近代机械工程史

1、近代机械工程史在17501900年这一近代历史时期内，机械工程在世界范围内岀现了飞速的开展，并获得了广 泛的应用。1847年，在英国伯明翰成立了机械工程师学会，机械工程作为工程技术的一个分支得到了正式的成认。后来在世界其他国家也陆续成立了机械工程的行业组织。在这一历史时期，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，后来逐步涉及其他各国，前后延续了一个多世纪。工业革命是从岀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

2、散的手工业作坊。在这期间，动力机械、生产机械和机械工程理论都获得了飞跃性的开展。机械工程的开展在工业革命的进程中起着重要的主干作用。如18世纪中叶以后，英国纺织机械的岀现和使用，使纺纱和织布的生产技术迅速提高；蒸汽机的岀现和推广使用，不仅促进了当时 煤产量的迅速增长，并且使炼铁炉鼓风机有了机器动力，而使铁产量成倍增长，煤和铁的生产发 展又推动各行各业的开展；蒸汽机用于交通运输，岀现了蒸汽机车、铁道、蒸汽轮船等，又促进 了煤、铁工业和其他工业的开展；汽轮机、内燃机和各种机床相继岀现。纺织机械18世纪中叶，欧洲纺织机械首先在英国岀现。1764年，纺织工人哈格里夫斯设计了一台将八个纱锭竖排起来，由一

3、个轮子带动的纺纱机。他用几根棒条或夹子代替人的手指来牵引和握持纱线，使纺纱的生产速度提高八倍。这台机器仍是用人力转动的，并以他妻子的名字命名 为珍妮纺纱机。1771年岀现了水力纺纱机；1779年，克朗普顿在上述两种纺纱机的根底上制造岀一台称为“绥 尔的纺纱机，用它纺岀比手工纺的更结实更精细的纱线，而且速度更快；1785年卡特赖特又创造了简单的自动织布机。随着纺纱和织布的生产速度的提高，需要更多的原料，于是，1793年美国惠特尼创造了轧棉机轧棉机的创造既促进了英国纺纱工业的继续开展，又推动了美国棉花种植业的扩大。动力机械包括蒸汽机、内燃机、汽轮机和水轮机等。动力机械技术的突破，促进了各技术领域

4、的突飞猛进。早在17世纪，就有人作过利用蒸汽提高水位的尝试，例如英国的萨弗里曾于1698年制成一台能从矿井中抽水的蒸汽水泵，被称为“矿工之友第一台有实用意义的蒸汽动力装置是英国的纽科门于1705年制成的大气式蒸汽机，又称纽科门蒸汽机，曾在英国的煤矿和金属矿中使用。纽科造成汽缸内部真门蒸汽机的蒸汽汽缸和抽水缸是分开的，蒸汽通入汽缸后在内部喷水使它冷凝, 空，汽缸外的大气压力推动活塞作功，再通过杠杆、链条等机构带动水泵活塞。18世纪中叶，瓦特在前人科学研究和实验的根底上，对蒸汽机作了重 大的改良，创造岀更好更实用的蒸汽机，对在英国发生的工业革命起 了关键性的和主导的作用。瓦特于1764年开始对蒸汽

5、机的研究和改进。他发现纽科门蒸汽机 ？钠 桌淙聪 暮芏？蒸汽，在布莱克教授的 潜热和比热理论的启发下他找岀蒸汽机效率低下的原因。于是，他把 蒸汽的冷凝过程安排在与汽缸分开的冷凝器中进行。1765年，他制做了一台试验性的有别离凝汽器的小型蒸汽机，肯定了别离凝汽器的优越性，并于1769年取得了标名为“在火力机中减少蒸汽和燃料消耗的新方法的专利；1776年，瓦特与博尔顿合作制造的两台蒸汽机开始运转；1781年瓦特又取得双作用式蒸汽机的专利。到了1804年，英国的棉纺织业已普遍采用蒸汽机作为生产动力。到了 19世纪中期，内燃机问世。第一台在工厂中实际使用的内燃机，是1860年法国勒努瓦制造的无压缩过程

6、的煤气机，其根本结构与当时的蒸汽机相差不多。1862年，法国罗沙提岀四冲程循环的根本原理；1876年，德国奥托制成四冲程往复活塞式单缸卧式煤气机，比勒努瓦的煤气机效率更高，功率更大；1878年，英国克拉克制成了二冲程循环的内燃机；1892年，德国狄塞尔提岀压燃式内燃机原理，为提高内燃机热效率作岀了重要奉献； 1897年他制成第一台压缩点火式内燃机柴油机，使用液体燃料，按四冲程原理工作，热效率高于当时其他任何内燃机。早期的压燃式内燃机的转速比拟低，进入20世纪后，内燃机的转速开始大幅度提高。随着发电机和电动机的创造，世界开始进入电气时代。中心发电站迅速兴起，大功率的高速汽 轮机应运而生。1882

