기계의 역사와 발달과정

[dhleepaul]

20세기 초 밀링 머신을 조작하는 노동자

기계 는 동력을 사용하여 힘을 가하고 움직임을 제어하여 동작을 수행하는 물리적 시스템입니다 . 이 용어는 일반적으로 엔진 이나 모터를 사용하는 인공 장치뿐만 아니라 분자 기계 와 같은 자연적인 생물학적 거대 분자 에도 적용됩니다. 기계는 동물 과 사람 , 바람 이나 물 과 같은 자연력 , 그리고 화학 , 열 또는 전기 로 구동될 수 있으며 , 특정 출력 힘과 움직임을 달성하기 위해 액추에이터 입력을 형성하는 메커니즘 시스템을 포함합니다 . 또한 성능을 모니터링하고 움직임을 계획하는 컴퓨터 와 센서를 포함할 수 있으며 , 이를 기계 시스템 이라고 합니다 .

르네상스 자연 철학자들은 하중을 움직이는 기본 장치인 6가지 단순 기계를 식별하고 오늘날 기계적 이점 이라고 알려진 출력 힘과 입력 힘의 비율을 계산했습니다 . [ 1 ]

현대 기계는 구조적 요소, 메커니즘 , 제어 구성 요소 로 구성되고 편리한 사용을 위한 인터페이스를 갖춘 복잡한 시스템입니다 . 예를 들어 기차 , 자동차 , 선박 , 비행기 와 같은 다양한 차량 , 컴퓨터, 건물의 공기 조절 및 용수 처리 시스템을 포함한 가정 및 사무실의 가전제품 , 그리고 농기계 , 공작기계 , 공장 자동화 시스템, 로봇 등이 있습니다 .

어원

영어: 영어 단어 machine은 라틴어 machina 에서 중세 프랑스어를 거쳐 유래되었으며 [ 2 ] 이는 다시 그리스어 ( 도리스 어 μαχανά makhana , 이오니아어 μηχανή mekhane '장치, 기계, 엔진' [ 3 ] μῆχος mekhos '수단, 편의, 해결책' [ 4 ] 에서 파생)에서 유래되었습니다 . [ 5 ] 단어 mechanical (그리스어: μηχανικός )은 같은 그리스어 어근에서 유래되었습니다. '직물, 구조'의 더 넓은 의미는 고전 라틴어에서 발견되지만 그리스어에는 없습니다. 이 의미는 중세 후기 프랑스어에서 발견되며 16세기 중반에 프랑스어에서 영어로 채택되었습니다.

17세기에 '기계'라는 단어는 계략이나 음모를 의미하기도 했는데, 이 의미는 현재 파생된 '기계화' 로 표현됩니다. 현대적 의미는 16세기 후반과 17세기 초에 극장 에서 사용되는 무대 장치 와 군사 공성전 장치 에 이 용어가 특수하게 적용되면서 발전했습니다 . 옥스퍼드 영어 사전 (OED)은 존 해리스의 ' Lexicon Technicum' (1704) 에서 형식적이고 현대적인 의미를 찾았는데 , 그 내용은 다음과 같습니다.

역학에서 기계 또는 엔진은 물체의 운동을 증가시키거나 정지시킬 수 있는 충분한 힘을 가진 모든 것을 의미합니다. 단순 기계는 일반적으로 6가지로 간주되는데, 즉, 균형추, 레버, 풀리, 바퀴, 쐐기, 나사입니다. 복합 기계 또는 엔진은 셀 수 없이 많습니다.

해리스와 후대 언어에서 (거의) 동의어로 사용된 ' 엔진'이라는 단어는 궁극적으로 ( 고대 프랑스어를 통해 ) 라틴어 ' ingenium ' '독창성, 발명품'에서 유래했습니다.

역사

윈체스터 에서 부싯돌 손도끼가 발견되었습니다 .

