第一章 概 述 　 1-1 機件、機構、機械的定義 　　　 　　及機件的種類 　　 1-2 運動傳達的方法 　　 1-3 運動對與運動鏈 === 第一章 概述 ===

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線上影片連結補充教材 1-1搖擺機構 (3D Models ) 1-1Solidworks Animator 傳動機構 (1-1) 1-3動手做好玩的磁浮列車模型-Adion科學小教室 (自己動手做好玩的磁浮列車模型 ) 1-3非接觸傳動(磁懸浮列車簡介 ) 1-4[機構][四連桿倒置] (機械式電風扇之擺頭動作 ) 1-3四連趕組 (曲柄滑塊 )

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 機械中任何一個機器零件，稱為「機件」（Machine Parts）又稱「機械元件」。通常機件大多可視為「剛體」（Rigid Body）或稱「抗力體」（Resistant Body），其定義為一物體受外力作用時其形狀依然不變。換言之，體內兩點間之距離永不改變的物體。機件除了「剛體」之外，撓性體聯接物（Flexible Connectors）中之皮帶（Belts）、繩（Ropes）、鏈（Chains）及彈簧（Springs）、管子（Pipe）、油封（Seal）等亦稱為機件。

機件有無數的形狀、大小及作用，但歸納起來機件可分為下列四種： 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 機件有無數的形狀、大小及作用，但歸納起來機件可分為下列四種：

在固定位置支持或限制活動機件運動的機件。如機架（Frame）、床座及軸承（Bearing）如圖1-1 所示，及汽車的底盤等。 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 在固定位置支持或限制活動機件運動的機件。如機架（Frame）、床座及軸承（Bearing）如圖1-1 所示，及汽車的底盤等。

用以傳遞動力（Power）或運動（Motion）的機件。依運動方式及作用性質可分為下列二種： 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 用以傳遞動力（Power）或運動（Motion）的機件。依運動方式及作用性質可分為下列二種： 1.繞固定軸迴轉或擺動的機件：例如齒輪、帶輪、繩輪、鏈輪（如圖1-2所示）、摩擦輪及凸輪等。 2.撓性體傳動機件：例如帶、繩及鏈等。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類

將兩個以上的機件連接起來的機件。如螺栓（Bolt）、螺釘（Screw）如圖1-3 所示、鍵（Key）、銷（Pin）及鉚釘（Rivet）等。 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 將兩個以上的機件連接起來的機件。如螺栓（Bolt）、螺釘（Screw）如圖1-3 所示、鍵（Key）、銷（Pin）及鉚釘（Rivet）等。

2.流體用的機件：例如管（如圖1-4所示）、油封、襯墊（Packing）及墊片（Gasket）等。 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 1.控制用的機件：例如彈簧及連桿等。 2.流體用的機件：例如管（如圖1-4所示）、油封、襯墊（Packing）及墊片（Gasket）等。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 機件之統一規格即產品標準化，因現在人口增多，消費產品種類繁多，且由於人類知識水準之提高，對各種工業產品的要求愈來愈嚴格，各工廠亦不斷提高產品之品質，才能滿足消費者的需要，因此為了生產者與消費者之間建立起交易之秩序而訂的一種規範，就是產品互換性與量產。換言之產品是根據生產者與消費者雙方共同利益而制定的一項準則。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 產品標準化，目前已成為世界性的趨勢，美國、英國、德國及日本等工業先進的國家均已訂立國家標準規格，我國經濟部標準檢驗局亦已逐步訂立各種工業產品之統一規格與品質標準，而標準檢驗局以「中華民國國家標準」來審查與檢驗各種工業產品，凡經檢驗合格者，給予一種合格的「㊣」字標誌，以資識別。

我國及美、日、德等國國家標準之「符號」及「標誌」如圖1-5所示。 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 我國及美、日、德等國國家標準之「符號」及「標誌」如圖1-5所示。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類

2.適合大量生產、降低成本（因可使用專門的工具機及夾具）。 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 機件實施標準化有下列優點： 1.零件具互換性，換修容易。 2.適合大量生產、降低成本（因可使用專門的工具機及夾具）。 3.可提高生產技術，促進產業升級。 4.保障品質、利於銷售。

