0.1 機(jī)器的結(jié)構(gòu)組成及功能組成

0.1.1 機(jī)器的結(jié)構(gòu)組成

在生產(chǎn)實(shí)踐和日常生活中，人們廣泛使用各種機(jī)器，如自行車、摩托車、汽車、輪船、洗衣機(jī)、電梯等。機(jī)器主要用來(lái)傳遞和變換能量，如圖0-1所示的單缸內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)氣缸內(nèi)的進(jìn)氣→壓縮→做功→排氣過(guò)程，使其燃燒熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍D(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。

機(jī)器的種類繁多、外形多變、用途各異，但總的來(lái)說(shuō)，機(jī)器具有以下三個(gè)共同特征。

1）都是人為的各種實(shí)物的組合。

2）組成機(jī)器的各種實(shí)物間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

3）可代替或減輕人的勞動(dòng)，完成有用的功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能。

為方便研究，下面以圖0-2所示牛頭刨床為例，分析機(jī)器的結(jié)構(gòu)組成。

電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)帶傳動(dòng)和一系列齒輪傳動(dòng)傳給大齒輪。大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)銷釘帶著滑塊在導(dǎo)桿槽中上下滑行，迫使導(dǎo)桿繞搖塊擺動(dòng)，從而推動(dòng)滑枕前后移動(dòng)，固裝在刀架上的刀具隨之做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工。其中，整臺(tái)機(jī)器的機(jī)械能由電動(dòng)機(jī)提供，電動(dòng)機(jī)是機(jī)器的動(dòng)力來(lái)源。刀架帶著刨刀對(duì)工件進(jìn)行切削，直接完成生產(chǎn)任務(wù)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)要經(jīng)過(guò)一系列的中間裝置才能傳到刀架。

電動(dòng)機(jī)一般輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩，刀架則應(yīng)按生產(chǎn)工藝所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和方式做確定的運(yùn)動(dòng)。這樣一來(lái)，就要求中間裝置能夠把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成刀架所需的運(yùn)動(dòng)，也就是要求中間裝置能夠改變運(yùn)動(dòng)的規(guī)律或轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)的形式。為此，人們引入了機(jī)構(gòu)的概念，以便研究中間裝置的結(jié)構(gòu)和特性。例如在牛頭刨床中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上有帶輪，齒輪軸上也有帶輪，中間通過(guò)傳動(dòng)帶就把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳給了齒輪軸。這里的兩個(gè)帶輪和傳動(dòng)帶組成了帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一對(duì)嚙合的齒輪組成了齒輪機(jī)構(gòu)，齒輪、導(dǎo)桿、滑塊和固定的支架一起組成了連桿機(jī)構(gòu)，這樣就組成了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿往復(fù)擺動(dòng)的裝置。

機(jī)構(gòu)：具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合體稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)主要用來(lái)傳遞和變換運(yùn)動(dòng)，具有以下兩個(gè)共同特性。

1）都由若干構(gòu)件組合而成。

2）各構(gòu)件之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

構(gòu)件：是機(jī)器的運(yùn)動(dòng)單元，一般由若干個(gè)零件剛性連接而成，也可以是單一的零件。若從運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)講，可以認(rèn)為機(jī)器是由若干個(gè)構(gòu)件組裝而成的。

零件：是組成機(jī)器的最小單元，也是機(jī)器的制造單元，機(jī)器是由若干個(gè)不同的零件組裝而成的。

如內(nèi)燃機(jī)中，曲柄既是一個(gè)零件，又是一個(gè)構(gòu)件，而圖0-3所示的內(nèi)燃機(jī)連桿由連桿體1、連桿蓋4、螺栓2以及螺母3四種零件組成，形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)整體。

各種機(jī)器中經(jīng)常用到的零件稱為通用零件，如齒輪、軸、軸承、螺紋聯(lián)接件等，如圖0-4所示。

特定的機(jī)器中用到的零件稱為專用零件，如內(nèi)燃機(jī)曲軸、汽輪機(jī)葉片等。

由此可見(jiàn)，機(jī)器是由各種機(jī)構(gòu)組成的。

從結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度分析，機(jī)器和機(jī)構(gòu)之間并無(wú)區(qū)別，都是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各種實(shí)物的組合，所以，通常將機(jī)器和機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為機(jī)械。

0.1.2 機(jī)器的功能組成

作為一部完整的機(jī)器，僅具有上述的機(jī)械部分是不夠的，它不能完成預(yù)期的工作。從功能和系統(tǒng)的角度來(lái)看，機(jī)器一般主要由五部分組成。如圖0-5所示，雙線框表示一部機(jī)器的基本組成部分，單線框表示附加組成部分。

1.動(dòng)力系統(tǒng)

機(jī)器的動(dòng)力來(lái)源，包括原動(dòng)機(jī)及其配套裝置，它的功能是向機(jī)器提供運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

2.傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)是把動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置。

3.執(zhí)行系統(tǒng)

執(zhí)行系統(tǒng)包括若干執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的功能是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件按給定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作。執(zhí)行系統(tǒng)一般處于機(jī)械系統(tǒng)的末端，執(zhí)行構(gòu)件直接與工作對(duì)象接觸。

4.控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是使動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)工作，并準(zhǔn)確可靠地完成整機(jī)功能的裝置，多指通過(guò)人工操作來(lái)實(shí)現(xiàn)上述要求的裝置。

5.輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)包括基礎(chǔ)件（如床身、底座、立柱等）和支撐構(gòu)件（如支架、箱體等）這些框架支撐系統(tǒng)及潤(rùn)滑、照明等系統(tǒng)。框架支撐系統(tǒng)用于安裝和支撐動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等。機(jī)器各部分的位置精度、運(yùn)動(dòng)精度及機(jī)器的承載能力等主要依靠框架支撐系統(tǒng)來(lái)保證，該系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)中必不可少的部分。

以汽車為例，如圖0-6所示。發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油機(jī)或柴油機(jī)）是汽車的原動(dòng)機(jī)；離合器、變速箱、傳動(dòng)軸和差速器組成傳動(dòng)系統(tǒng)；車輪、懸掛系統(tǒng)及底盤(pán)（包括車身）是執(zhí)行系統(tǒng)；方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、排擋桿、制動(dòng)踏板、離合器踏板及加速踏板組成控制系統(tǒng)；油量表、速度表、里程表、潤(rùn)滑油溫度表及蓄電瓶電流表、電壓表等組成顯示系統(tǒng)；前后燈及儀表盤(pán)燈組成照明系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向信號(hào)燈及車尾紅燈組成信號(hào)系統(tǒng)；后視鏡、車門(mén)鎖、雨刮器等為其他輔助系統(tǒng)等。

不論是動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)，還是其他系統(tǒng)，都是由機(jī)械零件組合而成的，所以說(shuō)機(jī)械零件是機(jī)器的基本組成要素。