第2講機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容機(jī)械系統(tǒng)的基本概念機(jī)器的功能、性能與組成機(jī)器的功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系機(jī)械運動形態(tài)與變換機(jī)械運動與控制機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)2.1機(jī)械系統(tǒng)的基本概念系統(tǒng)是指具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個整體，即由兩個或兩個以上的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和特定功能的整體都是系統(tǒng)。系統(tǒng)本身可分成若干個子系統(tǒng)，反之，系統(tǒng)本身可作為更大系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。任何機(jī)械產(chǎn)品是由若干個零件、部件及裝置組成的一個特定系統(tǒng)。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)機(jī)器的功能與性能機(jī)器是具有一定用途、功能的機(jī)械設(shè)備或機(jī)電一體化設(shè)備，它實際上就是一個機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)器的功能功能即某種產(chǎn)品使用中表現(xiàn)出來的具體功用。功能分為必要功能和非必要功能。必要功能又分為基本功能和附加功能。機(jī)器的功能總是以成本為代價的，所以設(shè)計時應(yīng)對機(jī)器需要哪些必要功能，去掉哪些非必要功能作出明確的決定。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)

同樣用途、同樣基本功能的機(jī)器存在的差別主要集中在規(guī)格與性能的差異上。產(chǎn)品的規(guī)格反映了該產(chǎn)品適合的工作能力與范圍。產(chǎn)品的性能反映了產(chǎn)品的工作能力與工作質(zhì)量方面的差異，經(jīng)常用一系列技術(shù)指標(biāo)將其表現(xiàn)出來。2.機(jī)器的規(guī)格和性能各種機(jī)器實現(xiàn)其功能的性能要求大體可歸納為：1）運動要求，如速度、加速度等；2）動力要求，包括傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩等；3）可靠性和壽命要求，如零部件的耐磨性和使用壽命等；4）安全性要求，包括系統(tǒng)工作安全性及操作人員安全性等；5）體積和質(zhì)量要求，如尺寸、質(zhì)量等；6）經(jīng)濟(jì)性要求；7）環(huán)境保護(hù)要求；8）產(chǎn)品造型要求；9）其他特殊要求。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)2.2機(jī)器的組成機(jī)器主要包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、功能執(zhí)行系統(tǒng)和操作與控制系統(tǒng)。

機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)1.動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)包括動力機(jī)及其配套裝置，是整個機(jī)器工作的動力源。按能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)的不同，動力機(jī)可分為一次動力機(jī)和二次動力機(jī)。一次動力機(jī)是把自然界的能源（一次能源）直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械；二次動力機(jī)是把二次能源（電能）或由電能產(chǎn)生的液壓能、氣壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械。傳動系統(tǒng)是把動力機(jī)的動力和運動傳遞給功能執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置，是連接動力系統(tǒng)和功能執(zhí)行系統(tǒng)的“橋梁”。傳動系統(tǒng)的主要功能有：1）減速或增速。2）變速。3）改變運動規(guī)律形式。4）傳遞動力。2.傳動系統(tǒng)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)操作和控制系統(tǒng)是使動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、功能執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)運行，并準(zhǔn)確可靠地完成整機(jī)功能的裝置。它的功能是控制或操作上述各子系統(tǒng)的起動、離合、制動、變速、換向或各部件間運動的先后次序及行程。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)通常由接觸器、繼電器、按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、電磁鐵等電器組成。3.功能執(zhí)行系統(tǒng)4.操作和控制系統(tǒng)功能執(zhí)行系統(tǒng)由執(zhí)行構(gòu)件和與其相連的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，是直接完成機(jī)器本身所具有功能的部分。功能執(zhí)行系統(tǒng)通常處在機(jī)械系統(tǒng)的末端，直接與作業(yè)對象接觸，其輸出也是機(jī)械系統(tǒng)的主要輸出。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)2.2機(jī)器的結(jié)構(gòu)機(jī)器設(shè)備的用途、功能與性能的實現(xiàn)是靠機(jī)器的結(jié)構(gòu)來保證的。2.2.1機(jī)器的功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系1.機(jī)器的表達(dá)在分析機(jī)器組成時，常需要特定符號、線條等圖形語言來表明機(jī)器內(nèi)部的構(gòu)成及機(jī)構(gòu)運動的傳遞情況，這樣的圖形稱為機(jī)器的表達(dá)，簡稱機(jī)器簡圖。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)機(jī)器的功能主要由機(jī)械的運動來實現(xiàn)，而機(jī)械的運動又需要具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成。機(jī)械結(jié)構(gòu)由各種機(jī)構(gòu)組成。以下機(jī)構(gòu)的基本型是最基本、最常用的機(jī)構(gòu)形式。2.工程中常用的基本類型（1）四桿機(jī)構(gòu)的基本型包括：a）全轉(zhuǎn)動副四桿機(jī)構(gòu)的基本型；b）含有一個移動副四桿機(jī)構(gòu)的基本型；c）含有兩個移動副四桿機(jī)構(gòu)的基本型。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)

