那么世界上所有的机械都是由哪些基本机构组成的？
这个问题问得很有趣，也抓住了机械设计的本质。事实上，如果我们把目光从复杂的汽车、飞机、工厂流水线收回来，放到最基础的层面，会发现它们虽然千差万别，但都离不开一些最核心的“零件组”，这些组成了机械运动和功能的基础。就好比画家只用那几种颜色，却能描绘出千姿百态的世界一样。
我尝试把这些“基本机构”聊得深入浅出一些，希望能还原一些手工打磨的质感，而不是冰冷的列表。
首先，我们要明确一点，任何机械，无论多精妙，其核心都是为了改变力的方向、大小、速度，或者将一种运动形式转换为另一种运动形式。而实现这些，都需要借助一些最原始、最朴素的“巧思”。
如果非要挑出一些最根本的“母机构”，我认为可以从这几个维度来拆解：
一、 传递运动与改变方向的“骨骼”与“关节”：
这里说的不是血肉之躯，而是机械的运动部件如何互相连接、协同工作。
连杆机构 (Linkages): 这是最常见也最容易理解的了。想象一下自行车脚踏板连接曲柄再到后轮的链条，或者火车车轮和连接杆之间的联动。连杆机构就是通过固定的杆件（连杆）和可以转动的轴（铰链）连接起来，形成一个闭合或开放的链条。当其中一个杆件运动时，其他杆件也会随之以特定的轨迹运动。
曲柄滑块机构 (CrankSlider Mechanism): 这是连杆机构中最具代表性的了。曲柄的旋转可以带动滑块的直线往复运动，反之亦然。你看很多发动机活塞的运动，就是典型的例子。火车的蒸汽机也是靠它。这种机构能把旋转变成直线，或者把直线变成旋转，非常实用。
四杆机构 (FourBar Linkage): 这是最基本也是最灵活的连杆机构了。四个杆件通过四个铰链连接成一个封闭的环。通过调整杆件的长度和连接方式，它可以实现各种各样的运动，比如实现一个杆的固定旋转，带动另一个杆做复杂的曲线运动。很多工业机器人手臂的早期设计，或者一些传动装置，都能看到它的影子。它的变化多端，是机械运动的“万花筒”。
齿轮机构 (Gear Mechanisms): 虽然齿轮是单独的部件，但它们组合起来形成的机构，其作用和连杆机构有共通之处，但原理更侧重于“啮合”。通过不同大小的齿轮咬合，我们可以轻松地改变转速、扭矩的方向。
齿轮传动 (Gear Trains): 最简单的就是两齿轮的咬合，可以实现减速（大齿轮带小齿轮）或增速（小齿轮带大齿轮）。当你看到手表内部的精巧齿轮组，或者汽车变速箱，都是这种原理的复杂应用。它可以改变旋转速度和力量。
蜗轮蜗杆 (Worm and Worm Wheel): 这种机构通常用来实现较大的减速比，而且很多情况下是不可逆的，也就是说，你只能通过蜗杆带动蜗轮，而无法反向操作。它在很多需要精确控制和自锁的场合（比如某些起重设备）很有用。
链条与链轮 (Chain and Sprocket): 虽然链条本身不是硬性连接，但它和链轮组合形成的机构，本质上也是利用齿的啮合传递动力。自行车链条是最直观的例子，它允许两轴之间有一定距离，而且相对成本较低。
凸轮机构 (Cam Mechanisms): 想象一个不规则形状的“轮子”（凸轮），当它旋转时，会带动一个“跟随器”（从动件）按照特定的轨迹运动。凸轮的设计是实现复杂、非线性的运动轨迹的利器。很多自动化设备，如食品包装机、缝纫机，甚至发动机的气门正时，都离不开它。它的设计难度在于凸轮的形状需要非常精确，以保证跟随器的平稳运动。
二、 储存能量与释放能量的“肌肉”与“缓冲器”：
机械运动不是凭空产生的，它需要能量的来源，也需要能量的储存和调节。
