Machine

Une machine est un système physique qui utilise l'énergie pour appliquer des forces et contrôler le mouvement afin d'effectuer une action. Le terme est généralement appliqué aux dispositifs artificiels, tels que ceux qui utilisent des moteurs , mais aussi aux macromolécules biologiques naturelles, telles que les machines moléculaires . Les machines peuvent être entraînées par des animaux et des personnes , par des forces naturelles telles que le vent et l'eau , et par une énergie chimique , thermique ou électrique , et comprennent un système de mécanismes qui façonnent l' entrée de l'actionneur pour obtenir une application spécifique de forces de sortie et de mouvement. Elles peuvent également inclure des ordinateurs et des capteurs qui surveillent les performances et planifient les mouvements, souvent appelés systèmes mécaniques .

Les philosophes naturels de la Renaissance ont identifié six machines simples qui étaient les dispositifs élémentaires qui mettaient une charge en mouvement, et ont calculé le rapport entre la force de sortie et la force d'entrée, connu aujourd'hui sous le nom d' avantage mécanique .

Les machines modernes sont des systèmes complexes constitués d'éléments structurels, de mécanismes et de composants de commande et dotés d'interfaces pour une utilisation pratique. On peut citer comme exemples : une large gamme de véhicules , tels que les trains , les automobiles , les bateaux et les avions ; les appareils électroménagers et de bureau, notamment les ordinateurs, les systèmes de traitement de l'air et de l'eau des bâtiments ; ainsi que les machines agricoles , les machines-outils et les systèmes d'automatisation industrielle et les robots .

Le mot anglais machine vient du moyen français du latin machina , qui dérive à son tour du grec ( dorique μαχανά makhana , ionique μηχανή mekhane « dispositif, machine, moteur », une dérivation de μῆχος mekhos « moyen, expédient, remède » ). Le mot mécanique (grec : μηχανικός ) vient des mêmes racines grecques. On trouve une signification plus large de « tissu, structure » dans le latin classique, mais pas dans l'usage grec. Cette signification se retrouve dans le français médiéval tardif et est adoptée du français vers l'anglais au milieu du XVIe siècle.

Au XVIIe siècle, le mot machine pouvait également signifier un plan ou un complot, un sens exprimé aujourd'hui par le terme dérivé de machination. Le sens moderne se développe à partir de l'application spécialisée du terme aux machines de scène utilisées au théâtre et aux machines de siège militaires , à la fois à la fin du XVIe et au début du XVIIe siècle. L' OED fait remonter le sens formel et moderne au Lexicon Technicum de John Harris (1704), qui contient :

En mécanique, la machine, ou le moteur, est tout ce qui possède une force suffisante pour accélérer ou arrêter le mouvement d'un corps. On compte généralement six machines simples, à savoir le balancier, le levier, la poulie, la roue, le coin et la vis. Les machines composées, ou moteurs, sont innombrables.

Le mot moteur utilisé comme (presque) synonyme à la fois par Harris et dans le langage ultérieur dérive en fin de compte (via l'ancien français ) du latin ingenium « ingéniosité, une invention ».

Le biface , fabriqué en taillant du silex pour former un coin , transforme dans les mains d'un humain la force et le mouvement de l'outil en forces de fendage transversales et en mouvement de la pièce. Le biface est le premier exemple de coin , la plus ancienne des six machines simples classiques , sur lesquelles la plupart des machines sont basées. La deuxième machine simple la plus ancienne était le plan incliné (rampe), qui a été utilisé depuis la préhistoire pour déplacer des objets lourds.

