機械

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機械語源et歴史

マシンがあるヒト製使用するデバイスの電力を適用すると制御動作をアクションを実行します。機械は、動物などの自然の力、化学、または電力によって駆動でき、出力力と動きの特定のアプリケーションを実現するためにアクチュエータ入力を形成するメカニズムのシステムを備えています。また、パフォーマンスを監視し、動きを計画するコンピューターやセンサーを含めることもできます。機械システム

A ホンダF1のレースカーのエンジン。

ルネッサンスの自然哲学者は、負荷を動かす基本的な装置である6つの単純な機械を特定し、現在機械的倍率として知られている入力力に対する出力力の比率を計算しました。[1]

最新の機械は、構造要素、メカニズム、および制御コンポーネントで構成され、便利に使用できるインターフェイスを備えた複雑なシステムです。例としては、自動車ボート飛行機などのさまざまな乗り物があります。コンピュータ、建物の空気処理および水処理システムを含む、家庭およびオフィスの電化製品。だけでなく、農業機械工作機械工場自動化システムやロボット

ボンサックの機械
1880年に発明され、1881年に特許を取得したジェームズアルバートボンサックのたばこ圧延機

英語の単語のマシンが伝わってくる中期フランス語からラテン語 machinaの[2] 、そこからターン派生でギリシャドーリア式 μαχανά makhanaイオン μηχανή mekhane「の工夫、機械、エンジン」、[3]から派生μῆχος mekhos「とは、得策、救済」[4])。[5]機械という言葉(ギリシャ語:μηχανικός)は、同じギリシャ語のルーツに由来します。「布、構造」のより広い意味は古典ラテン語に見られますが、ギリシャ語の用法には見られません。この意味は中世後期のフランス語に見られ、16世紀半ばにフランス語から英語に採用されました。

17世紀では、単語機も方式やプロット、今派生によって表現の意味を意味する可能性が策謀を。現代の意味は、16世紀後半から17世紀初頭にかけて、劇場で使用されるステージエンジンと軍事攻城兵器へのこの用語の特殊な適用から発展しました。OEDはに正式な、現代的な意味をトレースし、ジョン・ハリス「レキシコンTechnicumあり(1704)、:

Mechanicksの機械、またはエンジンは、体の動きを上げたり止めたりするのに十分な力を持っているものなら何でもです。単純機械は、一般的に数が6であると考えられています。バランス、リーバー、プーリー、ホイール、ウェッジ、スクリュー。複合マシン、またはエンジンは無数にあります。

ハリスと後の言語の両方で(ほぼ)同義語として使用される単語エンジンは、最終的に(古フランス語を介して)ラテン語の創意工夫「創意工夫、発明」に由来します。

ウィンチェスターで見つかった フリント ハンドアックス。

手斧形成するフリントチッピング製、楔を工作物の横方向分離力および運動に工具のヒト変換力と運動の手の中に、。手の斧は、ほとんどの機械のベースとなっている6つの古典的な単純機械の中で最も古いウェッジの最初の例です。2番目に古い単純な機械は傾斜面(ランプ)であり[6]、先史時代から重い物体を動かすために使用されてきました。[7] [8]

他の4つの単純な機械は、古代の近東で発明されました。[9]ホイールは、一緒に車輪と車軸機構に発明されたメソポタミア紀元前5千年紀中(現代イラク)。[10]レバー機構は、第1に5000年前に登場し近東それはシンプルで使用された、バランススケール、[11]とに大きなオブジェクトを移動するには、古代エジプトの技術。[12]レバーは、紀元前3000年頃にメソポタミアで登場した最初のクレーン機であるshadoof水揚げ装置[11]でも使用され、その後、紀元前2000年頃の古代エジプトの技術でも使用されました。[13]の最古の証拠プーリ日早い紀元前2千年紀におけるメソポタミアに戻って、[14]と古代エジプトの間に十二王朝(1991年から1802年BC)。[15]スクリュー、考案される単純な機械の最後、[16]最初の中メソポタミアに現れネオアッシリア期間(911から609)BC。[17]エジプトのピラミッドは、同様の構造を作成するために、6台のシンプルなマシン、傾斜面、ウェッジ、及びレバーのうち3つを使用して構築されたギザの大ピラミッドを。[18]

