知识要求：

1．掌握机械、机器、机构、构件、零件、部件等的概念；

2．了解常见机构的组成、原理及运动规律。

技能要求：

1．能识别常见的机器和机构，并分析它们的功用和组成；

2．能辨别机器中的机构、构件、零件和部件。

为了方便日常生产及生活，人类发明设计了许多机器（机构），比如缝纫机、发动机、手动抽水机、汽车自卸机构、发动机配气机构等。常见的机械有很多种，哪些属于机器，哪些属于机构呢？这些机械如何组成？它们又是如何实现工作的呢？

1．机器

在现代的日常生活和工程实践中随处可见各种各样的机器，机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。例如，汽车、飞机、缝纫机、起重机、复印机、电动机、机床、机器人等都属于机器的范畴。

机器的种类繁多，可以按几个不同方面分类。其中，按功能可分为动力机械、运输机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。

各种机器虽然结构形式、运动规律及功用不同，但都具有共同特征：

1）它们都是人为实体（构件）的组合；

2）各个运动实体（构件）之间具有确定的相对运动；

3）能够实现能量的转换，代替或减轻人类完成有用的机械功。

我们把能够同时具有以上三个特征的机械统称为机器。

现代机器一般由动力部分、传动部分、执行部分、操纵控制部分和辅助部分五部分组成，它们之间的关系如图1－1所示。

图1－1　机器的组成

随着伺服驱动技术、检测传感技术、自动控制技术、信息处理技术、材料及精密技术、系统总体技术等的飞速发展，使传统机械在产品结构和生产系统结构等方面发生了质的变化，形成了一个崭新的现代机械工业。现代机器已经成为一个以机械技术为基础，以电子技术为核心的高新技术综合系统。例如，如图1－2所示的3D打印机。

图1－2　3D打印机

2．零件和部件

从制造的角度看，机器是由若干个零件装配而成的。零件是机器中不可拆卸的制造单元，有时为了装配方便，先将一组协同工作的零件分别装配或制造成一个个相对独立的组合体，然后再装配成整机，这种组合体常称为部件（或组件）。例如：内燃机的连杆，车床的主轴箱、尾座，滚动轴承以及自行车脚蹬子等。将机器看成是由零部件组成的，不仅有利于装配，也有利于机器的设计、运输、安装和维修等。

3．构件和机构

从运动的角度看，机器是由若干运动的单元所组成的，这种运动单元称为构件。构件可以是一个零件，也可以是若干零件的刚性组合体。如图1－3所示，螺母、螺栓是由一个零件构成一个构件；如图1－4所示，连杆是由连杆体、连杆头和螺栓、螺母等多个零件刚性组合而成的一个构件。各构件之间通过运动副连接。

将若干个构件连接起来，使其具有确定相对运动的各种实体的组合系统称为机构。机构主要用于传递和变换运动。常用机构有齿轮机构、连杆机构、凸轮机构等。将机器视为一个机构或若干个机构的组合，这就为机器的运动分析带来了方便。

仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通常人们把机器与机构统称为机械。

1．平面连杆机构

日常生活中，我们经常接触到一些简单机构，其中缝纫机脚踏板（图1－5）就是一种典型机构，它将脚踏板的往复摆动转换成带轮的连续转动，从而驱动缝纫机；再如利用图1－6所示的简单机构可以调整雷达天线仰角。这类机构一般由若干构件通过铰链或滑道等连接而成，并且所有构件的运动部分均在同一平面或相互平行的平面中运动，我们将此类机构称为平面连杆机构，因构件形状多呈杆状，故简称连杆机构。鹤式起重机机构（图1－7）、风扇摇头机构（图1－8）、惯性筛机构（图1－9）、摄影平台机构（图1－10）等都是典型平面连杆机构在生活、生产中的应用。

常见的连杆机构有四杆机构、五杆机构、多杆机构等，其中平面四杆机构是最简单的平面机构，本书中所涉及的平面连杆机构主要为四杆机构及其演化形式。

通过分析以上几种机构可总结出平面连杆机构具有以下特点：

1）能够进行多种运动形式的转换；(www.daowen.com)

2）构件之间连接处是面接触，单位面积上的压力较小、磨损较慢，可以承受较大载荷；

3）两构件接触表面是圆柱面或平面，制造容易；

4）连接处间隙造成的积累误差较大；

5）连杆机构运动时产生惯性力，不适用于高速场合。

平面连杆机构广泛应用于各种机器和仪器中，例如金属加工机床、起重运输机械、采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等。

2．凸轮机构

在各种机器，特别是自动化机器中，为实现某些特殊或复杂的运动规律，常采用凸轮机构。凸轮机构通常是由原动件凸轮、从动件和机架组成，其功能是将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的连续或不连续的移动或摆动。与连杆机构相比，凸轮机构便于准确地实现给定的运动规律，但由于与从动件通过点接触或线接触，所以易磨损，凸轮机构制造比较困难。

图1－11（a）所示为内燃机配气机构。当凸轮1做等速转动时，其轮廓通过与气阀2的平底接触推动气阀上、下移动，使气阀按内燃机工作循环的要求有规律地开启和闭合。

图1－11（b）所示为自动送料机构。当凸轮1等速转动时，其上曲线凹槽的侧面推动从动件2做往复移动，从而实现连续送料和退回运动。

图1－11　凸轮机构
（a）内燃机配气机构1—凸轮；2—气阀；3—机架；4—压缩弹簧（b）自动送料机构1—凸轮；2—从动件；3—机架

通常，凸轮机构从动件的运动规律（指位移、速度、加速度与凸轮转角或时间之间的函数关系）取决于凸轮的轮廓曲线形状。

3．间歇运动机构

在机械系统的驱动、传动、控制和操作装置中，经常需要某些能将主动件的连续运动转换为从动件有规律的时停、时动的间歇运动的机构，这类机构统称为间歇运动机构。如图1－12所示的电影放映机卷片机构和图1－13所示的自动浇注输送装置即是间歇运动机构的应用。

间歇运动机构根据其结构原理不同可以分为棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和齿轮齿条机构等几类，具体内容将在任务四中详细介绍。

［例1－1］分析如图1－5所示缝纫机脚踏板机构的运动。

解：缝纫机脚踏板机构由缝纫机机架、脚踏板、连接杆和曲轴（带轮）组成。

缝纫机工作时，动力由脚踏板输入，首先脚踏板绕机架做相对往复摆动，通过连接杆和曲轴将运动传递到带轮，最后通过带传动驱动缝纫机工作。

缝纫机脚踏板机构将脚踏板的往复摆动转化为带轮的整周转动，实现了运动形式的转换。

根据所学相关知识完成以下任务。

1）指出单缸内燃机主体结构（图1－14）中的零件、部件、构件及机构。

图1－14　单缸内燃机主体结构
1—气缸体；2—活塞；3—连杆；4—曲轴；5—小齿轮；6—大齿轮；7—凸轮；8—推杆

2）分析颚式破碎机（图1－15）的工作原理。

图1－15　颚式破碎机主体结构
1—机架；2—偏心轴；3—动颚板；4—肋板；5—带轮

3）举例说明常见机构在日常生活及生产中的应用。

1．何谓机器和机构？应该如何理解这两个概念？

2．何谓构件和零件？两者之间有何区别和联系？

3．试用生活中的实际例子说明机器和机构的区别，并从运动和加工制造两个不同的角度来分析它们的组成。

4．常见机构有哪几类？试举例说明。