Pređi na sadržaj

Mašina

Uredi veze
S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Bonsack's machine
Mašina za rolovanje cigareta, patentirana 1881.
Vetrogeneratori

Mašina ili stroj je skup delova povezanih u jednu logičnu celinu s ciljem izvođenja određene operacije.[1] Operacija je najniži segment obrade, dok je obrada jedan segment u tehnologiji.[2]

Naučna definicija mašine je da je mašina svaka naprava koja prenosi ili pretvara energiju, ili naprava za povećanje vrednosti sile, izmenu pravca delovanja sile ili povećanja brzine kojom se obavlja neki rad. U svakodnevnom životu značenje se ustalilo za naprave, koje imaju najmanje jedan pomični deo, a koje pomažu ili izvode neki rad. Mašine s jedne strane zahtevaju jedan vid ulazne energije, da bi na izlazu dali neki drugi vid energije, najčešće u obliku mehaničkog rada. Naprave bez pokretnih delova se nazivaju alatima, a ne mašinama. Ljudi su upotrebljavali razne mašine još pre nego što su znali pisati. One su im pomagale u svakodnevnom životu smanjujući količinu sile potrebne da obavi neki rad.

Etimologija

[uredi | uredi izvor]

Mašina[1] je reč koja je izvedena iz grčke reči (dorske grč. μαχανά, jonske μηχανή mekhane „majstorija, mašina, motor“,[3] derivacije iz μῆχος mekhos „sredstvo, celishodan, rešenje“[3]). Reč mehanički ima iste grčke korene. Međutim, drevni Grci su verovatno pozajmili reč mekhane iz drevnog Hibru jezika. Reč Mekhonot množina i Mekhona jednina se pominju u Hibru bibliji - Tori; ti Mekhonot su bili deset kontrapcija na četiri točka koje su stajale u Svetom hramu Jerusalima, koju je izgradio kralj Solomon - (2 Chronicles 4:14). Antički Grci su bili upoznati sa Hibru spisima i jezikom, i često su pozajmljivali reči i termine.

Šire značenje „tkanina, struktura“ se nalazi u klasičnom latinskom, ali ne u grkoj primeni. To značenje je prisutno u kasnom srednjovekovnom francuskom, i adaptirano je iz francuskog u engleski tokom sredine 16. veka.

U 17. veku, reč bi takođe mogla značiti plan ili spletka, značenje sad izraženo izvedenom reči mahinacija. Moderno značenje se razvilo iz specijalizovane primene termina na scenske mašine korištene u pozorištu i na vojne opsadne mašine, tokom kasnog 16. i ranog 17. veka. OED[4] pripisuje formalno, moderno značenje Džon Harisovom Lexicon Technicum (1704), u kome stoji:

Mašina ili motor, u mehanici, je bilo šta sa dovoljno snage da bilo podigne ili zaustavi kretanje tela ... Jednostavne mašine se obično smatraju šestimbrojnim, viz.balance, poluga, kotur, točak, klin i zavrtanj ... Složene mašine ili motori su bezbrojni. (engl. Machine, or Engine, in Mechanicks, is whatsoever hath Force sufficient either to raise or stop the Motion of a Body... Simple Machines are commonly reckoned to be Six in Number, viz. the Ballance, Leaver, Pulley, Wheel, Wedge, and Screw... Compound Machines, or Engines, are innumerable.)

Istorija

[uredi | uredi izvor]

Tokom svoje istorije ljudi su počeli da koriste osnovne mašine vrlo rano, što im je omogućilo da obavljaju rad za koji je potrebna snaga veća od snage ljudskih mišića. Dalji razvoj mašina bio je uslovljen potrebom za još većom snagom, ili potrebom da se određena snaga primenjuje duže vremena. Da bi se to omogućilo, upotrebljeni su tada dostupni i poznati izvori energije. To je bila energija prirodnih sila, tj. energija vetra i vode. Primena vetrenjača za natapanje i druge namene, i vodenih mlinova na rekama, dodatno je pospešila razvoj i olakšala život. U sedamnaestom veku započinje se s primenom pretvaranja energije iz uglja i drva u rad uz pomoć parnih mašina. Nastavak je bila izrada motora sa unutrašnjim sagorevanje i elektromotora.

Kremenski ručni klin[5] nađen u Vinčesteru

Verovatno najstariji primer alata koji je čovek napravio s ciljem usmeravanja snage je ručni klin, napravljen oblikovanjem kremena da bi formirao klin. Klin je jednostavna mašina kojom se transformiše lateralna sila i kretanje alata u poprečnu razdvajajuću silu i kretanje radnog komada.

