Једноставна машина

Точак на (колима).

Воденичко коло: вода тече преко дрвеног точака.

Већи део једноставног приручног витла назива се коло, а мањи, продужен у облику ваљка на које се намотава уже с теретом, назива се вретено. Сила потезања сразмерно је мања у односу на силу у теретном ужету према односу полупречника вретена и кола.

Полуга је једна од 6 једноставних машинана.

Полуга је чврсто тело које се може окретати око неке чврсте тачке, ослонца или зглоба и вреди: F₁D₁ = F₂D₂.

Полужна вага, обична вага или вага једнаких кракова у ствари је полуга једнаких кракова.

Римска вага или кантар пронађена у Помпејима (Антички Рим).

Начин рада хидрауличне пресе.

Изглед Архимедовог или обичног чекрка.

Силе на тело које делују на косини.

Клин служи за увећавање примењене силе и промену смера њеног деловања.

Типични вијчани спој с вијком са шестостраном главом, матицом и подлошком.

Архимедов вијак.

Начин рада Архимедовог вијка.

Пример уграђеног навојног вретена на машини.

Једноставна дрвена преса с навојним вретеном од давнина је служила за цеђење грожђа, уљарица и слично.

Прве штампарске машине су биле једноставне пресе којима се дрвена плоча са словима притискала на папир.

Једноставна машина је историјски назив за разне алате или направе које повећавају однос уложене и добијене силе. Једноставне машине су омогућиле човеку да обави радове који су захтевали снагу која је била већа од његове, то јест омогућили су искориштавање снаге ветра, снаге воде, и снаге горивих материја. Без њих био је незамислив напредак, а човек би још увек био на примитивном степену развоја. Једноставне машине су: полуга, точак и осовина , котурача и чекрк, коса раван, клин и вијак.

Точак и осовина

Главни чланци: Точак и Осовина

Точак је механичка направа окретањем које се омогућава извршавање неког рада (покретање неког тела) уз примену мање силе. Тако је на пример сила трења (отпора кретања) возила при котрљању (возила с точковима) знатно мања од силе трења возила које клиза по подлози; пар или низ точкова различитог пречника, у међусобном додиру (зупчаници) или посредно, преко ремена (ременице) или ужета (колотуре), омогућује пренос силе у најповољнијем износу; примењен као замајац, точак својом тромошћу уједначује неједнолике погонске силе, чиме је рад машина (на пример парне локомотиве) или уређаја (на пример котурача) мирнији, а економичност система повећана. Назива се још и коло, а осим с превозним средствима (колима), развој точака повезан је и с искориштењем водене енергије (воденичко коло), те за обављање различитих послова (на пример лончарско коло). Сврстава се међу такозване једноставне машине, на начелима на којима почива рад свих данашњих машина па је тиме и један од најзначајнијих техничких изума човечанства.

Развој точка био је спор, али сталан на готово целој планети. Његов је претеча трупац, помоћу кога се подметањем и котрљањем испод тешких терета олакшава њихово покретање. Појава точка везана је уз кола као превозно средство. Најстарији прикази точка пронађени су међу остатцима средњеазијских култура (Ур, око 2700. пне.), пуног су облика и слични онима из млађега каменог доба, нађеним у тресетиштима северне и западне Европе. Љубљански дрвени точак је најстарији сачувани дрвени точак с осовином на свету, старост му износи око 5.150 година. Око 1700. пне. тај се изум проширио до Кине и Египта, а први точак са паокама појављују се на приказима борбених кола старих Римљана (око 300. пне). Значајан корак у развоју точка било је увођење ојачања венца металним прстеном (бронза, челик), који је повећао чврстоћу точка и његов отпор на хабање. Пре европских истраживања на пацифичким острвима точак није био познат; претколумбијске културе Америке познавале су принцип точка, али нису никада развиле његову примену. За пренос кретања и силе у различитим направама (витло, колотур), точак се користи још од антике.