包括：a）圓柱齒輪傳動機(jī)構(gòu)的基本型；b）錐齒輪傳動機(jī)構(gòu)的基本型；c）蝸桿傳動機(jī)構(gòu)基本型；d）內(nèi)嚙合行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)的基本型。（2）齒輪機(jī)構(gòu)的基本型機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)行星齒輪蝸輪蝸桿傳動機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)

包括：（3）凸輪機(jī)構(gòu)的基本型c）直動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的基本型；d）擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的基本型。a）直動從動件平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本型；b）擺動從動件平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本型；機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)包括：a）帶傳動機(jī)構(gòu)的基本型；b）鏈傳動機(jī)構(gòu)的基本型。（4）帶、鏈傳動機(jī)構(gòu)的基本型包括：a）液壓傳動機(jī)構(gòu)的基本型；b）氣壓傳動機(jī)構(gòu)的基本型。（5）液壓、氣壓傳動機(jī)構(gòu)的基本型機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)

（6）螺旋傳動機(jī)構(gòu)的基本型（7）電磁傳動機(jī)構(gòu)的基本型車床進(jìn)給箱機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)

（8）間歇運動機(jī)構(gòu)的基本型機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)3、機(jī)構(gòu)的組合單一的機(jī)構(gòu)經(jīng)常不能滿足不同的工作需要。把一些基本機(jī)構(gòu)通過適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來，從而組成一個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，稱之為機(jī)構(gòu)的組合。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)2.2.2機(jī)械運動形態(tài)與變換

機(jī)械的主要特征就是要有運動的變換和傳遞。機(jī)械的運動形態(tài)只有定軸傳動（含擺動和間歇轉(zhuǎn)動）、往復(fù)移動及平面運動三種。實現(xiàn)這三種基本運動形態(tài)的機(jī)構(gòu)種類有很多，它們起到變換運動形式、變換運動速度、傳遞運動、合成及分解運動的作用。其中，定軸轉(zhuǎn)動為基本運動形式的變換最為常用。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)1.連續(xù)轉(zhuǎn)動到連續(xù)轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)動的運動變換是機(jī)械中最常見的運動形式，用于運動、動力的傳遞和速度的轉(zhuǎn)換。能實現(xiàn)這種運動形式變換的機(jī)構(gòu)有：（1）齒輪傳動機(jī)構(gòu)齒輪傳動是兩齒輪輪齒之間直接接觸的嚙合傳動。它可以傳遞平行軸和交叉軸之間的運動和動力。前者如圓柱齒輪機(jī)構(gòu)，后者如錐齒輪機(jī)構(gòu)。（2）蝸桿傳動機(jī)構(gòu)蝸桿傳動機(jī)構(gòu)主要由蝸桿和蝸輪組成。蝸桿傳動機(jī)構(gòu)是用來傳遞兩空間相錯90度軸之間的運動和動力的。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)（3）帶傳動機(jī)構(gòu)帶傳動分為平帶傳動、圓帶傳動、V帶傳動、同步齒形帶傳動等多種形式。交叉安裝可實現(xiàn)反向傳動。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)（5）繩索傳動機(jī)構(gòu)除具有帶傳動功能外，還可以在兩輪中間加入多個中間輪，但不能傳遞較大載荷。（4）鏈傳動機(jī)構(gòu)鏈傳動機(jī)構(gòu)由主動鏈輪、從動鏈輪和鏈條組成，它是通過鏈條的鏈節(jié)與鏈輪上的輪齒相嚙合來傳動來傳遞兩平行軸間的運動和動力。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)（6）液力傳動機(jī)構(gòu)液力傳動利用液體的動能把主動輪的轉(zhuǎn)動傳遞到從動輪。由于用軟軸相連接，主、從動件的位置具有隨意性。（7）鋼絲軟軸傳動機(jī)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)瞬心線機(jī)構(gòu)如橢圓形瞬心線機(jī)構(gòu)和四葉卵形瞬心線機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)連續(xù)的周期性的、變速轉(zhuǎn)動輸出。（8）瞬心線機(jī)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)動運動變換的連桿機(jī)構(gòu)有雙曲柄機(jī)構(gòu)、平行四邊形機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)及雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)等。（9）連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)萬向聯(lián)軸器是一種空間連桿機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在不同軸線的傳動機(jī)構(gòu)。可分為單萬向聯(lián)軸器和雙萬向聯(lián)軸器，分別提供變速和等速轉(zhuǎn)動。（10）萬向聯(lián)軸器機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)2.連續(xù)轉(zhuǎn)動到間歇運動的變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