機構（Mechanism）為剛體之組合而成，動其一機件必迫使其餘機件按組合性質作預期之運動。故機構須具備下列兩個條件： 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 機構（Mechanism）為剛體之組合而成，動其一機件必迫使其餘機件按組合性質作預期之運動。故機構須具備下列兩個條件： 1.機構由三個以上機件的組合體。 2.組成機構的機件，它們之間必須能做預期運動或限制運動。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 如圖1-6 所示，我們常見的車床（Lathe），由各種不同的機構組成，計有變向機構（Direction Control Mechanism）、變速機構（Spindle Speed Change Mechanism）、進刀機構（Feed Mechanism）、螺紋切削機構（Thread Cutting Mechanism）及尾座（Tail Stock）等。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 兩個以上的機構組成，並代替人做「功」（Work）及「能」（Energy）的輸出者，稱為「機械」（Machine）。在機械製造工廠，除車床外，常用的機械，例如銑床、鉋床、磨床、鋸床、拉床及衝床等。家庭生活中常用的機械，例如冷氣機、洗衣機、洗碗機、打字機、攪拌器、汽車及腳踏車等，不勝枚舉。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 由此我們可知機械是由一群「剛體」的組合，各機件的運動，必受到限制而產生吾人所預期的運動路徑，當外部供給「能量」時，可作出相對的「功」或其他的效能。故機械常具備下列四個條件。

1.機械所接受之「能」，必能轉變為「功」或其他的效果。 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 1.機械所接受之「能」，必能轉變為「功」或其他的效果。 2.機械為兩個以上機構的組合體。 3.構成機械的機件大多可視為「剛體」。 4.機件間之相對運動必定為限制運動或預期運動。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 由上所述，可知多個機件的集合體，機件間必須能做預期運動或限制運動，方可稱為「機構」。多個機構的集合體，必須能接受外來的「能量」轉變為輸出的「功」，方可稱為「機械」。即機械＞機構＞機件。

機構學（Mechanism）是研究機件間力的傳遞，及其運動所依循之法則的一種科學。因此機構可分為兩大部門。 1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 機構學（Mechanism）是研究機件間力的傳遞，及其運動所依循之法則的一種科學。因此機構可分為兩大部門。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 亦稱「機械運動學」（Kinematics of Machinery），係研究「機構」內部各機件之有關位置、幾何形狀及預期（限制）運動情形之學科。其中不涉及機件中受作用力、材料強度及製造方法等問題。

1-1 機件、機構、機械的定義及機件的種類 係研究「機構」內部各機件所受「應力」（Stress）、材料、製造方法及各機件運動的情況等等都必須考慮的綜合性之學科，因此又稱「機械設計」（Machine Design）。

1-2 運動傳達的方法 在純粹機構學中，既不考慮力的問題，那麼機件之粗細、大小或厚薄與運動的情形無關，換句話說，在同一個地方，一根粗桿便與一根細桿的運動相同。所以不論桿是圓的、方形的、工字形的、十字形的或其他形狀的，我們都可以用一根細線來代表，分析它運動的情形。這便是幾何學裡「線無粗細」的道理。

1-2 運動傳達的方法 例如內燃機裡，連接活塞（Piston）與曲柄銷（Crank Pin）的連桿（Connecting Rod），雖然它的斷面極不光滑，然而機構學裡分析它的運動，便可用一條光滑均勻的「細線」符號來代表它。再如內燃機的活塞，它的形狀頗不規則，重量及材料也不一致；但它每一點運動情形則為一致。那麼分析它的運動情形，也不妨以它上面一點的運動作為代表，也就是說可以以「點」來代表它。諸如此類，在機構學中，我們可定出許多符號，代表許多繁雜的機件與機件間相配合的情形。如表1-2 所示。

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法 在一機構中，首先接受外界賦予之運動，這一個先動的機件，稱為「主動件」（Driver）。主動件將所接受之運動依次傳達至相互連接的其他機件，此類接受主動件而產生相應運動的機件，稱為「從動件」（Follower）。