Кола

Главни чланак: Кола (запрега)

Кола су превозно средство са точковима који се покрећу помоћу животињске вуче. Назив кола употребљава се и за превозна средства на механичку и електричну вучу (за моторна возила, железнички вагон, трамвај), а у војној терминологији назив борна кола истозначница је за оклопна бојна (ратна) возила (тенкове, самоходне топове, оклопне аутомобиле). Кола на животињску вучу имају најчешће 4 точка на 2 осовине; предња осовина, с којом је повезана руда, покретна је, чиме је омогућено управљање колима на завојима. Ређа су кола с 2 точака (античка бојна и тркачка кола, модерна спортска тркачка кола). Кола за превоз људи имају редовно опруге које ублажавају трешење при вожњи. Точкови су најчешће дрвени, оковани жељезним обручем (наплатом, гобељом), са зракастим (радијалним) паокама. У том облику појавили су се већ у античко доба, иако су најстарији били од пуног дрвета, плочасти, попут диска. Такви пуни точкови су у употреби и данас у многим, углавном неразвијеним земљама, најчешће на пољопривредним имањима.

Воденичко коло

Главни чланак: Воденичко коло

Воденичко коло је најстарији уређај за претварање енергије воде (хидроенергија) у механичку енергију. Погонска сила воденичког кола настаје или због тежине воде или због препритиска застоја воде, а не као резултат промене количине кретања, те се воденичка кола не сматрају воденим турбинама. Воденичко коло се састоји од округлог дрвеног или металног оквира, на чијем оквиру се налази велики број лопатица, које служе за погон. Осовина је углавном водоравно уграђена. Пренос снаге може бити директно преко осовине, преко зупчастог преносника или преко ремена и ременице на осовини. Већ хиљадама година вода у покрету окреће воденичка кола у млиновима. То се окретање преноси на жрвањ, у којем се зрна кукуруза или пшенице дробе у брашно. Године 1086. написана је „Књига страшног суда” у Енглеској. У тој књизи, написаној по захтеву Вилијама I Освајача, била су пописана власништва над земљиштима и некретнинама у сврху убирања пореза. Према тој књизи на југу Енглеске постојало је 5.624 воденица. Око 400 људи користило се једном воденицом.

Вода може тећи преко дрвеног точака, испод точка или у тело точка. Ако вода тече преко дрвеног точка, тада до изражаја долази потенцијална енергија воде. Другим речима, искориштава се могућност (потенцијал) да вода тече с веће висине наниже. Ако вода тече испод точка, тада вода на коло преноси своју кинетичку енергију.

Витло

Главни чланак: Витло

Витло је уређај којим се уже или ланац намотава на водоравни или окомити бубањ, погонски котур или ланчано коло и притом нешто повлачи, диже, напиње или друго. Витла долазе у најразличитијим конструкцијама и имају широку примену. Она су саставни део свих дизалица, жичара, дизала (лифтова) и сличних уређаја. Посебан скуп чине бродска теретна, сидрена, притезна и вучна витла, најчешће смештена на прамцу и крми брода. Погон може бити ручни, или моторни (електрични, хидраулички, мотор с унутрашњим сагоревањем), с једноструким или двоструким преносом преко равних и стожастих зупчаника или пужнога кола. Ручним витлима остварују се затезне силе до 50 kN (на пример окомито дизање терета од 5 тона), а моторнима и вишеструко веће. Осим погонске машине, преносних зупчаника и бубња с ужетом, саставни су делови витала кочнице, спојке и сигурносни уређаји против пада терета и прекорачења допуштене висине дизања. Једноставно приручно витло састоји се од две котураче различитих полупречника, међусобно чврсто спојених заједничком осовином. Већа котурача, око које је намотано уже за потезање, назива се коло, а мања, продужена у облику ваљка на који се намотава уже с теретом, назива се вретено. Сила потезања сразмерно је мања у односу на силу у теретном ужету према односу полупречника вретена и кола. Витлом се понекад назива направа за намотање какве узице или нити пређе (такође мотовило).

Полуга

Главни чланак: Полуга

Полуга је чврсто тело, најчешће у облику равног или закривљеног штапа, које се под утицајем сила може закретати око једне осе. Силе које делују на полугу у равни окомитој на осу могућег закретања, помножене с удаљеностима њиховог правца деловања од осе (крак силе), дају моменте силе, који су то већи што је и удаљеност већа. Полуга је у равнотежи када је алгебарски збир свих момената који делују на полугу једнак нули (закон полуге). Деловањем мале силе на великом краку могу се остварити на малом краку велике силе и обрнуто. Тиме се сразмерно малим силама могу свладати велика оптерећења, а на том принципу делују различити алати (маказе, кљешта), направе (полужна вага, кантар, педала или папучица, стезна полуга) или сложенији механизми, код осетљивих справа, на пример код пинцете (понекад се назива и полуга трећег реда), може се од веће силе постићи мања. Полуга може бити двокрака (полуга првога реда), код које силе делују на супротним странама од осе закретања, или једнокрака (полуга другога реда), где су све силе с једне стране у односу на осу. Постављање закона полуге приписује се грчком математичару и изумитељу Архимеду.