弹簧 (Springs): 这是最基础的能量储存和释放装置。压缩的弹簧可以储存势能，在释放时转化为动能。它有很多种形式，有压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧，还有各种特殊形状的碟形弹簧、板簧等等。弹簧的作用非常广泛：提供复位力（比如笔的按动按钮）、吸收冲击（比如汽车悬挂）、维持预紧力（确保零件紧密连接）。
飞轮 (Flywheel): 飞轮就像一个“能量水库”。当有瞬时过多的能量时，它能吸收一部分并储存起来（加速转动）；当能量不足时，它又能释放储存的能量来平滑运动。这能大大减少机械的振动和冲击，使运行更平稳。例如，在发动机和某些冲床中，飞轮的作用至关重要，它能让断断续续的动力输入变得相对连续。
三、 改变力的方向或作用方式的“工具”与“杠杆”：
这些机构帮助我们更有效地运用力。
杠杆 (Levers): 这是人类最早掌握的机械原理之一。一个固定点（支点），通过施加力在某一点，可以在另一端产生更大的力或实现更大的位移。从撬棍到剪刀，再到各种工具，杠杆无处不在。它的核心在于力的放大或位移的放大。
滑轮 (Pulleys): 滑轮本身可以改变力的方向，比如让你向上拉绳子，但把重物向上提升。而组合滑轮，则可以起到省力的作用，用较小的力克服较大的阻力，虽然牺牲了速度。在起重机、升降梯等设备中，滑轮组是必不可少的。
楔子 (Wedges): 楔子是将一个力转化为两个分力（通常是垂直方向的分力）的工具。它可以通过一个较小的力来实现较大的挤压力或劈开效果。斧头、刀具、甚至门挡，都属于楔子的应用。
四、 实现精确控制与定位的“大脑”与“触角”：
这些机构负责让机械按预定的方式进行动作。
齿轮齿条机构 (Rack and Pinion): 这是将旋转运动转换为直线运动（或反之）的典型机构，而且通常能实现相对精确的定位。方向盘后面的转向机构，很多就是利用了这个原理。齿轮（圆柱形）与齿条（直线形的齿）啮合，驱动齿轮旋转，齿条就会沿着直线移动。
万向节 (Universal Joint) / 球头 (Ball Joint): 当你需要连接的两个轴线不在同一条直线上，并且它们之间的夹角还会变化时，就需要万向节了。它允许在有角度的情况下传递旋转动力，例如汽车传动轴连接变速箱和驱动桥的部分。球头则是更基础的关节形式，允许部件在多方向自由转动。
五、 阻碍运动与控制运动的“刹车”与“阀门”：
这些机构用于安全、停止或调节运动。
制动器 (Brakes): 这是最直接的控制运动的机构。通过摩擦、液压等方式，将动能转化为热能并耗散掉，从而使运动的部件减速或停止。汽车的刹车系统、工业机械的停止装置，都是它的体现。
离合器 (Clutches): 离合器允许你在需要的时候，断开或连接动力源和被驱动的机械。在汽车上，它让你可以在发动机运转时，切换档位或让车辆停下而不熄火。在工业上，它可以方便地启动和停止大型设备。
当然，这只是一个粗略的划分，很多复杂的机械系统是由这些基本机构经过精妙组合和变奏而成的。例如，一台机器人手臂可能同时用到了连杆机构、齿轮传动、甚至液压或气动系统（虽然液压气动涉及到流体控制，但其驱动方式也遵循机械原理）。
重要的是理解这些基本机构的“功能”和“原理”：它们是如何通过零件的相对运动来实现力的传递、方向的改变或者运动的转换。一旦掌握了这些，再去看任何一台机器，都能从中找到它们最根源的“血脉”。
这些基础机构就像是机械世界的“字母表”，每一个都简单，但组合起来，就能写出无数宏大而精妙的“故事”。而工程师的工作，很大程度上就是找到最适合的“字母组合”，来解决一个特定的“问题”。
希望这样的讲述，能让你感受到一些机械设计背后的巧思和“匠气”，而不是一堆冷冰冰的技术术语。
我尝试把这些“基本机构”聊得深入浅出一些，希望能还原一些手工打磨的质感，而不是冰冷的列表。