Ideja jednostavne mašine potiče od grčkog filozofa Arhimeda iz 3. veka p. n. e, koji je studirao Arhimedanske jednostavne mašine: polugu, čekrk, i vijak.[6][7] On je otkrio princip mehaničke prednosti kod poluge.[8] Kasniji grčki filozofi su definisali klasičnih pet jednostavnih mašina (uključujući kosinu) i uspešno su grubo izračunali njihove mehaničke prednosti.[9] Heron od Aleksandrije (ca. 10–75 godine) u svojoj knjizi Mehanika navodi pet mehanizama koji mogu da „pokrenu teret”; poluga, motovilo, čekrk, klin, i vijak,[7] i opisuje njihovu izradu i upotrebu.[10] Međutim, grčko razumevanje je bilo ograničeno na statiku (balans sila) i nije obuhvatalo dinamiku (kompromis između sile i udaljenosti) ili koncept rada.

Tokom renesanse dinamika mehaničkih sila, kako su jednostavne mašine nazivane, počela se proučavati sa stanovišta količine korisnog rada koji se može obaviti, što je vremenom dovelo do koncepta mehaničkog rada. Godine 1586. flamanski inženjer Simon Stevin izveo je mehaničku prednost kosine, i ona je bila uvrštena među druge jednostavne mašine. Kompletnu dinamičku teoriju jednostavnih mašina je obradio italijanski naučnik Galileo Galilej u svom radu iz 1600. godine Le Meccaniche („O mehanici”).[11][12] On je prvi razumeo da jednostavne mašine ne stvaraju energiju, već da je jednostavno transformišu.[11]

Klasična pravila kliznog trenja kod mašina je otkrio Leonardo da Vinči (1452–1519), mada je to ostalo neobjavljeno u njegovim spisima. Ova pravila je ponovno otkrio Gijom Amonton (1699), a dalje ih je razvio Šarl-Ogisten de Kulon (1785).[13]

Džejms Vat je patentirao svoju vezu paralelnog kretanja 1782. godine, koja je učinila dvostruko delujuću parnu mašinu praktičnom.[14] Bolton i Vatova parna mašina i kasniji dizajni su našli primenu u parnim lokomotivama, parobrodima, i fabrikama.

Industrijska revolucija je bila period od 1750 do 1850 tokom koga su promene u poljoprivredi, proizvodnji, rudarstvu, transportu, i tehnologiji imale dubok uticaj na društvene, ekonomske i kulturne uslove tog vremena. Počela je u Ujedinjenom Kraljevstvu, i zatim se naknadno raširila širom zapadne Evrope, Severne Amerike, Japana, i konačno ostatka sveta.

Počevši od kasnog 18. veka, počela je tranzicija delova britanske ekonomije bazirane na manuelnom radu i radnim životinjama ka mašinsko baziranoj proizvodnji. Proces je počeo sa mehanizacijom tekstilnih industrija, razvojem tehnika metalurgije gvožđa i povećanom upotrebom rafiniranog uglja.[15]

Podela

[uredi | uredi izvor]

Mašine se generalno mogu podeliti na osnovne ili jednostavne mašine i na složene ili kompleksne mašine.

Jednostavne mašine

[uredi | uredi izvor]
Tabela jednostavnih mehanizama, iz Chambers' Cyclopædia, 1728.[16] Jednostavne mašine pružaju „rečnik” za razumevanje kompleksnijih mašina.

Jednostavne mašine su u stvari razni alati ili naprave koje su povećavale odnos uložene i dobijene sile. Oni su omogućili čoveku da obavi radove koji su zahtevali snagu koja je bila veća od njegove, tj. omogućili su iskorišćavanje snage vetra, snage vode, i snage gorivih materija.[17] Bez njih bio je nezamisliv napredak, a čovek bi još uvek bio na primitivnom stepenu razvoja. Jednostavne naprave su: strma ravan, točak i osovina, poluga.

Ideja da se mašine mogu razložiti u jednostavne pokretne elemente navela je Arhimeda da definiše polugu, čekrk i vijak kao jednostavne mašine. Do vremena renesanse ova lista je uvećana i obuhvatala je točak i osovinu, klin i kosu ravan. Mederan pristup karakterisanju mašina ima fokus na komponentama koje omogućavaju kretanje, poznatim kao zglobovi.

