Машина

(франц. machine, от латинского machina)

устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации. В зависимости от основного назначения (какое преобразование преобладает) различают 3 вида М.: энергетические, рабочие, информационные. Энергетические М., предназначенные для преобразования любого вида энергии в механическую, называются машинами-двигателями. К ним относятся, например, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, поршневые, паровые М. Распространённым видом энергетических М. являются также электрогенераторы. Рабочие М. подразделяются на технологические и транспортные. В технологических М. под материалом подразумевается обрабатываемый предмет (объект труда), который может находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Преобразование материала в этих М. состоит в изменении формы, свойств, состояния и положения. В транспортных М. под материалом понимается перемещаемый предмет, а его преобразование состоит только в изменении положения. К технологическим М. относятся металлообрабатывающие станки, прокатные станы (См. Прокатный стан), ткацкие станки, упаковочные М., полиграфические машины; к транспортным — автомобили (См. Автомобиль), Тепловозы, Самолёты, Вертолёты, Подъёмники, Конвейеры и др. Информационные М. предназначены для преобразования информации. Если информация представлена в форме чисел, то информационная М. называется счётной, или вычислительной, например арифмометры, механические интеграторы, бухгалтерские М. Электронная вычислительная машина, строго говоря, не является М., так как в ней механические движения служат для выполнения лишь вспомогательных операций (название сохранено за ней в порядке исторической преемственности от счётных М. типа арифмометра).

М., в которой все преобразования энергии, материалов, информации выполняются без непосредственного участия человека, называется машиной-автоматом, или просто Автоматом. Совокупность М.-автоматов, последовательно соединённых между собой и предназначенных для выполнения определённого технологического процесса, образует автоматическую линию (См. Автоматическая линия). М., и в особенности М.-автомат, при правильном её применении облегчает труд человека, увеличивает производительность труда и обеспечивает высокое качество выполнения рабочего процесса. См. также Машин и механизмов теория и литературу при этой статье.

И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский.

Машина

Маши́на (лат. machina (от др.-греч. Μηχανή — двигать) — механизм, устройство, конструкция) — техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации. [1]

Машина предназначена для облегчения труда человека путём частичной или полной его замены. Особенностью машины, отличающей её от других устройств, является использование механической энергии (совершение определенного механического движения) для выполнения возложенной на неё функции (предназначения, работы, действий). Машина — это, прежде всего, механическое устройство, но не механизм.

Основной характеристикой машины является развиваемая ею мощность. Одной из первых единиц измерения мощности была лошадиная сила (л. с.). Несмотря на то, что в Российской Федерации принята Международная система единиц (СИ) и единицей измерения мощности является ватт, лошадиная сила продолжает использоваться и в настоящее время.

Содержание

Устройство машины и её составляющие

Основой устройства машины являются механизмы (например, кривошипно-шатунный механизм как часть паровой машины). Внешне разные машины могут содержать подобные или схожие механизмы. Но наиболее важные составляющие, остаются неизменными всегда, во всех машинах, такие как: двигатель, подвижные части и т.д

Машина состоит из двигателя как источника энергии (движения), передаточного и исполнительного устройств и системы управления. Вместе первые три части обычно называют машинным агрегатом. Механическое передаточное устройство называют передаточным механизмом, а механическое исполнительное устройство — исполнительным механизмом.

В машинах либо двигатель, либо исполнительное устройство (либо и то, и другое вместе) совершают механические движения. Остальные части машины могут основываться на иных принципах действия (например, использовать законы оптики, электродинамики и т. д.).

Часть машинного агрегата, включающая двигатель и передаточное устройство, составляет привод. В машинах используют механические, а также на комбинированные приводы — электромеханические, оптикомеханические, гидроэлектромеханические и т. п.

Двигатель и/или исполнительное устройство машины выполняют заданную функцию, совершая определенные движения, например, перемещение поршня насоса, руки робота. Проектирование таких устройств заключается в создании механизмов, обеспечивающих, прежде всего, заданные вид и закон движения. Эти задачи решаются методами теории механизмов и машин.

Механическое передаточное устройство (передаточный механизм) предназначено для передачи механической энергии. Оно необходимо для согласования взаимного положения и параметров движения двигателя и исполнительного устройства. Это, в свою очередь, позволяет подразделить передаточные устройства на следующие:

• трансмиссии — только передают движение от удаленного двигателя к исполнительному устройству без изменения характеристик этого движения. Например, от двигателя автомобиля, расположенного в его передней части, к задним колесам (ведущему мосту);
• передачи — согласуют параметры и вид движения на выходе двигателя с входными характеристиками исполнительного устройства. Механические передачи, замедляющие передаваемое движение, относят к редукторам, а ускоряющие — к мультипликаторам.

