机械史讲义-2

机械史,机械的定义,机械,机器与机构的总称。,凡同时具备下述两个特征的构件组合体称为机构：1）它们是一种人为的实物构件的组合。2）它们各部分之间具有确定的相对运动。机器除了具备上述两个特征外，还必须具备第三个特征：能代替人类的劳动以完成有用的机械功或转换机械能。,中国版,机械的定义,在日本的机械工学中，机械概念是如下定义的：凡符合下述三项条件的，则定义为机械。它是物体的组合，假定力加到其各个部分也难以变形。这些物体必须实现相互的、单一的、规定的运动。把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功。,机械,外国版,机械概念的变迁,据古罗马建筑师维特鲁威（Vitruvii）所著的建筑十书（公元前3233年）中的定义：“所谓机械就是把木材结合起来的装置，主要对于搬运重物发挥效力”。这是有记载以来，人类首次对机械所下的定义。,机械概念的变迁,在17世纪初，泽伊辛格对机械所做的定义为：“所谓机械是指在搬运重物时起特殊作用的一组木制结构的设备”。,机械概念的变迁,进入18世纪，德国学者路易波尔多对机械所做的定义为：“机械或机构是一种人为的实物组合体，人们可以借助它实现省时省力的运动”。,到19世纪，英国学者路洛克斯在机械力学一书中，对机械所做的定义为：“所谓机械就是一种具有一定强度的物体的组合体，且借助此组合体能够做出规定的运动”。,随着电子计算机的问世，有学者将机械定义为：“能转换或传递物理量，对人类有用的物体组合”。,机械始于工具，工具是简单的机械。,一、人类历史,腊玛古猿（1500万年前）南方古猿（400万100万年前）能人（200万150万年前）直立人（150万20万年前）早期智人（25万4万年前）晚期智人（5万1万年前）人,二、古代机械史,旧石器时代（-1万年前左右）,新石器时代（约一万年前）,青铜器时代（距今约6000年前）,铁器时代（距今约4000年前）,旧石器时代,自然、原始的工具和使用：棍棒、石块,有意识地制造工具：如一些打制的石器石刀、石斧和石锤等（距今大约300万年）。,2005年8月在东非大裂谷出土的石斧,旧石器时代,在大约150万年前，人类开始使用天然火，工具也从单纯的石制器，增加了骨制品。在约50万年前，掌握了人工取火的方法。,保山出土的骨器,新石器时代（约一万年前）,磨制技术出现为象征。,穿孔技术，榫卯技术逐渐地发达，以镶嵌、捆绑、榫卯、套合这种工艺制作的各种复合工具成为生产工具的主流。,新石器时代（约一万年前）,出现了弓形钻这种简单、原始而且高效的加工机械。,弓形钻,石斧,新石器时代,制陶业发展，出现了专门的工具陶轮，它是人类早期使用的一种原始加工机械，也是迄今一切旋转切削机具的始祖。,木制陶轮底座,新石器时代,搬运重物的工具有滚子、撬棒和滑橇等省力机构。,古埃及建造金字塔,青铜时代（距今约6000年前）,距今约9500年前，人类开始使用铜（红铜）。,距今约6000年前，人类开始冶炼铜，出现青铜（铜锡合金），这就标志着人类开始进入到青铜时代。,铜刀甘肃省出土，是目前所见中国最早的青铜器,古代冶铜,青铜时代（距今约6000年前）,中国在约4000年前开始使用青铜。,司母戊方鼎,立鸟像,青铜时代,出现铸造和锻造的加工方法。,青铜器广泛应用。,掌握了研磨技术。,青铜时代,马车的发明和牛耕的出现标志着人类开始了牲畜动力使用。,公元前3500年，出现两轮和四轮的木质马车。,双辕马车图-长沙楚墓出土,开始出现用牛作为动力的原始木犁。,铁器时代（距今约3000年前）,距今约4000年前，人类开始使用自然陨铁制造工具。,铁刃铜钺【1977年北京市平谷县出土，约3300年以前的商代，经化验，这件铜钺的刃部为陨铁】,铁器时代（距今约3000年前）,约2700年前，人类开始人工冶铁。,济南出土的冶铁遗迹,古代冶铁示意图,铁器时代（距今约3000年前）,出现了冶铸用的鼓风机、滑轮、杠杆等简单机械。,冶铁示意图,铸造示意图,铁器时代（距今约3000年前）,出现“渗碳”法使熟铁变成钢；发明了淬火、回火等热处理工艺。,齿轮系及杠杆原理在机械上（主要是建筑机械）的应用此时已较普遍，马车和战车也有了改进。,铁器时代,利用活塞和气缸制成的压力泵和吸水泵，在此时期也有发展。最早出现的是用来灭火的菲罗压力泵，后来又有了从井中提水的吸水泵和压力泵，以及罗马人用于灭火的双筒柱塞泵。,虹吸管和活塞式唧筒等流体机械也得到初步的发展和应用。,铁器时代,在农业机械上，出现了靠水流推动方叶轮而转动来磨谷物的水磨、以及其它人力、畜力的磨。,铁器时代,为了灌溉，人们发明了众多的水利机械、提水轮、提水器等；为了酿酒，发明了杠式压机、螺旋压力机；,铁器时代（中世纪公元5世纪15世纪）,在欧洲，此时期被称为“黑暗的中世纪”，由于战争原因及宗教的压制，使得科技发展几乎停滞不前，此期间最为代表性的技术就只有钟表。