma suspensão para apoiar parte de uma máquina.
  • As vedações são usadas entre as peças de contato de uma máquina para garantir que os fluidos, como água, gases quentes ou lubrificantes não vazem entre as superfícies de contato.
  • Prendedores como parafusos , porcas, clipes de mola e rebites são essenciais para a montagem dos componentes de uma máquina. Os fechos são geralmente considerados removíveis. Em contraste, métodos de união, como soldagem , solda , crimpagem e aplicação de adesivos , geralmente requerem o corte das peças para desmontar os componentes

Controladores

Os controladores combinam sensores , lógica e atuadores para manter o desempenho dos componentes de uma máquina. Talvez o mais conhecido seja o regulador flyball para uma máquina a vapor. Exemplos desses dispositivos variam de um termostato que, conforme a temperatura aumenta, abre uma válvula, passando por água de resfriamento e controladores de velocidade, como o sistema de controle de cruzeiro de um automóvel. O controlador lógico programável substituiu relés e mecanismos de controle especializados por um computador programável. Servomotores que posicionam com precisão um eixo em resposta a um comando elétrico são os atuadores que tornam os sistemas robóticos possíveis.

Máquinas de computação

Máquina de computação aritmométrica
Arithmometre, desenhado por Charles Xavier Thomas, c. 1820, para as quatro regras da aritmética, fabricado em 1866-1870 DC. Exposição no museu Tekniska, Estocolmo, Suécia.

Charles Babbage projetou máquinas para tabular logaritmos e outras funções em 1837. Seu mecanismo de diferença pode ser considerado uma calculadora mecânica avançada e seu mecanismo analítico um precursor do computador moderno , embora nenhum dos projetos maiores tenha sido concluído durante a vida de Babbage.

O Aritmômetro e o Comptômetro são computadores mecânicos que são precursores dos computadores digitais modernos . Os modelos usados ​​para estudar os computadores modernos são denominados máquina de estado e máquina de Turing .

Máquinas moleculares

A molécula biológica miosina reage ao ATP e ADP para alternadamente se engajar com um filamento de actina e mudar sua forma de uma forma que exerce uma força, e então se desconectar para redefinir sua forma ou conformação. Isso atua como o impulso molecular que causa a contração muscular. Da mesma forma, a molécula biológica cinesina tem duas seções que alternadamente engatam e desengatam com microtúbulos, fazendo com que a molécula se mova ao longo do microtúbulo e transporte vesículas dentro da célula, e dineína , que move carga dentro das células em direção ao núcleo e produz o batimento axonemal dos cílios móveis e flagelo. "Com efeito, o cílio motilidade é um nanomachine composta de, talvez, mais de 600 proteínas em complexos moleculares, muitos dos quais também funcionam independentemente como nanomachines. Ligantes flexíveis permitem que os domios proteicos celulares ligados por eles para recrutar os seus parceiros de ligao e induzir longo alcance allostery via dinâmica do domínio da proteína . " [60] Outras máquinas biológicas são responsáveis ​​pela produção de energia, por exemplo ATP sintase que aproveita a energia de gradientes de prótons através das membranas para conduzir um movimento semelhante a uma turbina usado para sintetizar ATP , a moeda de energia de uma célula. [61]Ainda outras máquinas são responsáveis ​​pela expressão gênica , incluindo DNA polimerases para replicar DNA , [ carece de fontes? ] RNA polimerases para produzir mRNA , [ carece de fontes? ] O spliceossomo para remover íntrons e o ribossomo para sintetizar proteínas . Essas máquinas e sua dinâmica em nanoescala são muito mais complexas do que qualquer máquina molecular que já tenha sido construída artificialmente. [62]Essas moléculas são cada vez mais consideradas nanomáquinas . [ citação necessária ]

Os pesquisadores usaram o DNA para construir ligações nano-dimensionadas de quatro barras . [63] [64]

Impacto

Mecanização e automação

Uma talha de mina movida a água usada para levantar minério. Este bloco de madeira é de De re metallica, de Georg Bauer (nome latinizado Georgius Agricola , ca. 1555), um dos primeiros livros de mineração que contém vários desenhos e descrições de equipamentos de mineração.

