Máquina
Máquina , dispositivo, com uma finalidade única, que aumenta ou substitui o esforço humano ou animal para a realização de tarefas físicas. Esta ampla categoria engloba dispositivos simples como o plano inclinado, alavanca , cunha, roda e eixo, polia e parafuso (as chamadas máquinas simples), bem como sistemas mecânicos complexos como o automóvel moderno.
máquinas simples Seis máquinas simples para transformar energia em trabalho. Encyclopædia Britannica, Inc.
A operação de uma máquina pode envolver a transformação de produtos químicos, térmicos, elétricos ou energia nuclear para dentro energia mecânica , ou vice-versa, ou sua função pode ser simplesmente modificar e transmitir forças e movimentos. Todas as máquinas têm uma entrada, uma saída e um dispositivo de transformação ou modificação e transmissão.
Máquinas que recebem suas contribuições energia de uma fonte natural, como correntes de ar, água em movimento, carvão, petróleo ou urânio, e transformá-lo em energia mecânica são conhecidos como motores primários. Moinhos de vento, rodas d'água, turbinas, motores a vapor e motores de combustão interna são os motores principais. Nessas máquinas, as entradas variam; as saídas são geralmente eixos rotativos capazes de serem usados como entradas para outras máquinas, como geradores elétricos, bombas hidráulicas ou compressores de ar. Todos os três últimos dispositivos podem ser classificados como geradores; suas saídas de energia elétrica, hidráulica e pneumática podem ser usadas como entradas para motores elétricos, hidráulicos ou a ar. Esses motores podem ser usados para acionar máquinas com uma variedade de saídas, como processamento de materiais, embalagem ou máquinas de transporte, ou aparelhos como máquinas de costura e máquinas de lavar. Todas as máquinas do último tipo e todas as outras que não são motores primários, geradores ou motores podem ser classificadas como operadores. Esta categoria também inclui instrumentos operados manualmente de todos os tipos, como máquinas de calcular e máquinas de escrever.
Em alguns casos, as máquinas de todas as categorias são combinadas em uma unidade. Em uma locomotiva diesel-elétrica, por exemplo, o Motor a gasóleo é o motor principal, que aciona o gerador elétrico, que, por sua vez, fornece corrente elétrica aos motores que acionam as rodas.
Componentes da máquina em um automóvel
Como parte de uma introdução aos componentes da máquina, alguns exemplos fornecidos por um automóvel são valiosos. Em um automóvel, o problema básico é aproveitar o efeito explosivo da gasolina para fornecer energia para girar as rodas traseiras. A explosão da gasolina nos cilindros empurra os pistões para baixo, e a transmissão e modificação deste movimento translatório (linear) para o movimento rotativo do virabrequim é efetuada pelas bielas que unem cada pistão aos virabrequins que fazem parte do virabrequim . A combinação de pistão, cilindro, manivela e biela é conhecida como mecanismo deslizante-manivela; é um método comumente usado para converter translação em rotação (como em um motor) ou rotação em translação (como em uma bomba).
Para admitir a mistura gasolina-ar nos cilindros e exaurir os gases queimados, são utilizadas válvulas; estes são abertos e fechados pela ação de cunha de cames (projeções) em um eixo de cames rotativo que é acionado do virabrequim por engrenagens ou uma corrente.
Em um motor de quatro tempos com oito cilindros, o virabrequim recebe um impulso em algum ponto ao longo de seu comprimento a cada quarto de volta. Para suavizar o efeito desses intermitente impulsos na velocidade do virabrequim, um volante é usado. Trata-se de uma roda pesada, presa ao virabrequim, que por sua inércia se opõe e modera qualquer flutuação de velocidade.
Uma vez que o torque (força de giro) que ele fornece depende de sua velocidade, um motor de combustão interna não pode ser ligado sob carga. Para permitir que um motor de automóvel seja ligado sem carga e depois conectado às rodas sem estolar, uma embreagem e uma transmissão são necessárias. O primeiro faz e rompe a conexão entre o virabrequim e a transmissão, enquanto o último altera, em etapas finitas, a relação entre as velocidades de entrada e saída e os torques da transmissão. Em baixa engrenagem , a velocidade de saída é baixa e o torque de saída maior que o torque do motor, de modo que o carro pode começar a se mover; em marcha alta, o carro está se movendo a uma velocidade substancial e os torques e as velocidades são iguais.