Français Les quatre autres machines simples ont été inventées dans l' ancien Proche-Orient . La roue , ainsi que le mécanisme de roue et d'essieu , ont été inventés en Mésopotamie (Irak moderne) au cours du 5e millénaire avant J.-C. Le mécanisme à levier est apparu pour la première fois il y a environ 5 000 ans au Proche-Orient , où il était utilisé dans une balance simple , et pour déplacer de gros objets dans la technologie égyptienne antique . Le levier était également utilisé dans le dispositif de levage d'eau shadoof , la première grue , qui est apparue en Mésopotamie vers  3000 avant J.-C. , puis dans la technologie égyptienne antique vers  2000 avant J.-C. [ Les premières preuves de poulies remontent à la Mésopotamie au début du 2e millénaire avant J.-C., et à l'Égypte ancienne pendant la XIIe dynastie (1991-1802 avant J.-C.). La vis , la dernière des machines simples à avoir été inventée, est apparue pour la première fois en Mésopotamie pendant la période néo-assyrienne (911-609) av. J.-C. Les pyramides égyptiennes ont été construites en utilisant trois des six machines simples, le plan incliné, le coin et le levier.

Trois des machines simples ont été étudiées et décrites par le philosophe grec Archimède vers le 3e siècle avant J.-C. : le levier, la poulie et la vis. Archimède a découvert le principe de l'avantage mécanique dans le levier. Les philosophes grecs ultérieurs ont défini les cinq machines simples classiques (à l'exclusion du plan incliné) et ont pu calculer approximativement leur avantage mécanique. Héron d'Alexandrie ( vers  10-75 après J.-C.) dans son ouvrage Mécanique énumère cinq mécanismes qui peuvent « mettre une charge en mouvement » ; levier, treuil , poulie, coin et vis, et décrit leur fabrication et leurs utilisations. Cependant, la compréhension des Grecs se limitait à la statique (l'équilibre des forces) et n'incluait pas la dynamique (le compromis entre force et distance) ou le concept de travail .

Les premières machines à vent pratiques , le moulin à vent et la pompe éolienne , sont apparues pour la première fois dans le monde musulman pendant l' âge d'or islamique , dans ce qui est aujourd'hui l'Iran, l'Afghanistan et le Pakistan, au IXe siècle après J.-C. . La première machine à vapeur pratique était un vérin à vapeur entraîné par une turbine à vapeur , décrite en 1551 par Taqi ad-Din Muhammad ibn Ma'ruf en Égypte ottomane .

L' égreneuse à coton a été inventée en Inde au 6e siècle après J.-C. et le rouet a été inventé dans le monde islamique au début du XIe siècle tous deux étant fondamentaux pour la croissance de l' industrie du coton . Le rouet était également un précurseur de la machine à filer .

Les premières machines programmables ont été développées dans le monde musulman. Un séquenceur musical , un instrument de musique programmable , était le premier type de machine programmable. Le premier séquenceur musical était un joueur de flûte automatisé inventé par les frères Banu Musa , décrit dans leur Livre des dispositifs ingénieux , au IXe siècle. En 1206, Al-Jazari a inventé des automates / robots programmables . Il a décrit quatre musiciens automates , dont des batteurs actionnés par une boîte à rythmes programmable , où ils pouvaient être amenés à jouer différents rythmes et différents motifs de batterie.

Au cours de la Renaissance , la dynamique des forces mécaniques , comme on appelait les machines simples, commença à être étudiée du point de vue de la quantité de travail utile qu'elles pouvaient effectuer, ce qui conduisit finalement au nouveau concept de travail mécanique . En 1586, l'ingénieur flamand Simon Stevin déduisit l'avantage mécanique du plan incliné, et il fut inclus avec les autres machines simples. La théorie dynamique complète des machines simples fut élaborée par le scientifique italien Galilée en 1600 dans Le Meccaniche (« De la mécanique »). Il fut le premier à comprendre que les machines simples ne créent pas d'énergie , elles la transforment simplement.

Les règles classiques du frottement de glissement dans les machines ont été découvertes par Léonard de Vinci (1452–1519), mais sont restées inédites dans ses carnets. Elles ont été redécouvertes par Guillaume Amontons (1699) et développées par Charles-Augustin de Coulomb (1785).

James Watt a breveté sa liaison à mouvement parallèle en 1782, ce qui a rendu la machine à vapeur à double effet pratique. La ​​machine à vapeur Boulton et Watt et les conceptions ultérieures ont alimenté des locomotives à vapeur , des navires à vapeur et des usines .