A mecanização ou mecanização ( BE ) é fornecer aos operadores humanos um maquinário que os auxilie nas necessidades musculares do trabalho ou desloque o trabalho muscular. Em alguns campos, a mecanização inclui o uso de ferramentas manuais. No uso moderno, como em engenharia ou economia, a mecanização implica maquinários mais complexos do que ferramentas manuais e não incluiria dispositivos simples, como um cavalo sem engrenagem ou moinho de burro. Dispositivos que causam mudanças de velocidade ou mudanças para ou de movimento alternativo para rotativo, usando meios como engrenagens , polias ou polias e correias, eixos , cames e manivelas, geralmente são considerados máquinas. Após a eletrificação, quando a maioria das pequenas máquinas não era mais acionada manualmente, a mecanização era sinônimo de máquinas motorizadas. [65]

Automação é o uso de sistemas de controle e tecnologias de informação para reduzir a necessidade de trabalho humano na produção de bens e serviços. No âmbito da industrialização , a automação é um passo além da mecanização . Enquanto a mecanização fornece aos operadores humanos maquinários para auxiliá-los nas necessidades musculares do trabalho, a automação também diminui muito a necessidade das necessidades sensoriais e mentais humanas. A automação desempenha um papel cada vez mais importante na economia mundial e na experiência diária.

Automata

Um autômato (plural: autômatos ou autômatos ) é uma máquina autônoma. A palavra às vezes é usada para descrever um robô , mais especificamente um robô autônomo . Um autômato de brinquedo foi patenteado em 1863. [66]

Mecânica

Usher [67] relata que o tratado de Mecânica do Herói de Alexandria se concentrava no estudo de levantamento de pesos pesados. Hoje, a mecânica se refere à análise matemática das forças e do movimento de um sistema mecânico e consiste no estudo da cinemática e da dinâmica desses sistemas.

Dinâmica de máquinas

A análise dinâmica de máquinas começa com um modelo de corpo rígido para determinar as reações nos rolamentos, ponto em que os efeitos da elasticidade são incluídos. A dinâmica do corpo rígido estuda o movimento de sistemas de corpos interconectados sob a ação de forças externas. O pressuposto de que os corpos são rígidos, o que significa que não se deformam sob a ação das forças aplicadas, simplifica a análise ao reduzir os parâmetros que descrevem a configuração do sistema à translação e rotação dos referenciais fixados em cada corpo. [68] [69]

A dinâmica de um sistema de corpo rígido é definida por suas equações de movimento , que são derivadas usando as leis de movimento de Newton ou a mecânica de Lagrange . A solução dessas equações de movimento define como a configuração do sistema de corpos rígidos muda em função do tempo. A formulação e solução da dinâmica de corpos rígidos é uma ferramenta importante na simulação computacional de sistemas mecânicos .

Cinemática de máquinas

A análise dinâmica de uma máquina requer a determinação do movimento, ou cinemática , de suas partes componentes, conhecida como análise cinemática. A suposição de que o sistema é uma montagem de componentes rígidos permite que o movimento de rotação e translação seja modelado matematicamente como transformações euclidianas ou rígidas . Isso permite que a posição, velocidade e aceleração de todos os pontos em um componente sejam determinadas a partir dessas propriedades para um ponto de referência, e a posição angular , velocidade angular e aceleração angular do componente.

Design da máquina

O projeto da máquina se refere aos procedimentos e técnicas usados ​​para abordar as três fases do ciclo de vida de uma máquina :

  1. invenção , que envolve a identificação de uma necessidade, desenvolvimento de requisitos, geração de conceito, desenvolvimento de protótipo, fabricação e teste de verificação;
  2. a engenharia de desempenho envolve o aumento da eficiência da fabricação, redução das demandas de serviço e manutenção, adição de recursos e melhoria da eficácia e testes de validação;
  3. reciclar é a fase de descomissionamento e descarte e inclui a recuperação e reutilização de materiais e componentes.