손도끼 는 부싯돌을 쪼개어 쐐기 모양으로 만든 것으로 , 사람의 손에 잡히면 도구의 힘과 운동이 작업물의 횡방향 분할력과 운동으로 변환됩니다. 손도끼는 쐐기 의 첫 번째 예이며 , 대부분의 기계의 기반이 되는 6가지 고전 단순 기계 중 가장 오래된 것 입니다. 두 번째로 오래된 단순 기계는 경사면 (램프) 으로 [ 6 ] 선사 시대부터 무거운 물체를 옮기는 데 사용되었습니다 . [ 7 ] [ 8 ]

나머지 네 가지 간단한 기계는 고대 근동 에서 발명되었습니다 . [ 9 ] 바퀴 는 바퀴와 차축 메커니즘 과 함께 기원전 5천년기 동안 메소포타미아 (현대 이라크)에서 발명되었습니다. [ 10 ] 레버 메커니즘 은 약 5,000년 전 근동 에서 처음 등장했으며, 간단한 저울에 사용되었고[11] 고대 이집트 기술에서 큰 물체를 옮기는 데 사용되었습니다.[12] 레버는 또한 최초의 크레인 기계인 샤두프 물 들어올리는 장치에도 사용되었으며, 이는 기원전 3000년경 메소포타미아 에 나타 났고 [ 11 ] 그 후 기원전 2000 년경 고대 이집트 기술 에 사용 되었습니다  . [ 13 ] 풀리 의 가장 초기  증거 는 기원전 2 천년기 초 메소포타미아 로 거슬러 올라가고 [ 14 ] 고대 이집트 에서는 제12왕조 (기원전 1991~1802년) 에 나타났습니다. [ 15 ] 발명된 간단한 기계 중 마지막으로 등장한 나사 는 [ 16 ] 기원전 신아시리아 시대(911-609) 에 메소포타미아 에 처음 등장했습니다 . [ 14 ] 이집트 피라미드는 경사면, 쐐기, 레버의 여섯 가지 간단한 기계 중 세 가지를 사용하여 건설되었습니다. [ 17 ]

그리스 철학자 아르키메데스 는 기원전 3세기경에 레버, 풀리, 나사라는 세 가지 간단한 기계를 연구하고 설명했습니다 . [ 18 ] [ 19 ] 아르키메데스는 레버에서 기계적 이점 의 원리를 발견했습니다 . [ 20 ] 후대의 그리스 철학자들은 고전적인 다섯 가지 간단한 기계(경사면 제외)를 정의하고 기계적 이점을 대략적으로 계산할 수 있었습니다. [ 1 ] 알렉산드리아의 헤론 ( 서기  10 년경 ~75년)은 그의 저서 역학 에서 "하중을 움직일 수 있는" 다섯 가지 메커니즘을 나열했습니다. 레버, 윈들러스 , 풀리, 쐐기, 나사, [ 19 ] 그리고 그 제작과 사용법을 설명합니다. [ 21 ] 그러나 그리스인들의 이해는 정역학 (힘의 균형) 에 국한되었고 동역학 (힘과 거리 사이의 상충 관계)이나 일 의 개념은 포함하지 않았습니다 . [ 인용 필요 ]

이 광석 분쇄기는 수차로 구동됩니다.

가장 초기의 실용적인 풍력 기계인 풍차 와 풍력 펌프 는 9세기경 이슬람 황금기 인 이란, 아프가니스탄, 파키스탄에 위치한 무슬림 세계 에 처음 등장했습니다 . [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] 가장 초기의 실용적인 증기 기계는 1551년 오스만 이집트 의 타키 알딘 무함마드 이븐 마루프가 기술한 증기 터빈 으로 구동되는 증기 잭 이었습니다 . [ 26 ] [ 27 ]

면화 진은 서기 6세기에 인도에서 발명되었고 [ 28 ] , 방적 바퀴 는 11세기 초 이슬람 세계 에서 발명되었습니다 . [ 29 ] 두 기계 모두 면 산업 의 성장에 기초가 되었습니다 . 방적 바퀴는 또한 방적 제니 의 선구자였습니다 . [ 30 ]

