绪论

0.1 机械的概念

人类在长期的生产实践中，为了减轻劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率，创造和发展了机械，如电动机、内燃机、洗衣机、汽车等。随着科学技术的发展，生产的机械化和自动化已经成为衡量一个国家社会生产力发展水平的重要标志之一。

1.机械、机器和机构

（1）机械 所谓机械，原始含义是指灵巧的器械。从广义角度来讲，凡是能完成一定机械运动（如转动、往复运动等）的装置都是机械。如螺钉旋具、钳子、剪子等简单工具是机械，汽车、坦克、机床等高级复杂的装备也是机械。但在现代社会中，人们把简单的、没有动力源的机械称为工具或器械，如钳子、剪子、手推车等；而把复杂的、具体的机械称为机器。汽车、飞机、轮船、车床、起重机、织布机、印刷机、包装机等大量具有不同外形、不同用途的设备都是具体的机器，而泛指这些设备时则常常用机械来统称。

（2）机器 在日常生活和工作中，人们会见到或接触许多机器，从家庭用的缝纫机、洗衣机到工业部门使用的各种机床；从汽车、火车、轮船、飞机到宇宙飞船；从推土机、挖掘机、压路机、起重机到机器人等。一部完整的机器就其基本组成来讲，一般都有4个主要部分，如图0-1-1所示。

1）原动机（动力系统）是驱动机器完成预定功能的动力来源，其作用是把其他形式的能量转变为机械能以驱动机械运动并做功，如电动机、内燃机等。

2）工作机（执行系统）是机器中直接完成工作任务的部分，如机床的主轴和刀架、起重机的吊钩等。执行构件有的做直线运动，有的做回转运动或间歇运动等。

3）传动装置（传动系统）是将动力部分的运动和动力传递给执行部分的中间环节，它可以改变运动速度、转换运动形式，以满足工作部分的各种要求，如减速器将高速转动变为低速转动，螺旋机构将旋转运动转换成直线运动等。

4）控制装置（操纵和控制系统）是用来控制机械的其他部分，使操作者能随时实现或停止各项功能，如机器的开停、运动速度的加减和方向的改变等，这一部分通常包括机械和电子控制系统。

机器的组成不是一成不变的，有些简单机器不一定具有全部上述4个部分，有的甚至只有动力系统和执行系统，如水泵、砂轮机等，而对于较复杂的机器，可能还有润滑、照明装置等。

图0-1-2所示为牛头刨床结构示意图。电动机的动力通过带传动和一系列齿轮传动传给大齿轮。大齿轮的转动通过销钉带着滑块在导杆槽中上下滑行，迫使导杆绕摇块摆动，从而推动滑枕前后移动，固装在刀架上的刀具随之做往复直线运动，实现对工件的加工。在这里，整台机器的机械能量由电动机提供，电动机是原动机。刀架带着刨刀对工件进行切削，直接完成生产任务，刀架是执行系统。原动机的动力和运动要经过一系列的中间传动装置（带传动和齿轮传动）才能传到执行系统。

图0-1-3所示为单缸冲程内燃机，它由齿轮、凸轮、排气阀、进气阀、气缸体、活塞、连杆、曲轴等组成。当燃气推动活塞做直线往复运动时，经连杆使曲轴做连续转动。凸轮和顶杆是用来开启和关闭进气阀和排气阀的。在曲轴和凸轮轴之间两个齿轮的齿数比为1:2，曲轴转两周时，进、排气阀各启、闭一次。这样就把活塞的运动转换为曲轴的转动，将燃气的热能转换为曲轴转动的机械能。

各种机器尽管有着不同的形式、构造和用途，然而都具有下列3个共同特征：①机器是人为的多种零件经装配而成的各个实体的组合；②各部分之间具有确定的相对运动；③能完成有效的机械功或变换机械能。

（3）机构任何机械设备都是由许多机械零部件组成的。在图01-3所示的单缸冲程内燃机中，存在3种运动的组合体：①活塞、连杆、曲轴和气缸体组合起来，可将活塞的往复运动转变为曲轴的连续运动；②凸轮、顶杆和气缸体的另一组合，可将凸轮的连续转动转变为顶杆按某种预期运动规律的往复移动；③两个齿轮与气缸体组合在一起后，可改变转速的大小和方向。这些具有各自运动特点且均含有一个机架（这里是气缸体）的组合体才是最基本的。将能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合体称为机构。在工程实际中，人们常根据实现各种运动形式的构件及主要零件外形特点定义机构的名称。以上3种机构分别为曲柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构。

通过以上分析可知，机构仅具有机器的前两个特征。即机构是人为的实物的组合体，具有确定的机械运动，它可以用来传递运动及动力或变换运动形式。

一部机器是由一个或几个机构组成的。机器的主要功能除传递运动外，还可以转换机械能或完成有用的机械功。而机构的主要功能是用来传递运动或变换运动形式。若单纯从结构和运动的观点看，机器和机构并无区别，因此，通常把机器和机构统称为机械。

2.构件、零件、部件

（1）构件 组成机构的各个相对运动部分称为构件。构件可以是单一的整体（如活塞），也可以是多个零件组成的刚性结构。

构件在机构中具有独立的运动特性，在机械中形成一个运动整体。如图0-1-4a所示的内燃机是由活塞、连杆、曲轴和气缸4个构件构成的一个曲柄滑块机构，其中，原动件活塞做直线往复运动，通过连杆带动曲轴做连续转动。

如果只有确定的相对运动，而不能代替人做有用的机械功的构件组合，则称为机构。例如摩托车是机器，而自行车是机构。

（2）零件 机械都是由机械零件组成的。机械零件是指机械中每一个单独加工的单元体，如图0-1-4a所示的曲轴。构件可以是单一的机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如，图0-1-4b所示的连杆是由连杆体、连杆盖、螺栓和螺母等零件组合而成的，这些零件之间没有相对运动，是一个运动整体，故属于一个构件。由此可知，构件是运动的基本单元，零件是制造的基本单元。

随着机械的功能和类型的日益增多，作为组成机械的最基本单元的零件更是多种多样。通常将机械零件分为通用机械零件和专用机械零件两大类。

（3）部件 在机械中还把为完成同一使命、彼此协同工作的一系列零件或构件所组成的组合体称为部件，如滚动轴承、联轴器、减速器等。