Veja também

Referências

  1. ^ a b Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions . EUA: Publicações Courier Dover. p. 98. ISBN 978-0-486-25593-4. Arquivado do original em 18/08/2016.
  2. ^ O dicionário americano da herança , segunda edição da faculdade. Houghton Mifflin Co., 1985.
  3. ^ "μηχανή" Archived 2011-06-29 at the Wayback Machine , Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon , no projeto Perseus
  4. ^ "μῆχος" Archived 2011-06-29 at the Wayback Machine , Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon , no projeto Perseus
  5. ^ Oxford Dictionaries, machine
  6. ^ Karl von Langsdorf (1826) Machinenkunde , citado em Reuleaux, Franz (1876). A cinemática das máquinas: Esboços de uma teoria das máquinas . MacMillan. pp.  604 .
  7. ^ Therese McGuire, luz em pedras sagradas , em conexão, Marie A .; Therese Benedict McGuire (2007). Não gravado na pedra: ensaios sobre memória ritual, alma e sociedade . University Press of America. p. 23. ISBN 978-0-7618-3702-2.
  8. ^ Holandês, Steven (1999). "Conquistas pré-gregas" . Legado do Mundo Antigo . Página do Prof. Steve Dutch, Univ. de Wisconsin em Green Bay . Recuperado em 13 de março de 2012 .
  9. ^ Moorey, Peter Roger Stuart (1999). Materiais e Indústrias Antigas da Mesopotâmia: A Evidência Arqueológica . Eisenbrauns . ISBN 9781575060422.
  10. ^ DT Potts (2012). Um companheiro para a arqueologia do antigo Oriente Próximo . p. 285.
  11. ^ a b Paipetis, SA; Ceccarelli, Marco (2010). O Gênio de Arquimedes - 23 Séculos de Influência em Matemática, Ciências e Engenharia: Procedimentos de uma Conferência Internacional realizada em Siracusa, Itália, de 8 a 10 de junho de 2010 . Springer Science & Business Media . p. 416. ISBN 9789048190911.
  12. ^ Clarke, Somers; Engelbach, Reginald (1990). Arquitetura e construção egípcia antiga . Courier Corporation . pp. 86–90. ISBN 9780486264851.
  13. ^ Faiella, Graham (2006). A Tecnologia da Mesopotâmia . The Rosen Publishing Group . p. 27. ISBN 9781404205604.
  14. ^ Moorey, Peter Roger Stuart (1999). Materiais e Indústrias Antigas da Mesopotâmia: A Evidência Arqueológica . Eisenbrauns . p. 4. ISBN 9781575060422.
  15. ^ Arnold, Dieter (1991). Edifício no Egito: Maçonaria de Pedra Faraônica . Imprensa da Universidade de Oxford. p. 71. ISBN 9780195113747.
  16. ^ Woods, Michael; Mary B. Woods (2000). Máquinas antigas: de cunhas a rodas d'água . EUA: Livros do século vinte e um. p. 58. ISBN 0-8225-2994-7.
  17. ^ Moorey, Peter Roger Stuart (1999). Materiais e Indústrias Antigas da Mesopotâmia: A Evidência Arqueológica . Eisenbrauns . p. 4. ISBN 9781575060422.
  18. ^ Wood, Michael (2000). Máquinas Antigas: De Grunts a Graffiti . Minneapolis, MN: Runestone Press. pp.  35, 36 . ISBN 0-8225-2996-3.
  19. ^ Asimov, Isaac (1988), Understanding Physics , Nova York, Nova York, EUA: Barnes & Noble, p. 88, ISBN 978-0-88029-251-1, arquivado do original em 18/08/2016.
  20. ^ a b Chiu, YC (2010), uma introdução à história da gestão de projetos , Delft: Editores acadêmicos de Eburon, p. 42, ISBN 978-90-5972-437-2, arquivado do original em 18/08/2016
