1.1 機械的組成

1.1.1 機器和機構

人們在生產和生活的各個領域中廣泛地使用著名目繁多的機器，例如機床、電動機、內燃機、起重機、汽車、自行車、縫紉機、洗衣機等。盡管這些機器的結構、性能和用途各不相同，但它們具有一些共同的特征。

圖1-1所示為單缸四沖程內燃機。氣缸中的活塞2下行，燃氣通過進氣閥3吸入氣缸后，進氣閥關閉；活塞上行壓縮燃氣，點火，燃氣在氣缸中燃燒產生壓力，推動活塞下行，通過連桿5帶動曲軸6轉動，向外輸出機械能。活塞再次上行，排氣閥4開啟，廢氣通過排氣閥被排出氣缸。燃氣推動活塞做往復運動，經過連桿使曲軸做連續轉動。凸輪7和頂桿8用來啟閉進氣閥和排氣閥。在曲軸和凸輪軸之間安裝了齒數比為1∶2的齒輪10和9，以保證曲軸每轉兩周，進氣閥、排氣閥各啟閉一次。這樣，各個機件的協調動作，將燃氣的熱能轉換為曲軸轉動的機械能。

圖1-2所示為牛頭刨床。它由電動機1、小齒輪2、大齒輪3、用銷軸裝在大齒輪側面的滑塊4、導桿5、鑲在導桿滑槽中繞定軸轉動的滑塊6、刨頭7、刀架8、工作臺9、絲杠10、床身11等機件組成。電動機1通過帶傳動（圖中未畫出）使小齒輪2帶動大齒輪3轉動，導桿5往返擺動，導桿上端用銷軸連接的刨頭7做往復直線移動，從而產生刨削動作。與此同時，動力還通過其他輔助部分（圖中未畫出）帶動絲杠10做間歇轉動，使工作臺9橫向移動，從而實現工件的進給動作。這樣，各個機件的協調動作，把電動機的電能最后轉換為刨刀往復切削工件的機械能。

以上僅舉了兩個實例。從對不同機器的分析中可以看到，機器具有如下幾個共同特點：

1）它們都是一種人造的實物（機件）組合體。

2）各個運動實物之間具有確定的相對運動。

3）能變換或傳遞能量、物料和信息。例如，電動機、內燃機用來變換能量；牛頭刨床用來變換物料的形狀；起重運輸機用來傳遞物料；計算機用來變換和傳遞信息等。

凡同時具備上述三個特征的實物組合體就稱為機器。

進一步分析上述兩個機器可以看到，在機器的各種運動中，有些機件能實現往復運動；有些機件能實現回轉運動；有些是利用機件自身的輪廓曲線來實現預期規律的移動或擺動。因此，人們根據實現這些運動形式的機件的外形特點，把相應的一些機件的組合稱為機構。例如，圖1-1所示的內燃機，活塞2、連桿5、曲軸6和氣缸體1組成曲柄滑塊機構，可將活塞的往復移動轉變為曲軸的連續轉動；凸輪7、頂桿8、氣缸體1組成凸輪機構，將凸輪的連續轉動轉換為頂桿有規律的往復移動；凸輪軸上的齒輪9、曲軸上的齒輪10和氣缸體1組成齒輪傳動機構，使各軸之間保持一定的轉速比。

由此可見，機器是由各種機構組成的，機構具有機器的前兩個特征。也就是說，機構是實現預期的機械運動的實物組合體；而機器則是能實現預期的機械運動并完成有用機械功或轉換機械能的機構系統。因此，僅從結構和運動方面來看，機器和機構兩者之間并無區別，習慣上常將機器和機構統稱為機械。

機器的種類很多，但是組成機器的機構種類卻是有限的。機器中常用的機構有連桿機構、凸輪機構、齒輪傳動機構、間歇運動機構、帶傳動機構、鏈傳動機構等。多數機器都包含若干個不同的機構。最簡單的機器只含有一個最簡單的機構，如電動機只含一個由轉子和定子組成的雙連桿回轉機構。

就功能而言，機器主要由以下四部分組成（圖1-3）：

（1）動力部分 是機器工作的動力源，最常用的動力機（即原動機）有電動機、內燃機，其功用是把其他形式的能量轉變為機械能，以驅動機器運動并作功。

（2）傳動部分 是機器中將原動機的運動和動力傳遞給執行部分的中間部分。機器的傳動部分大多使用機械傳動系統，也有使用液壓、氣壓和電力的傳動系統。機械傳動是大多數機器必不可少的組成部分，常采用連桿機構、凸輪機構、齒輪傳動機構、帶傳動機構等。

（3）執行部分 是直接完成機器預定功能的部分。例如，汽車的車輪系統、壓路機的壓輥系統、機床的刀架系統等。

（4）控制部分 其作用是控制機器的開動和停止，改變運動的速度和方向，輸出或切斷動力等。例如，汽車的轉向盤、排擋桿、制動踏板、離合器踏板及加速踏板等就組成了汽車的控制系統。有的僅采用電子控制系統，如電風扇的開關控制。現代機器的控制部分，一般來說，既包括機械控制系統又包括電子控制系統，并且廣泛采用了計算機控制，使機器的結構簡化而性能顯著提高。

需要指出的是，隨著近代科學技術的發展，機構和機器的概念也有所擴展。例如，組成機構的機件在某些情況下已不再是單純的剛體，也可以是撓性體或彈性體，或是液壓、氣動、電磁件；有時氣體和液體也參與實現了預期的機械運動；某些機器還包含了使其內部各機構正常動作的控制系統以及信息處理和傳遞系統；在某些方面，機器不僅可以代替人的體力勞動，還可以代替人的腦力勞動，如電子計算機。

1.1.2 構件和零件

組成機械的各個相對運動的機件稱為構件，它是機械的運動單元，如汽車的車輪、車床的主軸等。零件是組成機械的基本單元，如螺釘、螺母、軸等。構件可以是單一的零件，如內燃機中的曲軸；也可以是由幾個零件裝配而成的剛性結構，如圖1-4所示內燃機中的連桿，是由連桿體1、連桿蓋4、螺栓2以及螺母3等零件組成的。

在機器中普遍使用的零件稱為通用零件，如齒輪、螺釘、軸等；只在某些機器中使用的零件稱為專用零件，如汽輪機中的葉片、內燃機中的活塞、起重機中的吊鉤等。另外，把為完成共同任務而結合起來的一組零件稱為部件，它是機器裝配的單元，如聯軸器、滾動軸承、減速器等。