Машина — это физическая система, которая использует энергию для приложения сил и управления движением для выполнения действия. Этот термин обычно применяется к искусственным устройствам, например, использующим двигатели или моторы, а также к естественным биологическим макромолекулам, таким как молекулярные машины . Машины могут приводиться в движение животными и людьми , природными силами, такими как ветер и вода , а также химической , тепловой или электрической энергией, и включают в себя систему механизмов , которые формируют входной сигнал привода для достижения конкретного применения выходных сил и движения. Они также могут включать в себя компьютеры и датчики, которые контролируют производительность и планируют движение, часто называемые механическими системами .
Натурфилософы эпохи Возрождения определили шесть простых машин , которые были элементарными устройствами, приводящими груз в движение, и рассчитали соотношение выходной силы к входной силе, известное сегодня как механическое преимущество . [1]
Современные машины представляют собой сложные системы, состоящие из конструктивных элементов, механизмов и компонентов управления и включающие в себя интерфейсы для удобного использования. Примеры включают: широкий спектр транспортных средств , таких как поезда , автомобили , лодки и самолеты ; бытовая техника дома и в офисе, включая компьютеры, системы обработки воздуха и воды в зданиях ; а также сельскохозяйственная техника , станки , системы автоматизации производства и роботы .
Английское слово « машина» пришло через среднефранцузский язык от латинского machina , [2] которое, в свою очередь, происходит от греческого ( дорического μαχανά makhana , ионического μηχανή mekhane «изобретение, машина, двигатель», [3] происходит от μῆχος mekhos «означает, целесообразный» , средство» [4] ). [5] Слово «механический» (греч. μηχανικός ) происходит от тех же греческих корней. Более широкое значение слова «ткань, структура» встречается в классической латыни, но не в греческом языке. Это значение встречается во французском языке позднего средневековья и было заимствовано из французского языка в английский в середине 16 века.
В 17 веке слово «машина» могло также означать схему или сюжет, и это значение теперь выражается производной махинацией. Современное значение развивается из специального применения этого термина к сценическим машинам, используемым на театре военных действий, и к военным осадным машинам как в конце 16, так и в начале 17 веков. OED прослеживает формальное современное значение « Lexicon Technicum » Джона Харриса (1704 г.), в котором есть:
Слово « двигатель» , используемое как (почти) синоним как Харрисом, так и в более позднем языке, в конечном итоге происходит (через старофранцузский ) от латинского ingenium «изобретательность, изобретение».
Ручной топор , изготовленный путем раскалывания кремня в форме клина , в руках человека преобразует силу и движение инструмента в поперечные силы раскалывания и движение заготовки. Ручной топор — первый образец клина , старейшего из шести классических простых машин , на которых основано большинство машин. Второй древнейшей простой машиной была наклонная плоскость (рампа), [6] которая использовалась с доисторических времен для перемещения тяжелых предметов. [7] [8]
Остальные четыре простых машины были изобретены на древнем Ближнем Востоке . [9] Колесо , наряду с колесно-осевым механизмом, было изобретено в Месопотамии (современный Ирак) в 5-м тысячелетии до нашей эры. [10] Рычажный механизм впервые появился около 5000 лет назад на Ближнем Востоке , где он использовался в простых весах , [11] и для перемещения крупных объектов в древнеегипетской технологии . [12] Рычаг также использовался в водоподъемном устройстве «Шадуф », первой крановой машине, появившейся в Месопотамии ок. 3000 г. до н. э. , [11] а затем в древнеегипетской технологии ок. 2000 г. до н.э. [13] Самые ранние свидетельства существования шкивов относятся к Месопотамии в начале 2-го тысячелетия до нашей эры, [14] и древнему Египту во времена Двенадцатой династии (1991-1802 до н.э.). [15] Винт , последняя из изобретенных простых машин, [ 16] впервые появился в Месопотамии в неоассирийский период (911-609) до н.э. [14] Египетские пирамиды были построены с использованием трех из шести простых механизмов: наклонной плоскости, клина и рычага. [17]
Три простых машины были изучены и описаны греческим философом Архимедом примерно в III веке до нашей эры: рычаг, шкив и винт. [18] [19] Архимед открыл принцип механического преимущества в рычаге. [20] Позже греческие философы определили пять классических простых машин (исключая наклонную плоскость) и смогли примерно рассчитать их механическое преимущество. [1] Герой Александрийский ( ок. 10 –75 н.э.) в своем труде «Механика» перечисляет пять механизмов, способных «приводить груз в движение»; рычаг, лебедка , шкив, клин и винт [19] и описывает их изготовление и использование. [21] Однако понимание греков ограничивалось статикой (балансом сил) и не включало динамику (компромисс между силой и расстоянием) или концепцию работы . [ нужна цитата ]