,在钟表中使用了齿轮机构、棘轮机构等。机械式钟表创造的成功，不仅为现代文明所必需，也推动了精密零件的制造技术。,铁器时代（中世纪公元5世纪15世纪）,出现了手摇钻，曲柄连杆机构的原理已用于机械。加工机械方面出现了大轮盘的车床。,在流体机械方面，出现了下冲或上冲式水轮机(水磨)，以及风磨和风轮机。水平下冲式水轮机是由早期水磨改进而成的，到12、13世纪已用作采矿、粉碎、冶炼等作业的动力。,铁器时代（中世纪）,在唐代，已可用简单的车床进行切削、抛光，另外还出现了焊接、铆、镀、刻凿等加工工艺。为了满足冶炼的需要，出现了风箱，提高了冶炼的水平；同时，用煤冶炼也出现。,在中国，正是隋、唐、五代、十国时期。此阶段科技经历了前所未有的发展。在纺织、造船、矿冶、陶瓷、造纸等方面都达到了新的水平，特别是瓷器，在宋朝达到了高峰，工艺水平达到了最高水平。,三、近代机械发展（15世纪下半叶19世纪末）,欧洲在1416世纪的文艺复兴后，科学技术得到了空前的发展。近代在技术发展历史上是一个承前启后的过渡时期。特别是19世纪，它是近代科学史上最辉煌的时代，享有“科学世纪”的美称。而此时期，中国正处于明、清朝，特别是清朝，虽有“康熙胜世”“乾隆胜世”等等，但由于整个朝代对知识分子的镇压，使科学技术几乎没有发展，特别是闭关锁国政策，又使国外的先进技术无法传入中国，即使传入极少量的科学仪器，也只能成为皇宫里的玩物，这就造成了中国的落后和屈辱的历史。,三、近代机械发展（公元1500-1750年）,材料方面：机械仍主要由木材制造，但对于易损件已开始使用铜铁等金属材料；特别是用生铁代替木材制造机器、仪器和工具。,研制出了冶炼高炉，掌握了利用高炉，用煤冶炼钢铁的技术，从而使钢铁的产量增加，使用日益广泛；,高炉原理图,现代钢厂的高炉,三、近代机械发展（公元1500-1750年）,动力机械方面：出现大型风车和大型水车以提供动力；,三、近代机械发展（公元1500-1750年）,动力机械方面：,1698年，英国的萨弗里制造的矿井蒸汽水泵，被称为“矿工之友”，它开创了用蒸汽作功的先河。1705年，英国的纽科门发明大气式蒸汽机，它虽然很不完善，但却是第一台工作比较可靠的蒸汽机。,纽科门蒸汽机,三、近代机械发展（公元1500-1750年）,机械制造方面：16世纪出现分箱及型芯铸造技术；,制造出水力辗轧机械和几种机床，如齿轮切削机床、螺纹车床、小型脚踏砂轮磨床及研磨光学仪器镜片的抛光机等。水泵在此时期也有了发展。,在15世纪末16世纪初，由于硬币制造和铜碗等金属器皿制造的要求，出现了螺旋压力机和锻锤。锻锤重达300公斤，60120下/分钟；,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,在17501900年这一近代历史时期内，发生了引起世界巨大变革的工业革命。工业革命首先在英国掀起，后来逐步波及其他各国，前后延续了一个多世纪。工业革命是从出现机器和使用机器开始的。在工业革命中最主要的变革是：用生产能力大和产品质量高的大机器，取代了手工工具和简陋机械；用蒸汽机和内燃机等无生命动力，取代了人和牲畜的肌肉动力；用大型的集中的工厂生产系统，取代了分散的手工业作坊。,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,18世纪中叶，瓦特在前人科学研究和实验的基础上，对蒸汽机作了重大的改进，发明了新式蒸汽机，使热效率提高到3%以上。,动力机械方面：,在1782年研制出了有连杆、飞轮、离心调整器的双向蒸汽机，用蒸汽把直线运动转变成为连续而均匀的圆周运动，至此，蒸汽机才开始大量应用，这对在英国发生的工业革命起了关键性的和主导的作用。,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,由于蒸汽机的一些固有缺点（效率低只有58%、不安全仅18621879年，事故1万多起，死亡数万人、体积过于笨重、污染等），所以在1866年德国人奥托制造出了第一台能实际应用的煤气内燃机功率只有12匹马力，效率为4%,动力机械方面：,奥托,奥托发明的内燃机,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,1882年德国人戴姆勒制造出了汽油内燃机。,动力机械方面：,戴姆勒,戴姆勒发明的汽油内燃机,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,1769年法国炮兵居纽成功研制出了世界上第一辆以蒸汽机带动的车辆；1803年，英国特里维西克制成高压蒸汽汽车；19世纪下半叶，汽油机汽车出现。