La révolution industrielle est une période qui s'est déroulée de 1750 à 1850. Les changements intervenus dans l'agriculture, l'industrie manufacturière, l'exploitation minière, les transports et la technologie ont eu un impact profond sur les conditions sociales, économiques et culturelles de l'époque. Elle a commencé au Royaume-Uni , puis s'est propagée dans toute l'Europe occidentale , l'Amérique du Nord , le Japon et finalement dans le reste du monde.

À partir de la fin du XVIIIe siècle, une certaine transition s'est amorcée dans certaines régions de la Grande-Bretagne, où l'économie reposait auparavant sur le travail manuel et la traction animale, vers une production manufacturière basée sur les machines. Cette transition a commencé avec la mécanisation des industries textiles, le développement des techniques de fabrication du fer et l'utilisation accrue du charbon raffiné .

L'idée qu'une machine peut être décomposée en éléments mobiles simples a conduit Archimède à définir le levier , la poulie et la vis comme des machines simples . À l'époque de la Renaissance, cette liste s'est allongée pour inclure la roue et l'essieu , le coin et le plan incliné . L'approche moderne de la caractérisation des machines se concentre sur les composants qui permettent le mouvement, appelés articulations .

Coin (biface) : Le premier exemple d'appareil conçu pour gérer la puissance est peut-être le biface , également appelé biface et Olorgesailie . Un biface est fabriqué en taillant de la pierre, généralement du silex, pour former un bord biface, ou coin . Un coin est une machine simple qui transforme la force latérale et le mouvement de l'outil en une force de fendage transversale et un mouvement de la pièce. La puissance disponible est limitée par l'effort de la personne qui utilise l'outil, mais comme la puissance est le produit de la force et du mouvement, le coin amplifie la force en réduisant le mouvement. Cette amplification, ou avantage mécanique , est le rapport entre la vitesse d'entrée et la vitesse de sortie. Pour un coin, cela est donné par 1/tanα, où α est l'angle de la pointe. Les faces d'un coin sont modélisées comme des lignes droites pour former un joint coulissant ou prismatique .

Levier : Le levier est un autre dispositif important et simple pour gérer la puissance. Il s'agit d'un corps qui pivote sur un point d'appui. Étant donné que la vitesse d'un point plus éloigné du pivot est supérieure à la vitesse d'un point proche du pivot, les forces appliquées loin du pivot sont amplifiées près du pivot par la diminution de vitesse associée. Si a est la distance entre le pivot et le point où la force d'entrée est appliquée et b est la distance jusqu'au point où la force de sortie est appliquée, alors a/b est l' avantage mécanique du levier. Le point d'appui d'un levier est modélisé comme une articulation à charnière ou rotoïde .

Roue : La roue est une machine ancienne importante, comme le char . Une roue utilise la loi du levier pour réduire la force nécessaire pour surmonter le frottement lors de la traction d'une charge. Pour le constater, notez que le frottement associé à la traction d'une charge sur le sol est à peu près le même que le frottement dans un simple roulement qui supporte la charge sur l'essieu d'une roue. Cependant, la roue forme un levier qui amplifie la force de traction de sorte qu'elle surmonte la résistance de frottement dans le roulement.

La classification des machines simples pour fournir une stratégie pour la conception de nouvelles machines a été développée par Franz Reuleaux , qui a collecté et étudié plus de 800 machines élémentaires. Il a reconnu que les machines simples classiques peuvent être séparées en levier, poulie, roue et essieu qui sont formés par un corps tournant autour d'une charnière, et le plan incliné, le coin et la vis qui sont de la même manière un bloc glissant sur une surface plane.

Les machines simples sont des exemples élémentaires de chaînes ou de liaisons cinématiques qui sont utilisées pour modéliser des systèmes mécaniques allant de la machine à vapeur aux robots manipulateurs. Les roulements qui forment le point d'appui d'un levier et qui permettent à la roue, à l'essieu et aux poulies de tourner sont des exemples d'une paire cinématique appelée articulation à charnière. De même, la surface plane d'un plan incliné et une cale sont des exemples de la paire cinématique appelée articulation coulissante. La vis est généralement identifiée comme sa propre paire cinématique appelée articulation hélicoïdale.