Полужна вага

Главни чланак: Вага

Полужна вага, обична вага или вага једнаких кракова у ствари је полуга једнаких кракова. На крајевима кракова налазе се посуде за терет и утег. Према томе, за полужну вагу вреди исти услов равнотеже као и за обичну полугу. Услов за равнотежу на полузи је да алгебарски збир момената силе буде једнак нули. Тај услов равнотеже вреди без обзира да ли на полузи делују две силе или више њих.

$M_{1}=F_{1}\cdot D_{1}=F_{2}\cdot D_{2}=M_{2}\!$

Ако на такво круто тело на удаљеностима D₁ и D₂ (кракови ваге) делују тежине F₁ и F₂, оно ће бити у равнотежи када је F₁D₁ = F₂D₂ (закон полуге). Како је тежина F = mg, где је m маса, а g убрзање (акцелерација) силе теже, следи:

$m_{1}\cdot D_{1}=m_{2}\cdot D_{2}$

те се тако вагањем, то јест успоређивањем с нормираним утезима, може одредити маса предмета који се мере.

Ваге неједнаких кракова

Ако су кракови једнаки, масе се упоређују директно, иначе вреди:

$m_{2}=m_{1}\cdot {\frac {D_{1}}{D_{2}}}\$

Вага у којој је однос кракова D₁/D₂ = 1/10 назива се децималном вагом, а ако је D₁/D₂ = 1/100 центеземалном вагом. Такве ваге упоређују масу терета с десет пута, односно сто пута мањом масом утега и служе за мерење већих терета (од неколико десетина килограма до неколико тона код мосне или колне ваге).

Хидраулична преса

Главни чланак: Хидрауличка преса

Преса - воштина за прављење воска

Хидраулична преса или хидрауличка преса је уређај помоћу кога се могу произвести врло велике силе притиска, дизања, пробијања, обликовања и слично. Састоји се од два међусобно спојена цилиндара, испуњена течношћу. Хидраулична преса делује на принципу једнаког ширења притиска на све стране у течностима (Паскалов закон). Притисак у малом цилиндру настаје због кретања малог клипа, који се помиче ручно преко полуге или електромотором. Притисак произведен у малом цилиндру преноси се у велики цилиндар, где делује на велики клип. Притисци су у оба цилиндра једнаки, али због различитих пречника клипова силе су на клиповима и брзине помицања клипова различите. Сила која подиже велики клип онолико је пута већа од силе којом мали клип притискује течност колико је површина пресека великог клипа већа од површине пресека малог клипа. Брзине помицања клипова обрнуто су пропорционалне површинама клипова, то јест ход великог клипа онолико је пута мањи од хода малога клипа колики је однос површине пресека клипова. Део је хидрауличне преше и спремник течности, из кога пумпа (мали цилиндар), преко неповратнога вентила сисе течност за дизање великога клипа, у који се течност враћа посебним водом када се клип спушта. Као радна течност данас се најчешће употребљава уље или емулзија уља с водом (хидраулички флуид). Мале преносне хидрауличне пресе служе као дизалице за аутомобиле, али се израђују и за силе дизања веће од 1.000.000 N. Стабилне хидрауличне пресе служе као дизалице (на пример у аутосервисима) и као пресе у многим гранама индустрије. Хидрауличне пресе имају свестрану примену, али им је недостатак мала радна брзина.

