Eine einfache Maschine ist ein mechanisches Gerät, das die Richtung oder den Umfang einer Kraft ändert. Im Allgemeinen können sie als die einfachsten Mechanismen definiert werden, die mechanischen Vorteil (auch genannt Einfluss) zur Verfügung stellen.

Gewöhnlich bezieht sich der Begriff auf die sechs klassischen einfachen Maschinen, die von Renaissancewissenschaftlern definiert wurden:

• Hebel
• Rad und Achse
• Rolle
• Aufgelegtes Flugzeug
• Keil
• Schraube

Diese einfachen Maschinen fallen in zwei Klassen: (i) das aufgelegte Flugzeug, der Keil, Schraube, die durch die Vektor-Entschlossenheit von Kräften und Bewegung entlang einer Linie, und (ii) der Hebel, die Rolle, das Rad und die Achse charakterisiert ist, die durch das Gleichgewicht von Drehmomenten und Bewegung um eine Türangel charakterisiert ist.

Eine einfache Maschine ist ein elementares Gerät, das eine spezifische Bewegung hat (häufig hat einen Mechanismus genannt), der mit anderen Geräten und Bewegungen verbunden werden kann, um eine Maschine zu bilden. So, wie man betrachtet, sind einfache Maschinen die "Bausteine" von mehr komplizierten Maschinen. Diese analytische Ansicht von Maschinen, die so in einfache Maschinen zuerst zerlegbar sind, ist in der Renaissance entstanden wie eine neoklassizistische Erweiterung von alten griechischen Texten auf der Technologie, und ist noch ein Hauptteil der Technik im heutigen Alter der angewandten Naturwissenschaft. Zum Beispiel werden Räder, Hebel und Rollen alle im Mechanismus eines Rades verwendet. Zwischen den einfachen Maschinen und komplizierten Bauteilen können mehrere Zwischenklassen definiert werden, der "zusammengesetzte Maschinen" oder "Maschinenelemente" genannt werden kann. Der mechanische Vorteil einer zusammengesetzten Maschine ist einfach das Produkt der mechanischen Vorteile der einfachen Maschinen, aus denen es zusammengesetzt wird.

Verschiedene Autoren haben zusammengestellte Listen von einfachen Maschinen und Maschinenelementen, manchmal sie unter einem einzelnen Begriff wie "einfache Maschinen" zusammenlegend, "grundlegende Maschinen" "setzen Maschinen", oder "Maschinenelemente" zusammen; der Gebrauch des Begriffes "einfache Maschinen" in diesem breiteren Sinn ist eine Abfahrt vom neoklassizistischen Sinn der sechs wesentlichen einfachen Maschinen, der ist, warum viele Autoren es vorziehen, seinen Gebrauch zu vermeiden, die anderen Begriffe (wie "Maschinenelement") bevorzugend. In allen Fällen ist das Thema einer analytischen und synthetischen Verbindung vom einfachen, um sich zum Komplex zu vergleichen, bei der Arbeit. Eine Seite aus einem 1728-Text von Ephraim Chambers (in der Zahl nach rechts) zeigt mehr Maschinenelemente. Bis zum Ende der 1800er Jahre hat Franz Reuleaux Hunderte von Maschinenelementen identifiziert (sie "einfache Maschinen" nennend). Modelle dieser Geräte können an Cornells KMODDL Website der Universität gefunden werden.

Geschichte

Die Idee von einer "einfachen Maschine" ist mit dem griechischen Philosophen Archimedes um das 3. Jahrhundert v. Chr. entstanden, der die "Archimedean" einfachen Maschinen studiert hat: Hebel, Rolle und Schraube. Er hat den Grundsatz des mechanischen Vorteils im Hebel entdeckt. Spätere griechische Philosophen haben die klassischen fünf einfachen Maschinen definiert (des aufgelegten Flugzeugs ausschließend), und sind im Stande gewesen, ihren mechanischen Vorteil grob zu berechnen. Reiher Alexandrias (ca. 10-75 n.Chr.) in seinen Arbeitsmechanik-Listen fünf Mechanismen, die eine Last "in Bewegung bringen können"; Hebel, Winde, Rolle, Keil und Schraube, und beschreiben ihre Herstellung und Gebrauch. Jedoch wurde das Verstehen der Griechen auf die Statik von einfachen Maschinen beschränkt; das Gleichgewicht von Kräften, und hat Dynamik nicht eingeschlossen; der Umtausch zwischen der Kraft und Entfernung oder dem Konzept der Arbeit.