Самые ранние практические ветряные машины, ветряная мельница и ветряной насос , впервые появились в мусульманском мире во время Золотого века ислама , на территории современного Ирана, Афганистана и Пакистана, в 9 веке нашей эры. [22] [23] [24] [25] Самой ранней практической паровой машиной был паровой домкрат с приводом от паровой турбины , описанный в 1551 году Таки ад-Дином Мухаммадом ибн Маруфом в Османском Египте . [26] [27]
Хлопкоочистительная машина была изобретена в Индии в 6 веке нашей эры, [28] , а прялка была изобретена в исламском мире в начале 11 века, [29] оба из которых имели основополагающее значение для роста хлопковой промышленности . Прялка также была предшественником прялки Дженни . [30]
Самые ранние программируемые машины были разработаны в мусульманском мире. Музыкальный секвенсор , программируемый музыкальный инструмент , был самым ранним типом программируемой машины. Первым музыкальным секвенсором был автоматический флейтист , изобретенный братьями Бану Муса и описанный в их «Книге гениальных устройств» в 9 веке. [31] [32] В 1206 году Аль-Джазари изобрел программируемые автоматы / роботы . Он описал четырех музыкантов -автоматов , в том числе барабанщиков, управляемых программируемой драм-машиной , которую можно было заставить играть разные ритмы и разные рисунки ударных. [33]
В эпоху Возрождения динамика механических сил , как называли простые машины, начала изучаться с точки зрения того, сколько полезной работы они могут выполнить, что в конечном итоге привело к новой концепции механической работы . В 1586 году фламандский инженер Саймон Стевин обнаружил механическое преимущество наклонной плоскости и включил ее в состав других простых машин. Полная динамическая теория простых машин была разработана итальянским учёным Галилео Галилеем в 1600 году в книге Le Meccaniche («О механике»). [34] [35] Он был первым, кто понял, что простые машины не создают энергию , они просто преобразуют ее. [34]
Классические правила трения скольжения в машинах были открыты Леонардо да Винчи (1452–1519), но остались неопубликованными в его записных книжках. Они были заново открыты Гийомом Амонтоном (1699 г.) и получили дальнейшее развитие Шарля-Огюстена де Кулона (1785 г.). [36]
Джеймс Уатт запатентовал свою систему параллельного движения в 1782 году, что сделало паровой двигатель двойного действия практичным. [37] Паровой двигатель Бултона и Уатта , а затем проектирует паровозы с приводом от двигателя , пароходы и заводы .
Промышленная революция — это период с 1750 по 1850 годы, когда изменения в сельском хозяйстве, производстве, горнодобывающей промышленности, транспорте и технологиях оказали глубокое влияние на социальные, экономические и культурные условия того времени. Оно началось в Соединенном Королевстве , а затем распространилось по всей Западной Европе , Северной Америке , Японии и, в конечном итоге, по всему остальному миру.
Начиная с конца XVIII века, в некоторых частях Великобритании , где ранее использовался ручной труд и тягловая животноводческая экономика, начался переход к машинному производству. Все началось с механизации текстильной промышленности, развития технологий производства железа и увеличения использования рафинированного угля . [38]
Идея о том, что машину можно разложить на простые подвижные элементы, привела Архимеда к определению рычага , шкива и винта как простых машин . Ко времени Возрождения этот список расширился и включил в себя колесо и ось , клин и наклонную плоскость . Современный подход к характеристике машин фокусируется на компонентах, обеспечивающих движение, известных как суставы .
Клин (ручной топор): Пожалуй, первым примером устройства, предназначенного для управления силой, является ручной топор , также называемый бифасом и Olorgesailie . Ручной топор изготавливается путем раскалывания камня, обычно кремня, с образованием двустороннего лезвия или клина . Клин — это простая машина, преобразующая боковую силу и движение инструмента в поперечную силу раскалывания и перемещение заготовки. Доступная мощность ограничена усилием человека, использующего инструмент, но поскольку мощность является продуктом силы и движения, клин усиливает силу, уменьшая движение. Это усиление, или механическое преимущество, представляет собой соотношение входной скорости и выходной скорости. Для клина это определяется соотношением 1/tanα, где α — угол при вершине. Грани клина моделируются как прямые линии, образующие скользящее или призматическое соединение .