単純な機械のうちの3つは、紀元前3世紀頃にギリシャの哲学者アルキメデスによって研究され、説明されました。レバー、滑車、ネジです。[19] [20]アルキメデスは、レバーのメカニカルアドバンテージの原理を発見しました。[21]後のギリシャの哲学者は、古典的な5つの単純な機械(傾斜面を除く)を定義し、それらの機械的倍率を大まかに計算することができました。[1] アレクサンドリアのヘロン(西暦10〜75年頃)の作品「力学」には、「負荷を動かす」ことができる5つのメカニズムが記載されています。レバー、ウインドラス、プーリー、ウェッジ、スクリュー[20]と、それらの製造と使用法について説明します。[22]しかしながら、ギリシャ人の理解は静力学(力のバランス)に限定されており、力学(力と距離の間のトレードオフ)や仕事の概念は含まれていませんでした。

水車を動力源とする鉱石破砕機

最も初期の実用的な水力機械である水車と水車小屋は、紀元前4世紀初頭までに、現在のイラクとイランであるペルシャ帝国に最初に登場しました。[23]最も初期の実用的な風力発電機である風車と風力ポンプは、イスラム黄金時代のイスラム世界、現在のイラン、アフガニスタン、パキスタンで、西暦9世紀までに最初に登場しました。[24] [25] [26] [27]最も初期の実用的な蒸気動力機械は、1551年にオスマン帝国エジプトのタキアルジンムハンマドイブンマルフによって記述された蒸気タービンによって駆動される蒸気ジャッキでした。[28] [29]

綿繰り機は、6世紀ADによりインドで発明された[30]と糸車がで発明されたイスラム世界、初期の11世紀で[31]の成長の基礎とした、どちらも綿産業。スピニングホイールは、18世紀の初期の産業革命の重要な発展であったスピニングジェニーの前身でもありました。[32] クランクシャフトとカムシャフトは、によって発明されたジャザリーで北メソポタミア1206年頃[33] [34] [35]と、それらは後のような現代の機械の中心となった蒸気機関、内燃機関と自動制御。[36]

初期のプログラム可能なマシンは、イスラム世界で開発されました。音楽シーケンサ、プログラマブルな楽器は、プログラマブル・マシンの最も初期のタイプでした。最初の音楽シーケンサーは、バヌームーサー兄弟によって発明された自動フルート奏者で、9世紀に彼らの「からくりの書」に記載されています。[37] [38] 1206年、アルジャザリーはプログラム可能なオートマタ/ロボットを発明しました。彼は、プログラム可能なドラムマシンで操作されるドラマーを含む4人のオートマトンミュージシャンについて説明しました。これらのミュージシャンは、さまざまなリズムとさまざまなドラムパターンを演奏することができます。[39]

中にルネッサンスの力学機械パワーズは、簡単な機械が呼ばれたように、機械の新しい概念に最終的にリードする、それらが実行する可能性がどのくらい有用な作業の観点から検討されるようになった作品。1586年、フランダースのエンジニアであるサイモンステビンは、傾斜面の機械的倍率を導き出し、他の単純な機械に組み込まれました。単純機械の完全な動的理論は、1600年にイタリアの科学者ガリレオガリレイによってルメカニッ​​シュ(「力学について」)で考案されました。[40] [41]彼は、単純な機械はエネルギーを生み出さず、単にエネルギーを変換するだけであることを最初に理解しました。[40]