Cette constatation montre que ce sont les articulations, ou les connexions qui assurent le mouvement, qui sont les éléments principaux d'une machine. En partant de quatre types d'articulations, l'articulation rotative, l'articulation coulissante, l'articulation à came et l'articulation à engrenage, et des connexions associées telles que les câbles et les courroies, il est possible de comprendre une machine comme un assemblage de pièces solides qui relient ces articulations, appelé mécanisme .

Deux leviers, ou manivelles, sont combinés en une liaison plane à quatre barres en attachant une liaison qui relie la sortie d'une manivelle à l'entrée d'une autre. Des liaisons supplémentaires peuvent être attachées pour former une liaison à six barres ou en série pour former un robot.

Un système mécanique gère la puissance pour accomplir une tâche qui implique des forces et du mouvement. Les machines modernes sont des systèmes constitués (i) d'une source d'énergie et d'actionneurs qui génèrent des forces et du mouvement, (ii) d'un système de mécanismes qui façonnent l'entrée de l'actionneur pour obtenir une application spécifique des forces et du mouvement de sortie, (iii) d'un contrôleur avec des capteurs qui comparent la sortie à un objectif de performance et dirigent ensuite l'entrée de l'actionneur, et (iv) d'une interface avec un opérateur composée de leviers, d'interrupteurs et d'écrans. On peut le voir dans la machine à vapeur de Watt dans laquelle la puissance est fournie par la vapeur qui se dilate pour entraîner le piston. Le balancier, le coupleur et la manivelle transforment le mouvement linéaire du piston en rotation de la poulie de sortie. Enfin, la rotation de la poulie entraîne le régulateur à bille qui contrôle la vanne d'entrée de vapeur dans le cylindre du piston.

L'adjectif « mécanique » fait référence à la compétence dans l'application pratique d'un art ou d'une science, ainsi qu'à la relation avec ou causée par le mouvement, les forces physiques, les propriétés ou les agents tels que ceux traités par la mécanique . De même, le dictionnaire Merriam-Webster définit « mécanique » comme relatif aux machines ou aux outils.

Le flux de puissance à travers une machine permet de comprendre les performances des dispositifs allant des leviers et des trains d'engrenages aux automobiles et aux systèmes robotiques. Le mécanicien allemand Franz Reuleaux a écrit : « une machine est une combinaison de corps résistants disposés de telle sorte que, par leur moyen, les forces mécaniques de la nature peuvent être contraintes d'effectuer un travail accompagné d'un certain mouvement déterminé. » Notez que les forces et le mouvement se combinent pour définir la puissance .

Plus récemment, Uicker et al. ont déclaré qu'une machine est « un dispositif permettant d'appliquer de la puissance ou de changer sa direction ». McCarthy et Soh décrivent une machine comme un système qui « se compose généralement d'une source d'énergie et d'un mécanisme permettant l'utilisation contrôlée de cette énergie ».

L'effort humain et animal était la source d'énergie originelle des premières machines.

Roue hydraulique : Les roues hydrauliques sont apparues dans le monde entier vers 300 av. J.-C. pour utiliser l'eau courante afin de générer un mouvement rotatif, qui était appliqué à la mouture du grain et à l'alimentation des opérations de sciage, d'usinage et de textile . Les turbines hydrauliques modernes utilisent l'eau qui coule à travers un barrage pour entraîner un générateur électrique .

Moulin à vent : Les premiers moulins à vent captaient l'énergie du vent pour générer un mouvement rotatif pour les opérations de mouture. Les éoliennes modernes entraînent également un générateur. Cette électricité est à son tour utilisée pour actionner les moteurs qui forment les actionneurs des systèmes mécaniques.

Moteur : Le mot moteur dérive du mot « ingéniosité » et faisait à l'origine référence à des dispositifs qui peuvent ou non être des appareils physiques. Une machine à vapeur utilise la chaleur pour faire bouillir l'eau contenue dans un récipient sous pression ; la vapeur en expansion entraîne un piston ou une turbine. Ce principe peut être observé dans l' éolipile d'Héron d'Alexandrie. C'est ce qu'on appelle un moteur à combustion externe .