Рычаг: Рычаг — еще одно важное и простое устройство для управления мощностью. Это тело, которое вращается на опоре. Поскольку скорость точки, расположенной дальше от оси вращения, больше, чем скорость точки рядом с точкой поворота, силы, приложенные вдали от оси вращения, усиливаются вблизи оси вращения за счет соответствующего уменьшения скорости. Если a — расстояние от шарнира до точки приложения входной силы, а b — расстояние до точки приложения выходной силы, то a/b — механическое преимущество рычага. Точка опоры рычага моделируется как шарнирное или поворотное соединение .
Колесо: Колесо — важная ранняя машина, такая как колесница . Колесо использует закон рычага, чтобы уменьшить силу, необходимую для преодоления трения при тяге груза. Чтобы увидеть это, обратите внимание, что трение, связанное с перемещением груза по земле, примерно такое же, как трение в простом подшипнике, поддерживающем нагрузку на оси колеса. Однако колесо образует рычаг, который увеличивает тяговую силу, преодолевая сопротивление трения в подшипнике.
Классификация простых машин , обеспечивающая стратегию проектирования новых машин, была разработана Францем Рёло , который собрал и изучил более 800 элементарных машин. [40] Он признал, что классические простые машины можно разделить на рычаг, шкив, колесо и ось, которые образованы телом, вращающимся вокруг шарнира, и наклонную плоскость, клин и винт, которые аналогичным образом представляют собой блок, скользящий по плоской поверхности. поверхность. [41]
Простые машины — это элементарные примеры кинематических цепей или связей , которые используются для моделирования механических систем , от парового двигателя до роботов-манипуляторов. Подшипники, которые образуют точку опоры рычага и позволяют вращаться колесу, оси и шкивам, являются примерами кинематической пары, называемой шарнирным соединением. Точно так же плоская поверхность наклонной плоскости и клина являются примерами кинематической пары , называемой скользящим соединением. Винт обычно идентифицируется как отдельная кинематическая пара, называемая винтовым соединением.
Это понимание показывает, что именно суставы или соединения, обеспечивающие движение, являются основными элементами машины. Начиная с четырех типов соединений: вращающегося соединения, скользящего соединения, кулачкового соединения и зубчатого соединения, а также связанных с ними соединений, таких как тросы и ремни, можно понимать машину как совокупность твердых частей, которые соединяют эти соединения, называемую механизмом . [42]
Два рычага, или кривошипа, объединяются в плоскую четырехзвенную связь путем присоединения звена, соединяющего выход одного кривошипа со входом другого. Дополнительные звенья могут быть присоединены для образования шестизвенной связи или последовательно для формирования робота. [42]
Механическая система управляет мощностью для выполнения задачи, включающей силы и движение. Современные машины представляют собой системы, состоящие из (i) источника энергии и приводов , которые генерируют силы и движение, (ii) системы механизмов , которые формируют входной сигнал привода для достижения конкретного приложения выходных сил и движения, (iii) контроллера с датчиками. который сравнивает выходные данные с целевыми показателями производительности, а затем направляет входные данные привода, и (iv) интерфейс для оператора, состоящий из рычагов, переключателей и дисплеев. Это можно увидеть на примере парового двигателя Уатта, в котором мощность обеспечивается за счет расширения пара, приводящего в движение поршень. Шагающая балка, муфта и кривошип преобразуют линейное движение поршня во вращение выходного шкива. Наконец, вращение шкива приводит в движение регулятор флайбола, который управляет клапаном подачи пара в поршневой цилиндр.
Прилагательное «механический» относится к навыкам практического применения искусства или науки, а также относится к движению, физическим силам, свойствам или агентам или вызвано ими, например, с которыми имеет дело механика . [43] Аналогичным образом словарь Merriam-Webster [44] определяет «механический» как относящийся к машинам или инструментам.
Поток мощности через машину дает возможность понять работу устройств, начиная от рычагов и зубчатых передач и заканчивая автомобилями и роботизированными системами. Немецкий механик Франц Рело [45] писал: «Машина есть совокупность сопротивляющихся тел, устроенных таким образом, что с их помощью механические силы природы можно заставить совершать работу, сопровождаемую известным определенным движением». Обратите внимание, что силы и движение в совокупности определяют мощность .