機械の滑り摩擦の古典的な規則は、レオナルド・ダ・ヴィンチ(1452–1519)によって発見されましたが、彼のノートブックには未発表のままでした。それらはギヨーム・アモントン(1699)によって再発見され、シャルル・ド・クーロン(1785)によってさらに開発されました。[42]

ジェームズワットは1782年に彼の平行運動リンケージの特許を取得し、複動式蒸気エンジンを実用化しました。[43]ボールトンとワット蒸気機関以降は電動設計蒸気機関車、蒸気船、及び工場。

産業革命は、農業、製造業、鉱業、輸送、技術の変化は時代の社会的、経済的、文化的状況に大きな影響を持っていたところ。1750年から1850年までの期間でした それはイギリスで始まり、その後西ヨーロッパ、北アメリカ、日本、そして最終的には世界の他の地域に広がりました。

18世紀後半から、英国の以前は肉体労働と輓獣ベースの経済の一部が機械ベースの製造に移行し始めました。それは、繊維産業の機械化、製鉄技術の開発、および精製された石炭の使用の増加から始まりました。[44]

Chambers'Cyclopædia、1728からの単純なメカニズムの表 。 [45]単純な機械は、より複雑な機械を理解するための「語彙」を提供します。

機械を単純な可動要素に分解できるという考えから、アルキメデスはレバー、プーリー、ネジを単純な機械として定義しました。ルネッサンスの時までに、このリストはホイールとアクスル、ウェッジと傾斜面を含むように増加しました。機械の特性を明らかにするための最新のアプローチは、関節と呼ばれる動きを可能にするコンポーネントに焦点を当てています。

くさび(手斧):おそらく、電力を管理するように設計されたデバイスの最初の例は、バイフェイスおよびオロロゲサイリとも呼ばれる手斧です。手斧は、一般的にフリントである石を削って、両面エッジまたはウェッジを形成することによって作られます。くさびは、工具の横方向の力と動きを横方向の分割力とワークピースの動きに変換する単純な機械です。使用できる力は、ツールを使用する人の努力によって制限されますが、力は力と動きの積であるため、ウェッジは動きを減らすことによって力を増幅します。この増幅、またはメカニカルアドバンテージは、入力速度と出力速度の比率です。くさびの場合、これは1 /tanαで与えられます。ここで、αは先端角度です。くさびの面は直線としてモデル化され、スライドまたはプリズムジョイントを形成します。

レバー:レバーは、電力を管理するためのもう一つの重要かつシンプルなデバイスです。これは支点を中心に回転するボディです。ピボットから遠い点の速度はピボットの近くの点の速度よりも大きいため、ピボットから遠くに加えられた力は、関連する速度の低下によってピボットの近くで増幅されます。場合ピボットからの入力力が印加される点までの距離であり、bは出力力が適用される点までの距離であり、次いで/ bがある機械的利点レバー。レバーの支点は、ヒンジ付きまたは回転ジョイントとしてモデル化されています。

ホイール:ホイールはのような、重要な初期のマシンである戦車。ホイールはレバーの法則を使用して、荷物を引っ張るときの摩擦に打ち勝つために必要な力を減らします。この注意を見ると、地面に荷重を引くことに関連する摩擦は、車輪の車軸にかかる荷重を支える単純なベアリングの摩擦とほぼ同じであることがわかります。ただし、ホイールは、ベアリングの摩擦抵抗に打ち勝つように、引っ張り力を拡大するレバーを形成します。

The Kinematics of Machinery、1876年の4バーリンケージの図

新しい機械の設計戦略を提供するための単純機械の分類は、800台を超える基本機械を収集して研究したフランツルーローによって開発されました。[46]彼は、古典的な単純機械は、ヒンジを中心に回転する物体によって形成されるレバー、プーリー、ホイールとアクスル、および同様にフラット上をスライドするブロックである傾斜面、ウェッジ、スクリューに分離できることを認識しました。表面。[47]

