绪论

0.1 机械的组成

本课程研究的对象是机械，它是机器与机构的总称。

0.1.1 机器与机构

在现代的日常生活和工程实践中随处都可见到各种各样的机器，例如洗衣机、缝纫机、内燃机、拖拉机、金属切削机床、起重机、包装机、复印机等。

总结这些机器，可以给出机器的定义。机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成一定的工作过程，以代替或减轻人类的劳动。

1.机器的分类

按照工作类型的不同，机器可以分为以下几类。

（1）动力机器。动力机械的任务是实现能量转换，这些机械有内燃机、电动机、蒸汽机、发电机、压气机等。

（2）工作机器。工作机器能完成有用的机械功或搬运物品，如机床、织布机、汽车、飞机、起重机、输送机等。

（3）信息机器。信息机器能完成信息的传递和变换，如复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等。

机器的种类繁多，它们的构造、用途和功能各不相同，但具有相同的基本特征。

2.机器的共有特征

从这些机器中抽象出一般概念，即机器的特征。

（1）人为的实物（机件）组合体，而不是自然之物。

（2）各个运动实物之间具有确定的相对运动。

（3）可以代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换。

只具备（1）和（2）两个特征的实物组合体称为机构。所以人们把只能实现机械运动和力的传递与变换的装置成为机构。

图0-1 内燃机结构图

1—气缸 2—活塞 3—连杆 4—曲轴 5—小齿轮 6—大齿轮 7—凸轮 8—顶杆

如图0-1所示，内燃机由气缸1、活塞2、连杆3、曲轴4、小齿轮5与大齿轮6、凸轮7与顶杆8等机构组成。当内燃机工作时，燃气推动活塞做往复移动，经连杆变为曲轴的连续转动。凸轮与顶杆用来控制进气和排气。曲轴经过齿数比为1∶2的齿轮5与6，带动凸轮轴转动，使得曲轴每转两周，进、排气门各启闭一次。

这样的协调运动的配合，就把燃气热能转变为曲轴连续旋转的机械能。

3.机器与机构的区别

机器能实现能量的转换或代替人的劳动去作有用的机械功，机构则没有这种功能。

仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通常把机器与机构统称为机械。

机器的种类很多，但基本机构的种类不多，最常用的有连杆机构、凸轮机构、齿轮传动机构等。由基本机构又可以组合成各种类型的组合机构。

0.1.2 机器的组成

在图0-2所示的自动组装机中，各个工位根据设定的程序与动作，通过气动元件和机械运动完成其相应的组装功能。载物工作台与各个工位相配合完成严格的协调动作，只有在各工位全部完成装配动作后，由控制机构发出指令，工作台将转动一个工位后停止，再进行下一个动作的循环。

图0-2 自动组装机

1—载物工作台 2—PLC控制箱 3—电源 4—气动控制箱 5—信号采集发生器

可以看出，比较复杂的现代化机器中，包含着机械、电气、气（液）动、控制监测等系统的部分或全部组成，但是不管多么现代化的机械，在工作过程中都要执行机械运动，进行机械运动的传递和变换。

1.从功能分析机器的组成

就功能来说，如图0-3所示，一般机器主要由动力部分、工作部分、传动部分及控制部分四个基本部分组成。

图0-3 机器的组成

动力部分是整机的驱动部分，如组装机中的电动机、压力气源。

工作部分是完成机器预定功能的组成部分，如组装机中的夹具、工装。

传动部分完成运动形式、运动及动力参数的转变，如带传动、链传动、减速器、间歇机构等。

控制部分及其他辅助系统是对机器自动化控制与管理必不可少的重要组成部分，如信号采集发生器、编程控制器。它控制机器的启动、停止和正常协调动作。

2.按结构分析机器的组成

一部完整的机器都是由一个或一些机构组成，能够实现机械运动，做有用的机械功或实现能量、物料、信息的传递与变换的装置，如图0-4所示。

图0-4 按机构分析机器的组成

人们把机器运动的基本单元称为构件，构件可以是单一的零件，如曲轴（图0-1），也可以是由一些零件通过联接组成的刚性体，如内燃机连杆（图0-5）。

图0-5 内燃机连杆

零件是制造机器的基本单元，在各种机器中都可以用到的零件，叫通用零件，如螺栓、键、带轮、齿轮等；在特定类型的机器使用的零件叫专用零件，如内燃机中的活塞、曲轴，洗衣机中的波轮，风扇中的叶轮等。

部件是一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器等。

这些零件、部件从机器的全局出发，相互关联、互相影响并与动力源相连组成一部完整的机器。图0-6所示为自动组装机的传动系统，其由多个机构与动力源电动机相连，在控制系统的协调下完成自动组装。

图0-6 自动组装机的传动系统

1—电动机 2—皮带 3—电磁离合器 4—变速箱 5—槽轮机构 6—链轮 7—信号采集器 8—凸轮机构 9—齿条 10—齿轮 11—夹具

通过皮带2和变速箱4可以改变电动机1的转速；电磁离合器3则可以控制自动离合；槽轮机构5把连续的转动运动改变为工作台的间歇运动；链轮6与主轴同步转动；PLC信号采集器7使信息的采集、反馈与机械的转动同步；各工位可以根据需要设计结构，其中一个位置的工作装置是通过凸轮机构8、齿轮10与齿条9组成，完成一个工位的组装动作；夹具11与工装位置相对应，根据需要可以夹持或固定零件。