Совсем недавно Uicker et al. [42] заявили, что машина — это «устройство для подачи энергии или изменения ее направления». Маккарти и Со [46] описывают машину как систему, которая «обычно состоит из источника энергии и механизма для контролируемого использования этой энергии». ."
Усилия людей и животных были первоначальными источниками энергии для первых машин. [ нужна цитата ]
Водяное колесо: Водяные колеса появились по всему миру около 300 г. до н. э., чтобы использовать проточную воду для создания вращательного движения, которое применялось для помола зерна, а также для привода в действие пиломатериалов, механической обработки и текстильных операций . Современные водяные турбины используют воду, текущую через плотину , для привода электрического генератора .
Ветряная мельница. Ранние ветряные мельницы использовали энергию ветра для создания вращательного движения для фрезерных операций. Современные ветряные турбины также приводят в движение генератор. Это электричество, в свою очередь, используется для привода двигателей , образующих приводы механических систем.
Двигатель: Слово «двигатель» происходит от слова «изобретательность» и первоначально относилось к устройствам, которые могут быть или не быть физическими устройствами. [47] Паровой двигатель использует тепло для кипячения воды, содержащейся в сосуде под давлением; расширяющийся пар приводит в движение поршень или турбину. Этот принцип можно увидеть в эолипиле Героя Александрийского. Это называется двигатель внешнего сгорания .
Автомобильный двигатель называется двигателем внутреннего сгорания , потому что он сжигает топливо ( экзотермическая химическая реакция) внутри цилиндра и использует расширяющиеся газы для приведения в движение поршня . Реактивный двигатель использует турбину для сжатия воздуха, который сгорает с топливом, так что он расширяется через сопло, обеспечивая тягу самолета , и это также «двигатель внутреннего сгорания». [48]
Электростанция: тепло от сгорания угля и природного газа в котле генерирует пар, который приводит в движение паровую турбину , приводящую во вращение электрический генератор . Атомная электростанция использует тепло ядерного реактора для выработки пара и электроэнергии . Эта мощность распределяется через сеть линий электропередачи для промышленного и индивидуального использования.
Двигатели: Электродвигатели используют переменный или постоянный электрический ток для создания вращательного движения. Электрические серводвигатели являются приводами для механических систем, от робототехнических систем до современных самолетов .
Гидравлическая энергия: в гидравлических и пневматических системах используются насосы с электрическим приводом для подачи воды или воздуха соответственно в цилиндры для обеспечения линейного движения .
Электрохимия. Химические вещества и материалы также могут быть источниками энергии. [49] Они могут химически разряжаться или нуждаться в перезарядке, как в случае с батареями , [50] или могут производить энергию, не меняя своего состояния, как это происходит с солнечными элементами и термоэлектрическими генераторами . [51] [52] Однако все это по-прежнему требует, чтобы энергия поступала откуда-то еще. В случае с батареями это уже существующая внутри химическая потенциальная энергия . [50] В солнечных элементах и термоэлектриках источником энергии является свет и тепло соответственно. [51] [52]
Механизм механической системы собирается из составных частей, называемых элементами машины . Эти элементы обеспечивают структуру системы и управляют ее движением.
Конструктивными компонентами, как правило, являются элементы рамы, подшипники, шлицы, пружины, уплотнения, крепежные детали и крышки. Форма, текстура и цвет крышек создают стильный и функциональный интерфейс между механической системой и ее пользователями.
Узлы, управляющие движением, также называют « механизмами ». [45] [53] Механизмы обычно классифицируются как шестерни и зубчатые передачи , которые включают в себя ременные и цепные передачи , кулачковые и ведомые механизмы, а также рычаги , хотя существуют и другие специальные механизмы, такие как зажимные рычаги, индексирующие механизмы , спусковые механизмы и фрикционные устройства. такие как тормоза и сцепления .
Число степеней свободы механизма, или его подвижность, зависит от количества звеньев и соединений, а также типов соединений, использованных в конструкции механизма. Общая подвижность механизма — это разница между неограниченной свободой звеньев и количеством ограничений, налагаемых шарнирами. Он описывается критерием Чебычева–Грюблера–Куцбаха .