単純な機械は、蒸気エンジンからロボットマニピュレーターに至るまでの機械システムをモデル化するために使用されるキネマティックチェーンまたはリンケージの基本的な例です。レバーの支点を形成し、ホイールと車軸およびプーリーを回転させるベアリングは、ヒンジジョイントと呼ばれる運動学的ペアの例です。同様に、傾斜面とくさびの平らな面は、スライディングジョイントと呼ばれる運動学的ペアの例です。ねじは通常、らせんジョイントと呼ばれる独自の運動学的ペアとして識別されます。

この認識は、機械の主要な要素であるのは関節、または動きを提供する接続であることを示しています。ロータリージョイント、スライディングジョイント、カムジョイント、ギアジョイントの4種類のジョイントと、ケーブルやベルトなどの関連する接続から始めて、機械をメカニズムと呼ばれるこれらのジョイントを接続するソリッドパーツのアセンブリとして理解することができます。[48]

2つのレバー、つまりクランクは、1つのクランクの出力を別のクランクの入力に接続するリンクを取り付けることにより、平面の4バーリンケージに結合されます。追加のリンクを取り付けて6バーのリンケージを形成することも、直列に接続してロボットを形成することもできます。[48]

Boulton & Watt Steam Engine
ボールトン&ワット蒸気機関、1784年

機械システムが管理して電源を力と動きを必要とするタスクを実行します。最新の機械は、(i)力と動きを生成する電源とアクチュエータ、(ii)出力力と動きの特定のアプリケーションを実現するためにアクチュエータ入力を形成するメカニズムのシステム、(iii)センサーを備えたコントローラーで構成されるシステムです。これは、出力をパフォーマンス目標と比較してから、アクチュエータ入力を指示します。(iv)レバー、スイッチ、およびディスプレイで構成されるオペレーターへのインターフェース。これは、ピストンを駆動するために膨張する蒸気によって動力が供給されるワットの蒸気エンジンで見ることができます。ウォーキングビーム、カプラー、クランクは、ピストンの直線運動を出力プーリーの回転に変換します。最後に、プーリーの回転により、ピストンシリンダーへの蒸気入力用のバルブを制御するフライボールガバナが駆動されます。

形容詞「機械的」とは、芸術または科学の実際の応用におけるスキル、ならびに運動、物理的力、特性、または力学によって扱われるようなエージェントに関連する、またはそれらによって引き起こされるスキルを指します。[49]同様に、Merriam-Webster Dictionary [50]は、「機械的」を機械またはツールに関連するものとして定義しています。

機械を通るパワーフローは、レバーや歯車列から自動車やロボットシステムに至るまでのデバイスの性能を理解する方法を提供します。ドイツの機械工 フランツ・ルーロー[51]は、「機械は抵抗力のある物体の組み合わせであり、その手段によって、自然の機械的な力が特定の決定的な動きを伴う仕事を強いられるように配置されています」と書いています。力と運動が組み合わさって力を定義することに注意してください。

最近では、Uicker etal。[48]は、機械は「電力を供給したり、方向を変えたりするための装置」であると述べています。マッカーシーとソー[52]は、機械を「一般に電源と、この電力を制御して使用するためのメカニズムで構成される」システムとして説明しています。

自動車のディーゼルエンジン、フリクションクラッチ、ギアトランスミッション。
初期 ガンツで発電 Zwevegemの、 ウエストフランダース、 ベルギー

人間と動物の努力は、初期の機械の元々の動力源でした。

水車: 水車は紀元前300年頃に世界中に登場し、流れる水を使用して回転運動を生成しました。これは穀物の製粉、製材、機械加工、繊維の操作に適用されました。現代の水車は、ダムを通って流れる水を使用して発電機を駆動します。

風車:初期の風車は風力を捕らえて、製粉作業のための回転運動を生成しました。現代の風力タービンも発電機を駆動します。この電気は、機械システムのアクチュエーターを形成するモーターを駆動するために使用されます。

