什么是机器?
 
机器是一种改变力的装置。它通常令工作更容易完成。

  
机器的5个特征?
 
1 – 可产生某种移动
 
2 – 必须有驱动力
 
3 – 使工作变得更容易完成
 
4 – 需向内输入某种力

5 – 可向外输出某种力
 

 
认识几种基本的运动类型:
 
1 – 旋转型(有点象钻头一样一圈圈转动的)
 
2 – 直线型(象火车一样直线前进)
 
3 – 弧线摆动型 (象小孩子的秋千一样来回摆动)
 
4 – 直线往返型 (象活塞一样在一条直线上往复运动)
所有机器,包括机械木偶几乎肯定会采用至少一个杠杆。大多数机器都是使用由杠杆和其他机械装置的组合。
 
A Lever of the First Order第一类杠杆
 
剪刀是第一类杠杆的一个例子。施力于剪刀末端手握的部分,受力在切割边。支点是一个铆钉或螺丝将两片剪刀臂连接在一起。实际应用中你会发现越靠近支点的地方切厚的纸张越容易。
 
 
A Lever of the Second Order第二类杠杆
 
受力介于支点和施力之间。这类杠杆被形容为动力放大器,具有很好的机械优势。独轮车是第二类杠杆的好例子。用相对小的力气举起手柄,提起重物。支点是车轮的轮轴。
 
 
A Lever of the Third Order第三类杠杆
 
施力介于支点和受力之间。
 
你的手臂是第三类杠杆的一个例子,以你的肘为支点。施力来自附着在你的前臂的肌肉。肌肉拉伸,肘为支点才可提起手中的重物。
 
如果你是新手,很容易忽略了轴的重要性。通常机械装置中所有的机件都会连接到一个旋转的轴上,如果轴不能顺利运转,其余的机件也不能正常工作。
 
 
上图中轴带动的各机件按标号说明为:
 
1、手柄(曲柄)
 
2、偏心轮用于升降驯狮员
 
3、针轮使驯狮员转动
 
4、涡轮使狮子的嘴巴张开

这个机械木偶的设计中,驯狮员旋转并将头伸进狮子的口中。狮子咬合时,驯兽师已经将头移出。为保持这个运行程序不变,该机械装置被固定在轴上,当驯兽师把头伸过来时狮子的嘴总是张开的。

轴承是用来固定住轴并支撑轴稳定旋转的。轴承和轴需要选材一致。

轴可以用任何材质制作,如坚硬的铁丝,木销或精准加工的钢条等。轴需要能支撑住各机械装置的运行并且大小与轴承适用,不能太紧也不能太松。
轴不只在轴承中旋转。图中的蜗轮在这里推动轴向上移动。这个轴还需要一个轴承的支撑。如果轴承(在这种情况下,只是一个孔)太大,很容易造成轴偏离中心并产生额外的摩擦或干扰。
曲柄是连接在转动的轴上的杠杆,它将旋转移动变为来回移动。有时曲柄是用来转动轴的,例如当它被用为一个手柄。
 
 
如图显示了曲柄的四个不同位置。
 
 
在这个程序中可以看到,曲柄销(黑色)只是重复手柄的移动。
 
像曲柄一样,凸轮也可以将旋转移动转变成上下移动,但凸轮还可以做更多复杂的事情。
 
凸轮有很多形状。在这页上的两个被称为凸角凸轮,因为它们有凸角。一个凸角只是一个圆的向外延伸。下图中,凸轮的凸角产生平稳向上的移动紧接着产生突然向下的移动。
 
 
这个风车形状的凸轮意味着凸轮只可以按一种方向移动。如果按反方向移动,它将阻止其它随从的装置正常运行。
 
 
凸轮完成一次旋转被称为一个周期。有四个凸角的凸轮每个旋转周期将产生四次移动。
 
周期中每个移动发生的时间长短取决于凸轮旋转的速度。
 
 
如图这个凸轮每个周期只产生一种移动。它被称为蜗轮。
 
 这些凸角凸轮每个周期会产生二,三和五个运动。你可能会想到,如制作一个多序列的移动装置,你需要一个更大的凸轮。
 
 