История

Первым известным прообразом машины было наливное водяное колесо, его с древнейших времён использовали для ирригации древние египтяне и персы. Это механическое устройство служило для преобразования энергии падающей воды (гидроэнергии) в энергию вращательного движения.

В эпоху античности машины как механические устройства применялись для усиления человеческих возможностей применительно к одной точке: подъёмные блоки, рычаг, колёсные повозки, машина для замеса теста, винтовой пресс, шнек (винт Архимеда). Машинами также считались простые строительные леса. Прообразы более сложных машин в качестве хитроумных устройств служили для развлечения публики, как, например, паровая машина Герона.

Во времена Римской империи конструирование машин относилось к архитектуре и имело прикладной характер. [2] Основные усилия инженеров были направлены на усовершенствование военной техники и ручных орудий труда, метательных орудий, устройств для распилки каменных блоков.
В эпоху поздней Римской империи и средневекового Запада слово «машина» применялось лишь к осадным орудиям.

Создание в 1774 г. Джеймсом Уаттом универсальной паровой машины положило начало технической революции и всё более ускоряющемуся техническому прогрессу. Появляются сложное оборудование и двигательные установки, такие как изобретенные в 1889 г. К. Лавалем паровая турбина, в 1870…1890 гг. двигатель внутреннего сгорания (газовый — Н. Отто, бензиновый — Г.Даймлера и К.Бенца, дизельный — Р.Дизеля), в 1889 г. М. О. Доливо-Добровольским — электродвигатель переменного тока.
Функционирование новых машин начинает широко использовать явления механики, термодинамики, электромагнетизма. Технические объекты становятся сложными физически. Для обозначения отдельных видов технических устройств вводятся термины «аппарат», «прибор».

Виды машин

По функциональному назначению выделяют следующие виды машин:

• энергетические, которые служат:
  • для преобразования какого-нибудь вида энергии в механическую (двигатели электрические, тепловые и другие);
  • для преобразования механической энергии в любой другой вид энергии (генераторы, как, например, электрогенератор);
• рабочие. Они служат:
  • для изменения положения физического объекта (транспортные машины, например, автомобиль, транспортер). Их исполнительным устройством, обеспечивающим движение, является движитель, например, колёса (колёсный движитель), гусеницы (гусеничный движитель);
  • для изменения формы физического объекта, свойств и взаимного положения частей (технологические машины, например, станок, пресс, миксер);
• информационные, которые служат:
  • для обработки информации с целью управления машинами (контрольно-управляющие машины, например, парорегулятор);
  • для получения различных математических образов в форме отдельных чисел и фигур (математические машины, например, арифмометр) [3] ;
  • для помощи человеку или с целью его замены в умственном труде, управлении и контроле рабочих процессов (логические машины);
• кибернетические, выполняющие определенные движения, присущие человеку или живой природе, одновременно обладая элементами искусственного интеллекта (роботы и автоматически функционирующие машины).

Электрические машины: виды, классификация, принципы работы

Электрической машиной принято считать электромеханическое устройство, способное преобразовать механическую энергию в электрическую и обратно. В первом случае происходит выработка электроэнергии (машины являются генераторами), во втором – её потребление ( электродвигатели) . Последние необходимы для того чтобы привести в движение транспортные средства, станки и другие механизмы.
Генераторы и электродвигатели – основная сфера использования электрических машин. Но они могут быть также использованы и в качестве электромеханических преобразователей (умформеров) – агрегатов, которые способны преобразовывать электрическую энергию в различные её формы. Преобразователь постоянного тока в переменный называется инвертором , увеличитель мощности электрических сигналов – электромашинным усилителем, а устройство способное отрегулировать напряжение переменного тока – индукционным регулятором.

Отдельной категорией можно назвать также сельсины – самосинхронизирующиеся индукционные машины, которые обеспечивают возможность вращения нескольких осей независимо друг от друга с точки зрения механики. Такие устройства используются в электронике, в составе сварочных аппаратов для регулировки их рабочей мощности.

Классификация электрических машин

Коллекторные и бесколлекторные электрические машины

Деление на коллекторные и бесколлекторные электрические машины существует благодаря принципиальным отличиям в принципе их действия.