エンジン:エンジンという言葉は「独創性」に由来し、元々は物理的なデバイスである場合とそうでない場合がある工夫を指していました。Merriam-Websterのエンジンの定義を参照してください。蒸気エンジンの用途は、圧力容器に含まれる水を沸騰させるために熱。膨張する蒸気はピストンまたはタービンを駆動します。この原理は、アレクサンドリアのヘロンのアイオロスの球に見ることができます。これは外燃機関と呼ばれます。

自動車エンジンが呼び出され、内燃機関が燃料(燃焼ため発熱シリンダ内の化学反応)と駆動するために膨張するガスを使用するピストン。ジェットエンジンは、それが推力を提供するために、ノズルを通って膨張するように燃料を燃焼させる圧縮空気のタービンを使用する航空機なども「内燃機関」。[53]

発電所:ボイラーでの石炭と天然ガスの燃焼による熱は、蒸気タービンを駆動して発電機を回転させる蒸気を生成します。原子力発電所は、熱を使用して、原子炉蒸気及び生成するために電力を。この電力は、産業用および個人用の送電線のネットワークを介して分配されます。

モーター: 電気モーターは、ACまたはDC電流を使用して回転運動を生成します。電気サーボモーターは、ロボットシステムから最新の航空機に至るまでの機械システムのアクチュエーターです。

流体動力: 油圧および空気圧システムは、電気駆動ポンプを使用して、水または空気をそれぞれシリンダーに送り込み、線形運動に動力を供給します。

機械システムのメカニズムは、機械要素と呼ばれるコンポーネントから組み立てられます。これらの要素は、システムに構造を提供し、その動きを制御します。

構造コンポーネントは、一般に、フレームメンバー、ベアリング、スプライン、スプリング、シール、ファスナー、およびカバーです。カバーの形状、質感、色は、機械システムとそのユーザーの間のスタイリングと操作上のインターフェースを提供します。

動きを制御するアセンブリは、「メカニズム」とも呼ばれます。[51] [54]メカニズムは一般にギアとギアトレインに分類され、ベルトドライブとチェーンドライブ、カムとフォロアメカニズム、リンケージが含まれますが、クランプリンケージ、インデックスメカニズム、エスケープメント、摩擦装置などの他の特別なメカニズムもあります。以下のようなブレーキやクラッチ。

メカニズムの自由度の数、またはその可動性は、リンクとジョイントの数、およびメカニズムの構築に使用されるジョイントのタイプによって異なります。メカニズムの一般的な可動性は、リンクの制約のない自由と、ジョイントによって課される制約の数との違いです。これは、Chebychev-Grübler-Kutzbach基準によって記述されます。

歯車と歯車列

アンティキティラ島の機械(主要フラグメント)

接触する歯車間の回転の伝達は、ギリシャのアンティキティラメカニズムと中国の南向きの戦車にまでさかのぼることができます。ルネッサンスの科学者ゲオルギウス・アグリコラによるイラストは、円筒形の歯を持つ歯車列を示しています。インボリュート歯の実装により、一定の速度比を提供する標準的な歯車設計が実現しました。歯車と歯車列のいくつかの重要な機能は次のとおりです。

  • 噛み合う歯車のピッチ円の比率は、歯車セットの速度比と機械的倍率を定義します。
  • 遊星歯車列は、コンパクトなパッケージに高い歯車減速を提供します。
  • 非円形でありながらトルクをスムーズに伝達する歯車の歯車歯を設計することができます。
  • チェーンドライブとベルトドライブの速度比は、ギア比と同じ方法で計算されます。自転車のギアリングを参照してください。

カムとフォロアのメカニズム

カム及び従動子は2つの特殊形状のリンクの直接接触によって形成されます。駆動リンクはカムと呼ばれ(カムシャフトも参照)、それらの表面の直接接触によって駆動されるリンクはフォロアと呼ばれます。カムとフォロアの接触面の形状がメカニズムの動きを決定します。