,交通运输：,1833伦敦蒸汽汽车,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,1807年，美国富尔顿第一次成功地把蒸汽机装在船上，创造出蒸汽轮船，时速约为8公里/小时；,交通运输：,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,英国特雷维辛克制成第一辆利用轨道的蒸汽机车。,交通运输：,1804年特雷维辛克发明的蒸汽机车,1814年出现了真正意义的蒸汽机车，它可牵引38节客车，运载450名乘客，时速24公里。,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,1774年，威尔金森发明了镗床，用水力，主要用于加工汽缸和活塞。这是第一台真正的机床加工机器的机器，它成功地用于加工汽缸体。,机械制造：,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,1794年，英国机械师莫兹利发明了滑动刀架，使刀具可以沿车床中心轴线平行滑动，从而使车床可以方便、迅速、准确加工直线、平面、圆柱、圆锥等几何形状的零件；1800年，莫兹利又发明了真正实用的螺纹车床精度可达1.6mm/2m；,机械制造：,莫兹利,莫兹利发明的车床,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,1810年，他终于研制成功了优秀的车床。（它采用全金属，刀架沿丝杠进给，可换齿轮分度盘，可机动进给这些已具有现代车床的基本结构，特别是用齿轮实现变速，这对所有机床的发展都起到了巨大的作用）,机械制造：,现代车床,三、近代机械发展（公元1750-1900年）,1851年，英国机械师布朗发明了游标卡尺，其精度可达0.025mm，开创了精密测量的先河。,机械制造：,四、现代机械发展（20世纪初至今）,进入20世纪以后，世界机械工程的发展远远超过了上个世纪。尤其是第二次世界大战以后，由于科学技术工作从个人活动走向社会化，科学技术的全面发展，特别是电子技术、核技术和航空航天技术与机械技术的结合，大大促进了机械工程的发展。,四、现代机械发展（20世纪初至今）,20世纪初，大部分动力机械如水轮机、汽轮机、柴油机、汽油机等，均已具备了现代产品的基本特征。以后的发展主要是提高效率，增大功率，改善运行控制条件，扩大应用范围。,20世纪初，内燃机普及到几乎所有的移动机械。电动机成为机床的动力，开始了电力取代蒸汽动力的时代。,能源动力：,现代机械发展（20世纪初至今）,随着材料的不断发展，各种先进的加工方法也得到了很大的改进和提高，如铸造、锻造、焊接、热处理等也相继出现一些较先进的工艺。球墨铸铁、精密铸造、精密锻造、等离子焊、氮化处理等相继出现。,机械制造：,四、现代机械发展（20世纪初至今）,20世纪4050年代之间，可生产高精度铸件的高压造型开始应用推广。1971年，日本创造了砂型负压造型法，提高了铸件精度，并且省砂、节能、污染少。,机械制造：铸造,各类精密铸造零件,现代机械发展（20世纪初至今）,随着产品的大型化、精密化、批量化生产的需求，加工机床也得到了相应的发展。大型化：到70年代，最大车床加工直径已达6米；最大立车的加工直径是26米；最大镗床镗杆直径355毫米；最大龙门铣加工宽度已超过7米；最大滚齿机加工直径为1.5米。,机械制造：机床,龙门刨床,可加工直径为5m的大型滚齿机,现代机械发展（20世纪初至今）,机械工业的自动化生产，是20世纪机械工程发展中的一顶突出成就。机械式自动化技术首先在武器、钟表、缝纫机自行车、汽车和拖拉机等大批量生产的行业中发展起来。如1926年，美国福特汽车公司建造了加工汽车底盘的第一条自动生产线。,机械制造：生产组织方式,现代机械发展（20世纪初至今）,1903年12月17日，美国的莱特兄弟制成世界上第一架真正的飞机并试飞成功。1954年9月30日，美国建成第一艘核动力船“鹦鹉螺”号核潜艇。,运输机械：,“鹦鹉螺”号核潜艇,莱特兄弟的飞行者一号,现代科技成就（一）,登上月球,美国“阿波罗11号”飞船发射升空,阿波罗登月计划,航天-,现代科技成就（二）,美国发现号航天飞机,勇气号火星探测器,航天,现代科技成就（三）,航行中核潜艇吉米,“小鹰”号航母,航海,现代科技成就（四）,波音787客机,法国阵风战斗机,航空,现代科技成就（五）,汽车,现代科技成就（六）,工业机器人,仿人形机器人,机器人,会跳舞的机器人,现代科技成就（七）,机械加工,数控车床,现代机加车间,卧式加工中心,结束语,机械技术因人而产生，也必将伴随着人类历史的发展而进步，同时也最终会影响到人类的生活。,司母戊方鼎,商