Передачу вращения между соприкасающимися зубчатыми колесами можно проследить до Антикитерского механизма Греции и колесницы, указывающей на юг в Китае . На иллюстрациях ученого эпохи Возрождения Георгиуса Агриколы изображены зубчатые передачи с цилиндрическими зубьями. Внедрение эвольвентного зуба позволило получить стандартную конструкцию шестерни, обеспечивающую постоянное передаточное число. Некоторые важные особенности зубчатых передач и зубчатых передач:
Кулачок и толкатель образуются путем прямого контакта двух звеньев специальной формы . Ведущее звено называется кулачком (см. также кулачковый вал ), а звено, которое приводится в движение за счет прямого контакта их поверхностей, называется ведомым. Форма соприкасающихся поверхностей кулачка и толкателя определяет движение механизма.
Связь – это совокупность звеньев, соединенных суставами . Как правило, звенья являются структурными элементами, а суставы допускают движение. Пожалуй, самым полезным примером является плоское четырехзвенное соединение . Однако существует еще много специальных связей:
Плоский механизм — это механическая система, которая ограничена таким образом, что траектории точек во всех телах системы лежат в плоскостях, параллельных базовой плоскости. Оси вращения шарнирных соединений, соединяющих тела в системе, перпендикулярны этой заземленной плоскости.
Сферический механизм — механическая система, в которой тела движутся так, что траектории точек системы лежат на концентрических сферах. Через центр этой окружности проходят оси вращения шарнирных соединений, соединяющих тела в системе.
Пространственный механизм — это механическая система, имеющая хотя бы одно тело, которое движется так, что траектории его точек представляют собой общие пространственные кривые. Оси вращения шарнирных соединений, соединяющих тела в системе, образуют в пространстве линии, не пересекающиеся и имеющие четко выраженные общие нормали.
Механизм изгиба состоит из ряда твердых тел, соединенных податливыми элементами (также известными как изгибные соединения), которые предназначены для создания геометрически четко определенного движения при приложении силы.
Элементарные механические детали машины называются элементами машины . Эти элементы состоят из трех основных типов (i) конструктивных компонентов , таких как элементы рамы, подшипники, оси, шлицы, крепежные детали , уплотнения и смазочные материалы, (ii) механизмов , которые контролируют движение различными способами, таких как зубчатые передачи , ременные или цепные передачи , рычажные системы , кулачковые и ведомые системы, включая тормоза и сцепления , и (iii) компоненты управления , такие как кнопки, переключатели, индикаторы, датчики, приводы и компьютерные контроллеры. [54] Хотя форма, текстура и цвет крышек обычно не считаются элементом машины, они являются важной частью машины, которая обеспечивает стиль и рабочий интерфейс между механическими компонентами машины и ее пользователями.
Ряд элементов машины выполняют важные структурные функции, такие как рама, подшипники, шлицы, пружины и уплотнения.
Контроллеры объединяют датчики , логику и исполнительные механизмы для поддержания производительности компонентов машины. Пожалуй, самым известным из них является регулятор флайбола для парового двигателя. Примеры этих устройств варьируются от термостата , который при повышении температуры открывает клапан для охлаждающей воды, до регуляторов скорости, таких как система круиз-контроля в автомобиле. Программируемый логический контроллер заменил реле и специализированные механизмы управления программируемым компьютером. Серводвигатели , которые точно позиционируют вал в ответ на электрическую команду, являются приводами, которые делают возможными робототехнические системы .
Чарльз Бэббидж сконструировал машины для табулирования логарифмов и других функций в 1837 году. Его Разностную машину можно считать усовершенствованным механическим калькулятором , а его аналитическую машину — предшественником современного компьютера , хотя ни одна из более крупных проектов не была завершена при жизни Бэббиджа.
Арифмометр и Комптометр — это механические компьютеры , которые являются предшественниками современных цифровых компьютеров . Модели, используемые для изучения современных компьютеров, называются «Машиной состояний» и «Машиной Тьюринга» .