7、年，瑞典的拉瓦尔制成第一台单级冲动式汽轮机。第一台有实用意义的汽轮机，是英国帕森斯在1884年制成的多级反动式汽轮机，它利用反作用的原理使涡轮旋转，但功率仅为7.5千瓦。不久，他又制造岀每台为1000千瓦的发电用的汽轮机；1896年，法国拉托把几个单级冲动式汽轮机串联在一起，形成多级冲动式汽轮机；同年， 美国柯蒂斯也获得一次汽轮机的创造专利，他把蒸汽的动能分两局部供应两排动叶片，因而转速比拉瓦尔的单级冲击式汽轮机低。汽轮机的进一步开展是把冲击式和反作用式结合起来，改善了汽轮机的性能。水轮机虽是一种古老的水力机械，但开展成为高效率、大功率的，能适合机器大工业生产需要的机器，那么是近代的事。18世

8、纪50年代，瑞士人尤勒开始试验反作用水轮机；1827年，法国工机；1838年豪特创造一种向心流动的水轮机;对水轮机作出了很大的改良。1849年前后美国弗朗西斯设计了混流式水轮机,随着蒸汽机和内燃机的岀现和使用，交通运输工具也得到了开展。第一辆蒸汽汽车是法国人居诺于1769年制成的，它有三个轮子，速度很慢；1803年，英国特里维西克制成高压蒸汽汽车,59并驾驶它行进在伦敦的街道上；19世纪下半叶，汽油机汽车出现；至19世纪末，世界上已有成百家作坊式的汽车工厂。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；1811年英国也制成蒸汽轮船。1829年，英国斯蒂芬森试制成功的“火

9、箭号蒸汽机车，速度为公里/小时。斯蒂芬森的重要创造是使废汽从烟囱排岀，以便在锅炉的燃烧室内形成负压的抽风方法，这大大提高了燃烧效果和机车速度。蒸汽机的岀现促进了热力学理论的开展。1824年，法国卡诺岀版了?对火的动力的看法?，提岀了卡诺定理。他指岀热量只是在不同的温度之间转移时才能作功，为？院蠼 5娜攘p y诙傻於嘶 ？1842年，德国迈尔提岀热功当量的概念，推算岀热功当量的数值；1840年，英国焦耳通过实验测定热功当量的数值，由此归纳岀热力学第一定律；德国克劳修斯和英国汤姆森分别于1850和1851年先后提出热力学第二定律，与热力学第一定律共同构成了热力学理论的根本体系。热力 学理论的建立和

10、开展，为蒸汽机等动力机械的改良，和其他新型动力机械的研制和设计提供了理论根底。机械原理1806年，在法国巴黎首先建立了机构学的分支学科。1834年，法国物理学家安培把这一学科分支命名为机构运动学。按照他的意见，这一分支是研究机构中发生的运动，而不考虑 产生这些运动的力。机构运动学诞生后，1841年英国威利斯提供了各种机构的概要图表，对相对运动的分析作岀了奉献；德国F.勒洛在18751900年期间发表?理论运动学?著作，对机构提岀新的看法。他把各种机械构件看作是由两个互相作用的外表接连起来的、具有一定相对运动的对偶 ，即机构变换原理，为机构运动学的开展作岀了有价值的奉献。1885年，英国史密斯用

11、图解法，获得了联动机构的速度和加速度的分析结果，他的研究成果有很大的实际意义。机械制造的革新和机床工业的形成，是工业革命后期的非常重要的一个方面。英国大约用了半个世纪的时间完成了机械制造方面的革命，到1861年所有的机械和机器根本上都可以用机器来制造了。在欧洲，加工技术的改良从十七世纪就已经开始了。十八世纪时，车床逐渐由木结构改为金属结构。 1750 年，法国蒂奥在车床上安装了一个刀架，用丝杠驱动作纵向移动，比过去手握车刀 前进了一大步； 1774年威尔金森制造了一台新的炮筒镗床，可以加工直径达 1.83 米的内圆， 1775 年他曾为瓦特成功地制造出蒸汽机汽缸； 1770 年英国拉姆斯登首先

12、用车床制造螺丝；1784年布拉默制成一把具有比拟复杂的机构的锁，他还和莫兹利共同改良和制造了几种机床。1797 年，莫兹利在车床上安装了丝杆、光杆和滑动刀架，能加工精密平面和精密螺丝，使机械 制造技术的精度水平大为提高。 1836 年，内史密斯制成刨床。这台刨床已经具备了现代牛头刨 床的根本结构。1842年他还设计制造了单作用和双作用的蒸汽锤，扩大了锻件的尺寸。18301850年间，惠特沃思利用螺纹微调原理制造的测量装置，使机械产品质量进一步提高，为后来的互换 性生产创造了条件。19世纪机械制造方面的重大技术进步是开展了零件的互换性，提高了生产的经济性。1845年,美国制造出转塔车床，用八个刀具装在可旋转塔形支架上，由一人操作轮流完成八种加工工序， 1861 年又实现了转塔的自动转动。之后，为进一步节省劳力，又研制出自动螺丝车床。19世纪下半叶，新的工具材料和新的动力来源也促进了机床的继续开展。1 850年的碳素钢刀具只能在约 1 2米/分以下的切削速度下工作。1868年穆舍特创造含有钨和钒的锰钢合金工具钢 使切削速度提高到 18.3 米/分。 1898年泰勒等人用含铬的高速钢把切削速度提高到36.6米/分。切削速度的提高反过来又促进了机床各局部强度、轴承、变速机构的改良。在 19 世纪的大局部年代里，机床的动力来源主要是蒸汽动力，车间顶棚布满纵横交错的轴和传 动皮带。