Os eixos aos quais as rodas estão fixadas estão contidos na carcaça do eixo traseiro, que é fixada às molas traseiras e são acionados da transmissão pelo eixo de transmissão. Conforme o carro se move e as molas se flexionam em resposta aos solavancos da estrada, a caixa se move em relação à transmissão; para permitir esse movimento sem interferir na transmissão do torque, uma junta universal é fixada em cada extremidade do eixo de transmissão.
O eixo de transmissão é perpendicular aos eixos traseiros. A conexão em ângulo reto geralmente é feita com engrenagens cônicas com uma relação tal que os eixos giram a um terço a um quarto da velocidade do eixo de transmissão. A carcaça do eixo traseiro também contém as engrenagens do diferencial que permitem que ambas as rodas traseiras sejam movidas da mesma fonte e girem em velocidades diferentes ao virar uma esquina.
Como todos os dispositivos mecânicos móveis, os automóveis não podem escapar dos efeitos do atrito. No motor, na transmissão, na carcaça do eixo traseiro e em todos os rolamentos, o atrito é indesejável, pois aumenta a potência exigida do motor; lubrificação reduz, mas não elimina esse atrito. Por outro lado, o atrito entre os pneus e a estrada e nas sapatas do freio possibilita a tração e a frenagem. As correias que movem o ventilador, gerador e outros acessórios são dispositivos dependentes de fricção. O atrito também é útil na operação da embreagem.
Alguns dos dispositivos citados acima são encontrados em máquinas de todas as categorias, montadas em uma infinidade de maneiras para realizar todos os tipos de tarefas físicas. A função da maioria desses dispositivos mecânicos básicos é transmitir e modificar força e movimento. Outros dispositivos, como molas, volantes, eixos e fixadores, desempenham funções suplementares.
Uma máquina pode ser ainda definida como um dispositivo que consiste em duas ou mais peças resistentes e relativamente restritas que podem servir para transmitir e modificar a força e o movimento, a fim de fazer trabalhos . O requisito de que as peças de uma máquina sejam resistentes implica que sejam capazes de suportar cargas impostas sem falha ou perda de função. Embora a maioria das peças da máquina sejam corpos metálicos sólidos de proporções adequadas, também são empregados materiais não metálicos, molas, órgãos de pressão de fluido e órgãos de tensão, como correias.
Movimento restrito
A característica mais distintiva de uma máquina é que as partes estão interconectadas e guiadas de tal forma que seus movimentos em relação uns aos outros são restringidos. Em relação ao bloco, por exemplo, o pistão de um recíproco o motor é restringido pelo cilindro para se mover em uma trajetória reta; pontos no virabrequim são restringidos pelos rolamentos principais a se moverem em caminhos circulares; nenhuma outra forma de movimento relativo é possível.
Em algumas máquinas, as peças são apenas parcialmente restritas. Se as peças são interconectadas por molas ou membros de fricção, os caminhos das peças em relação uns aos outros podem ser fixos, mas os movimentos das peças podem ser afetados pela rigidez das molas, atrito e as massas das peças.
Se todas as peças de uma máquina são membros comparativamente rígidos cujas deflexões sob carga são desprezíveis, então a restrição pode ser considerada completa e os movimentos relativos das peças podem ser estudados sem considerar as forças que os produzem. Para uma velocidade de rotação especificada do virabrequim de um motor alternativo, por exemplo, as velocidades correspondentes de pontos na biela e no pistão podem ser calculadas. A determinação dos deslocamentos, velocidades e acelerações das peças de uma máquina para um movimento de entrada prescrito é o assunto da cinemática das máquinas. Esses cálculos podem ser feitos sem considerar as forças envolvidas, porque os movimentos são limitados.
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