機械工程的發(fā)展歷程

　　人類成為“現(xiàn)代人”的標志就是制造工具撑螺。石器時代的各種石斧里伯、石錘和木質(zhì)城瞎、皮質(zhì)的簡單粗糙的工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅(qū)。從制造簡單工具演進到制造由多個零件疾瓮、部件組成的現(xiàn)代機械脖镀，經(jīng)歷了漫長的過程。

　　幾千年前狼电，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨蜒灰，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車惯篇，航行于江河的船及槳、櫓忱厨、舵等辱囤。所用的動力，從人自身的體力鲤瞪，發(fā)展到利用畜力牢介、水力和風力。所用材料從天然的石揉拯、木泳厌、土、皮革液斩，發(fā)展到人造材料起驱。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶車谤赛，已是具有動力鹊获、傳動和工作三個部分的完整機械。

　　人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代刹碾，用以吹旺爐火的鼓風器的發(fā)展起了重要作用燥撞。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫迷帜，才能從礦石中煉得金屬物舒。在中國，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風器戏锹，并逐漸從人力鼓風發(fā)展到畜力和水力鼓風冠胯。

　　15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢景用。但在以千年計的實踐中涵叮，在機械發(fā)展方面還是積累了相當多的經(jīng)驗和技術知識，成為后來機械工程發(fā)展的重要潛力伞插。17世紀以后割粮，資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn)媚污，商品生產(chǎn)開始成為社會的中心問題舀瓢。

　　18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織皿掂、面粉瓣车、冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌般供，但難以用手工加工的金屬菠贡。機械制造工業(yè)開始形成，并在幾十年中成為一個重要產(chǎn)業(yè)栅告。

　　機械工程通過不斷擴大的實踐睛至，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝域抚，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導的治部、系統(tǒng)的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命涵蔓，以及資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術因素沧蛉。

　　動力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀后期滋遗，隨著各種機械的改進和發(fā)展蟀思，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產(chǎn)提高到一個新的階段溉跃。

　　在英國汰聋，紡織门粪、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅(qū)動工作機械烹困。但當時的煤礦玄妈、錫礦、銅礦等礦井中的地下水髓梅，仍只能用大量畜力來提升和排除拟蜻。在這樣的生產(chǎn)需要下，18世紀初出現(xiàn)了紐科門的大氣式蒸汽機枯饿，用以驅(qū)動礦井排水泵酝锅。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用于煤礦奢方。

　　1765年搔扁，瓦特發(fā)明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率蟋字。1781年瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動力的蒸汽機遇冶，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發(fā)明和發(fā)展枫须，使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)涧智、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源新俗，但蒸汽機及其鍋爐誊桅、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大都鸳、笨重难踱，應用很不方便。

　　19世紀末猪楣，電力供應系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣刷络。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機滤填，成為驅(qū)動各種工作機械的基本動力锌烫。生產(chǎn)的機械化已離不開電氣化晓言，而電氣化則通過機械化才對生產(chǎn)發(fā)揮作用认扼。

　　發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期重贺，出現(xiàn)了高效率骑祟、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機气笙，也出現(xiàn)了適應各種水利資源的水輪機次企，促進了電力供應系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。

　　19世紀后期發(fā)明的內(nèi)燃機經(jīng)過逐年改進，成為輕而小缸棵、效率高舟茶、易于操縱、并可隨時啟動的原動機堵第。它先被用以驅(qū)動沒有電力供應的陸上工作機械吧凉，以后又用于汽車、移動機械和輪船踏志，到20世紀中期開始用于鐵路機車阀捅。蒸汽機在汽輪機和內(nèi)燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械针余。內(nèi)燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機芳倒、噴氣發(fā)動機的發(fā)展，是飛機标宪、航天器等成功發(fā)展的基礎技術因素之一姓赂。

　　工業(yè)革命以前，機械大都是木結(jié)構的驱香，由木工用手工制成揖蜒。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器示奉、鎖升诡、鐘表、泵和木結(jié)構機械上的小型零件皇铝。金屬加工主要靠機匠的精工細作页函，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣锡胡，以及隨之出現(xiàn)的礦山庭四、冶金、輪船绘雁、機車等大型機械的發(fā)展橡疼，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大庐舟，要求的精度也越來越高欣除。應用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到以鋼為主挪略。

　　機械加工包括鍛造历帚、鍛壓、鈑金工杠娱、焊接挽牢、熱處理等技術及其裝備谱煤，以及切削加工技術和機床、刀具禽拔、量具等刘离，得到迅速發(fā)展，保證了各產(chǎn)業(yè)發(fā)展生產(chǎn)所需的機械裝備的供應睹栖。