Während der Renaissance hat die Dynamik der Mechanischen Mächte, wie die einfachen Maschinen genannt wurden, begonnen, von der Einstellung dessen studiert zu werden, wie viel nützliche Arbeit sie leisten konnten, schließlich zum neuen Konzept der mechanischen Arbeit führend. 1586 hat flämischer Ingenieur Simon Stevin den mechanischen Vorteil des aufgelegten Flugzeugs abgeleitet, und es wurde mit den anderen einfachen Maschinen eingeschlossen. Die ganze dynamische Theorie von einfachen Maschinen wurde vom italienischen Wissenschaftler Galileo Galilei 1600 in Le Meccaniche ("Auf der Mechanik") ausgearbeitet. Er war erst, um zu verstehen, dass einfache Maschinen Energie nicht schaffen, sie nur umgestalten.

Die klassischen Regeln der Gleitreibung in Maschinen wurden von Leonardo Da Vinci (1452-1519) entdeckt, aber sind unveröffentlicht in seinen Notizbüchern geblieben. Sie wurden von Guillaume Amontons (1699) wieder entdeckt und wurden weiter von Charles-Augustin de Coulomb (1785) entwickelt.

Mechanischer Vorteil

Eine einfache Maschine hat eine angewandte Kraft, die gegen eine Lastkraft arbeitet. Wenn es keine Reibungsverluste gibt, ist die geleistete Arbeit auf der Last der geleisteten Arbeit durch die angewandte Kraft gleich. Das erlaubt eine Zunahme in der Produktionskraft auf Kosten einer proportionalen durch die Last in der Ferne bewegten Abnahme. Das Verhältnis der Produktionskraft zur Eingangskraft ist der mechanische Vorteil der Maschine.

Wenn die einfache Maschine nicht zerstreut oder Energie absorbiert, dann kann sein mechanischer Vorteil von der Geometrie der Maschine berechnet werden. Zum Beispiel ist der mechanische Vorteil eines Hebels dem Verhältnis seiner Hebel-Arme gleich. Eine einfache Maschine ohne Reibung oder Elastizität wird häufig eine ideale Maschine genannt.

Der mechanische Vorteil einer idealen einfachen Maschine wird bei der Voraussetzung leicht erhalten die Rate der Energie in, oder Macht darin, kommt der Rate der Energie oder Macht gleich, die ist

Weil Macht das Produkt einer Kraft und die Geschwindigkeit seines Punkts der Anwendung, die angewandten Kraft-Zeiten die Geschwindigkeit ist, müssen die Eingangspunkt-Bewegungen, v, den Lastkraft-Zeiten die Geschwindigkeit die Lastbewegungen, v, gegeben durch gleich

So das Verhältnis der Produktion, um Kraft einzugeben, ist der mechanische Vorteil von einer frictionless Maschine dem "Geschwindigkeitsverhältnis" gleich; das Verhältnis der Eingangsgeschwindigkeit zur Produktionsgeschwindigkeit:

: (Idealer mechanischer Vorteil)

In der Schraube, die Rotationsbewegung verwendet, sollte die Eingangskraft durch das Drehmoment und die Geschwindigkeit durch die winkelige Geschwindigkeit ersetzt werden die Welle wird gedreht.

Zusammengesetzte Maschine

Eine zusammengesetzte Maschine ist eine Maschine, die von einer Reihe einfacher Maschinen gebildet ist, verbunden der Reihe nach mit der Produktionskraft einer Versorgung der Eingangskraft zum folgenden. Zum Beispiel besteht ein Bank-Schraubstock aus einem Hebel (der Griff des Schraubstocks) der Reihe nach mit einer Schraube, und ein einfacher Zahnrad-Zug besteht aus mehreren Getrieben (Räder und Achsen) verbunden der Reihe nach.

