本课程的研究对象和主要内容

本课程的研究对象是机械。机械是什么？机械是机器和机构的总称。

机器是执行机械运动的4装置，用来变换或传递能量、物料（包括被加工对象、被搬运物体等）和信息。凡将其他形式的能量变换成机械能的机器统称为原动机，如电动机、内燃机（分别将电能和热能变换成机械能）等都是原动机。凡利用机械能实现能量、物料、信息的变换或传递的机器统称为工作机，如金属切削机床（变换物料外形）、运输机（传递物料）、发电机（机械能变换为电能）、打字机（变换和传递信息）、包装机、轧钢机、缝纫机、自行车等都属于工作机。

把一个或几个构件的运动变换成其他构件所需的具有确定运动的构件系统称为机构。如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等。机构是机器的主要组成部分。

如图1－1所示为单缸四冲程内燃机，它是由气缸体1、曲轴2、连杆3、活塞4、进气阀5、排气阀6、顶杆7、凸轮8、齿轮9和齿轮10等组成的。燃气推动活塞做往复移动，经连杆转变为曲轴的连续转动。凸轮和顶杆是用来启闭进气阀和排气阀的。为了保证曲轴每转两周进、排气阀各启闭一次，曲轴与凸轮轴之间安装了齿数比为1∶2的齿轮。这样，当燃气推动活塞运动时，各构件协调地动作，进、排气阀有规律地启闭，加上气化、点火等装置的配合，就把热能转换为曲轴回转的机械能。

如在图1－1所示的内燃机中，活塞、连杆、曲轴和气缸体组成一个曲柄滑块机构，可将活塞的往复运动变为曲柄的连续转动。凸轮轴及与它连成一体的齿轮与气缸体组成凸轮机构，将凸轮轴的连续转动变为顶杆有规律的间歇移动。曲轴和凸轮轴上的齿轮与气缸体组成齿轮机构，使两轴保持一定的速比。由此可见，一部机器可以包含一个或若干个机构。例如，电动机只包含一个机构，而内燃机则包含曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构等若干个机构。

图1－1　单缸内燃机(www.xing528.com)

通过上面的例子可看出，就功能而言，一般机械系统由四个主要部分组成：动力部分、传动部分、执行部分以及控制部分（图中未画出）。动力部分可采用人力、畜力、风力、液力、电力、热力、磁力、压缩空气等做动力源，其中利用电力和热力的原动机（电动机和内燃机）使用最广；传动部分和执行部分由各种机构组成，是机器的主体；控制部分包括各种控制机构（如内燃机中的凸轮机构）、电气装置、计算机和液压系统、气压系统等。

机构与机器的区别在于：机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外，还包含电气、液压等其他装置；机构只用于传递运动和力，机器除传递运动和力之外，还应当具有变换或传递能量、物料、信息的功能。但是，在研究构件的运动和受力情况时，机器与机构之间并无区别。因此，习惯上用“机械”一词作为机器和机构的总称。

从运动的角度来看，机构中的构件是实现运动的基本单元，它由一个或多个无相对运动的零件固结而成。从制造的角度来看，机器的基本组成要素是零件，零件是制造单元，如单个的齿轮、凸轮、连杆体等。通常，把由一组零件组合起来为实现某一功能而形成的独立装配体称为部件，部件是装配单元，如联轴器、滚动轴承、减速器等。

概括地说，机械中的零件或部件可分为两大类：一类是通用零部件，在各种机械中经常会用到，如螺钉、轴、轴承、齿轮、联轴器、弹簧等；另一类是专用零部件，只是在特定类型的机器中用到，如直升机的螺旋桨、内燃机的曲轴和活塞等。机械设计基础主要研究机械中的常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法等。值得注意的是，机器是由机构和零部件组成的整体。