不同于曲柄,凸轮有储存信息的能力。因此,用另一种方式看凸轮,它是一个机械版本的计算机程序。
信息存储在凸轮的形状中:当凸轮转动时,存储的信息被凸轮从动件表现出来。从动件追随凸轮的轮廓,再现凸轮每一个周期的运行轨迹。在一个单一的轴上的一系列凸轮可以操作比较复杂的程序,这是很多工业化运行的控制方法,如凸轮计时器控制洗衣机的各种功能。
弹簧在拉伸或压缩后有恢复其原来形状的能力。这意味着弹簧可以用来将其他机件联结或分开。弹簧有许多不同的形状,它们可以用在许多不同的方式。有四种基本类型:
 
弹簧类型的定义可能有些模糊,例如,松紧带可被用为拉伸弹簧(可射击在教室中飘飞的纸片),径向弹簧(使卷筒的海报停止上卷)或扭力弹簧(驱动模型飞机中的螺旋桨)。
 
大多数门把手内有弹簧。当你拉下门把手打开门后,门把手会自动向上跳回到初始的位置锁闩弹出把门关上。
连杆是将移动从一个机械部件传递到另一个机械部件的连接装置。有时候一个连杆就是一个杠杆。如图显示的是一个连杆将一个曲柄连接到一个杠杆上。当曲柄转动时,连杆将运动传递到杠杆上。       
 
 
杠杆的最高点和最低的点之间的差异将永远等同于曲柄转动产生的长度而不受连杆的长度影响。
 
 
图中竖杆的移动受一个轴承约束其向上和向下移动时产生的一些摇摆移动。这种装置被称为曲柄滑块机制。
 
 
如图为带有高轴承的曲柄滑块机制:当曲柄转动时,它推动连杆上下移动并从一边到另一边横向移动。轴承向上或向下移动可改变横向移动的距离。
 
前面我们一直在讲一种可以做连续移动的机械装置。棘轮是产生一种不能连续移动的机械装置,这被称为阶梯或间歇移动。
 
 
棘轮的边缘刻有槽口。一个棘爪顶住槽口并驱动棘轮逐步移动。第二个棘爪(或制动棘爪)阻止车轮倒退。一些电钻有棘轮,可以使传动器与螺丝钉接触。推动开关后,棘轮可按正确的方向拧紧或松开螺丝钉。
 
 
在这里所示的序列棘轮是由曲柄驱动。曲柄每旋转一圈带动棘轮移动一步。因此,曲柄要转动8次才能完成棘轮转动一周。在图中,棘轮上的点显示了曲柄转动一圈后它移动的距离。
       
 
 
止动棘爪的作用是很重要的因为棘轮必须停在正确的位置上从而曲柄带动的棘爪可再次推动棘轮。止动棘爪通常有一个弹簧以确保它与棘轮保持接触。
驱动
 
 
类似连杆,驱动装置将其它机械装置连接在一起,这里我们只谈论转轮之间的连接,例如自行车轮带动链条。驱动装置还可涉及齿轮传送或改变移动的角度或方向。

驱动分2种:啮合驱动和摩擦驱动。啮合驱动是输入和输出被锁定一起同步,摩擦驱动是依靠摩擦来传递运动。
 
 
啮合驱动的转轮边缘表面有齿(这样的轮子有时也被称为链轮)。齿与传送带上的孔啮合,这意味着轮与链条被锁在一起,驱动轮将不停的带动另一个轮子转动。
 
摩擦驱动的转轮通常会有轮缘以防止传送带在轮子上打滑。这个驱动轮是平整的,无齿的轮子,所以它利用轮子表面与传送带的摩擦轮传递旋转移动。
 
 
齿轮传送
 
齿轮是另一种形式的杠杆。齿轮上的齿像一系列的杠杆。一个齿倾扎另一个齿让杠杆作用不断的被应用。