Der mechanische Vorteil einer zusammengesetzten Maschine ist das Verhältnis der Produktionskraft, die durch die letzte Maschine in der Reihe ausgeübt ist, die durch die Eingangskraft geteilt ist, die auf die erste Maschine angewandt ist, die ist

Weil die Produktionskraft jeder Maschine der Eingang des folgenden ist, und durch diesen mechanischen Vorteil wird auch, gegeben

So ist der mechanische Vorteil der zusammengesetzten Maschine dem Produkt der mechanischen Vorteile der Reihe von einfachen Maschinen gleich, die es, bilden

Energieverluste und Leistungsfähigkeit

Maschinen verlieren Energie durch die Reibung, die Deformierung und das Tragen, das als Hitze zerstreut wird. Das bedeutet, dass die Macht aus der Maschine weniger ist als Macht darin. Das Verhältnis der Macht, um darin zu rasen, ist die Leistungsfähigkeit η der Maschine, und ist ein Maß der Energieverluste,

Das Geschwindigkeitsverhältnis einer Maschine wird durch seine Dimensionen befestigt, so ist es der mechanische Vorteil, der durch die Verluste reduziert wird, der ist

So in nichtidealen Maschinen ist der mechanische Vorteil immer weniger als das Geschwindigkeitsverhältnis durch das Produkt mit der Leistungsfähigkeit η. So wird eine Maschine, die Verluste wie Reibung, Deformierung und Tragen einschließt, nicht im Stande sein, eine so große Last zu bewegen, wie eine entsprechende ideale Maschine, die dieselbe Eingangsgewalt anwendet.

Die Leistungsfähigkeit einer zusammengesetzten Maschine ist das Produkt der Wirksamkeit der Reihe von einfachen Maschinen, die es, bilden

Kinematische Ketten

Einfache Maschinen sind elementare Beispiele von kinematischen Ketten, die verwendet werden, um mechanische Systeme im Intervall von der Dampfmaschine zu Roboter-Handhabern zu modellieren. Die Lager, die den Hebepunkt eines Hebels bilden, und die dem Rad und der Achse und den Rollen erlauben zu rotieren, sind Beispiele eines kinematischen Paares genannt ein Scharniergelenk. Ähnlich ist die flache Oberfläche eines aufgelegten Flugzeugs und Keils Beispiele des kinematischen Paares genannt ein gleitendes Gelenk. Die Schraube wird gewöhnlich identifiziert, wie sein eigenes kinematisches Paar ein spiralenförmiges Gelenk genannt hat.

Zwei Hebel oder Kurbeln, werden in eine planare Vier-Bars-Verbindung durch die Befestigung einer Verbindung verbunden, die die Produktion einer Kurbel zum Eingang von einem anderen verbindet. Zusätzliche Verbindungen können beigefügt werden, um eine Sechs-Bars-Verbindung zu bilden oder der Reihe nach einen Roboter zu bilden.

Klassifikation von Maschinen

Die Identifizierung von einfachen Maschinen entsteht aus einem Wunsch nach einer systematischen Methode, neue Maschinen zu erfinden. Deshalb ist eine wichtige Sorge, wie einfache Maschinen verbunden werden, um kompliziertere Maschinen zu machen. Eine Annäherung soll einfache Maschinen der Reihe nach beifügen, um zusammengesetzte Maschinen zu erhalten.

Jedoch wurde eine erfolgreichere Strategie von Franz Reuleaux identifiziert, der gesammelt hat und mehr als 800 elementare Maschinen studiert hat. Er hat begriffen, dass ein Hebel, Rolle und Rad und Achse hauptsächlich dasselbe Gerät, ein Körper sind, der über ein Scharnier rotiert, und dass ein aufgelegtes Flugzeug, Keil und Schraube ähnlich ein Block sind, der auf einer flachen Oberfläche gleitet.

Diese Verwirklichung zeigt, dass es die Gelenke oder die Verbindungen sind, die Bewegung zur Verfügung stellen, die die primären Elemente einer Maschine sind. Mit vier Typen von Gelenken, dem Drehgelenk anfangend, Gelenk, Nocken-Gelenk und Zahnrad-Gelenk und verwandte Verbindungen wie Kabel und Riemen gleiten lassend, ist es möglich, eine Maschine als ein Zusammenbau von festen Teilen zu verstehen, die diese Gelenke verbinden.

Siehe auch

• Maschine (mechanischer)
• Mechanismus (Technik)
• Verbindung (mechanischer)
• Vier-Bars-Verbindung
• Sechs-Bars-Verbindung
• Zahnrad-Zug
• Mechanischer Vorteil
• Macht (Physik)