绪论:机器的组成 · 机构的结构 · 机械的类型 · 课程知识脉络
从一台冲压机开始,看懂机器是怎么“拼”起来、怎么“动”起来的。
本节课学习目标(学完你能做到)
- 能说出机器由动力、传动、执行、控制、保障五个部分组成,并在冲压机、汽车上各找出一个例子。
- 能分清零件、部件、构件、机构,会判断一个零件是“通用零件”还是“专用零件”。
- 能区分低副(转动副、移动副)和高副(齿轮副、凸轮副),知道高副为什么容易磨损。
- 能找出机构中的机架、原动件、从动件,按步骤画出简单的机构示意图。
- 能把常见机械归入动力、加工、运输、信息四类,并了解本课程四条知识脉络。
②知识导入:车间里的“大家伙”
早上走进实训车间,冲压机“咚、咚”地把一块块铁板压成零件;汽修车间里,师傅打着发动机,活塞在缸里上下跑,曲轴就转起来了;数控车间里,数控车床按程序自动切削。
想一想:
- 这些机器的“力气”从哪里来?
- 力气是怎么一路“传”到干活的刀具、冲头上的?
- 为什么按一下按钮,它就停、就走?
③核心知识讲解
§0.1 机器的组成
机器:人们按使用要求设计的、能做机械运动的装置,用来变换或传递能量、物料和信息,替人干体力活和脑力活。
机器就是会“动”、能帮人干活的装置。它要么转换能量(如电变成转动),要么搬运或加工东西,要么处理信息。机器的“心脏”,提供动力。
例:电动机、发动机
中间的“传送带”,把运动和力传给执行部分。
例:V带、齿轮
机器的“手”,直接完成工作。
例:冲压机滑块、车床刀架
控制:离合器、制动器、操作盘
保障:润滑、照明、防护罩
👉 案例:冲压机(点击切换视图)
| 组成部分 | 冲压机上的零部件 | 大白话作用 |
|---|---|---|
| 动力部分 | 电动机 | 提供力气 |
| 传动部分 | 小带轮、V带、大带轮;小齿轮、大齿轮 | 把电动机的转动“接力”送到曲轴 |
| 执行部分 | 曲轴、连杆、滑块、凸模(配合凹模) | 把转动变成上下冲压,直接加工坯料 |
| 控制部分 | 离合器、制动器、操作控制盘 | 让机器按顺序开、停、冲一次 |
| 保障部分 | 润滑、照明、过载保护、人身防护装置 | 保证机器和人都安全 |
§0.2 机构的结构
一、零件、部件、构件、机构——从小到大
● 专用零件:只有某些机器用。曲轴、连杆、滑块、箱体。
1.带轮 2.V带 3.传动轴 4.齿轮 5.曲轴 6.连杆 7.滑块 8.凸模 9.凹模
答案:通用零件:1、2、3、4;专用零件:5、6、7、8、9。
判断窍门:在别的机器(汽车、机床、风扇)上也常见的 → 通用;只为这台机器的特殊动作设计的 → 专用。
二、运动副——构件之间的“活关节”
运动副:两个构件直接接触、又能相对运动的连接。
就像人的关节:两块骨头碰在一起,还能动。焊死、粘死的不算运动副。转动副:两构件曲面(圆柱面)接触,只能绕轴转动。
例:轴和轴承、门的合页、曲轴和连杆大头。
它属于低副——面与面接触。
移动副:两构件平面接触,只能沿直线移动。
例:活塞和气缸、机床工作台和导轨、冲压机滑块和导轨。
它也属于低副。
高副:两构件以点或线接触(红点处)。
它既能绕接触点转,又能沿切线方向滑,只有沿公法线方向(压进去的方向)被挡住。
接触面积小 → 压强大 → 容易磨损!
例:齿轮副、凸轮副、火车轮和铁轨。
三、构件的分类与形状
固定不动的构件。机器的“底座、外壳”,如机床床身、发动机缸体。
按给定规律独立运动的活动构件。“领头动的”,如冲压机的曲轴、发动机的活塞。
其余跟着动的活动构件。“被带着动的”,如连杆、滑块。
两个转动副离得远时,构件一般做成杆状,尽量做直杆。
为了不和别的零件“撞车”(运动干涉),也可做成弯的。
截面通常比强度需要的偏大,是为了够刚、不抖(刚度和抗振)。
绕固定轴转的构件常做成盘状。
两个转动副离得太近,装不下两个销孔 → 把一个转动副放大,做成偏心轮。
受力很大时 → 用曲轴(如发动机、冲压机)。
活塞和气缸组成移动副,又和连杆组成转动副——同时有两种运动副的构件多呈块状,叫滑块。
有两个移动副的构件很少见,例如滑块联轴器中间的那块滑块。
四、平面机构运动简图
平面机构运动简图:用线条代表构件,用简单符号代表运动副,按比例画出的图。
机构示意图:意思一样,但不严格按比例画。
不画外形,只画“骨架”。就像地铁线路图,只关心站点怎么连,不关心房子长什么样。§0.3 机械的类型
机械 = 机器和机构的总称。按主要用途分四类:
能量↔机械能转换
电动机、内燃机
改变材料形状、性质
机床、冲压机
改变人或物的位置
汽车、飞机、起重机
获取、处理信息
复印机、绘图机
汽车整车→运输机械;汽车发动机→动力机械;数控车床、加工中心→加工机械;三坐标测量机、打印机→信息机械。
一台大机器里可以“套”着别的类型:汽车(运输)里装着发动机(动力)。分类看的是主要用途。
§0.4 本课程的知识脉络及目标达成
加工制造类专业的核心课,其他工程类专业的专业基础课。
综合性、实践性、创新性——要动脑也要动手。
增强工程意识、提高实际能力,为以后学习、工作、深造打基础。
| 脉络 | 主要规律 | 认知对象 | 目标达成 | 教材模块 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 机器的组成与结构规律 | 机械的功能及适用性 | 熟悉功能与类型 | 绪论 |
| 2 | 构件的受力与变形规律 | 构件的材料及安全性 | 理解强度与刚度 | 一 力系与平衡;二 强度与刚度;三 材料与选用 |
| 3 | 机构的运动与转换规律 | 机构的性能及高效性 | 学会调整与维护 | 六 机构与运动;七 传动与维护;十 液压与气动 |
| 4 | 零件的精度与装配规律 | 机械的运行及经济性 | 熟练装拆与保养 | 四 误差与公差;五 连接与紧固;八 轴与轴承;九 润滑与密封 |
④实操技能:绘制冲压机(或单缸内燃机)机构示意图
实训器材:冲压机模型/挂图(或单缸内燃机解剖模型)、A4坐标纸、铅笔、橡皮、直尺、圆规。
- 安全观察:在老师指导下慢慢手动转动模型,观察各部分怎么动。
实物设备必须断电、挂牌后再观察,手不要伸进带轮、齿轮、滑块之间!