首先，我们要明确一点，任何机械，无论多精妙，其核心都是为了改变力的方向、大小、速度，或者将一种运动形式转换为另一种运动形式。而实现这些，都需要借助一些最原始、最朴素的“巧思”。
如果非要挑出一些最根本的“母机构”，我认为可以从这几个维度来拆解：
一、 传递运动与改变方向的“骨骼”与“关节”：
这里说的不是血肉之躯，而是机械的运动部件如何互相连接、协同工作。
连杆机构 (Linkages): 这是最常见也最容易理解的了。想象一下自行车脚踏板连接曲柄再到后轮的链条，或者火车车轮和连接杆之间的联动。连杆机构就是通过固定的杆件（连杆）和可以转动的轴（铰链）连接起来，形成一个闭合或开放的链条。当其中一个杆件运动时，其他杆件也会随之以特定的轨迹运动。
曲柄滑块机构 (CrankSlider Mechanism): 这是连杆机构中最具代表性的了。曲柄的旋转可以带动滑块的直线往复运动，反之亦然。你看很多发动机活塞的运动，就是典型的例子。火车的蒸汽机也是靠它。这种机构能把旋转变成直线，或者把直线变成旋转，非常实用。
四杆机构 (FourBar Linkage): 这是最基本也是最灵活的连杆机构了。四个杆件通过四个铰链连接成一个封闭的环。通过调整杆件的长度和连接方式，它可以实现各种各样的运动，比如实现一个杆的固定旋转，带动另一个杆做复杂的曲线运动。很多工业机器人手臂的早期设计，或者一些传动装置，都能看到它的影子。它的变化多端，是机械运动的“万花筒”。
齿轮机构 (Gear Mechanisms): 虽然齿轮是单独的部件，但它们组合起来形成的机构，其作用和连杆机构有共通之处，但原理更侧重于“啮合”。通过不同大小的齿轮咬合，我们可以轻松地改变转速、扭矩的方向。
齿轮传动 (Gear Trains): 最简单的就是两齿轮的咬合，可以实现减速（大齿轮带小齿轮）或增速（小齿轮带大齿轮）。当你看到手表内部的精巧齿轮组，或者汽车变速箱，都是这种原理的复杂应用。它可以改变旋转速度和力量。
蜗轮蜗杆 (Worm and Worm Wheel): 这种机构通常用来实现较大的减速比，而且很多情况下是不可逆的，也就是说，你只能通过蜗杆带动蜗轮，而无法反向操作。它在很多需要精确控制和自锁的场合（比如某些起重设备）很有用。
链条与链轮 (Chain and Sprocket): 虽然链条本身不是硬性连接，但它和链轮组合形成的机构，本质上也是利用齿的啮合传递动力。自行车链条是最直观的例子，它允许两轴之间有一定距离，而且相对成本较低。
凸轮机构 (Cam Mechanisms): 想象一个不规则形状的“轮子”（凸轮），当它旋转时，会带动一个“跟随器”（从动件）按照特定的轨迹运动。凸轮的设计是实现复杂、非线性的运动轨迹的利器。很多自动化设备，如食品包装机、缝纫机，甚至发动机的气门正时，都离不开它。它的设计难度在于凸轮的形状需要非常精确，以保证跟随器的平稳运动。
二、 储存能量与释放能量的“肌肉”与“缓冲器”：
机械运动不是凭空产生的，它需要能量的来源，也需要能量的储存和调节。
弹簧 (Springs): 这是最基础的能量储存和释放装置。压缩的弹簧可以储存势能，在释放时转化为动能。它有很多种形式，有压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧，还有各种特殊形状的碟形弹簧、板簧等等。弹簧的作用非常广泛：提供复位力（比如笔的按动按钮）、吸收冲击（比如汽车悬挂）、维持预紧力（确保零件紧密连接）。
