机器定义

在提及自动进行印制件顺序加工的设备时，常使用“机器”一词。“机器”一词用来描述能够连续执行相同任务的工具。它们通常可编程，能够自主学习，并能提高其性能。在制造业、机器人技术和计算机等各种情况下都使用“计算机”一词。

什么是机器

英语单词“machine”来源于拉丁语 machina，意为“折磨人的工具”。

世界上有许多物体被“机器”一词所描述。它还可以用来描述任何将输入转换为输出的机械装置或设备。计算机、机器人和汽车只是当今社会机器应用的众多例子中的一小部分。计算机程序或执行一系列操作的软件，无需人工干预即可自动完成，也被称为机器。

机器的含义：机器是指那些允许用户用较小的力吸收较大的力或产生快速运动的装置。我们还可以改变机器作用力的方向。

• 机器功率：机器功率是指施加到机器上的力的大小。
• 重量或阻力——机器通过对物体施加压力来克服障碍物时所使用的力，称为重量或阻力。
• 机械优势是施加的力与重量之比。机械优势等于提升的负载/施加的力，或 W/P。
• 机器的效率是指机器完成的功与运行机器所需的功之间的关系。

机器所做的功

机器的效率等于（机器完成的功/机器输入的功）/100。一些研究例如

理想机器是指效率为 100% 的机器。摩擦力的存在使得世界上任何机器都无法成为理想机器。因此，机器为完成工作而输入的一部分功被用于对抗摩擦力。

机器历史

人类的手将燧石打磨成楔子所产生的动力和运动，转化成横向的劈砍力，从而带动工件移动。六种传统简单机械——楔子，这是大多数机器的基础——最早的是手斧。斜面（斜坡），自古以来就用于运输重物，是第二古老的简单机械。

在中东古代，又发明了四种基本机械。到公元前五千纪，轮子和轮轴机构在美索不达米亚（今伊拉克）被发明。五千多年前，在中东，简单的天平秤和古埃及的设备都使用杠杆机构来移动重物。第一台起重机出现在约公元前 3000 年，一种用于提水的设备。美索不达米亚和古埃及技术在约公元前 2000 年。两者都使用了杠杆。最早的滑轮在古埃及第十二王朝和美索不达米亚约公元前 2000 年被发现。新亚述时期（公元前 911 年 - 公元前 609 年）首次出现了螺丝，这是美索不达米亚制造的第一台原始机器。埃及金字塔的建造主要使用了六种简单机械中的三种——斜面、楔子和杠杆。

大约在公元前 3 世纪，希腊哲学家阿基米德探索并讨论了他的三种简单机械
杠杆、滑轮和螺丝

阿基米德发现了杠杆的机械优势原理。后来的希腊哲学家（不包括斜面）能够定义他的五种传统简单机械并大致确定它们的机械优势。亚历山大港的希罗（公元 10-75 年）在他的《力学》一书中列出了杠杆、绞盘、滑轮、楔子和螺丝作为他能够“移动负载”的五种机械。书中还解释了如何制造和使用它们。但古希腊人只理解静力学（力的平衡），而不理解力学（力和距离的平衡）或功的概念。

机器类型

机器有两种类型——简单机械和复杂机械。

简单机械

简单机械是一种工具、仪器或其他帮助人类完成任务的物品，其运动部件很少。简单机械的使用历史非常悠久。早期人类利用简单机械来推、拉、举、分、压物体。他们利用简单机械将重物从一个地方运到另一个地方，建造房屋，劈柴，以及划木筏过河。如今，简单机械几乎随处可见。

斜面、楔子、螺丝、杠杆、轮轴和滑轮是六种原始机械的例子。尽管其中一些可能以类似的方式工作，但这六种都具有独特的特性并执行独特的功能。一些简单机械可能由几种不同的简单机械组成。

• 重要提示：与复杂设备不同，简单机械不能独立运行。它们只能增加一个人施加的拉力或推力（力或功）、移动的距离或运动方向，以完成更多的工作。人们可以：
• 将力从一个位置移动到另一个位置
• 改变力的方向
• 增大力的强度
• 增大力的行程或速度

