1.1 机械的组成

1.1.1 机器和机构

人们在生产和生活的各个领域中广泛地使用着名目繁多的机器，例如机床、电动机、内燃机、起重机、汽车、自行车、缝纫机、洗衣机等。尽管这些机器的结构、性能和用途各不相同，但它们具有一些共同的特征。

图1-1所示为单缸四冲程内燃机。气缸中的活塞2下行，燃气通过进气阀3吸入气缸后，进气阀关闭；活塞上行压缩燃气，点火，燃气在气缸中燃烧产生压力，推动活塞下行，通过连杆5带动曲轴6转动，向外输出机械能。活塞再次上行，排气阀4开启，废气通过排气阀被排出气缸。燃气推动活塞做往复运动，经过连杆使曲轴做连续转动。凸轮7和顶杆8用来启闭进气阀和排气阀。在曲轴和凸轮轴之间安装了齿数比为1∶2的齿轮10和9，以保证曲轴每转两周，进气阀、排气阀各启闭一次。这样，各个机件的协调动作，将燃气的热能转换为曲轴转动的机械能。

图1-2所示为牛头刨床。它由电动机1、小齿轮2、大齿轮3、用销轴装在大齿轮侧面的滑块4、导杆5、镶在导杆滑槽中绕定轴转动的滑块6、刨头7、刀架8、工作台9、丝杠10、床身11等机件组成。电动机1通过带传动（图中未画出）使小齿轮2带动大齿轮3转动，导杆5往返摆动，导杆上端用销轴连接的刨头7做往复直线移动，从而产生刨削动作。与此同时，动力还通过其他辅助部分（图中未画出）带动丝杠10做间歇转动，使工作台9横向移动，从而实现工件的进给动作。这样，各个机件的协调动作，把电动机的电能最后转换为刨刀往复切削工件的机械能。

以上仅举了两个实例。从对不同机器的分析中可以看到，机器具有如下几个共同特点：

1）它们都是一种人造的实物（机件）组合体。

2）各个运动实物之间具有确定的相对运动。

3）能变换或传递能量、物料和信息。例如，电动机、内燃机用来变换能量；牛头刨床用来变换物料的形状；起重运输机用来传递物料；计算机用来变换和传递信息等。

凡同时具备上述三个特征的实物组合体就称为机器。

进一步分析上述两个机器可以看到，在机器的各种运动中，有些机件能实现往复运动；有些机件能实现回转运动；有些是利用机件自身的轮廓曲线来实现预期规律的移动或摆动。因此，人们根据实现这些运动形式的机件的外形特点，把相应的一些机件的组合称为机构。例如，图1-1所示的内燃机，活塞2、连杆5、曲轴6和气缸体1组成曲柄滑块机构，可将活塞的往复移动转变为曲轴的连续转动；凸轮7、顶杆8、气缸体1组成凸轮机构，将凸轮的连续转动转换为顶杆有规律的往复移动；凸轮轴上的齿轮9、曲轴上的齿轮10和气缸体1组成齿轮传动机构，使各轴之间保持一定的转速比。

由此可见，机器是由各种机构组成的，机构具有机器的前两个特征。也就是说，机构是实现预期的机械运动的实物组合体；而机器则是能实现预期的机械运动并完成有用机械功或转换机械能的机构系统。因此，仅从结构和运动方面来看，机器和机构两者之间并无区别，习惯上常将机器和机构统称为机械。

机器的种类很多，但是组成机器的机构种类却是有限的。机器中常用的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮传动机构、间歇运动机构、带传动机构、链传动机构等。多数机器都包含若干个不同的机构。最简单的机器只含有一个最简单的机构，如电动机只含一个由转子和定子组成的双连杆回转机构。

就功能而言，机器主要由以下四部分组成（图1-3）：

（1）动力部分 是机器工作的动力源，最常用的动力机（即原动机）有电动机、内燃机，其功用是把其他形式的能量转变为机械能，以驱动机器运动并作功。

（2）传动部分 是机器中将原动机的运动和动力传递给执行部分的中间部分。机器的传动部分大多使用机械传动系统，也有使用液压、气压和电力的传动系统。机械传动是大多数机器必不可少的组成部分，常采用连杆机构、凸轮机构、齿轮传动机构、带传动机构等。

（3）执行部分 是直接完成机器预定功能的部分。例如，汽车的车轮系统、压路机的压辊系统、机床的刀架系统等。

（4）控制部分 其作用是控制机器的开动和停止，改变运动的速度和方向，输出或切断动力等。例如，汽车的转向盘、排挡杆、制动踏板、离合器踏板及加速踏板等就组成了汽车的控制系统。有的仅采用电子控制系统，如电风扇的开关控制。现代机器的控制部分，一般来说，既包括机械控制系统又包括电子控制系统，并且广泛采用了计算机控制，使机器的结构简化而性能显著提高。

需要指出的是，随着近代科学技术的发展，机构和机器的概念也有所扩展。例如，组成机构的机件在某些情况下已不再是单纯的刚体，也可以是挠性体或弹性体，或是液压、气动、电磁件；有时气体和液体也参与实现了预期的机械运动；某些机器还包含了使其内部各机构正常动作的控制系统以及信息处理和传递系统；在某些方面，机器不仅可以代替人的体力劳动，还可以代替人的脑力劳动，如电子计算机。

1.1.2 构件和零件

组成机械的各个相对运动的机件称为构件，它是机械的运动单元，如汽车的车轮、车床的主轴等。零件是组成机械的基本单元，如螺钉、螺母、轴等。构件可以是单一的零件，如内燃机中的曲轴；也可以是由几个零件装配而成的刚性结构，如图1-4所示内燃机中的连杆，是由连杆体1、连杆盖4、螺栓2以及螺母3等零件组成的。

在机器中普遍使用的零件称为通用零件，如齿轮、螺钉、轴等；只在某些机器中使用的零件称为专用零件，如汽轮机中的叶片、内燃机中的活塞、起重机中的吊钩等。另外，把为完成共同任务而结合起来的一组零件称为部件，它是机器装配的单元，如联轴器、滚动轴承、减速器等。