飞轮 (Flywheel): 飞轮就像一个“能量水库”。当有瞬时过多的能量时，它能吸收一部分并储存起来（加速转动）；当能量不足时，它又能释放储存的能量来平滑运动。这能大大减少机械的振动和冲击，使运行更平稳。例如，在发动机和某些冲床中，飞轮的作用至关重要，它能让断断续续的动力输入变得相对连续。
三、 改变力的方向或作用方式的“工具”与“杠杆”：
这些机构帮助我们更有效地运用力。
杠杆 (Levers): 这是人类最早掌握的机械原理之一。一个固定点（支点），通过施加力在某一点，可以在另一端产生更大的力或实现更大的位移。从撬棍到剪刀，再到各种工具，杠杆无处不在。它的核心在于力的放大或位移的放大。
滑轮 (Pulleys): 滑轮本身可以改变力的方向，比如让你向上拉绳子，但把重物向上提升。而组合滑轮，则可以起到省力的作用，用较小的力克服较大的阻力，虽然牺牲了速度。在起重机、升降梯等设备中，滑轮组是必不可少的。
楔子 (Wedges): 楔子是将一个力转化为两个分力（通常是垂直方向的分力）的工具。它可以通过一个较小的力来实现较大的挤压力或劈开效果。斧头、刀具、甚至门挡，都属于楔子的应用。
四、 实现精确控制与定位的“大脑”与“触角”：
这些机构负责让机械按预定的方式进行动作。
齿轮齿条机构 (Rack and Pinion): 这是将旋转运动转换为直线运动（或反之）的典型机构，而且通常能实现相对精确的定位。方向盘后面的转向机构，很多就是利用了这个原理。齿轮（圆柱形）与齿条（直线形的齿）啮合，驱动齿轮旋转，齿条就会沿着直线移动。
万向节 (Universal Joint) / 球头 (Ball Joint): 当你需要连接的两个轴线不在同一条直线上，并且它们之间的夹角还会变化时，就需要万向节了。它允许在有角度的情况下传递旋转动力，例如汽车传动轴连接变速箱和驱动桥的部分。球头则是更基础的关节形式，允许部件在多方向自由转动。
五、 阻碍运动与控制运动的“刹车”与“阀门”：
这些机构用于安全、停止或调节运动。
制动器 (Brakes): 这是最直接的控制运动的机构。通过摩擦、液压等方式，将动能转化为热能并耗散掉，从而使运动的部件减速或停止。汽车的刹车系统、工业机械的停止装置，都是它的体现。
离合器 (Clutches): 离合器允许你在需要的时候，断开或连接动力源和被驱动的机械。在汽车上，它让你可以在发动机运转时，切换档位或让车辆停下而不熄火。在工业上，它可以方便地启动和停止大型设备。
当然，这只是一个粗略的划分，很多复杂的机械系统是由这些基本机构经过精妙组合和变奏而成的。例如，一台机器人手臂可能同时用到了连杆机构、齿轮传动、甚至液压或气动系统（虽然液压气动涉及到流体控制，但其驱动方式也遵循机械原理）。
重要的是理解这些基本机构的“功能”和“原理”：它们是如何通过零件的相对运动来实现力的传递、方向的改变或者运动的转换。一旦掌握了这些，再去看任何一台机器，都能从中找到它们最根源的“血脉”。
这些基础机构就像是机械世界的“字母表”，每一个都简单，但组合起来，就能写出无数宏大而精妙的“故事”。而工程师的工作，很大程度上就是找到最适合的“字母组合”，来解决一个特定的“问题”。
希望这样的讲述，能让你感受到一些机械设计背后的巧思和“匠气”，而不是一堆冷冰冰的技术术语。
网友意见
你可以认为是由一些基本的运动副组成的，平面机构里面包括滑动副，转动副和高副（比如凸轮的运动副），空间机构运动副就很多了，建议找机械手册看看。
另外，不限定运动副的数量的话，运动副的组合几乎是无限的。另外即便是相同的构型，尺度不同，运动性能也是不同的。当然，很多机械运用的都是一些简单的机构，相似的的确很多。
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