Котурача и чекрк

Главни чланци: Котурача и Чекрк

Котурача је точак који служи за пренос кретања или деловања силе уз помоћ ужета (ремена, ланца) пребаченог преко његовог ужлебљеног обода. Чврста котурача има непомичну осовину и служи за промену смера деловања силе. Помична котурача има помичну осовину; њоме се може држати терет у равнотежи с упола мањом силом, јер се деловање терета расподељује на два ужета. Чекрк је обично систем котурача различитих конструкција, а служи за дизање великог терета малом силом (натезањем ужета) уз продуживање пута. Потенцијални чекрк састоји се од једне чврсте и неколико помичних котурача; свака помична котурача умањује упола силу потребну за уравнотежење тежине терета. Назив потенцијални потиче од тога што сила неопходна за равнотежу опада с потенцијом броја 2. Архимедов чекрк је систем од неколико котурача различитих величина, од којих је половина непомична и повезана, док су преостале такође међусобно повезане, али се заједно помичу. Диференцијални чекрк састоји се од три котураче с ужетом без краја. Две котураче различитих полупречника налазе се на истој осовини, док је на трећој, помичној котурачи обешен терет.

Коса раван

Главни чланак: Коса раван

Коса раван је раван нагнута под оштрим углом према хоризонталној равни. Омогућава подизање терета на неку висину дужим путем, али мањом силом од оне која би била потребна за подизање по вертикали. Такође, се користи за проучавање униформно убрзаног кретања тела са убрзањем које је мање од убрзања Земљине силе теже:

$a=g\cdot \sin \alpha$

где је: a - убрзање на косини, g - убрзање силе теже, а α - нагиб косине.

Будући да тежина тела увек делује вертикално према доле, а да се тело на косини не може кретати у том смеру, тежина се раставља на две компоненте: компоненту нормалну на косину и паралелну с њом. Нормална компонента притиске подлогу (подлога узвраћа силом супротног смера), а паралелна компонента убрзава тело низ косину и врши рад ако је у томе не ометају друге силе (на пример сила трења). Услов је мировања тела на косини да је сила трења једнака паралелној компоненти тежине тела:

$F_{tr}=G\cdot \sin \alpha$

где је: α - нагиб косине, а G - тежина тела.

Клин

Главни чланак: Клин

Клин је заоштрено или зашиљено тело у облику трокутасте призме, најчешће од челика. Служи за увећавање примењене силе и промену смера њеног деловања. Тело у које се клин засеца притиска се нормално на његове странице. Сила Q може се свладати мањом силом P износа:

$P=Q\cdot {tg}\alpha$

ако је угао између главне две површине α < 45°. Употребљава се најчешће за цепање, резање и подизање.

Вијак

Главни чланак: Вијак

Вијак је машински део за растављиво спајање делова или за претварање ротационог кретања у транслационо. Ваљкастог је облика, а дуж целе спољашње стране или њеног дела обликован је нарезаним или утиснутим навојем, то јест спиралним ужљебљењем, које делује попут вешто изведене косине. Навој се у облику хеликоидне линије или уске плоче равномерним нагибом овија око цилиндричног или, ређе, благо купастог тела и успиње у смеру казаљке на сату (десни навој) или обрнуто (леви навој). Према намени, навоји имају различите облике попречног пресека (троугласти, трапезни, пиласти и тако даље), могу бити једноводни или вишеводни (двоводни, троводни), метарски или цолни (на пример цевни Витвортов навој). Карактеристичне величине навоја јесу угао профила, теориска и носива дубина, корак и друго. Већином су стандардизирани, премда се из различитих разлога изводе и изван стандарда. Поред тела с навојем вијак је обично опремљен главом различитог облика. Глава вијка најчешће је шестеространа призма, али може бити и четвероугаона, полуокругла, ваљкаста с равним или упуштеним крстом, шестоуглом (такозвани имбус-вијак) или звездом, потом лећаста, крилна, наровашена, очна или конична (утор на глави вијка).