1-2 運動傳達的方法 如圖1-7 所示，凸輪為主動件，與動力相連接，繞軸心O 旋轉，上端之從動件受約束產生上下之運動。

1-2 運動傳達的方法 主動件與從動件直接連接而傳動，謂之「直接接觸傳動」。主動件與最後一個從動件間必須藉某種「媒介物」（Medium），始能依次傳達運動者，謂之「藉中間聯接物傳動」，簡稱「間接接觸」。

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法 能傳達「推力」及「拉力」。如圖1-13 所示之活塞為主動件，曲柄為從動件，連桿為中間聯接物。其他例如齒輪系之傳動等。

1-2 運動傳達的方法

1-2 運動傳達的方法 僅能傳送「拉力」，而不能傳遞「推力」。如帶輪機構中之「皮帶」；繩輪機構中之「繩」；鏈輪機構中之「鏈」等。

1-2 運動傳達的方法 僅能傳送「推力」，而不能傳送「拉力」。以媒介物之不同，可分為兩種： 1.氣壓機構：如空壓機構之空氣。 2.液壓機構：如油壓機構之油及水壓機構中之水等。

1-2 運動傳達的方法

1-3 運動對與運動鏈 「質點」（Particle）為一物體（機件）之無限小的構件，通常可視為一點，在機構學圖中常以一點表示之。一機件上的一質點在空間所行經之路徑，謂之此機件之「動路」（Path of Motion）。機械上之動路通常多為一「直線」或一「圓周」，但亦可為一任意的「曲線」。

1-3 運動對與運動鏈 一機件沿一直線動路運動，此機件之「動向」（Direction of Motion），即沿此動路之直線方向。一機件沿圓周或任意曲線之動路運動，則此機件之某質點在「瞬間」（Instant）之動向，為沿此機件所在點之切線方向。

1-3 運動對與運動鏈 一機件向其動路之某一端方向為「正向」（Positive Direction），例如順時針方向，符號用「+ 」表示。逆（反）時針方向之運動為「負向」（Negative Direction），符號用「－」表示。

1-3 運動對與運動鏈 在機械中，一機件被另一機件所約束，而沿一定之動路運動，此兩機件謂之「運動對」（Kinematic Pair），或稱「對偶」（Pair）、「副」。通常以接觸之情況可分成兩類：

1-3 運動對與運動鏈 兩機件係以面接觸者。 一機件（A）被另一機件（B）所約束，機件（A）僅能做直線運動者，如圖1-14 所示。

1-3 運動對與運動鏈 一機件（A）被另一機件（B）所約束，僅能做迴轉運動者，稱為「迴轉對」，如圖1-15 所示。

1-3 運動對與運動鏈 一機件對另一機件運動，需同時產生迴轉與直線運動者，如圖1-16 所示。

1-3 運動對與運動鏈 兩機件以點或線接觸者。如圖1-17 所示之鋼球與滾珠軸承屬於點接觸。如圖1-18 所示之兩個外齒輪相嚙合傳動與平板形凸輪機構屬於線接觸。

1-3 運動對與運動鏈 凡能傳達力量，產生約束運動的剛體，稱為「連桿」（Link）。多個連桿組合可構成「對偶」。集合若干對偶組成一種連鎖系統，並作一定的相對運動，這種系統稱為「運動鏈」（Kinematic Chain），又稱「連桿組」（Linkage）。

1-3 運動對與運動鏈 如圖1-19(a)稱為「三連桿組」（Three-bar Linkage），連桿間無相對運動，只能作整體之運動，常稱為「呆鏈」（Locked Chain），又稱「固定鏈」。呆鏈雖由多個剛體的組合，亦可傳送力量，但各連桿間不能作相對運動，可視為「結構」（Structure）的一部分。亦可視為一機件。

1-3 運動對與運動鏈 圖1-19(b)所示為一「四連桿組」（Four-bar Linkage），各連桿間只容許作預期運動或限制運動，故稱為「拘束鏈」（Constrained Kinematic Chain），可視為簡單的「機構」。