简单机械的特点

• 它们不使用电力。
• 只有一个或很少的活动部件。
• 它们为我们提供了机械优势。
• 尽管它们使我们的工作变得容易，但它们仍然需要人类的输入力或功。
• 通过改变力的方向、运动的速度，它们使困难的任务变得容易。

斜面

一种没有活动部件的简单机械是斜面。它只是一条均匀倾斜的表面。与直接将物体向上抬起相比，它使我们更容易将物体移动到较高或较低的表面上。据传说，古埃及人建造金字塔时，在斜面上运输巨石。

倾斜是指一端抬高或在一端抬高的端部。靠在高处的木板或人造结构都符合倾斜平面的定义。斜坡也是斜面的另一种名称。倾斜平面有一个水平边（从斜坡的低端到垂直基部的距离）。还有一个垂直边（从基部到倾斜表面的顶部）。

权衡

这个简单的设备是有代价的。如果斜坡很缓，一个人必须推动或拖动物体更长的距离，但所需的力更小。如果斜坡很陡，一个人必须花费更大的力来移动物体很短的距离。

机械优势

通过考虑权衡，我们可以更好地理解斜面的机械优势。例如，中等斜面具有更大的机械优势，因为它需要较小的力才能将物体向上或向下移动。无障碍坡道和房屋屋顶是斜面的两个绝佳例子。

楔子

简单地说，楔子是一种三角形物体，通常由金属、木材、石头或塑料制成。一端厚，另一端逐渐变窄或变尖。从技术上讲，物体在斜面上移动，或者在两个连接在一起形成三角形的斜面上移动。为了便于操作，可以在手柄上安装一个楔子。最好的楔子就是你的牙齿、刀、斧头和钉子。

楔子的用途包括以下几点

• 切割（刀）
• 分裂（斧头）
• 收缩并挡住（门挡）
• 保持粘合（钉子）
• 刮擦（推雪车或农用平地机的刀片）
• 楔子通过改变施加到其上的力和方向来工作。

单楔和双楔

楔子有两种类型：单楔和双楔。每种都完成稍有不同的工作。凿子是单楔，而斧头是双楔。

权衡

楔子的工作量可以做得更多，所需的力却更小，这取决于它有多长、多窄（因此更尖锐）。如果楔子较短且尖端角度较大，则需要更大的力来完成任务。当楔子较长且尖端较窄时，其机械优势更大。

楔子的使用可以追溯到数百万年前。早期人类使用由坚硬鹅卵石和石头制成的楔子来狩猎（如长矛）、切割和塑造树木，以及雕刻石头。现代汽车和飞机都利用了楔形设计。你会注意到火车、跑车、快艇和飞机的头部都是尖的。因为这样，它们才能穿透空气（空气起阻碍作用）。空气动力学是研究空气如何围绕尖锐物体流动的学科。

螺丝

螺丝就是包裹在圆柱体上的斜面。你可以将其想象成一端是实心的头部（顶部），另一端是尖锐的尖端（像钉子一样）的圆柱体，以便更好地理解它。其周围的螺纹更为重要。螺纹是围绕轴或圆柱体的脊（或凹槽）的正确名称。

螺丝作为一种简单机械

每个螺丝的螺纹间距都恒定，但有些螺丝的间距不同。螺距是螺纹之间距离的测量值。可以使用螺丝将物品固定在一起。它们能够将物体推入或拉入到位。它们还可以用于拧紧物体以及提升重物。

螺丝和钉子

它们完全不同。与钉子不同，螺丝的轴上有完整的螺纹。螺丝上的螺纹提供了很大的摩擦力和阻力，使得将螺丝拧入木头更加困难。螺丝刀必须通过圆形运动转动螺丝，才能将其拧入木头。

其他类型的螺丝

• 螺栓 - 螺栓类似于螺丝，但没有尖锐的尖端。它不是钻一个孔让螺栓穿过，而是构建一个孔。然后，在螺栓的末端加上螺母，再将螺栓拧入。螺栓具有很大的固定能力。
• 钻头：这种特殊的螺丝连接到电钻上时，可以钻穿石头、塑料、金属和木材。它像传统的钻头一样有螺纹，一端是尖的。钻头上的更深的凹槽在旋转时将木屑从孔中移到表面。