リンケージ

航空機の着陸装置を配置するアクチュエータと4バーリンケージの概略図。

リンケージは、ジョイントで接続されたリンク集です。一般的に、リンクは構造要素であり、ジョイントは動きを可能にします。おそらく、最も有用な例は、平面4バーリンケージです。ただし、さらに多くの特別なリンクがあります。

  • ワッツリンク機構は、おおよその直線を生成する4本棒のリンケージです。蒸気機関の彼の設計の操作にとって重要でした。このリンケージは、ホイールに対するボディの左右の動きを防ぐために、車両のサスペンションにも現れます。平行運動の記事も参照してください。
  • ワッツリンク機構の成功は、ホーケンのリンケージやチェビシェフのリンケージなど、同様の近似直線リンケージの設計につながります。
  • Peaucellier結合は回転入力から真の直線出力を生成します。
  • Sarrus結合は回転入力から直線運動を生成する空間結合です。サラスリンク機構のアニメーションについては、このリンクを選択してください
  • Klannリンケージとヤンセン結合は興味深い歩行の動きを提供し、最近で考案されたものです。それらはそれぞれ6バーと8バーのリンケージです。

平面メカニズム

平面メカニズムは、システムのすべてのボディ内の点の軌道が地面に平行な平面上にあるように拘束された機械システムです。システム内のボディを接続するヒンジジョイントの回転軸は、このグランドプレーンに垂直です。

球形のメカニズム

球状機構は、体が同心球上のシステムの位置の点の軌跡そのように移動する機械的なシステムです。システム内のボディを接続するヒンジジョイントの回転軸は、これらの円の中心を通過します。

空間メカニズム

空間的なメカニズムは、その点の軌跡は、一般的な空間曲線であるような方法で移動する少なくとも一つのボディを有する機械システムです。システム内のボディを接続するヒンジジョイントの回転軸は、交差せず、明確な共通の法線を持つ空間内の線を形成します。

屈曲メカニズム

フレクシャメカニズムは、力の適用時に幾何学的に明確なモーションを生成するように設計されたコンプライアント要素(フレクシャジョイントとも呼ばれます)によって接続された一連の剛体で構成されます。

機械の基本的な機械部品は、機械要素と呼ばれます。これらの要素は、(i)フレーム部材、ベアリング、車軸、スプライン、ファスナー、シール、潤滑剤などの構造コンポーネント、(ii)歯車列、ベルト、チェーンドライブなどのさまざまな方法で動きを制御するメカニズムの3つの基本タイプで構成されています。リンケージ、ブレーキとクラッチを含むカムとフォロワーシステム、および(iii)ボタン、スイッチ、インジケーター、センサー、アクチュエーター、コンピューターコントローラーなどの制御コンポーネント[55]一般に機械要素とは見なされませんが、カバーの形状、質感、色は、機械の機械部品とそのユーザーとの間にスタイリングと操作上のインターフェースを提供する機械の重要な部分です。

構造コンポーネント

多くの機械要素は、フレーム、ベアリング、スプライン、スプリング、シールなどの重要な構造機能を提供します。

  • メカニズムのフレームが重要な機械要素であるという認識により、3バーリンケージの名前が4バーリンケージに変更されました。フレームは通常、トラスまたは梁要素から組み立てられます。
  • ベアリングは、可動要素間のインターフェースを管理するために設計されたコンポーネントであり、機械の摩擦の原因となります。一般に、ベアリングは純粋な回転または直線運動用に設計されています。
  • スプラインとキーは、ホイール、プーリー、またはギアに車軸を確実に取り付けるための2つの方法であり、接続を介してトルクを伝達できます。
  • スプリングは、機械のコンポーネントを所定の位置に保持するか、機械の一部を支持するサスペンションとして機能する力を提供します。
  • シールは、水、高温ガス、潤滑剤などの流体が嵌合面間で漏れないようにするために、機械の嵌合部分の間に使用されます。
  • ファスナーなどのねじ、ボルト、ばねクリップ、リベットは、機械の構成要素の組立に重要です。ファスナーは一般的に取り外し可能と考えられています。対照的に、溶接、はんだ付け、圧着、接着剤の塗布などの接合方法では、通常、部品を切断して部品を分解する必要があります。