Коллекторные машины

Коллекторные агрегаты работают только на постоянном токе, поэтому отличительной чертой их конструкции является наличие механического преобразователя, который позволяет получить постоянный ток из переменного или наоборот. Они могут использоваться в качестве двигателя или генератора без необходимости внесения изменений в схему.

Их существенными преимуществами являются отличные пусковые характеристики и возможность плавной регулировки частоты вращения вала. Именно поэтому коллекторные электрические машины постоянного тока нашли очень широкое применение в качестве приводов для прокатных станов, электротранспорта, источников питания для сварочных аппаратов, электролитических ванн. В самолётах, тракторах, автомобилях такие двигатели приводят в движение всё используемое вспомогательное оборудование.

Небольшая группа коллекторных машин небольшой мощности выполняется в виде универсальных двигателей, которые уникальны тем, что могут работать и от постоянного, и от переменного тока.

Бесколлекторные машины

Бесколлекторные агрегаты работают только с переменным током и делятся на синхронные и асинхронные машины. Синхронные машины широко применяются как в качестве генераторов, так и электродвигателей, в то время как асинхронные – в основном служат двигателями.

Принцип работы такого генератора заключается в том, чтобы при помощи привода (двигателя внутреннего сгорания или турбины) через ременную передачу привести в движение ротор генератор. Одновременно в обмотке статора наводится ЭДС (указано стрелками) и благодаря замыканию её на нагрузке в цепи появляется ток.

Когда речь идёт о синхронном электродвигателе, то его работа начинается с подачи тока на обмотку статора. Это приводит к вращению магнитного поля, которое при взаимодействии с полем ротора вырабатывает силу, которая, в конечном счёте, преобразует электрическую энергию в механическую и вращает вал.

В асинхронном электродвигателе при включении обмотки статора в сеть образуется вращающееся с частотой n1 магнитное поле. При этом в обмотке статора и ротора наводится ЭДС. Благодаря тому что обмотка ротора замкнута в ней возникает ток, который взаимодействуя с полем статора создаёт электромагнитные силы Fэм приводящие во вращение ротор двигателя.

Трансформаторы

Трансформатор – электрический аппарат, который представляет собой статическое устройство, преобразующее одну систему переменного тока в другую. Параметры для преобразования могут быть самыми разными: ток, напряжение, частота, число фаз. Но чаще всего в системах электроснабжения используются силовые трансформаторы, которые позволяют изменить величину тока и напряжения (при этом все остальные параметры сети остаются неизменными).

По назначению существует деление аппаратов на трансформаторы силового и специального назначения. Силовые являются одним из основных элементов систем энергоснабжения и используются при транспортировке электроэнергии для получения напряжения требуемого класса.

Специальные же очень разнообразны по своей конструкции и рабочим характеристикам (примером могут послужить сварочные, печные, испытательные трансформаторы). Отдельной их категорией являются автотрансформаторы – однообмоточные аппараты, которые способны изменять величину напряжения в минимальных пределах (когда коэффициент трансформации приближён к 1).

Принцип действия силового трансформатора

Конструктивно аппарат состоит из сердечника, выполненного из листовой электротехнической стали и обмоток 1 и 2 (первичной и вторичной), которые размещены на стержнях и электрически не связаны между собой. К обмотке 1 подключается источник питания, к обмотке 2 – нагрузка (потребитель).

За счёт явления электромагнитной индукции переменный ток i1 создаёт магнитный поток, который замыкается в сердечнике и сцепляясь с обеими обмотками наводит в них ЭДС само- и взаимоиндукции соответственно. При подключении потребителя во вторичной обмотке создаётся ток i2, а на выводах – вторичное напряжение. Разница в напряжениях на вводах и выводах образуется за счёт разного количества витков в 1 и 2 обмотках. Отношение параметров может быть любым.

По количеству фаз существует разделение на одно- и трехфазный трансформатор , по виду охлаждения – на воздушный и масляный, по форме магнитопровода – на стержневой, бронестержневой, броневой, тороидальный. Особенностью трёхфазного от однофазного трансформатора в плане его электрической схемы состоит в том, что схемы трёх отдельных систем объединены в одну.

Трансформаторы и электрические машины в целом являются одними из важнейших элементов любой системы энергоснабжения. Огромное количество технических решений и отдельных видов устройств позволяет решать самые разные задачи во всех сферах деятельности.