Un moteur d'automobile est appelé moteur à combustion interne car il brûle du carburant (une réaction chimique exothermique ) à l'intérieur d'un cylindre et utilise les gaz en expansion pour entraîner un piston . Un moteur à réaction utilise une turbine pour comprimer l'air qui est brûlé avec du carburant afin qu'il se dilate à travers une buse pour fournir une poussée à un avion . Il s'agit donc également d'un « moteur à combustion interne ».

Centrale électrique : La chaleur de la combustion du charbon et du gaz naturel dans une chaudière génère de la vapeur qui entraîne une turbine à vapeur pour faire tourner un générateur électrique . Une centrale nucléaire utilise la chaleur d'un réacteur nucléaire pour produire de la vapeur et de l'électricité . Cette énergie est distribuée par un réseau de lignes de transmission pour une utilisation industrielle et individuelle.

Moteurs : Les moteurs électriques utilisent un courant alternatif ou continu pour générer un mouvement de rotation. Les servomoteurs électriques sont des actionneurs pour les systèmes mécaniques allant des systèmes robotiques aux avions modernes .

Puissance hydraulique : les systèmes hydrauliques et pneumatiques utilisent des pompes à entraînement électrique pour entraîner respectivement de l'eau ou de l'air dans des cylindres afin d'alimenter un mouvement linéaire .

Électrochimique : Les produits chimiques et les matériaux peuvent également être des sources d'énergie. Ils peuvent s'épuiser chimiquement ou avoir besoin d'être rechargés, comme c'est le cas des batteries , ou ils peuvent produire de l'énergie sans changer d'état, ce qui est le cas des cellules solaires et des générateurs thermoélectriques . Cependant, tous ces éléments nécessitent toujours que leur énergie vienne d'ailleurs. Dans le cas des batteries, c'est l' énergie potentielle chimique déjà présente à l'intérieur. Dans les cellules solaires et les thermoélectriques, la source d'énergie est respectivement la lumière et la chaleur.

Le mécanisme d'un système mécanique est constitué de composants appelés éléments mécaniques . Ces éléments structurent le système et contrôlent son mouvement.

Les composants structurels sont généralement les éléments du châssis, les roulements, les cannelures, les ressorts, les joints, les fixations et les couvercles. La forme, la texture et la couleur des couvercles fournissent une interface de style et de fonctionnement entre le système mécanique et ses utilisateurs.

Les assemblages qui contrôlent le mouvement sont également appelés « mécanismes ». Les mécanismes sont généralement classés comme des engrenages et des trains d'engrenages , qui comprennent des transmissions par courroie et par chaîne , des mécanismes à came et à suiveur et des liaisons , bien qu'il existe d'autres mécanismes spéciaux tels que des liaisons de serrage, des mécanismes d'indexation , des échappements et des dispositifs de friction tels que des freins et des embrayages .

Le nombre de degrés de liberté d'un mécanisme, ou sa mobilité, dépend du nombre de liaisons et d'articulations et des types d'articulations utilisés pour construire le mécanisme. La mobilité générale d'un mécanisme est la différence entre la liberté sans contrainte des liaisons et le nombre de contraintes imposées par les articulations. Elle est décrite par le critère de Chebychev–Grübler–Kutzbach .

La transmission de la rotation entre des roues dentées en contact remonte au mécanisme d'Anticythère en Grèce et au char pointant vers le sud en Chine . Les illustrations du scientifique de la Renaissance Georgius Agricola montrent des trains d'engrenages à dents cylindriques. La mise en œuvre de la dent à développante a donné lieu à une conception d'engrenage standard qui fournit un rapport de vitesse constant. Voici quelques caractéristiques importantes des engrenages et des trains d'engrenages :

• Le rapport des cercles primitifs des engrenages appariés définit le rapport de vitesse et l' avantage mécanique de l'ensemble d'engrenages.
• Un train d'engrenages planétaires offre une réduction de vitesse élevée dans un ensemble compact.
• Il est possible de concevoir des dents d'engrenage pour des engrenages qui ne sont pas circulaires , tout en transmettant le couple en douceur.
• Les rapports de vitesse des transmissions par chaîne et par courroie sont calculés de la même manière que les rapports de démultiplication. Voir transmission de vélo .

