آلة

النظم الميكانيكية

من جهة ثانية، صرح أويكر وزملاؤه بأنها نظام «يتكون عمومًا من مصدر استطاعة وميكانيزم للاستخدام المتحَكم به لهذه الاستطاعة».

مصدر طاقة ومحركات تولد القوة والحركة،

وأخيرًا واجهة لمُشغّل تتكون من عتلات وقواطع وشاشات عرض.

في هذا الإطار، يدير النظام الميكانيكي الاستطاعة لتحقيق مهمة تتضمن قوة وحركة. الآلات الحديثة هي نظم تتكون من:

وفي هذا الصدد، تشير الصفة «ميكانيكي أو آلي» إلى إدخال المعنى الحرفي التطبيقي لعلمٍ أو فن، إلى جانب كونه متعلقًّا بحركة أو قوى فيزيائية أو خواص أو عناصر كتلك التي يتعامل معها الميكانيكا أو ناتجًا عنها بشكل مشابه، يُعرّف معجم ميريام ويبستر صفة «ميكانيكي أو آلي» بأنها متعلقة بالآلات أو الأدوات.

إضافةً إلى ذلك، يمكن ملاحظة هذه المكونات في محرك واط البخاري (انظر الشكل المرفق) الذي يستجر الاستطاعة من تمدد البخار الذي يحرك المكبس. يحول العمود العامل (الذراع) مع المفصل والمرفق (أو الكرَنك) حركة المكبس الخطية إلى حركة دائرية لطارة الخرج. أخيرًا، يقود دورانُ الطارة منظمَ الطرد المركزي الذي يتحكم بصمام دخول البخار إلى أسطوانة المكبس.

علاوةً على ذلك، متحكم مزود بحساسات تقارن الخرج مع الخرج المطلوب (الغاية الأدائية) ثم توجه دخل المحرك،

من جانب آخر، يشكل تدفق الاستطاعة عبر آلة طريقة لفهم أداء أجهزة تتراوح من العتلات والمجموعات المسننية إلى السيارات والأنظمة الروبوتية. كتب الميكانيكي الفرنسي فرانز رويلو أن «الآلة هي مجموعة من الأجسام المقاومة المرتبة بطريقة تصبح معها القوى الميكانيكية في الطبيعة مجبرة على أداء عمل ترافقه حركة حتمية معينة». لاحظ أن القوى والحركة تتّحد لتعرّف مفهوم الاستطاعة.

وعلى صعيد آخر، مجموعة آليات تحول استطاعة الدخل الآتية من المحرك إلى شكل آخر لتحقيق تطبيق محدد لقوى الخرج وحركته،

الآليات

من جهة ثانية، المكونات البنيوية هي عادةً جوائز الإطارات والمحامل وأخاديد التثبيت والنوابض والأقفال ووصلات التثبيت والأغطية. يشكل لون الأغطية وشكلها وملمسها الواجهة الجمالية والتشغيلية بين النظام الميكانيكية والمستعملين.

وفي السياق ذاته، يعتمد عدد درجات حرية آلية ما، أو درجة طلاقتها، على عدد الوصلات والمفاصل وأنواع المفاصل المستعملة في تكوين التركيبة الآلية. الحرية الحركية العامة لآلية ما هي الفرق بين الحرية غير المقيدة للوصلات وعدد القيود المطبقة بسبب المفاصل. وتُوصّف وفق معيار تشيبتشيف-غروبلر-كوتزباخ.

علاوةً على ذلك، تدعى المجموعات التي تتحكم بالحركة كذلك «الميكانيزمات» أو «التركيبات الآلية». تصنف الآليات بشكل عام إلى المسننات والمجموعات المسننية، وهي تتضمن السيور الناقلة وسلاسل النقل، وآليات الكامة والتابع والسلاسل الحركية لكن هناك آليات خاصة أخرى مثل الوصلات الماسكة وآليات أقراص التقسيم (تسمى كذلك الصليب المالطي أو محرك جينيف) وآلية ميزان الساعة والأجهزة الاحتكاكية كالمكابح والقوابض.

إضافةً إلى ذلك، يتكون الميكانيزم (أو التركيبة الآلية) في نظام ميكانيكي من مكونات تدعى عناصر الآلة. توفر هذه العناصر بنية للنظام وتتحكم بحركتها.

آليات الحدبات والتوابع

من جانب آخر، تتشكل آلية الحدبة (الكامة) والتابع بالتلامس المباشر بين وصلتين لهما أشكال خاصة. تدعى الوصلة القائدة باسم الحدبة أو الكامة (انظر كذلك عمود الحدبات) وتدعى الوصلة المقودة بواسطة التماس المباشر بين سطحي الوصلتين باسم التابع. يحدد شكل سطحي التماس بين الحدبة والتابع حركة التركيبة الآلية.

التركيبات المرفقية

ومن ناحية أخرى، تركيبة واط المرفقية هي تركيبة رباعية القضبان ترسم خطًا مستقيمًا على وجه التقريب. كانت اكتشافًا ضروريًا لعمل محرك واط البخاري. ظهرت هذه التركيبة المرفقية كذلك في أنظمة تعليق المركبات لمنع الحركة الجانبية للجسم بالنسبة للعجلات. انظر كذلك مقالة الحركة المتوازية.

من جانب آخر، تركيبة ساروس هي تركيبة مرفقية فراغية ترسم حركة مستقيمة من دخل على شكل حركة دائرية.

آلة الفائدة الميكانيكية

انظر كذلك

من جانب آخر، أدى نجاح تركيبة واط المرفقية إلى تصميم تركيبات أخرى ترسم خطوطًا مستقيمة تقريبية مثل تركيبة هويغنز وتركيبة تشيبيشيف.