- 找“三类构件”:找出机架(不动的)、原动件(输入运动的,如曲轴/电动机轴)、工作构件(输出运动的,如滑块)。
- 数构件、编号:从原动件开始,沿着运动传递路线,给每个构件编号 1、2、3……
用螺栓锁死、一起动的几个零件只算一个构件,不要拆开编号。
- 判运动副:看相连两构件怎么动、怎么接触——转动→转动副;直线滑动→移动副;齿轮啮合、凸轮接触→高副。
- 选比例尺:μL = 实际长度(m) ÷ 图示长度(mm)。画示意图可不严格按比例,但关键位置关系要对。
- 画运动副:先画机架和固定转动副(带斜线),再按位置画其他转动副(小圆圈)、移动副(方块+导路)。
- 连构件:用直线或曲线把同一构件上的运动副连起来,标上构件号,原动件画上箭头表示转向。
原动件必须标箭头,否则看不出谁带动谁。
- 自查:手指沿图从原动件“走”一遍,能顺利传到工作构件,构件数和运动副数与实物一致即为合格。
⑤常见误区 & 易错坑点
⑥课堂小练习(点选后点“提交”,本地判分)
📝课后作业(离线自助完成 · 自动批改 · 满分100分)
先填写姓名和班级,按顺序完成 A~E 五个部分,最后点“提交作业,生成成绩单”。不需要联网,答案只保存在你自己的设备上。
A. 选择题 (每题4分,共20分)
B. 判断题 (每题4分,共20分)
C. 分类题:通用零件还是专用零件? (每个3分,共18分)
给每个零件点选一个类别。
D. 填空题 (每空5分,共20分)
E. 应用题:找出身边机器的五大组成部分 (自评,共22分)
选一台机器:
① 动力:人的双脚踩脚蹬(电动车是电动机+电池)
② 传动:大链轮(牙盘)+链条+飞轮 —— 链传动机构
③ 执行:后车轮(带着车子往前走)
④ 控制:车把(控制方向)、刹车(控制停车)、变速器
⑤ 保障:车铃、车灯、反光片、挡泥板、链条润滑油、链罩
⑥ 机构:链传动机构;刹车里有杠杆机构
⑦小结:一页记住
- 机器 = 动力 + 传动 + 执行 + 控制 + 保障 五部分。
- 零件是制造单元,构件是运动单元,部件是装配功能块,机构传递运动和力。
- 机械 = 机器 + 机构 的总称。
- 运动副:低副面接触(转动副、移动副);高副点线接触(齿轮副、凸轮副),易磨损。
- 构件分:机架(不动)、原动件(领头动)、从动件(跟着动);形状有杆状、盘状、块状。
- 机构运动简图:线条代表构件,符号代表运动副,原动件标箭头。
- 机械按用途分:动力、加工、运输、信息 四类。
- 课程四条脉络:组成结构 → 受力变形 → 运动转换 → 精度装配。
⑧拓展小知识:岗位上怎么用
发动机拉缸、异响时,师傅判断的第一步就是看活塞—连杆—曲轴这一套曲柄滑块机构。活塞与缸壁是移动副,连杆与曲轴是转动副;转动副处的轴瓦磨损会导致“敲缸”。所以保养时要按时更换机油,保证运动副润滑。
数控机床的工作台和导轨组成移动副,主轴和轴承组成转动副。日常点检要查导轨润滑油量、清理切屑,防止导轨划伤影响加工精度——这就是“精度与装配规律”在岗位上的体现。
设备出故障,可按五大部分逐一排查:动力(电机转不转)→传动(皮带松不松、齿轮响不响)→执行(工作部件卡不卡)→控制(按钮、离合器、PLC信号)→保障(润滑、安全防护)。思路清楚,排查不漏项。
“机”本义是机械装置里组成转动副的转动构件,后泛指机械;“械”是古代的器械、器物。《庄子》记载子贡把桔槔称为“用力甚寡而见功多”的器械。英文 machine 源自希腊文、拉丁文,原意是“巧妙的设计”。所以“机械”一点也不“死板”,而是灵活、巧妙!
⑨综合练习测试(单项选择题50题+判断题50题,每题1分,满分100分,限时30分钟)
先填好姓名、选择班级,再点“▶ 开始考试”,30分钟倒计时开始;时间到会自动交卷。在线打开时交卷自动上传给老师;离线打开时交卷后会生成成绩回执码,请发给老师。题目从整个绪论重新组合而来,全程离线,自动批改。