Klin (ručna sekira): Verovatno najraniji primer uređaja dizajniranog za upravljanje silom je ručna sekira. Rani ručni klinovi su bili napravljeni od klesanog kamena, generalno kremena, čime se formirala dvostruka ivica, ili klin. Klin je jednostavna mašina koja transformiše lateralnu silu i kretanje alata u transverzalnu rascepljujuću silu i kretanje radnog komada. Dostupna snaga je ograničena snagom osobe koja koristi alat, ali pošto je snaga proizvod sile i kretanja, klin pojačava silu redukovanjem kretanja. Ovo pojačanje, ili mehanička prednost je odnos ulazne brzine i izlazne brzine. Za klin to je dato sa 1/tanα, gde je α ugao vrha. Lica klinova su modelovana kao prave linije kako bi se formirao klizni ili prizmatični zglob.

Poluga: Poluga je još jedan važan i jednostavan alat za upravljanje snagom. To je telo koje ima oslonac. Pošto je brzina tačke udaljenije od oslonca veća od brzine tačke blizu njega, sile primenjene daleko od oslonca se pojačavaju u njegovoj blizini za asocirano smanjenje brzine. Ako je a rastojanje od oslonca do tačke gde se primenjuje ulazna sila i b rastojanje do tačke gde se primenjuje izlazna sila, onda je a/b mehanička prednost poluge. Oslonac poluge se modeluje kao zglobni ili okretni zglob.

Točak: Točak je jedna važna rana mašina, koja se koristila na primer kao komponenta kočija. Točak koristi zakon poluge za redukovanje sile neophodne za prevazilaženje trenja pri vuči tereta. Da bi se ovo razumelo treba imati na umu da je trenje asocirano sa vučom tereta po zemlji približno jednako trenju u jednostavnom ležaju koji podržava teret na osovini točka. Međutim, točak formira polugu koja uvećava vučnu silu tako da prevazilazi otpor trenja u ležaju.

Illustration of a Four-bar linkage from Kinematics of Machinery, 1876
Ilustracija zglobne veze četiri poluge iz Kinematics of Machinery, 1876

Klasifikaciju jednostavnih mašina radi pružanja strategije za dizajn novih mašina je razvio Franc Relo, koji je sakupio i izučio preko 800 elementarnih mašina.[18] On je uvideo da se klasične jednostavne mašine mogu razdvojiti na polugu, čekrk i točak sa osovinom koji su formirani telom koje rotira oko zgloba, i nagnutom ravni, klinom i vijkom koji su slično blok koji klizi na ravnoj površini.[19]

Jednostavne mašine su elementarni primeri kinematičkih lanaca ili veza koji se se koriste za modelovanje mehaničkih sistema u opsegu od parne mašine do robotskih manipulatora. Ležaji koji čine oslonac poluge i koji omogućavaju točku i osovini i čekrku da rotiraju su primeri kinematičkog para zvanog zglobni sastav. Slično tome, ravna površina nagnute ravni i klin su primeri kinematičkog para zvanog klizni spoj. Vijak se obično smatra zasebnim kinematičkim parom koji se naziva spiralni spoj.

Ova realizacija pokazuje da su zglobovi ili veze koje omogućavaju kretanje, primarni elementi mašine. Polazeći od četiri tipa spojeva, rotacionim zglobom, kliznim spojem, bregastim zglobom i zupčanikom, i srodnim spojnicama kao što su kablovi i pojasevi, moguće je razumeti mašine kao sklopove čvrstih delova koji povezuju zglobne komponente u mehanizam .[2]

Dve poluge, ili ručice, su kombinovane u planarnu četvorokraku vezu vezivanjem zglobova kojima se povezuje izlaz jednog kraka sa ulazom drugog. Dodatne veze se mogu dodati da se formira šestokraka veza ili u seriju kojom se formira robot.[2]

Kompleksne mašine

[uredi | uredi izvor]

Kompleksna mašina se može definisati kao spoj dve ili više jednostavne mašine. Dok je jednostavna mašina omogućila da se obavi više raznih radnji, kompleksne mašine su napravljeni s zadatkom da obavljaju tačno određene poslove.

Jedan od prvih mašinskih mehanizama je sistem dva zupčanika različitih veličina koji se nalaze u zahvatu. Okretanje jednog uzrokuje okretanje drugog zupčanika, ali različitom brzinom i različitom snagom. Umetanjem lanca između dva zupčanika dobije se još malo složeniji mehanizam. Princip rada dva zupčanika i lančanog prenosa je isti, samo što se lančanim prenosom povećava razdaljina osovina na kojima se prenosi sila. Kako su zupčanici ili lančanici različite veličine i različitog broja zubaca, tako su različite i njihove brzine okretanja. Manji zupčanik ili lančanik će se okrenuti celi krug, a veći samo deo. Sila na osovini manjeg zupčanika (lančanika) će biti manja od sile na većem, i to srazmerno odnosu promene brzine obrtanja. Dodavanjem zupčaste letve zupčanicima, pretvara se kružno kretanje osovine u pravolinijsko. Korišćenjem zupčanika s kosim ozubljenjem može se pravolinijsko kretanje usmeravati po uglovima. Ovaj princip se upotrebljava kod izrade satova, vanbrodskih motora, kod železnica,...