Une came et un suiveur sont formés par le contact direct de deux maillons de forme spéciale. Le maillon d'entraînement est appelé la came (voir également arbre à cames ) et le maillon entraîné par le contact direct de leurs surfaces est appelé le suiveur. La forme des surfaces en contact de la came et du suiveur détermine le mouvement du mécanisme.

Une liaison est un ensemble de maillons reliés par des articulations. En général, les maillons sont les éléments structurels et les articulations permettent le mouvement. L'exemple le plus utile est peut-être la liaison plane à quatre barres . Cependant, il existe de nombreuses autres liaisons spéciales :

• La liaison de Watt est une liaison à quatre barres qui génère une ligne droite approximative. Elle était essentielle au fonctionnement de sa conception pour la machine à vapeur. Cette liaison apparaît également dans les suspensions de véhicules pour empêcher le mouvement latéral de la carrosserie par rapport aux roues. Voir également l'article Mouvement parallèle .
• Le succès de la liaison de Watt a conduit à la conception de liaisons linéaires approximatives similaires, telles que la liaison de Hoeken et la liaison de Chebyshev .
• La liaison Peaucellier génère une véritable sortie en ligne droite à partir d'une entrée rotative.
• La liaison Sarrus est une liaison spatiale qui génère un mouvement en ligne droite à partir d'une entrée rotative.
• La tringlerie Klann et la tringlerie Jansen sont des inventions récentes qui permettent des mouvements de marche intéressants. Il s'agit respectivement d'une tringlerie à six barres et d'une tringlerie à huit barres.

Un mécanisme planaire est un système mécanique contraint de telle sorte que les trajectoires des points de tous les corps du système se trouvent sur des plans parallèles à un plan de masse. Les axes de rotation des articulations qui relient les corps du système sont perpendiculaires à ce plan de masse.

Un mécanisme sphérique est un système mécanique dans lequel les corps se déplacent de telle manière que les trajectoires des points du système reposent sur des sphères concentriques. Les axes de rotation des articulations qui relient les corps du système passent par le centre de ces cercles.

Un mécanisme spatial est un système mécanique qui possède au moins un corps qui se déplace de telle sorte que ses trajectoires ponctuelles sont des courbes spatiales générales. Les axes de rotation des articulations qui relient les corps du système forment des lignes dans l'espace qui ne se croisent pas et ont des normales communes distinctes.

Un mécanisme de flexion se compose d'une série de corps rigides reliés par des éléments souples (également appelés joints de flexion) conçus pour produire un mouvement géométriquement bien défini lors de l'application d'une force.

Les composants mécaniques élémentaires d'une machine sont appelés éléments de machine . Ces éléments se composent de trois types de base (i) des composants structurels tels que les éléments de châssis, les roulements, les essieux, les cannelures, les fixations , les joints et les lubrifiants, (ii) des mécanismes qui contrôlent le mouvement de diverses manières tels que les trains d'engrenages , les transmissions par courroie ou par chaîne , les liaisons , les systèmes à cames et suiveurs , y compris les freins et les embrayages , et (iii) des composants de commande tels que les boutons, les interrupteurs, les indicateurs, les capteurs, les actionneurs et les contrôleurs informatiques. Bien qu'ils ne soient généralement pas considérés comme un élément de machine, la forme, la texture et la couleur des couvercles sont une partie importante d'une machine qui fournit une interface de style et de fonctionnement entre les composants mécaniques d'une machine et ses utilisateurs.

Un certain nombre d'éléments de la machine assurent des fonctions structurelles importantes telles que le châssis, les roulements, les cannelures, les ressorts et les joints.

