机械基础(多学时)绪论机械 / 数控 / 机电 / 汽修

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。

用力少 · 见功多

本节课学习目标(学完你能做到)

  1. 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。
  2. 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”。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
📖① 学习知识点未完成
→
✏️② 课堂练习未完成
→
📝③ 课后作业未完成

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?
两千多年前,孔子的学生子贡就说过:机械就是“用力少而见功多”的器械。今天我们学的,就是这些“省力又高效”的东西是怎么组成、怎么工作的。
重物(后重) 水井 桔槔:古人打水的杠杆机械 支点(转动)
桔槔:“后重前轻,挈水若抽”——最早的“省力机械”

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。
动力部分提供力气(电动机) 传动部分把力气传过去(带、齿轮) 执行部分直接干活(滑块、凸模) 控制部分:管“开、停、顺序” 保障部分:润滑、照明、过载保护、安全防护——保证正常、安全地工作
机器的五大组成部分:力气从左往右“流”,控制在上面“指挥”,保障在下面“兜底”
动力部分
机器的“心脏”,提供动力。
例:电动机、发动机
传动部分
中间的“传送带”,把运动和力传给执行部分。
例:V带、齿轮
执行部分
机器的“手”,直接完成工作。
例:冲压机滑块、车床刀架
控制 + 保障
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)

13 机架 1 电动机 2 小带轮 4 大带轮 3 V带 5 轴 6 小齿轮 7 大齿轮 8 离合器 / 10 制动器 9 曲轴 11 连杆 12 滑块 凸模 凹模+坯料
冲压机:电动机→带传动→齿轮传动→曲轴→连杆→滑块(凸模)冲压
M 带传动机构 齿轮传动机构 曲柄滑块机构 冲压机机构示意图(线条=构件,符号=运动副)
同一台冲压机,用“线条+符号”画出来,一眼看清谁带动谁
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

零件制造单元 构件运动单元 机构传递运动和力 机器完成有用功 机构 + 机器 = 机械(总称)    部件 = 零件装配成的“独立功能块”(如减速器、轴承)
零件:构成机器的、不能再拆的制造单元。 工厂一次能做出来的最小一块,比如一颗螺栓、一个齿轮。 ● 通用零件:各种机器都用。螺栓、螺母、垫圈、弹簧、齿轮、带轮、链轮、直轴、轴承。
● 专用零件:只有某些机器用。曲轴、连杆、滑块、箱体。
部件:若干零件装配在一起,有独立功能的部分。 像“总成”,可以整个买、整个换,比如轴承、联轴器、减速器。
构件:机器中一起运动的单元。多数由几个零件刚性连接而成,有时一个零件就是一个构件。 “一起动的算一个”。连杆体+连杆盖+螺栓用螺栓锁死、一起动,就是一个连杆构件。
机构:用来传递运动和力的构件系统。 几个构件连起来能“传动作”,就是机构。如内燃机的曲柄滑块机构,减速器里的锥齿轮机构、蜗轮蜗杆机构。
🔍 辨一辨:冲压机里哪些是通用零件、哪些是专用零件?

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。
构件1构件2 圆柱面与孔“面接触”,只能转

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。

滑块2导轨1 平面与平面接触,只能沿导轨移动

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。

齿轮副:齿面线接触 凸轮副:点/线接触

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。

低副 = 面接触(转动副、移动副),耐磨、承载大;高副 = 点、线接触(齿轮副、凸轮副),压强高、易磨损、要重点润滑。

三、构件的分类与形状

机架
固定不动的构件。机器的“底座、外壳”,如机床床身、发动机缸体。
原动件
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。
从动件
其余跟着动的活动构件。“被带着动的”,如连杆、滑块。
直杆(优先)弯杆(避免运动干涉时用)

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)。

盘+轴销 偏心轮 曲轴

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(滑块)连杆曲轴气缸

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。
机架(打斜线) 转动副(小圆圈) 移动副(方块+导路) 齿轮副(点画线节圆) 凸轮副 (部分常用符号,详细见国家标准 GB/T 4460)

§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:

动力机械
能量↔机械能转换
电动机、内燃机
加工机械
改变材料形状、性质
机床、冲压机
运输机械
改变人或物的位置
汽车、飞机、起重机
信息机械
获取、处理信息
复印机、绘图机
💡 汽修、数控同学看过来:自己专业的设备属于哪一类?