コントローラーは、センサー、ロジック、およびアクチュエーターを組み合わせて、マシンのコンポーネントのパフォーマンスを維持します。おそらく最もよく知られているのは、蒸気機関のフライボールガバナーです。これらのデバイスの例は、温度が上昇するとバルブを開くサーモスタットから冷却水、自動車のクルーズコントロールシステムなどの速度コントローラーにまで及びます。プログラマブル・ロジック・コントローラは、プログラム可能なコンピュータとリレーと特殊制御機構を置き換えます。電気指令に応じてシャフトを正確に配置するサーボモーターは、ロボットシステムを可能にするアクチュエーターです。

シャルル・ザビエル・トーマスによって設計されたアリスモメーター、c。1820年、4つの算術規則のために、西暦1866-1870年に製造されました。スウェーデン、ストックホルムのTekniska美術館に展示。

チャールズバベッジは1837年に対数やその他の関数を集計するための機械を設計しました。彼の階差機関は高度な機械式計算機と見なすことができ、分析エンジンは現代のコンピューターの先駆者と見なすことができます。

ArithmometerとComptometerはの前駆体である機械的な計算機である現代のデジタルコンピュータ。最新のコンピューターの研究に使用されるモデルは、ステートマシンおよびチューリングマシンと呼ばれます。

リボソームは、ある 生物学的なマシンを利用 タンパク質のダイナミクスを

生体分子ミオシンはATPとADPに反応して、アクチンフィラメントと交互に結合し、力を加える方法でその形状を変化させ、次に解放してその形状またはコンフォメーションをリセットします。これは、筋肉の収縮を引き起こす分子ドライブとして機能します。同様に分子の生物学的キネシンは2つの交互分子が細胞内の微小管及び輸送小胞に沿って移動させる微小管と係合し、離脱セクション、有するダイニンの軸糸叩解核に向かって細胞内で貨物を移動させて生成する、運動性繊毛をとべん毛。「事実上、運動性繊毛は分子複合体のおそらく600以上のタンパク質で構成されるナノマシンであり、その多くは独立してナノマシンとしても機能します。柔軟なリンカーにより、それらによって接続された可動タンパク質ドメインが結合パートナーを動員し、長距離アロステリーを誘導できますタンパク質ドメインダイナミクスを介して。 " [56]他の生物学的機械は、エネルギー生成に関与します。たとえば、膜を横切るプロトン勾配からのエネルギーを利用して、細胞のエネルギー通貨であるATPを合成するために使用されるタービンのような動きを駆動するATPシンターゼです。[57]さらに他のマシンが担当している遺伝子の発現を含む、DNAポリメラーゼ、DNAを複製する[要出典] RNAポリメラーゼを生成するためのmRNA、[引用が必要]スプライソソーム除去するイントロン、およびリボソームのためにタンパク質を合成します。これらの機械とそのナノスケールのダイナミクスは、まだ人工的に構築されているどの分子機械よりもはるかに複雑です。[58]これらの分子はますますナノマシンであると考えられています。[要出典]

研究者は、DNAを使用してナノ寸法の4バーリンケージを構築しました。[59] [60]

機械化と自動化

鉱石を育てるのに使用される水力の 鉱山用ホイスト。このウッドブロックは、Georg Bauer(ラテン語名Georgius Agricola、1555年頃)による De remetallicaからのものです。これは 、採掘設備の多数の図面と説明を含む初期の採掘教科書です。