Биологическая молекула миозина реагирует на АТФ и АДФ, поочередно взаимодействуя с актиновой нитью и изменяя ее форму таким образом, что возникает сила, а затем отделяется, чтобы восстановить свою форму или конформацию. Это действует как молекулярный двигатель, вызывающий сокращение мышц. Аналогичным образом, биологическая молекула кинезин имеет две секции, которые поочередно взаимодействуют с микротрубочками и отсоединяются от них, заставляя молекулу двигаться по микротрубочкам и транспортируя пузырьки внутри клетки, и динеин , который перемещает груз внутри клетки к ядру и вызывает аксонемное биение подвижных ресничек и жгутики . «По сути, подвижная ресничка представляет собой наномашину, состоящую, возможно, из более чем 600 белков в молекулярных комплексах, многие из которых также функционируют независимо как наномашины. Гибкие линкеры позволяют соединенным ими мобильным белковым доменам рекрутировать своих партнеров по связыванию и вызывать аллостерию на большие расстояния. посредством динамики белковых доменов ». [55] Другие биологические машины ответственны за производство энергии, например, АТФ-синтаза , которая использует энергию протонных градиентов через мембраны для приведения в движение турбинного движения, используемого для синтеза АТФ , энергетической валюты клетки. [56] За экспрессию генов отвечают и другие машины , в том числе ДНК-полимеразы для репликации ДНК , [ нужна ссылка ] РНК-полимеразы для производства мРНК , [ нужна ссылка ] сплайсосома для удаления интронов и рибосома для синтеза белков . Эти машины и их наноразмерная динамика гораздо сложнее, чем любые молекулярные машины , которые до сих пор были созданы искусственно. [57] Эти молекулы все чаще считаются наномашинами . [ нужна цитата ]
Исследователи использовали ДНК для создания наноразмерных четырехстержневых связей . [58] [59]
Механизация (или механизация в BE ) обеспечивает людей-операторов оборудованием, которое помогает им выполнять мышечную работу или заменяет мышечную работу. В некоторых областях механизация включает использование ручных инструментов. В современном использовании, например, в технике или экономике, механизация подразумевает оборудование, более сложное, чем ручные инструменты, и не включает простые устройства, такие как неприводная лошадь или ослиная мельница. Устройства, которые вызывают изменение скорости или переход от возвратно-поступательного движения к вращательному движению или наоборот, с использованием таких средств, как шестерни , шкивы или шкивы и ремни, валы , кулачки и кривошипы , обычно считаются машинами. После электрификации, когда большая часть мелкой техники больше не приводилась в движение вручную, механизация стала синонимом моторизованных машин. [60]
Автоматизация – это использование систем управления и информационных технологий для снижения потребности в человеческом труде при производстве товаров и услуг. В рамках индустриализации автоматизация представляет собой шаг за пределы механизации . В то время как механизация обеспечивает операторов оборудованием, помогающим им выполнять мышечные потребности в работе, автоматизация также значительно снижает потребность в сенсорных и умственных потребностях человека. Автоматизация играет все более важную роль в мировой экономике и повседневной жизни.
Автомат (множественное число: автоматы или автоматы) — это самодействующая машина. Это слово иногда используется для описания робота , точнее автономного робота . Игрушечный автомат был запатентован в 1863 году. [61]
Ашер [62] сообщает, что трактат Героя Александрийского по механике был сосредоточен на изучении поднятия тяжестей. Сегодня механика относится к математическому анализу сил и движения механической системы и состоит из изучения кинематики и динамики этих систем.
Динамический анализ машин начинается с модели твердого тела для определения реакций подшипников, после чего учитываются эффекты упругости. Динамика твердого тела изучает движение систем взаимосвязанных тел под действием внешних сил. Предположение о том, что тела являются жесткими, а значит, не деформируются под действием приложенных сил, упрощает анализ, сводя параметры, описывающие конфигурацию системы, к перемещению и вращению систем отсчета, прикрепленных к каждому телу. [63] [64]
Динамика системы твердого тела определяется ее уравнениями движения , которые выводятся с использованием либо законов движения Ньютона , либо лагранжевой механики . Решение этих уравнений движения определяет, как изменяется конфигурация системы твердых тел в зависимости от времени. Формулировка и решение динамики твердого тела является важным инструментом компьютерного моделирования механических систем .
Динамический анализ машины требует определения движения или кинематики ее составных частей, известного как кинематический анализ. Предположение о том, что система представляет собой совокупность жестких компонентов, позволяет математически моделировать вращательное и поступательное движение как евклидовы или жесткие преобразования . Это позволяет определять положение, скорость и ускорение всех точек компонента на основе этих свойств опорной точки, а также углового положения, угловой скорости и углового ускорения компонента.
Проектирование машины относится к процедурам и методам, используемым для решения трех этапов жизненного цикла машины :
Вращающаяся Дженни была, по сути, адаптацией своего предшественника — прялки.