在生產(chǎn)中某些機(jī)構(gòu)常需要時動時停的間歇運動。常見的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、分度凸輪機(jī)構(gòu)等。（1）槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)由裝有圓柱撥銷的撥盤1和具有徑向槽的槽輪2以及機(jī)架組成。撥盤是主動件，作勻速轉(zhuǎn)動。槽輪是從動件，是而轉(zhuǎn)動時而靜止，作間歇運動。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪、棘爪和機(jī)架組成。當(dāng)原動件逆時針擺動時，棘輪轉(zhuǎn)動一定的角度；當(dāng)原動件順時針擺動時，棘輪靜止不動。故當(dāng)原動件連續(xù)地往復(fù)擺動時，棘輪作單向的間歇運動。

（2）棘輪機(jī)構(gòu)

機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)3.連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)擺動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)擺動的運動變換機(jī)構(gòu)主要有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄搖塊機(jī)構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)等。如鄂式破碎機(jī)將原動機(jī)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動變成工作機(jī)的往復(fù)擺動。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)4.連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)直線移動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)直線移動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)有：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、帶或鏈傳動機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)、螺旋傳動機(jī)構(gòu)以及一些機(jī)構(gòu)的組合。螺旋傳動由螺桿和螺母組成，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，螺桿上的螺旋沿著螺母的螺旋槽運動，從而將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線移動。螺旋傳動按用途可分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋三類。(3)螺旋傳動機(jī)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)(4)齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)(5)凸輪機(jī)構(gòu)(6)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)5.直線移動轉(zhuǎn)換為直線移動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

這類轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)大多采用液壓機(jī)構(gòu)，用于送料、夾緊等裝置。如各類液壓閥芯機(jī)構(gòu)，還有如斜面機(jī)構(gòu)、移動凸輪機(jī)構(gòu)等。

機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)6.直線移動轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動或往復(fù)擺動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

直線到擺線的運動變換機(jī)構(gòu)有擺臂移動凸輪機(jī)構(gòu)、直線螺旋到擺動的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)等。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)機(jī)、電、液機(jī)構(gòu)組合的運動與控制機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合中，液壓缸一般是主動件，并驅(qū)動各種連桿機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的動作。其基本型包括單出桿固定缸、雙出桿固定缸和擺動缸等。1.機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的運動形態(tài)機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合主要是液壓缸系統(tǒng)與連桿機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的組合。（1）機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的基本型機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)單出桿固定缸和連桿機(jī)構(gòu)組合的應(yīng)用實例很多?？蓪崿F(xiàn)移動到移動的運動變換，也可實現(xiàn)移動到擺動的運動變換。（2）機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的常見運動形式1）固定液壓缸式機(jī)構(gòu)活塞相對于缸體的移動轉(zhuǎn)換為從動構(gòu)件的擺動和缸體本身的擺動。

2）擺動液壓缸式機(jī)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)2、電磁機(jī)構(gòu)

電磁機(jī)構(gòu)可用于開關(guān)機(jī)構(gòu)、單磁振動機(jī)構(gòu)等，其運動形態(tài)變換為電—磁—機(jī)械運動。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)1)改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向。2)限位開關(guān)換向：限位開關(guān)有機(jī)械式、光電式、磁式等。3)介輪換向：汽車的前進(jìn)與倒退就是利用變速箱中的介輪來實現(xiàn)的。2.2.4機(jī)械運動與控制機(jī)械的運動形態(tài)由機(jī)械的組成形式和機(jī)械的控制方式所決定。特別是現(xiàn)代機(jī)械，其機(jī)械運動形態(tài)的改變與控制方法的關(guān)系更為密切。1.機(jī)械運動的換向與控制（1）旋轉(zhuǎn)運動的換向與控制很多機(jī)器都有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)一定角度再反轉(zhuǎn)一定角度的要求。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)4)棘輪換向5)摩擦輪換向機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)

1)改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)往復(fù)的直線運動。如推拉式電動大門啟動，電動感應(yīng)推拉門。(2)直線移動的換向與控制2)液壓換向在液壓傳動中，改變液流方向可實現(xiàn)液壓缸的往復(fù)直線運動。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)

(2)直線移動的換向與控制

這類機(jī)構(gòu)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、雙滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等。這里機(jī)構(gòu)的特點是主動機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動件作往復(fù)直線移動。3)自動換向機(jī)構(gòu)機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)2.機(jī)械運動的調(diào)速與控制

在一般情況下，機(jī)械中的工作機(jī)轉(zhuǎn)速不等于原動機(jī)轉(zhuǎn)速，所以很多機(jī)械中都需要協(xié)調(diào)原動機(jī)和工作機(jī)之間速度的裝置。即有減速器、增速器和變速器等。常見的減、變速方式有：1）調(diào)速電動機(jī)；2）齒輪減速器；3）其他減速裝置；4）變速器。機(jī)械工程機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)3.機(jī)械運動的離合與控制

機(jī)械中，有時需要在不停止原動機(jī)運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，暫時中止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作。常用的離合器有壓嵌式離合器、多片式摩擦離合器和電磁離合器等。機(jī)械工程