Mehanički sistemi

[uredi | uredi izvor]
Boulton & Watt Steam Engine
Bolton i Vatova parna mašina, 1784

Moderne mašine su sistemi koji se sastoje od (i) izvora napajanja i pokretača koji generišu sile i momenat, (ii) sistema mehanizama koji oblikuju pokretački input radi ostvarivanja specifične primene izlaznih sila i kretanja, (iii) kontrolera sa senzorima koji porede izlaz sa performansnim ciljem i zatim usmeravaju ulazni pogon, i (iv) interfejs za operatera koji se sastoji od ručica, prekidača i displeja.

Ovo se može videti na Vatovom parnom motoru (pogledajte ilustraciju) u kome se pokretački pogon pruža energija širenja pare čime se pokreće klip. Hodajuće vratilo, spojnica i zglob transformišu linearno kretanje klipa u rotaciju izlaznog kotura. Konačno, rotacijom kotura se podešava plovak koji kontroliše ventil za dovod pare u cilindar klipa.

Pridev „mehanički” se odnosi na veštinu praktične primene umetnosti ili nauke, kao i vezan za ili uzrokovan kretanjem, fizičkim silama, svojstvima ili agensima kao što se ostvaruje mehanikom.[20] Slično tome Merijam-Vebsterov rečnik[21] definiše „mehanički” kao nešto što se odnosi na mašineriju ili alate.

Protok energije kroz mašinu pruža način razumevanja performansi uređaja koji se kreću od poluge i zupčanika do automobila i robotskih sistema. Nemački mehaničar Franc Relo[22] je napisao, „mašina je kombinacija otpornih tela koja su uređena tako da se putem njih mehaničke sile prirode mogu primorati da vrše rad praćen izvesnim zadanim kretanjem”. Treba imati u vidu da se sile i kretanje kombinuju da bi se definisala snaga.[23][24]

Nedavno su, Uicker et al.[2] izjavili da je mašina „uređaj za primenu snage ili promenu njenog smera”. Makarti i Soh[25] su opisali mašinu kao sistem koji se „generalno sastoji od izvora napajanja i mehanizma za kontrolisanu upotrebu te snage”.

Izvori napajanja

[uredi | uredi izvor]

Ljudski i životinjski rad su bili originalni izvor napajanja za rane mašine. Prirodne sile kao što su vetar i voda su napajali veće mehaničke sisteme.

Vodenično kolo: Vodenična kola su se pojavila širom sveta u periodu oko 300. p. n. e. da bi se upotrebio protok vode za generisanje rotacionog kretanja, koje je korišteno za mlevenje žitarica, sečenje građe i vršenje niza mašinskih i tekstilnih operacija. Moderne vodene turbine koriste vodu koja protiče kroz branu za pogon električnih generatora.

Vetrenjača: Rane vetrenjače su koristile snagu vetra za generisanje rotacionog kretanja koje je korišteno u mlinskim operacijama. Moderni vetrogeneratori pokreću električne generatore. Ta struja se zatim koristi za rad motora koji su pokretači mehaničkih sistema.

Mašine: Parna mašina koristi toplotu za ključanje vode unutar posude pod pritiskom; širenja pare pokreće klip ili turbinu. Ovaj princip se može videti kod aeolipila Herona od Aleksandrije.[26] Ovaj pristup je u osnovi motora sa spoljašnjim sagorevanjem.

Automobilska mašina se naziva motorom sa unutrašnjim sagorevanjem pošto se sagoreva gorivo (što je egzotermna hemijska reakcija) unutar cilindra i koriste se ekspandirajući gasovi za vođenje klipa. Mlazni motor koristi turbinu za komprimovanje vazduha koji sagoreva sa gorivom tako da dolazi do njegove ekspanzije kroz mlaznicu čime se stvara potisak vazduhoplova. Mlazni motor je takođe „motor sa unutrašnjim sagorevanjem”.[17]

Elektrane: Toplota oslobođena sagorevanjem uglja i prirodnog gasa u bojlerima generiše paru koja pokreće parnu turbinu i koja dalje rotira električni generator. Nuklearna elektrana koristi toplotu iz nuklearnog reaktora za generisanje pare i električne snage. Ta snaga se distribuira širom mreže dalekovoda za industrijsku i individualnu primenu.