• La reconnaissance du fait que le châssis d'un mécanisme est un élément important de la machine a changé le nom de liaison à trois barres en liaison à quatre barres . Les châssis sont généralement assemblés à partir d'éléments de fermes ou de poutres .
• Les roulements sont des composants conçus pour gérer l'interface entre les éléments en mouvement et sont la source de frottement dans les machines. En général, les roulements sont conçus pour une rotation pure ou un mouvement en ligne droite .
• Les cannelures et les clavettes sont deux façons de monter de manière fiable un essieu sur une roue, une poulie ou un engrenage afin que le couple puisse être transféré via la connexion.
• Les ressorts fournissent des forces qui peuvent soit maintenir les composants d'une machine en place, soit agir comme une suspension pour soutenir une partie d'une machine.
• Les joints sont utilisés entre les pièces d'accouplement d'une machine pour garantir que les fluides, tels que l'eau, les gaz chauds ou le lubrifiant, ne fuient pas entre les surfaces d'accouplement.
• Les éléments de fixation tels que les vis , les boulons, les clips à ressort et les rivets sont essentiels à l'assemblage des composants d'une machine. Les éléments de fixation sont généralement considérés comme amovibles. En revanche, les méthodes d'assemblage, telles que le soudage , le brasage , le sertissage et l'application d' adhésifs , nécessitent généralement de couper les pièces pour démonter les composants.

Les contrôleurs combinent des capteurs , des logiques et des actionneurs pour maintenir les performances des composants d'une machine. Le plus connu est peut-être le régulateur à boule de commande d'une machine à vapeur. Parmi ces dispositifs, on trouve un thermostat qui, lorsque la température augmente, ouvre une vanne d'eau de refroidissement, ainsi que des régulateurs de vitesse tels que le régulateur de vitesse d'une automobile. Le contrôleur logique programmable a remplacé les relais et les mécanismes de contrôle spécialisés par un ordinateur programmable. Les servomoteurs qui positionnent avec précision un arbre en réponse à une commande électrique sont les actionneurs qui rendent possibles les systèmes robotiques .

Charles Babbage a conçu des machines pour tabuler les logarithmes et d'autres fonctions en 1837. Sa machine à différences peut être considérée comme une calculatrice mécanique avancée et sa machine analytique un précurseur de l' ordinateur moderne , bien qu'aucune des plus grandes conceptions n'ait été achevée du vivant de Babbage.

L' arithmomètre et le comptomètre sont des ordinateurs mécaniques qui sont les précurseurs des ordinateurs numériques modernes . Les modèles utilisés pour étudier les ordinateurs modernes sont appelés machine d'état et machine de Turing .

La molécule biologique myosine réagit à l'ATP et à l'ADP pour s'engager alternativement avec un filament d'actine et changer sa forme d'une manière qui exerce une force, puis se désengager pour réinitialiser sa forme, ou conformation. Cela agit comme un moteur moléculaire qui provoque la contraction musculaire. De même, la molécule biologique kinésine a deux sections qui s'engagent et se désengagent alternativement avec les microtubules, ce qui entraîne le déplacement de la molécule le long du microtubule et des vésicules de transport à l'intérieur de la cellule, et la dynéine , qui déplace la cargaison à l'intérieur des cellules vers le noyau et produit le battement axonémal des cils et flagelles mobiles . « En effet, le cil mobile est une nanomachine composée de peut-être plus de 600 protéines dans des complexes moléculaires, dont beaucoup fonctionnent également de manière indépendante comme des nanomachines. Des lieurs flexibles permettent aux domaines protéiques mobiles connectés par eux de recruter leurs partenaires de liaison et d'induire une allostérie à longue portée via la dynamique des domaines protéiques . » D'autres machines biologiques sont responsables de la production d'énergie, par exemple l'ATP synthase qui exploite l'énergie des gradients de protons à travers les membranes pour entraîner un mouvement de type turbine utilisé pour synthétiser l'ATP , la monnaie énergétique d'une cellule. D'autres machines encore sont responsables de l'expression des gènes , notamment les ADN polymérases pour la réplication de l'ADN , ARN polymérases pour la production , le spliceosome l'élimination des introns et le ribosome la synthèse protéines . Ces machines et leur dynamique à l'échelle nanométrique sont bien plus complexes que toutes les machines moléculaires qui ont été construites artificiellement jusqu'à présent. Ces molécules sont de plus en plus considérées comme des nanomachines .

Les chercheurs ont utilisé l'ADN pour construire des liaisons à quatre barres de dimension nanométrique .