　　社會經(jīng)濟的發(fā)展寥闪，對機械產(chǎn)品的需求猛增。生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術的進展钮药，促進了大量生產(chǎn)方法的形成椭梁，如零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作尺果、流水加工線和流水裝配線等捻奉。

　　簡單的互換性零件和專業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn)，在古代就已出現(xiàn)捌秩。在機械工程中九站，互換性最早體現(xiàn)在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車床所生產(chǎn)的螺栓和螺帽。同時期脓大，美國工程師惠特尼用互換性生產(chǎn)方法生產(chǎn)火槍屋骇，顯示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產(chǎn)方法在美國逐漸推廣过桌，形成了所謂“美國生產(chǎn)方法”殷彰。

　　20世紀初期，福特在汽車制造上又創(chuàng)造了流水裝配線诚摹。大量生產(chǎn)技術加上泰勒在19世紀末創(chuàng)立的科學管理方法哺肘，使汽車和其他大批量生產(chǎn)的機械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率很快達到了過去無法想象的高度。

　　20世紀中渗稍、后期佩迟，機械加工的主要特點是：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴竿屹；提高成形加工报强、切削加工和裝配的機械化和自動化程度；利用數(shù)控機床拱燃、加工中心秉溉、成組技術等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)扼雏，使中小批量坚嗜、多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)效率提高到近于大量生產(chǎn)的水平夯膀；研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術诗充。

　　18世紀以前苍蔬，機械匠師全憑經(jīng)驗、直覺和手藝進行機械制作蝴蜓，與科學幾乎不發(fā)生聯(lián)系碟绑。到18～19世紀，在新興的資本主義經(jīng)濟的促進下榛舍，掌握科學知識的人士開始注意生產(chǎn)溃杖，而直接進行生產(chǎn)的匠師則開始學習科學文化知識，他們之間的交流和互相啟發(fā)取得很大的成果耽慌。在這個過程中卢圈，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。

　　動力機械最先與當時的先進科學相結(jié)合辅任。蒸汽機的發(fā)明人薩弗里借衅、瓦特，應用了物理學家帕潘和布萊克的理論立漏；在蒸汽機實踐的基礎上鹊属，物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學——熱力學聪戳。內(nèi)燃機的理論基礎是法國的羅沙在1862年創(chuàng)立的危劫；1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創(chuàng)造的粗陋笨重缰俊、噪聲大容诬、熱效率低的內(nèi)燃機而奠定了內(nèi)燃機的地位。其他如汽輪機沿腰、燃氣輪機放案、水輪機等都在理論指導下得到發(fā)展，而理論也在實踐中得到改進和提高矫俺。

　　早在公元前吱殉，中國已在指南車上應用復雜的齒輪系統(tǒng)，在被中香爐中應用了能永保水平位置的十字轉(zhuǎn)架等機件厘托。古希臘已有圓柱齒輪友雳、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是铅匹，關于齒輪傳動瞬時速比與齒形的關系和齒形曲線的選擇押赊，直到17世紀之后方有理論闡述。

　　手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅(qū)包斑，在各文明古國都有悠久歷史流礁，但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合罗丰，則是近代機構學的成就神帅。機構學作為一個專門學科山堵，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院(巴黎的工藝學院)的課程。通過理論研究几菲，人們方能精確地分析各種機構硅决，包括復雜的空間連桿機構的運動，并進而能按需要綜合出新的機構杉唇。

　　機械工程的工作對象是動態(tài)的機械拂是，它的工作情況會發(fā)生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預見辟侠；實際應用的材料也不完全均勻逃缔，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差眨柑，等等壳坞。

　　與以靜態(tài)結(jié)構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決述茂。因此搂瓣，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結(jié)合實踐經(jīng)驗進行工作雇寇。設計計算多依靠經(jīng)驗公式氢拥；為保證安全，都偏于保守锨侯，結(jié)果制成的機械笨重而龐大嫩海，成本高，生產(chǎn)率低囚痴，能量消耗很大叁怪。

　　從18世紀起，新理論的不斷誕生深滚，以及數(shù)學方法的發(fā)展奕谭，使設計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀痴荐，出現(xiàn)各種實驗應力分析方法血柳，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。

　　20世紀后半葉生兆，有限元法和電子計算機的廣泛應用难捌，使得對復雜的機械及其零件、構件進行力鸦难、力矩垮允、應力等的分析和計算成為可能。對于掌握有充分的實踐或?qū)嶒炠Y料的機械或其元件，已經(jīng)可以運用統(tǒng)計技術蒿缎，按照要求的可靠度铃踪，科學地進行機械設計。

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