  21. ^ Ostdiek, Vern; Bord, Donald (2005). Investigação em Física . Thompson Brooks / Cole. p. 123. ISBN 978-0-534-49168-0. Arquivado do original em 28/05/2013 . Página visitada em 22/05/2008 .
  22. ^ Strizhak, Viktor; Igor Penkov; Toivo Pappel (2004). “Evolução do desenho, uso e cálculos de resistência de roscas e juntas roscadas” . HMM2004 Simpósio Internacional de História de Máquinas e Mecanismos . Editores Kluwer Academic. p. 245. ISBN 1-4020-2203-4. Arquivado do original em 07/06/2013 . Página visitada em 21/05/2008 .
  23. ^ Selin, Helaine (2013). Enciclopédia da história da ciência, tecnologia e medicina em culturas não ocidentais . Springer Science & Business Media . p. 282. ISBN 9789401714167.
  24. ^ Ahmad Y Hassan , Donald Routledge Hill (1986). Tecnologia islâmica: uma história ilustrada , p. 54. Cambridge University Press . ISBN 0-521-42239-6 . 
  25. ^ Lucas, Adam (2006), Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology , Brill Publishers, p. 65, ISBN 90-04-14649-0
  26. ^ Eldridge, Frank (1980). Wind Machines (2ª ed.). Nova York: Litton Educational Publishing, Inc. p. 15 . ISBN 0-442-26134-9.
  27. ^ Pastor, William (2011). Geração de eletricidade usando energia eólica (1 ed.). Singapura: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. p. 4. ISBN 978-981-4304-13-9.
  28. ^ Taqi al-Din and the First Steam Turbine, 1551 AD Arquivado 2008-02-18 na Wayback Machine , página da web, acessada na linha 23 de outubro de 2009; esta página da web refere-se a Ahmad Y Hassan (1976), Taqi al-Din e Engenharia Mecânica Árabe , pp. 34-5, Instituto de História da Ciência Árabe, Universidade de Aleppo .
  29. ^ Ahmad Y. Hassan (1976), Taqi al-Din e Arabic Mechanical Engineering , p. 34-35, Instituto de História da Ciência Árabe, Universidade de Aleppo
  30. ^ Lakwete, Angela (2003). Inventando o algodão gim: máquina e mito na América Antebellum . Baltimore: The Johns Hopkins University Press. pp. 1–6. ISBN 9780801873942.
  31. ^ Pacey, Arnold (1991) [1990]. Technology in World Civilization: A Thousand-Year History (First MIT Press paperback ed.). Cambridge MA: The MIT Press. pp. 23–24.
  32. ^ Žmolek, Michael Andrew (2013). Repensando a Revolução Industrial: Cinco Séculos de Transição do Capitalismo Agrário para o Industrial na Inglaterra . BRILL. p. 328. ISBN 9789004251793. The spinning jenny foi basicamente uma adaptação de seu precursor, a roda de fiar
  33. ^ Banu Musa (autores), Donald Routledge Hill (tradutor) (1979), O livro de dispositivos engenhosos (Kitāb al-ḥiyal) , Springer , pp. 23-4, ISBN 90-277-0833-9
  34. ^ Sally Ganchy, Sarah Gancher (2009), Islam and Science, Medicine, and Technology , The Rosen Publishing Group, p. 41 , ISBN 978-1-4358-5066-8
  35. ^ Georges Ifrah (2001). The Universal History of Computing: From the Abacus to the Quatum Computer , p. 171, Trans. EF Harding, John Wiley & Sons, Inc. (Veja [1] )
  36. ^ Hill, Donald (1998). Estudos em tecnologia islâmica medieval: de Philo a Al-Jazarī, de Alexandria a Diyār Bakr . Ashgate. pp. 231–232. ISBN 978-0-86078-606-1.