1-3 運動對與運動鏈 圖1-20(a)所示為「五連桿組」（Five-bar Linkage），若連桿2 為主動桿，連桿3、4、5 間不能做確切的相對運動，因此無從分析或確定其運動情況，稱為「不足拘束運動鏈」（Under-constrained Kinematic Chain），故由五個以上之連桿所組成之封口型單聯式之運動鏈均為「不足拘束鏈」，不能稱為「機構」，惟有加適當的約束或讓一個或數個連桿為主動件，可使其他連桿（機件）產生確定的相對運動，亦能稱為「機構」。

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈 如圖1-20(b)所示，新增一曲柄FC，則連桿3、4、5 間可做「限制運動」或「預期運動」。則此連桿組稱為「拘束鏈」亦稱為「機構」。即AEFA 為「呆鏈」；ABCFA 及CDEFC 為「四連桿組」組成複聯式合成機構。由上可知，任何一種複雜的連桿組，恆可分解為一個或多個「四連桿組」及「呆鏈」所組合而成的機構。換句話說，多連桿的組合體，唯有「四連桿組」才可構成「拘束鏈」或「機構」。

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈 一剛體之運動情形，可在機件上任取不共線之三點，而由此三個質點運動情形所決定。故研究機構之運動，為了便於分析其運動的特性，常藉質點的運動性質而將機件之運動分成下列四類。

1-3 運動對與運動鏈 平面運動的定義：凡機件內部諸質點恆在相互平行的平面上平行移動者。機械中的機構大多作「平面運動」。機件作平面運動可分為三種：(1)直線運動、(2)圓周運動、(3)封閉曲線運動。

1-3 運動對與運動鏈 機件上之各點，繞一定之軸線旋轉，同時復沿軸線方向移動者，謂之「螺旋運動」。

1-3 運動對與運動鏈 機件運動時，其上各質點和一點，各保持一定距離者，稱為「球面運動」。各點運動的範圍，不限於一平面內。例如萬向（虎克）接頭。

1-3 運動對與運動鏈 等速運動其線速度為一常數，亦即加速度等於零。在機械中並無應用價值。但在凸輪機構中應用「修正（變）形等速運動」，即機件做直線往復運動時，除開始與終了的極短時間外，其餘大部分的時間做等速運動。

1-3 運動對與運動鏈 1.等加速運動（Constant Acceleration Motion） 機件運動時，加速度為定值（常數）者，謂之「等加速度」。包括等線加速度及等角加速度。此運動除可應用於凸輪機構，從動件行程一半為等加速運動，行程的另一半為等減速運動。

1-3 運動對與運動鏈 2.簡諧運動（Simple Harmonic Motion） 機件上的某點作等角速圓周運動，而該質點對x 軸（水平軸）或y 軸（垂直軸）之正投影，稱為「簡諧運動」，縮寫為SHM。 簡諧運動之加速度與位移成正比而方向相反。

1-3 運動對與運動鏈 當機械由一處起始發生運動後，其所含各運動部分，必依次各發生一定的運動，且經過一定的時間後，各部之運動必重複一次，並與前次相同，周而復始，循環不已。此每一次各部分之運動，即謂之「循環」（Cycle），此種循環謂之「週期運動」。例如蒸汽機活塞往復運動一次時，曲柄即迴轉一周。在機械上常用的單位為時間轉數，有rpm（Revolution Per Minute）即每分鐘的轉數，rps（Revolution Per Second）即每秒鐘的轉數等兩種。通常以符號「n」表示。

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈

1-3 運動對與運動鏈 非週期運動，機構學中無應用。

1-3 運動對與運動鏈 機件在循環運動中，無停止及逆行之現象者，稱為「連續運動」，其動路必為「封閉曲線」，如車床之主軸、齒輪、帶輪、鏈輪、摩擦輪及攪拌機等。

1-3 運動對與運動鏈 機件在循環運動中，具有一段靜止歇息之時間者，謂之「間歇運動」，如凸輪機構之從動件、間歇齒輪機構之從動輪、擒縱器、棘輪機構、往復運動及搖擺運動等。