Вијчани спојеви изводе се вијком и матицом (глави слично призматично тело с навојем унутар средишњег проврта), или је вијак уврнут у проврт с навојем једног од тела које се спаја. Ради бољег налегања или ради спречавања самоодвртања, вијчаном се споју испод главе вијка или испод матице стављају обични и еластични подлошци. Често се употребљавају и две матице заједно, од којих друга, ближа крају (такозвана противматица), служи као осигурач. Доседни вијци уз стезање делова осигуравају и њихов тачан положај. Струк је на доседној површини гладак и брушен, а рупе развртане. Вијци за подешавање имају на крају струка посебан изданак, а служе за постављање делова у одређен међусобни положај. Усадни вијци уврћу се у један део машине, а немају главу; обично се употребљавају за спојеве кућишта, поклопаца и слично. Темељни или котвени вијци повезују главне делове с постољем или темељем, а изведени су или као вијци с главом или им је глава конично призматична, расечена и повинута, раскована или спљоштена или има неки други, често неправилан облик који осигурава добро држање када се залије у бетон темеља. Посебног су облика вијци за дрво, којима је тело благо конично и завршава се као шиљак. Они се убрајају у самонарезне вијке, јер сами себи нарезују навојну рупу, односно није им потребна матица. Имају широк навој већег успона и упуштену или полуокруглу главу с утором. На сличном начелу делују и вијци за лим те вијци за пластику, који често имају завршетак тела попут нарезног сврдла.

Осим вијка као елемента за спајање, тако се називају и друга тела с више или мање хеликоидним обликом, на пример бродски вијак или вијчани пропелер, вијак за претварање ротацијског кретања у транслацијско (вретено) или Архимедов вијак.

Архимедов вијак

Главни чланак: Архимедов вијак

Архимедов вијак је направа која се често током историје употребљавала за премештање воде у канале за натапање. То је један од изума који се приписује грчком мислиоцу Архимеду из 3. века пне, иако постоји и друга теорија по којој су за овај изум заслужни становници Вавилона пре Архимеда, а постоји и претпоставка да су се чувени вртови Вавилона натапали уз помоћ овог типа сисаљке. Осим тога, Архимедов вијак је једна од првих познатих сисаљки које се спомињу. Машина је једноставне конструкције, састоји се од вијка смештеног унутар цеви. Вијак се окреће покретан ветрењачом или снагом човека или стоке. Окретањем вијка, течност се креће по ободу вијка према горе, све док не дође до врха, где се излива из цеви према крајњем одредишту. Пожељно је да између вијка и цеви буде што мањи размак, како би се смањила пропуштања из вишег у нижи ниво. Губици ће такође бити мањи ако је већа брзина окретања вијка.

Конструкција Архимедовог вијка може бити остварена на два начина, код првог се вијак окреће унутар цеви која је статична, а код другог се вијак и цилиндар окрећу заједно, те не постоји релативно кретање између вијка и цеви. Историјски извори говоре о употреби другог система у старом веку у Грчкој и Риму, а постоје и назнаке да се употребљавао у Вавилону за време Набукодоносора другог. Ту се употребљавао људски рад при окретању кућишта у којем је био круто спојени вијак.

Данас се Архимедов вијак употребљава за наводњавање, али и за исушивање. Честа је употреба и у канализацијским системима јер је вијак скоро неосетљив на круте нечистоће и мењање количина које пребацује. Такође, Архимедов вијак је честа појава у покретним тракама, у рибогојилиштима, транспорту житарица и другом.

Навојно вретено

Главни чланак: Навојно вретено

Навојно вретено (у машинству често се назива само вретено) је машински део у облику издуженог вијка, који заједно с придруженим деловима претвара вртњу (ротационо кретање) у праволинијско кретање (транслација). При раду вретено се врти, а припадно се тело с унутарњим навојем (на пример подршка глодалице или притисна плоча пресе) помиче дуж вретена (праволинијски транслира). Понегде тело с унутарњим навојем мирује, а вретено изводи транслацију и ротацију истодобно. Вретена се најчешће изводе с трапезним, пиластим или правоугаоним профилом навоја, који имају веће успоне, јаче су оптеретиви, па преносе и веће аксијалне силе.

Преса

Главни чланак: Преса

Преса (нем. Presse, средњевековни лат. pressa, према класичној латинској речи pressus: стиснут) је машина за сужавање, штампање, пробијање, сечење, ковање и друге врсте операција код којих се примењује велика сила на сразмерно малом путу. Намењена је понајпре притисном оптерећивању обратка или његовој деформацији праволинијским кретањем маља или другог алата према радному столу. Једноставна дрвена преса с навојним вретеном од давнина је служила за цеђење грожђа, уљарица и слично, а прве штампарске машине такође су биле једноставне пресе којима се дрвена плоча са словима притискала на папир. За потребе заната и индустрије развијен је низ преса различитих по конструкцији, намени и притиску. Према консрукцији разликују се вретенаста, механичка и хидраулична преса.