가장 초기의 프로그래밍 가능 기계는 무슬림 세계에서 개발되었습니다. 프로그래밍 가능한 악기인 뮤직 시퀀서는 가장 초기의 프로그래밍 가능 기계 유형이었습니다. 최초의 뮤직 시퀀서는 9세기에 Banu Musa 형제 가 발명한 자동 플루트 연주자로 , 그들의 저서인 '독창적인 장치의 책' 에 설명되어 있습니다. [ 31 ] [ 32 ] 1206년에 Al-Jazari는 프로그래밍 가능 자동 기계 / 로봇을 발명했습니다 . 그는 프로그래밍 가능 드럼 머신 으로 작동되는 드러머를 포함한 4명의 자동 기계 연주자에 대해 설명했는데 , 이들은 서로 다른 리듬과 드럼 패턴을 연주할 수 있었습니다. [ 33 ]

르네상스 시대에는 단순 기계라고 불렸던 기계 동력 의 역학이 얼마나 많은 유용한 작업을 수행할 수 있는지라는 관점에서 연구되기 시작했으며, 이는 결국 기계적 작업 이라는 새로운 개념으로 이어졌습니다 . 1586년 플랑드르 엔지니어 시몬 스테빈은 경사면의 기계적 이점을 도출했고, 이는 다른 단순 기계에 포함되었습니다. 단순 기계의 완전한 동역학 이론은 1600년 이탈리아 과학자 갈릴레오 갈릴레이가 Le Meccaniche (역학에 관하여) 에서 제시했습니다 . [ 34 ] [ 35 ] 그는 단순 기계가 에너지를 생성하지 않고 단지 에너지를 변환할 뿐이라는 것을 처음으로 이해했습니다 . [ 34 ]

기계의 미끄럼 마찰 에 대한 고전적인 법칙은 레오나르도 다빈치 (1452~1519)에 의해 발견되었지만, 그의 노트에는 발표되지 않았습니다. 이 법칙은 기욤 아몽통 (1699)에 의해 재발견되었고, 샤를 오귀스탱 드 쿨롱 (1785) 에 의해 더욱 발전되었습니다 . [ 36 ]

James Watt는 1782년에 병렬 운동 연결 장치에 대한 특허를 취득했으며 이를 통해 이중 작동 증기 엔진이 실용화되었습니다. [ 37 ] Boulton 및 Watt 증기 엔진과 이후 설계는 증기 기관차 , 증기선 및 공장에 동력을 공급했습니다 .

제임스 앨버트 본삭의 담배 압연기는 1880년에 발명되었고 1881년에 특허를 받았습니다.

산업 혁명은 1750년부터 1850년까지 농업, 제조업, 광업, 운송, 기술 분야의 변화가 당시 사회, 경제, 문화적 환경에 지대한 영향을 미친 시기였습니다. 영국에서 시작된 산업혁명은 이후 서유럽 , 북미 , 일본 , 그리고 결국 전 세계로 확산되었습니다.

18세기 후반부터, 이전에 수작업과 가축을 이용한 노동에 기반을 두었던 영국 경제 의 일부 지역에서 기계 기반 제조업으로의 전환이 시작되었습니다. 이는 섬유 산업의 기계화, 제철 기술의 발전, 그리고 정제 석탄 사용 증가 와 함께 시작되었습니다 . [ 38 ]

간단한 기계

주요 문서: 단순 기계

Chambers의 Cyclopædia (1728)에는 간단한 메커니즘 표가 있습니다. [ 39 ] 간단한 기계는 더 복잡한 기계를 이해하기 위한 "어휘"를 제공합니다.

기계를 단순한 이동 요소로 분해할 수 있다는 생각에서 아르키메데스는 지렛대 , 도르래 , 나사를 단순 기계 로 정의했습니다 . 르네상스 시대에 이르러 이 목록에는 바퀴와 축 , 쐐기 , 경사면이 포함되었습니다. 기계를 특성화하는 현대적 접근 방식은 관절 이라고 하는 움직임을 가능하게 하는 구성 요소에 초점을 맞춥니다 .