  37. ^ Koetsier, Teun (2001), "Sobre a pré-história das máquinas programáveis: autômatos musicais, teares, calculadoras", Mecanismo e Teoria da Máquina , Elsevier, 36 (5): 589-603, doi : 10.1016 / S0094-114X (01) 00005-2 .
  38. ^ Kapur, Ajay; Carnegie, Dale; Murphy, Jim; Long, Jason (2017). "Alto-falantes opcionais: uma história de música eletroacústica não baseada em alto-falantes" . Som Organizado . Cambridge University Press . 22 (2): 195–205. doi : 10.1017 / S1355771817000103 . ISSN 1355-7718 . 
  39. ^ Professor Noel Sharkey, um robô programável do século XIII (arquivo) , universidade de Sheffield .
  40. ^ a b Krebs, Robert E. (2004). Experimentos, invenções e descobertas inovadoras da Idade Média . Greenwood Publishing Group. p. 163. ISBN 978-0-313-32433-8. Arquivado do original em 28/05/2013 . Página visitada em 21/05/2008 .
  41. ^ Stephen, Donald; Lowell Cardwell (2001). Rodas, relógios e foguetes: uma história da tecnologia . EUA: WW Norton & Company. pp. 85–87. ISBN 978-0-393-32175-3. Arquivado do original em 18/08/2016.
  42. ^ Armstrong-Hélouvry, Brian (1991). Controle de máquinas com fricção . EUA: Springer. p. 10. ISBN 978-0-7923-9133-3. Arquivado do original em 18/08/2016.
  43. ^ Pennock, GR, James Watt (1736-1819), distintas figuras no mecanismo e na ciência da máquina, ed. M. Ceccarelli, Springer, 2007, ISBN 978-1-4020-6365-7 (impresso) 978-1-4020-6366-4 (online). 
  44. ^ Beck B., Roger (1999). História mundial: padrões de interação . Evanston, Illinois: McDougal Littell.
  45. ^ Chambers, Ephraim (1728), "Table of Mechanicks", Cyclopaedia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences , London, England, 2 , p. 528, Placa 11.
  46. ^ Moon, FC, The Reuleaux Collection of Kinematic Mechanisms at Cornell University, 1999 Archived 2015-05-18 at the Wayback Machine
  47. ^ Hartenberg, RS & J. Denavit (1964) Síntese cinemática de ligações Arquivado em 2011-05-19 na Wayback Machine , Nova York: McGraw-Hill, link online da Cornell University .
  48. ^ a b c J. J. Uicker, GR Pennock, e JE Shigley, 2003, Teoria das máquinas e dos mecanismos, Oxford University Press, New York.
  49. ^ "mecânico" . Oxford English Dictionary (ed. Online). Oxford University Press . (É necessária uma assinatura ou associação a uma instituição participante .)
  50. ^ Definição do dicionário Merriam-Webster de mecânica Arquivado em 20/10/2011 na máquina Wayback
  51. ^ a b Reuleaux, F., 1876 The Kinematics of Machinery Archived 2013-06-02 na máquina de Wayback (trad. e anotado por ABW Kennedy), reimpresso por Dover, New York (1963)
  52. ^ JM McCarthy e GS Soh, 2010, Projeto Geométrico de Ligações, Arquivado em 2016-08-19 na Wayback Machine Springer, Nova York.
  53. ^ "Motor de combustão interna", Concise Encyclopedia of Science and Technology , terceira edição, Sybil P. Parker, ed. McGraw-Hill, Inc., 1994, p. 998.
  54. ^ Brett, Christopher M. A; Brett, Ana Maria Oliveira (1993). Eletroquímica: princípios, métodos e aplicações . Oxford; Nova York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-855389-2. OCLC  26398887 .
  55. ^ a b Crompton, TR (2000-03-20). Livro de referência da bateria . Elsevier. ISBN 978-0-08-049995-6.
  56. ^ a b "Células solares - desempenho e uso" .