إضافةً إلى ذلك، ينتج عن تركيبة بوسيليير خرج على شكل خط مستقيم حقيقي من دخل على شكل حركة دائرية.

ومن ناحية أخرى، تركيبتا كلان ويانسين اختراعان حديثان يولدان حركات تحاكي المشي بشكل مثير للاهتمام. وهما تركيبتان سداسية القضبان وثمانية القضبان على التوالي.

ومن ناحية أخرى، التركيبة المرفقية هي مجموعة من الوصلات المرتبطة بواسطة مفاصل. بصورة عامة، الوصلات هي العناصر البنيوية والمفاصل تسمح بالحركة. ربما يكون المثال الأكثر فائدة هو التركيبة رباعية الوصلات المرفقية المستوية (تدعى اختصارًا رباعية القضبان) لكن هناك الكثير من التركيبات المرفقية الخاصة:

المسننات والمجموعات المسننية

من جانب آخر، توفر الأنظمة الكوكبية المتداخلة (تدعى كذلك المسننات التداورية أو متحدة المركز) نسب تخفيض كبيرة في المجموعات المسننية المتراصة.

كذلك، من الممكن تصميم أسنان مسننية لمسننات غير دائرية، ومع ذلك تستطيع نقل العزم بسلاسة.

ومن ناحية أخرى، تُعرف نسبة السرعة والربح الميكانيكي (نسبة التضخيم أو نسبة التخفيض) للمجموعة المسننية بأنها نسبة دوائر الخطوة للمسننات المتزاوجة.

من جانب آخر، يمكن تتبع مبدأ نقل الحركة الدورانية بين عجلات مسننة متلامسة إلى آلية أنتيكيثيرا في اليونان والعربة المتجهة جنوبًا في الصين. تظهر الشروحات التي رسمها عالم عصر النهضة جيورجيوس أغريكولا مجموعاتٍ مسننية بأسنان أسطوانية. نتج عن تطبيق السن الإنفليوتي تصميم معياري للمسننات يوفر نسبة سرعة ثابتة. من بعض المزايا المهمة للمسننات والمجموعات المسننية:

من جانب آخر، تحسب نسب السرع للسيور الناقلة وجنازير النقل (تدعى كذلك سلاسل النقل) بنفس طريقة حساب النسب المسننية. انظر مسننات الدراجات.

مصادر الاستطاعة

من جهة ثانية، كانت الجهود البشرية والحيوانية منشأ مصادر الاستطاعة للآلات البدائية.

وعلى صعيد آخر، طاحونة الهواء: استعملت الطواحين البدائية طاقة الرياح لتوليد حركة دورانية لعمليات الطحن. تشغّل العنفات الريحية الحديثة كذلك مولدات كهرباء. هذه الكهرباء تستعمل بدورها لقيادة محركات تشكل مشغلات لأنظمة ميكانيكية.

وفي السياق ذاته، محطة الطاقة: تولد الحرارة الناتجة من احتراق الفحم والغاز الطبيعي في مرجل بخارًا يقود عنفة بخارية لتدير مولدة كهرباء. تستعمل محطة الطاقة النووية الحرارة من المفاعل النووي لتوليد البخار والاستطاعة الكهربائية. توزَّع هذه الاستطاعة عبر شبكة خطوط نقل للاستخدامات الصناعية والشخصية.

علاوةً على ذلك، محركات الكهرباء أو الموتورات: تستعمل محركات الكهرباء إما التيار المستمر أو المتناوب لتوليد الحركة الدورانية. المحركات المؤازرة الكهربائية هي المشغلات لنظم ميكانيكية تتراوح من النظم الروبوتية إلى الطائرات الحديثة.

وفي هذا السياق، الناعورة: ظهرت النواعير حول العالم قرابة عام 300 ق.م لاستعمال المياه الجارية لتوليد حركة دورانية، كانت تُستعمل لطحن الحبوب وتوفير الاستطاعة اللازمة لعمليات التحطيب وتشغيل المعادن والغزل والنسيج. تستعمل العنفات الحديثة المياه الجارية عبر سد لتشغيل مولدة كهرباء.

كذلك، يسمى محرك السيارة محرك الاحتراق الداخلي لأنه يحرق الوقود (تفاعل كيميائي منتج للحرارة أو إكزوثيرمي) داخل أسطوانة ويستفيد من الغازات المتمددة في تحريك مكبس. يستعمل المحرك النفاث عنفة لضغط الهواء الذي يحترق مع الوقود بحيث يتوسع عبر فوهة تمدد أو ناشرة لتوفير قوة الدفع في الطائرة، وبذلك يكون كذلك «محرك احتراق داخلي».

في هذا الإطار، قدرة المائع: تستعمل الأنظمة الهيدروليكية والنوماتيكية (أو أنظمة الرفع الهوائية) المضخات المقادة كهربائيًا لتحريك الماء أو الهواء على التوالي إلى أسطوانات لتغذية الحركة الخطية.

من جهة ثانية، المحرك أو المحرك الحراري: كلمة محرك حراري بالإنجليزية مشتقة من كلمة «براعة» وكانت تشير بالأصل إلى المُتقِنات التي قد تكون أو لا تكون أدوات مادية. انظر تعريف قاموس ميريام ويبستر لكلمة محرك. يستعمل المحرك البخاري الحرارة لغلي المياه المحتواة في وعاء ضغط؛ يقود البخار المتوسع المكبس أو العنفة. يمكن رؤية هذا المبدأ في محرك هيرون الإسكندري (ويسمى كرة أيولو تيمنًا بالإله الإغريقي للرياح). يُدعى هذا محرك الاحتراق الخارجي.