쐐기(손도끼): 아마도 힘을 관리하도록 설계된 장치의 첫 번째 예는 손도끼일 것이며 , 양면 날 또는 올로르게사일리 라고도 합니다 . 손도끼는 일반적으로 부싯돌인 돌을 쪼개 양면 날 또는 쐐기를 형성하여 만듭니다 . 쐐기는 도구의 측면 힘과 움직임을 작업물의 횡방향 분할 힘과 움직임으로 변환하는 간단한 기계입니다. 사용 가능한 힘은 도구를 사용하는 사람의 노력에 의해 제한되지만 힘은 힘과 움직임의 곱이기 때문에 쐐기는 움직임을 줄임으로써 힘을 증폭합니다. 이 증폭 또는 기계적 이점은 입력 속도 대 출력 속도의 비율입니다. 쐐기의 경우 이는 1/tanα로 주어지며, 여기서 α는 팁 각도입니다. 쐐기의 면은 슬라이딩 또는 프리즘 조인트를 형성하기 위해 직선으로 모델링됩니다 .

지렛대: 지렛대는 힘 을 관리하는 또 다른 중요하고 간단한 장치입니다. 지렛대는 받침점을 중심으로 회전하는 물체입니다. 축에서 멀리 떨어진 지점의 속도가 축 근처 지점의 속도보다 크기 때문에, 축에서 멀리 떨어진 곳에 작용하는 힘은 축 근처에서 속도 감소에 따라 증폭됩니다. 축에서 입력 힘이 가해지는 지점까지의 거리를 a , 출력 힘이 가해지는 지점까지의 거리를 b 라고 하면, a/b는 지렛대의 기계적 이점 입니다 . 지렛대의 받침점은 경첩 관절 또는 회전 관절 로 모델링됩니다 .

바퀴: 바퀴 는 전차 와 같은 중요한 초기 기계였습니다 . 바퀴는 지렛대의 법칙을 이용하여 짐을 끌 때 마찰을 극복하는 데 필요한 힘을 줄입니다 . 지면에서 짐을 끌 때 발생하는 마찰력은 바퀴 축에 있는 하중을 지탱하는 단순 베어링의 마찰력과 거의 같다는 점에 유의하십시오. 그러나 바퀴는 베어링의 마찰 저항을 극복하기 위해 당기는 힘을 증폭시키는 지렛대 역할을 합니다.

기계의 운동학 (1876) 에는 4개의 막대로 구성된 링크 의 그림이 나와 있습니다.

새로운 기계 설계를 위한 전략을 제공하기 위한 단순 기계 의 분류는 800개가 넘는 기본 기계를 수집하고 연구한 Franz Reuleaux 에 의해 개발되었습니다. [ 40 ] 그는 고전적인 단순 기계를 힌지를 중심으로 회전하는 몸체에 의해 형성된 레버, 풀리, 바퀴 및 축과 마찬가지로 평평한 표면 위에서 미끄러지는 블록인 경사면, 쐐기 및 나사로 구분할 수 있다는 것을 인식했습니다. [ 41 ]

단순 기계는 증기 기관부터 로봇 매니퓰레이터에 이르기까지 기계 시스템을 모델링하는 데 사용되는 운동학적 사슬 또는 연결 장치 의 기본적인 예입니다. 지렛대의 받침점을 형성하고 바퀴와 축, 풀리의 회전을 가능하게 하는 베어링은 힌지 관절이라고 하는 운동학적 쌍 의 예입니다 . 마찬가지로, 경사면의 평평한 표면과 쐐기는 슬라이딩 관절이라고 하는 운동학적 쌍 의 예입니다 . 나사는 일반적으로 나선형 관절이라고 하는 자체 운동학적 쌍으로 식별됩니다.

이러한 인식은 움직임을 제공하는 관절, 즉 연결부가 기계의 주요 요소임을 보여줍니다. 회전 관절, 슬라이딩 관절, 캠 관절, 기어 관절의 네 가지 유형의 관절과 케이블 및 벨트와 같은 관련 연결부를 살펴보면, 기계는 이러한 관절들을 연결하는 견고한 부품들의 조립체, 즉 메커니즘 으로 이해될 수 있습니다 . [ 42 ]

두 개의 레버 또는 크랭크는 한 크랭크의 출력을 다른 크랭크의 입력에 연결하는 링크를 부착하여 평면 4절 링크 로 결합됩니다. 추가 링크를 연결하여 6절 링크 로 만들거나 , 직렬로 연결하여 로봇을 만들 수 있습니다. [ 42 ]

https://en.wikipedia.org/wiki/Machine

Machine - Wikipedia