机构 (工程学)

在工程学中，机构是一种将输入力和运动转化为一组所需的输出力和运动的装置。 机制通常由移动部件组成，其中可能包括：

• 齿轮和齿轮系；
• 皮带和链传动；
• 摄像头和追随者；
• 链接；
• 摩擦装置，例如刹车或离合器；
• 框架、紧固件、轴承、弹簧或润滑剂等结构部件；
• 各种机器元件，例如花键、销或键。

德国科学家弗朗茨·鲁洛 (Franz Reuleaux) 将机器定义为抵抗力物体的组合，这些物体的排列方式使得自然界的机械力可以被迫做功，并伴有一定的确定运动。 在这种情况下，他对机器的使用通常被解释为机制。

力和运动的组合定义了动力，而机制管理动力以实现一组所需的力和运动。

机制通常是更大过程的一部分，称为机械系统或机器。 有时，整台机器可能被称为一种机制； 例如汽车中的转向机构或手表的上弦机构。但是，通常，一组多个机构称为机器。

从阿基米德时代到文艺复兴时期，机械装置被视为由简单的机械构造而成，例如xxx、滑轮、螺杆、轮轴、楔子和斜面。 Reuleaux 专注于物体，称为链接，以及这些物体之间的连接，称为运动学对或关节。

要使用几何学来研究机构的运动，其链接被建模为刚体。 这意味着假设连杆中各点之间的距离不会随着机构的移动而改变——也就是说，连杆不会弯曲。 因此，两个连接连杆中点之间的相对运动被认为是由连接它们的运动副引起的。

运动副，或关节，被认为是在两个连杆之间提供理想的约束，例如纯旋转的单点约束，或纯滑动的直线约束，以及无滑动的纯滚动和有滑动的点接触 . 机构被建模为刚性连杆和运动副的组合。

Reuleaux 将连杆运动学对之间的理想连接称为理想连接。 他区分了较高的对，两个链接之间有线接触，而较低的对，链接之间有面接触。 J. Phillips 表明有很多方法可以构建不适合这个简单模型的对。

下副：下副是一对元件之间具有表面接触的理想接头，如以下情况：

• 旋转对或铰接关节要求移动体中的一条线与固定体中的一条线保持共线，并且垂直于移动体中这条线的平面必须与类似的垂直平面保持接触 固定体内。 这对链接的相对运动施加了五个约束，因此为这对链接提供了一个自由度。
• 棱柱关节或滑块要求移动体中的一条线与固定体中的一条线保持共线，并且移动体中与该线平行的平面必须与移动体中的类似平行平面保持接触 固定的身体。 这对链接的相对运动施加了五个约束，因此为这对链接提供了一个自由度。
• 圆柱形关节要求移动体中的一条线与固定体中的一条线保持共线。 它结合了旋转关节和滑动关节。 这个关节有两个自由度。
• 球形接头或球形接头要求移动体中的一个点与固定体中的一个点保持接触。 该关节具有三个自由度。
• 平面关节要求移动体中的平面与固定体中的平面保持接触。 该关节具有三个自由度。
• 螺纹接头或螺旋接头只有一个自由度，因为滑动和旋转运动与螺纹的螺旋角有关。

高对：通常，高对是一种约束，需要元素表面之间存在线接触或点接触。 例如，凸轮与其从动件之间的接触是称为凸轮接头的高级副。 同样，形成两个齿轮啮合齿的渐开线曲线之间的接触是凸轮接头。

运动学图将机器组件简化为骨架图，强调关节并将链接简化为简单的几何元素。 该图也可以通过将机构的链接表示为边并将关节表示为图的顶点来表示为图。