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

课程性质
加工制造类专业的核心课,其他工程类专业的专业基础课。
课程特点
综合性、实践性、创新性——要动脑也要动手。
课程作用
增强工程意识、提高实际能力,为以后学习、工作、深造打基础。
机械基础 ① 组成与结构规律功能及适用性 → 熟悉功能与类型 ② 受力与变形规律材料及安全性 → 理解强度与刚度 ③ 运动与转换规律性能及高效性 → 学会调整与维护 ④ 精度与装配规律运行及经济性 → 熟练装拆与保养
📋 知识脉络与教材模块对照表
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。

  1. 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!
  2. 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)。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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)。
  7. 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。
  8. 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。
✏️ 参考答案:单缸内燃机(曲柄滑块机构)示意图
1 曲柄(曲轴)2 连杆3 滑块(活塞)4 机架:3个转动副 + 1个移动副

⑤常见误区 & 易错坑点

零件和构件是一回事。
零件是制造单元(怎么做出来),构件是运动单元(怎么动)。一个构件常由多个零件组成,如连杆=连杆体+连杆盖+螺栓。
部件就是构件。
部件看“装配和功能”(如减速器、轴承),里面的零件可以互相转动;构件看“一起动”。轴承是部件,但内外圈相对转动,不是一个构件。
齿轮是专用零件,因为它形状复杂。
通用还是专用看“是否到处都用”,不看复杂不复杂。齿轮、带轮、轴承、螺栓都是通用零件;曲轴、连杆、滑块是专用零件。
只要两个零件挨着就是运动副。
运动副必须同时满足:直接接触 + 能相对运动。焊接、螺栓锁死的连接不能动,不是运动副。
高副“高级”,所以更耐磨。
“高”指压强高。点、线接触面积小,高副更容易磨损,要注意润滑;低副面接触,更耐磨。
汽车属于动力机械,因为它有发动机。
分类看主要用途:汽车主要用来运人运货,是运输机械;里面的发动机才是动力机械。
画机构简图要把外形、螺栓都画上,越像越好。
简图只画与运动有关的构件和运动副,用线条+符号表示,不画外形细节。

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)

选择题1. 机器中直接完成工作任务的部分是( )
选择题2. 减速器属于( )
选择题3. 门和门框之间的合页(铰链)组成的运动副是( )
选择题4. 起重机按用途属于( )
选择题5. “构件”是机器的( )

B. 判断题 (每题4分,共20分)

判断题1. 一个零件有时也能单独作为一个构件。
判断题2. 画机构运动简图时,必须把零件的外形画出来。
判断题3. 凸轮副属于低副。
判断题4. 内燃机属于动力机械。
判断题5. 机架是机构中固定不动的构件。

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。

螺栓
曲轴
齿轮
连杆
轴承
滑块

D. 填空题 (每空5分,共20分)

1. 机器主要由动力部分、部分、执行部分、控制部分和保障部分组成。
2. 两构件通过面与面接触组成的运动副叫做。
3. 机构中按给定运动规律独立运动的构件叫做。
4. 机械是机器和的总称。

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:

参考答案(以自行车为例,其他机器思路相同):
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
对照参考答案,自己打勾(写对一项勾一项):

⑦小结:一页记住

课后作业:完成本页的 📝课后作业(离线自动批改);再画出你所选机器中一个机构的示意图,交给老师。

⑧拓展小知识:岗位上怎么用

🚗 汽修岗位:发动机里的“曲柄滑块机构”

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。

🖥 数控岗位:机床导轨与丝杠

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。

⚙ 机电岗位:设备点检看“五大部分”

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。

📜 机械史话:“机械”这个词的来历

“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。

⏳ 剩余 30:00已答 0 / 100
🔒 填好姓名、选好班级后,点“▶ 开始考试”才能作答

一、单项选择题 (共50题,每题1分,共50分)

二、判断题 (共50题,每题1分,共50分。对的选“✔ 正确”,错的选“✘ 错误”)

👩‍🏫 教师登录

📊 教师后台 · 绪论综合测试完成情况

① 收集学生成绩(在线模式自动汇总;离线时用回执码)

学生交卷后会得到回执码(以 XLZC 开头)或回执文件。把多个回执码粘贴到下面(一行一个,可一次粘贴全班),或直接选择多个回执文件,点“导入”。本机上完成的考试会自动记入。

② 班级名单(选填,填了才能统计“谁没完成”)
每行一个姓名,也可从Excel整列复制粘贴
③ 六个班完成情况总览
④ 分班明细

说明:通过 Cloudflare 网址打开时,学生交卷自动上传,老师在任何电脑登录都能看到;下载到本地离线打开时,成绩无法上传,请用回执码/回执文件汇总,并记得“备份数据”。