Motori: Električni motori koriste bilo naizmeničnu ili jednosmernu električnu struju za generisanje rotacionog kretanja. Električni servomotori su pokretači za mehaničke sisteme u opsegu od robotskih sistema do modernih vazduhoplova.

Snaga fluida: Hidraulički i pneumatski sistemi koriste električno vođene pumpe da dovode vodu ili vazduh u cilindre radi ostvarivanja linearnog kretanja.

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ^ a b The American Heritage Dictionary, Second College Edition. Houghton Mifflin Co., 1985.
  2. ^ a b v g J. J. Uicker, G. R. Pennock, and J. E. Shigley, 2003, Theory of Machines and Mechanisms, Oxford University Press, New York.
  3. ^ a b "μῆχος", Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus project
  4. ^ „Guide to the Third Edition of the OED”. Oxford University Press. Arhivirano iz originala 06. 09. 2015. g. Pristupljeno 30. 08. 2014. „The Oxford English Dictionary is not an arbiter of proper usage, despite its widespread reputation to the contrary. The Dictionary is intended to be descriptive, not prescriptive. In other words, its content should be viewed as an objective reflection of English language usage, not a subjective collection of usage ‘dos’ and ‘don’ts’.” 
  5. ^ Kohn 1999, str. 59.
  6. ^ Asimov, Isaac (1988), Understanding Physics, New York, New York, USA: Barnes & Noble, str. 88, ISBN 978-0-88029-251-1. 
  7. ^ a b Chiu, Y. C. (2010), An introduction to the History of Project Management, Delft: Eburon Academic Publishers, str. 42, ISBN 978-90-5972-437-2 
  8. ^ Ostdiek & Bord 2005, str. 123
  9. ^ Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. USA: Courier Dover Publications. str. 98. ISBN 978-0-486-25593-4. 
  10. ^ Strizhak, Viktor; Penkov, Igor; Pappel, Toivo (2004). „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. str. 245. ISBN 978-1-4020-2203-6. Pristupljeno 21. 05. 2008. 
  11. ^ a b Krebs 2004, str. 163
  12. ^ Stephen, Donald; Cardwell, Lowell (2001). Wheels, clocks, and rockets: a history of technology. USA: W. W. Norton & Company. str. 85—87. ISBN 978-0-393-32175-3. 
  13. ^ Armstrong-Hélouvry, Brian (1991). Control of machines with friction. USA: Springer. str. 10. ISBN 978-0-7923-9133-3. 
  14. ^ Pennock, G. R., James Watt (1736-1819), Distinguished Figures in Mechanism and Machine Science, ed. M. Ceccarelli, Springer. 2007. ISBN 978-1-4020-6365-7.
  15. ^ Beck B., Roger (1999). World History: Patterns of Interaction. Evanston, Illinois: McDougal Littell. 
  16. ^ Chambers, Ephraim (1728), „Table of Mechanicks”, Cyclopaedia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences, London, England, Volume 2, str. 528,Plate 11 
  17. ^ a b "Internal combustion engine", Concise Encyclopedia of Science and Technology, Third Edition, Sybil P. Parker, ed. McGraw-Hill, Inc., (1994). str. 998 .
  18. ^ Moon, F. C., The Reuleaux Collection of Kinematic Mechanisms at Cornell University, 1999
  19. ^ Hartenberg, R.S. & J. Denavit (1964) Kinematic synthesis of linkages, New York: McGraw-Hill, online link from Cornell University.
  20. ^ Oxford English Dictionary
  21. ^ Merriam-Webster Dictionary Definition of mechanical
  22. ^ Reuleaux 1876 harvnb greška: više ciljeva (2×): CITEREFReuleaux1876 (help)
  23. ^ Halliday; Resnick (1974). „6. Power”. Fundamentals of Physics. 
  24. ^ Chapter 13, § 3. str. 13-2,3 The Feynman Lectures on Physics Volume I, 1963
  25. ^ McCarthy & Soh 2010, str. 231
  26. ^ Hero (1899). „Pneumatika, Book II, Chapter XI”. Herons von Alexandria Druckwerke und Automatentheater (na jeziku: Greek i German). Wilhelm Schmidt (translator). Leipzig: B.G. Teubner. str. 228—232. 

Literatura

[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze

[uredi | uredi izvor]
Mašina na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Машина&oldid=28504999”