  57. ^ a b Fernández-Yáñez, P .; Romero, V .; Armas, O .; Cerretti, G. (2021-09-01). “Gestão térmica de geradores termoelétricos para aproveitamento de energia residual” . Engenharia Térmica Aplicada . 196 : 117291. doi : 10.1016 / j.applthermaleng.2021.117291 . ISSN 1359-4311 . 
  58. ^ JJ Uicker, GR Pennock e JE Shigley, 2003, Teoria de Máquinas e Mecanismos, Oxford University Press, Nova York.
  59. ^ Robert L. Norton, Machine Design, (4ª edição), Prentice-Hall, 2010
  60. ^ Satir, Peter; Søren T. Christensen (26/03/2008). "Estrutura e função dos cílios dos mamíferos" . Histoquímica e Biologia Celular . 129 (6): 687–93. doi : 10.1007 / s00418-008-0416-9 . PMC 2386530 . PMID 18365235 . 1432-119X.  
  61. ^ Kinbara, Kazushi; Aida, Takuzo (01-04-2005). "Rumo a máquinas moleculares inteligentes: movimentos dirigidos de moléculas e montagens biológicas e artificiais". Revisões químicas . 105 (4): 1377–1400. doi : 10.1021 / cr030071r . ISSN 0009-2665 . PMID 15826015 .  
  62. ^ Bu Z, Callaway DJ (2011). "Proteins MOVE! Protein dynamics and long-range allostery in cell signaling". Estrutura da proteína e doenças . Avanços em Química de Proteínas e Biologia Estrutural. 83 . pp. 163–221. doi : 10.1016 / B978-0-12-381262-9.00005-7 . ISBN 9780123812629. PMID  21570668 .
  63. ^ Marras, A., Zhou, L., Su, H., e Castro, CE Movimento programável de mecanismos de origami de DNA, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015 Arquivado em 04/08/2017 na máquina Wayback
  64. ^ McCarthy, C, DNA Origami Mechanisms and Machines | Mechanical Design 101, 2014 Arquivado em 18/09/2017 na Wayback Machine
  65. ^ Jerome (1934) dá a classificação da indústria de máquinas-ferramentas como sendo "outras que não a força manual". A partir do censo dos Estados Unidos de 1900, o uso de energia fazia parte da definição de fábrica, diferenciando-a de oficina.
  66. ^ "US Patent and Trademark Office, Patent # 40891, Toy Automaton " . Patentes do Google . Página visitada em 2007-01-07 .
  67. ^ AP Usher, 1929, A History of Mechanical Inventions Archived 2013-06-02 na Wayback Machine , Harvard University Press (reimpresso por Dover Publications 1968).
  68. ^ B. Paul, Kinematics and Dynamics of Planar Machinery, Prentice-Hall, NJ, 1979
  69. ^ LW Tsai, Análise do robô: A mecânica de manipuladores seriais e paralelos, John-Wiley, NY, 1999.

Leitura adicional

  • Oberg, Erik; Franklin D. Jones; Holbrook L. Horton; Henry H. Ryffel (2000). Christopher J. McCauley; Riccardo Heald; Muhammed Iqbal Hussain (eds.). Machinery's Handbook (26ª ed.). Nova York: Industrial Press Inc. ISBN 978-0-8311-2635-3.
  • Reuleaux, Franz (1876). A Cinemática da Maquinaria . Trans. e anotado por ABW Kennedy. Nova York: reimpresso por Dover (1963).
  • Uicker, JJ; GR Pennock; JE Shigley (2003). Teoria das Máquinas e Mecanismos . Nova York: Oxford University Press.
  • Oberg, Erik; Franklin D. Jones; Holbrook L. Horton; Henry H. Ryffel (2000). Christopher J. McCauley; Riccardo Heald; Muhammed Iqbal Hussain (eds.). Machinery's Handbook (30ª ed.). Nova York: Industrial Press Inc. ISBN 9780831130992.

Ligações externas