螺丝的例子

螺栓、螺丝、瓶盖、吉他调音器、灯泡、水龙头和开瓶器都是螺丝的一些绝佳例子。

机械优势

螺丝的长度和厚度以及螺纹之间的距离都会影响机械优势。螺纹间距越大，机械优势越大。螺纹间距越窄，越容易将螺丝插入表面。但次数更多，功却更少。如果螺纹之间的间隙越大，将螺丝拧入物体就越困难。次数更少，但需要更多的功。

杠杆

由一块可以在枢轴上自由旋转的木板或有纹理的梁组成的杠杆。它非常适合搬运或举起重物。这种实用的简单机械有许多例子。跷跷板、撬棍、钓鱼竿、船桨、手推车和花园铲都是杠杆的有效例子。

杠杆的组成部分

杠杆的四个关键组成部分是：杆或梁、支点（枢轴或转动点）、作用力（或功）和负载。

三种类型的杠杆

杠杆的组成部分的排列并不固定。在木板上的不同位置可能存在负载（L）、支点（F）和作用力（E）。

1. 一类杠杆

在此类杠杆中，支点位于作用力和负载之间。如果负载靠近支点，机械优势会增加。跷跷板、船桨和撬棍是一些一类杠杆的例子。

2. 二类杠杆

在此类杠杆中，负载位于作用力和支点之间。如果负载靠近支点，机械优势更大。手推车是二类杠杆的一个例子。

3. 三类杠杆

在此类杠杆中，作用力位于负载和支点之间。如果作用力与负载的距离更近，机械优势会增加。花园铲是三类杠杆的一个例子。

轮轴

这个简单的装置由两个圆形物体组成——一个较大的盘和一个连接在中心的较小的圆柱体。较大的圆盘是轮子。较短的圆柱形部件或杆是轴。有时，轴的两端可能连接有两个轮子。单独的轮子或轴本身不构成简单机械。要被称作简单机械，它们必须连接在一起。

仔细观察轮轴的运行，你会发现它就像一类杠杆一样工作。在这种情况下，转动轴将在另一端产生输出。轴与轮子连接的地方是支点。

轮轴有两种工作方式

让我们以螺丝刀为例，来说明施加到轮子上的力。当你对轮子（手柄）施加力时，轮子旋转并放大作用力，从而增加轴（轴体）的输出力。

门把手是一个简单的装置

门把手是轮轴的另一个例子。只有门把手控制着锁具，锁具位于门内。我们可以转动门把手来开门，而不是试图转动轴，因为那会更困难。

施加到轴上的力

现在让我们也看看风车。如果你对轴施加力，作用力将乘以轮子上叶片的数量，从而增加行进的距离。这是因为轮子比轴具有更大的表面积。就像吊扇一样。由轴驱动的较大的轮子（风扇叶片）产生适当的输出。

轮轴用于汽车，非常适合旋转涡轮机和风扇。例如，当你转动汽车的方向盘时，轴会放大你的力，从而使车轮转动得更快。

滑轮

你可能见过用一个简单的滑轮升起学校的旗帜，这是可行的。当你向下拉绳子时，杆顶的滑轮会转动，从而升起旗帜。滑轮改变力的方向。

滑轮简单机械：它是什么？

滑轮只不过是一个带有凹槽和绳子的轮子。它也被称为滑轮组或卷筒。由于它能使绳子保持在原位，因此凹槽至关重要。它用于提升或降低重物。要吊起的物体用绳子的一端固定在滑轮上。向下拉绳子会在另一端施加力。在绳驱动的轮子的另一端，通过向下的力将重物向上拉。

不同类型的滑轮

存在三种不同类型的滑轮。轮子和绳子的组合决定了使用哪种滑轮系统。

• 定滑轮

它是最基本的滑轮类型。基本滑轮不能移动，因为它们的轴固定在原位。轮子固定在原位，但绳子可以在滑轮的凹槽中移动。学校旗杆上的滑轮是一个很好的例子。

• 动滑轮

负载固定在动滑轮上，两者可以沿不同方向移动。使用这种类型时，绳子的一端固定在一个固定的点上。使用动滑轮提升负载所需的工作量更少。

• 组合滑轮

它是一组滑轮，旨在轻松提升仅重一半负载的物体。建筑工地经常使用这类起重机来提升沉重的钢材和混凝土物体。滑轮组（Block and Tackle）是复合滑轮的一个很好的例子。