课题二 机械基础概述
知识点：
机器的特征、概念、分类及组成；
机构的概念及与机器的区别；
机械、构件及零件的概念；
运动副的概念及分类；
平面机构运动简图概念。
能力点：
能够区分机器与机构；
运动副的分析；
平面机构运动简图绘制与示读。
一、机械的相关概念
1.机器
在生产实践和日常生活中，广泛使用和接触着各种机器，例如：自行车、摩托车、汽车、轮船、洗衣机、电梯等。机器的种类繁多，有复杂的也有简单的，为方便研究，下面以牛头刨床为例，分析机器的组成。
图0-2-1所示为牛头刨床的结构示意图。电动机的动力通过带传动和一系列齿轮传动传给大齿轮。大齿轮的转动通过导杆机构推动滑枕带动固装在刀架上的刀具作往复直线运动，实现对工件的切削加工；大齿轮的转动同时通过曲柄连杆机构使工作台作横向进给运动，从而完成对工件整个平面的加工。在这里，整台机器的机械能量由电动机提供，电动机是机器的动力来源，称为原动部分。刀架带着刨刀对工件进行切削，直接完成生产任务，称为执行部分。原动部分的动力和运动要经过一系列的中间装置才传到执行部分，这些中间装置统称为传动控制部分。
图0-2-1 牛头刨床结构示意图
由此可见，机器一般由动力部分、传动部分、控制部分、执行部分四个部分组成，此外，还有必要的辅助装置。动力装置是机器动力的来源，常用的有电动机、内燃机和空气压缩机等。传动装置将动力装置的运动和动力传递给执行装置，机器中应用的传动方式主要有机械传动、液压传动、气压传动和电气传动，应用最多的是机械传动。执行装置是直接完成机器预定功能的工作部分，如机床的主轴、汽车的车轮等。控制装置用于控制机器的启动，停车，正转、反转，运动和动力参数的改变及各执行装置间动作的协调等，包括各种控制机构、电器装置、计算机和液压、气压控制系统等。辅助装置则有照明、润滑和冷却装置。
虽然各种机器的用途各不相同，但从它们的组成、运动确定性以及功能关系来看，却都具有以下几个共同的特征：
①任何机器都是由许多构件组合而成的。
②各运动实体之间具有确定的相对运动。
③能实现能量的转换、代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功。
根据上面的分析，可以对机器得到一个明确的概念：机器就是人为实体（构件）的组合，它的各部分之间具有确定的相对运动，并能代替或减轻人类的体力劳动，完成有用的机械功或实现能量的转换。
2.机构
机构是实现某种特定运动的构件组合，用于传递运动和动力的构件系统。如图0-2-1所示的牛头刨床中，两个带轮和传动带组成了带传动机构，相互啮合的齿轮组成了齿轮机构，大齿轮、导杆、滑块和固定的支架一起组成了能实现导杆的往复摇动的导杆机构，带动工作台横向进给的曲柄连杆机构等。
与机器比较，机构也是人为实体的组合，各运动实体之间也具有确定的相对运动，但不能做机械功，也不能实现能量转换。机构与机器的区别在于：机器的主要功用是利用机械能做功或实现能量的转换；机构的主要功用在于传递或转变运动的形式。
3.机械
从研究运动和受力来看，机器与机构并无区别，而将它们总称为机械，即机械是机器与机构的总称。
4.构件
构件是组成机器的运动单元（包括运动速度为零的单元）。如图0-2-2所示的单缸内燃机中，活塞、连杆、曲轴、凸轮、顶杆、气缸体等都是构件。构件可以是一个零件，如内燃机的曲轴，也可以是多个零件的刚性组合体，如内燃机中的连杆，图0-2-3所示。
图0-2-2 单缸内燃机
图0-2-3 内燃机连杆
构件按其运动状况，可分为固定构件和运动构件两种。固定构件又称机架，其作用是支承运动构件。运动构件又分成主动件（原动件）和从动件两种。主动件（原动件）是运动规律已知的活动构件，它的运动由外界输入。除主动件以外的其他活动构件称为从动件。
5.零件
零件是机器中不可分拆的基本制造单元。零件分为通用零件和专用零件。通用零件是各类机器中广泛应用的零件，如齿轮、螺栓、螺钉、轴、轴承等。专用零件是仅在某些特定类型机器中使用的零件，如曲轴、连杆、汽轮机叶片等。
二、运动副
使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。根据两构件之间的接触特性，运动副可分为低副和高副两大类。
1.低副
两构件通过面接触而组成的运动副称为低副（图0-2-4）。低副是指两构件以面接触的运动副。按两构件的相对运动形式，低副可分为以下几种：
图0-2-4 低副
（1）转动副 组成运动副的两构件只能绕某一轴线作相对转动的运动副称为转动副［图0-2-4（a）、（b）］。
（2）移动副 组成运动副的两构件只能作相对直线移动的运动副称为移动副［图0-2-4（c）］。
（3）螺旋副 组成运动副的两构件只能沿轴线作相对螺旋运动的运动副称为螺旋副［图0-2-4（d）］。
2.高副
高副是指两构件以点或线接触的运动副。图0-2-5所示为常见的几种高副接触形式：图0-2-5（a）是车轮与钢轨的接触，图0-2-5（b）是齿轮的啮合，都属于线接触的高副；图0-2-5（c）是凸轮与从动杆的接触，属于点接触的高副。
图0-2-5 高副
低副和高副由于两构件直接接触部分的几何特征不同，因此在使用上也具有不同的特点。低副是面接触的运动副，其接触表面一般为平面或圆柱面，容易制造和维修，承受载荷时单位面积压力较低，因而低副比高副的承载能力大，不易磨损。低副属滑动摩擦，摩擦损失大，因而效率低，不能传递较复杂的运动。高副是点或线接触的运动副，承受载荷时单位面积压力较高（故称高副），两构件接触处容易磨损，寿命短，制造和维修也较困难，能传递较复杂的运动。
3.低副机构和高副机构
机构中所有运动副均为低副的机构称为低副机构。机构中至少有一个运动副是高副的机构称为高副机构。
知识拓展
在研究机构运动特性时，为了使问题简化，只考虑与运动有关的运动副的数目、类型及相对位置，不考虑构件和运动副的实际结构和材料等与运动无关的因素。用简单线条和规定符号表示构件和运动副的类型，并按一定的比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表示机构组成和各构件间运动关系的简单图形，称为机构运动简图。只是为了表示机构的结构组成及运动原理而不严格按比例绘制的机构运动简图，称为机构示意图。平面机构运动简图的符号见表0-2-1。
表0-2-1 机构运动简图符号
图0-2-6所示为图0-2-2内燃机的机构运动简图。
图0-2-6 内燃机机构运动简图
1～8—构件
习题
1.解释概念：机器、机构、机械、构件、零件。
2.机器有哪些特征？机器与机构有什么区别？
3.构件与零件有什么区别与联系？试举例说明。
4.什么叫运动副？运动副是如何分类的？试列举生产和日常生活中高副和低副的应用实例。
5.什么是机构运动简图？它和机构示意图有什么区别？