1.6 机械的概念

机械是能帮人类降低工作难度或省力的装置，机械是机器和机构的总称。

1．机器

（1）机器的组成

在现代生产活动和日常生活中，广泛应用着各种各样的机器，如汽车、内燃机、洗衣机、复印机、各类机床等。尽管机器的种类繁多，式样、用途、性能各异，但它们都有共同的特征，即实现能量的转换，或完成有用的机械功。其目的是为了代替或减轻人的劳动，提高劳动生产率和产品质量，并创造出更多的物质财富。

按用途的不同，机器可分为动力机器，如内燃机、电动机等；工作机器，如金属切削机床、轧钢机、收割机、汽车等；信息机器，如照相机、复印机等。

现代机器一般由四大部分组成：动力装置部分，执行装置部分，传动装置部分和操纵、控制及辅助装置部分。

① 动力装置部分。它是驱动整台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换为机械能，以驱动机器各部件，如电动机、内燃机等。内燃机主要用于移动机械，如汽车、农业机械等，大部分现代机器则采用电动机。

② 执行装置部分。它是机器中直接完成工作任务的组成部分。如机床的刀架、汽车的车轮、船舶的螺旋桨、工业机器人的手臂等。其运动形式依据用途的要求，可能是直线运动，也可能是回转运动或间歇运动等。

③ 传动装置部分。它是将动力装置的运动和动力传递给执行装置的中间环节。利用它可以调速、改变转矩以及改变运动形式等，从而满足执行部分的各种要求，如机械传动、液压传动、电力传动等。工程上应用最多的是机械传动。

④ 操纵、控制及辅助装置部分。操纵装置有启动、停车、正反转、运动和动力参数的改变及各执行装置间的动作协调等功能。控制装置有自动监测、自动数据处理和显示、自动控制与调节、故障诊断和自动保护等功能。辅助装置包括照明、润滑和冷却等装置。检测和控制部分的作用是显示和反映机器的运行位置和状态，控制机器正常运行和工作。例如，工业机器人的检测部分的作用是检测工业机器人执行机构运动位置和状态，并将信息反馈给控制部分；而控制部分是工业机器人的指挥系统，它控制机器人按规定的程序运动，完成预定的动作。随着机电工业的高速发展，检测和控制部分在机电一体化产品（加工中心、数控机床、工业机器人）中的地位越来越重要。

简单的机器往往由前三部分组成，有时甚至只有动力部分和执行部分，如水泵、排风扇等。

（2）机器的特征

图1-1所示为内燃机。活塞1、连杆2、曲轴3和缸体9（机架）组成其主体部分，气缸内燃烧的膨胀气体，推动活塞在气缸内做往复移动时，通过连杆使曲轴做连续转动；凸轮轴6、气门推杆7、8和机架组成其控制部分，凸轮转动，通过气门推杆推动进、排气门按时启闭，实现可燃混合气体定时进入气缸、废气定时排出气缸的功能；曲轴上的齿轮4和凸轮轴上的齿轮5及机架组成其传动部分，把燃料燃烧产生的热能转换为机械能。上述三部分共同协调工作，保证燃料燃烧产生的热能转换为机械能。

又如全自动洗衣机主要由机体、电动机、叶轮和控制电路组成。当接通电源后，操作控制按钮，驱动电动机经带传动使叶轮回转，搅动洗涤液实现洗涤。一旦设置好程序，全自动洗衣机就会自动完成洗涤、清洗、甩干等洗衣全过程。

由上述实例及日常生活中常见的其他机器可以看出，尽管机器的构造和用途差别很大，但注意观察就会发现机器都具备以下共同特征。

① 机器是若干人为实体的组合。

② 各实体间具有确定的相对运动。

③ 能够代替或减轻人类劳动，有效完成机械功，变换或传递能量、物料和信息等。

2．机构

从图1-1中我们还可以看出，机器中若干实体的组合，可实现某些特定的动作。在内燃机中，活塞、连杆、曲轴和气缸体组合起来，可以把活塞的往复直线运动转变成曲轴的连续转动；而凸轮、气门推杆和机架的组合，又可将凸轮轴的连续转动转换为进、排气门推杆的往复直线移动；曲轴齿轮和凸轮轴齿轮及机架的组合，可将曲轴的主动转动转换成凸轮轴的从动转动，并改变转向和转速。这些由若干具有确定相对运动的实体组成，用来传递力、运动或转换运动形式的系统称为机构。上述内燃机中三个能够完成预期动作的组合体分别称为曲柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构。

组成机构的具有确定相对运动的实体，称为构件，如图1-1中活塞1、连杆2、缸体（机架） 9等。

因此，机构是具有确定相对运动的构件组合体，它用来实现运动和动力的传递或转换。

组成机构的构件可以是刚性的，也可以是挠性的、弹性的，或是液压件、气动件、电磁件。如果机构中除刚体外，液体或气体也参与运动的变换，则该机构相应地称为液压机构或气动机构。

从机器的运动原理角度分析，机器的主体通常由一个或几个机构组成。机器的种类很多，但组成机器的机构并不太多，常用的机构有连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、螺旋机构等。随着机械技术的发展，一些新型传动机构也正在得到开发和应用。

3．构件、零件和部件

从机构运动的角度看，构件是机构中不可分割的相对运动单元体，即运动单元。从制造加工的角度来看，机器是由若干零件组装而成的。零件是机器的最小制造单元，是机器的基本组成要素。构件可以是一个单独的零件，如内燃机中的曲轴；也可以是由几个零件刚性地连接在一起组成，如内燃机连杆（见图1-2）。它是由单独加工的连杆体1、螺栓2、螺母3、开口销4、连杆盖5、轴瓦6、轴套7等零件装配而成的构件。

对于一组协同工作的零件组成的独立制造或装配的组合体称为部件。部件是机器的装配单元。部件也分为专用部件和通用部件，如滚动轴承、电动机、减速器、联轴器、制动器属于通用部件，而汽车转向器则属于专用部件。