機械化または機械化(BE)は、人間のオペレーターに、筋肉の仕事の要件を支援したり、筋肉の仕事に取って代わったりする機械を提供します。一部の分野では、機械化には手工具の使用が含まれます。工学や経済学などの現代の使用法では、機械化は手工具よりも複雑な機械を意味し、ギアのない馬やロバの製粉所などの単純な装置は含まれません。ギア、プーリー、シーブ、ベルト、シャフト、カム、クランクなどの手段を使用して、速度の変化または往復運動から回転運動への変化を引き起こすデバイスは、通常、機械と見なされます。電化後、ほとんどの小型機械が手動で動力を供給されなくなったとき、機械化は電動機械と同義でした。[61]

自動化とは、制御システムと情報技術を使用して、商品やサービスの生産における人的作業の必要性を減らすことです。工業化の範囲では、自動化は機械化を超えた一歩です。機械化は人間のオペレーターに仕事の筋肉の要件を支援するための機械を提供しますが、自動化は人間の感覚的および精神的要件の必要性も大幅に減らします。自動化は、世界経済と日常の経験においてますます重要な役割を果たしています。

オートマタ

オートマトン(複数:オートマトンまたはオートマトンは)自己作動する機械です。この単語は、ロボット、より具体的には自律型ロボットを表すために使用されることがあります。A玩具オートマトンは、 1863年に特許を取得した[62]

アッシャー[63]は、アレクサンドリアのヘロンの力学に関する論文が、重いウェイトを持ち上げる研究に焦点を合わせていると報告しています。今日の力学とは、機械システムの力と動きの数学的分析を指し、これらのシステムの運動学と動力学の研究で構成されています。

機械のダイナミクス

機械の動的解析は、ベアリングでの反力を決定するための剛体モデルから始まります。この時点で、弾性効果が含まれます。リジッドボディダイナミクスは、外力の作用下で相互接続された遺体のシステムの動きを研究しています。ボディが剛体であるという仮定、つまり、加えられた力の作用下で変形しないという仮定は、システムの構成を記述するパラメーターを各ボディに取り付けられた参照フレームの平行移動と回転に減らすことにより、解析を簡素化します。[64] [65]

剛体システムのダイナミクスは、ニュートン運動の法則またはラグランジュ力学のいずれかを使用して導出される運動方程式によって定義されます。これらの運動方程式の解は、剛体のシステムの構成が時間の関数としてどのように変化するかを定義します。剛体力学の定式化と解法は、機械システムのコンピューターシミュレーションにおける重要なツールです。

機械の運動学

機械の動的解析では、運動学的解析と呼ばれる、その構成部品の動きまたは運動学の決定が必要です。システムが剛体コンポーネントのアセンブリであるという仮定により、回転運動と並進運動をユークリッド変換または剛体変換として数学的にモデル化できます。これにより、コンポーネント内のすべてのポイントの位置、速度、および加速度を、参照ポイントのこれらのプロパティ、およびコンポーネントの角度位置、角速度、および角加速度から決定できます。

機械設計とは、機械のライフサイクルの3つのフェーズに対処するために使用される手順と手法を指します。

  1. 発明。これには、ニーズの特定、要件の開発、コンセプトの生成、プロトタイプの開発、製造、および検証テストが含まれます。
  2. パフォーマンスエンジニアリングには、製造効率の向上、サービスとメンテナンスの需要の削減、機能の追加と有効性の向上、および検証テストが含まれます。
  3. リサイクルは廃止措置と廃棄の段階であり、材料とコンポーネントの回収と再利用が含まれます。

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  • 仮想仕事
  • 仕事(物理学)

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  • ウィキメディアコモンズの機械に関連するメディア
  • ウィキクォートの機械に関連する引用
  • コーネル大学のメカニズムと機械のルーローコレクション