La mécanisation (ou mécanisation en BE ) consiste à fournir aux opérateurs humains des machines qui les assistent dans les exigences musculaires du travail ou qui remplacent le travail musculaire. Dans certains domaines, la mécanisation comprend l'utilisation d'outils manuels. Dans l'usage moderne, comme en ingénierie ou en économie, la mécanisation implique des machines plus complexes que les outils manuels et n'inclurait pas des dispositifs simples tels qu'un moulin à cheval ou à âne sans engrenage. Les dispositifs qui provoquent des changements de vitesse ou des changements de mouvement alternatif à mouvement rotatif, à l'aide de moyens tels que des engrenages , des poulies ou des poulies et des courroies, des arbres , des cames et des manivelles , sont généralement considérés comme des machines. Après l'électrification, lorsque la plupart des petites machines n'étaient plus actionnées manuellement, la mécanisation était synonyme de machines motorisées.

L'automatisation est l'utilisation de systèmes de contrôle et de technologies de l'information pour réduire le besoin de travail humain dans la production de biens et de services. Dans le cadre de l'industrialisation , l'automatisation va au-delà de la mécanisation . Alors que la mécanisation fournit aux opérateurs humains des machines pour les aider à faire face aux exigences musculaires du travail, l'automatisation réduit également considérablement le besoin de besoins sensoriels et mentaux humains. L'automatisation joue un rôle de plus en plus important dans l' économie mondiale et dans l'expérience quotidienne.

Un automate (au pluriel : automates ou automates) est une machine autonome. Le mot est parfois utilisé pour décrire un robot , plus précisément un robot autonome . Un automate jouet a été breveté en 1863.

Usher rapporte que le traité de mécanique d'Héron d'Alexandrie se concentrait sur l'étude de la levée de poids lourds. Aujourd'hui, la mécanique désigne l'analyse mathématique des forces et du mouvement d'un système mécanique et consiste en l'étude de la cinématique et de la dynamique de ces systèmes.

L' analyse dynamique des machines commence par un modèle de corps rigide pour déterminer les réactions aux paliers, à partir duquel les effets d'élasticité sont inclus. La dynamique des corps rigides étudie le mouvement des systèmes de corps interconnectés sous l'action de forces externes. L'hypothèse selon laquelle les corps sont rigides, ce qui signifie qu'ils ne se déforment pas sous l'action des forces appliquées, simplifie l'analyse en réduisant les paramètres qui décrivent la configuration du système à la translation et à la rotation des référentiels attachés à chaque corps.

La dynamique d'un système de corps rigides est définie par ses équations de mouvement , qui sont dérivées soit des lois du mouvement de Newton , soit de la mécanique lagrangienne . La résolution de ces équations de mouvement définit la manière dont la configuration du système de corps rigides change en fonction du temps. La formulation et la résolution de la dynamique des corps rigides constituent un outil important dans la simulation informatique des systèmes mécaniques .

L'analyse dynamique d'une machine nécessite la détermination du mouvement, ou cinématique , de ses composants, ce que l'on appelle l'analyse cinématique. L'hypothèse selon laquelle le système est un assemblage de composants rigides permet de modéliser mathématiquement les mouvements de rotation et de translation sous forme de transformations euclidiennes, ou rigides . Cela permet de déterminer la position, la vitesse et l'accélération de tous les points d'un composant à partir de ces propriétés pour un point de référence, ainsi que la position angulaire, la vitesse angulaire et l'accélération angulaire du composant.

La conception des machines fait référence aux procédures et techniques utilisées pour traiter les trois phases du cycle de vie d'une machine :

1. invention, qui implique l’identification d’un besoin, l’élaboration d’exigences, la génération de concepts, le développement de prototypes, la fabrication et les tests de vérification ;
2. L'ingénierie des performances implique l'amélioration de l'efficacité de la fabrication, la réduction des demandes de service et de maintenance, l'ajout de fonctionnalités et l'amélioration de l'efficacité, ainsi que les tests de validation ;
3. Le recyclage est la phase de déclassement et d’élimination et comprend la récupération et la réutilisation des matériaux et des composants.