机械工程及其自动化简史
石器时代人类制造和使用的各种石斧、锤子和简单工具,是后来机械的先驱。
几千年前,人类创造了用于去壳和碾碎谷物的研钵和磨坊,用于提水的橙子和风车,有轮子的汽车,在河流中航行的船只,桨,桨和舵。使用的动力从人力发展到畜力、风力、水力。使用的材料从天然的石头、木头、泥土、皮革发展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制作陶器器皿的陶车是一个完整的机器,由动力、传动和工作三部分组成。鼓风机在人类社会的发展中发挥了重要的作用。强大的鼓风机使冶金炉达到足够高的温度,以便从矿石中提取金属。西周时期,中国就有了冶炼铸造用的鼓风机。15 ~ 16世纪以前,机械工程发展缓慢。17世纪以后,资本主义商品经济在英国、法国等国家迅速发展,许多人致力于改进各种工业所需的工作机械,发展出一种新的动力机器——蒸汽机。18世纪后期,蒸汽机的应用从采矿扩展到纺织、面粉、冶金等行业。制造机器的主要材料逐渐从木材变成了金属。机械制造业开始形成规模,并逐渐成为一个重要的产业。机械工程已经从一种主要依靠工匠个人才能和技能的分散技能发展成为一种理论化、系统化、独立的工程技术。机械工程是促成18 ~ 19世纪工业革命和资本主义机械大规模生产的主要技术因素。
动力机械的发展
17世纪后期,随着机械的改进和对煤炭、金属矿石需求的增加,仅仅依靠人力和畜力已经不能满足提高产量的要求,于是在18世纪初,出现了T. newcomen的大气蒸汽机来驱动矿井排水泵。1765年,J. Watt发明了带独立冷凝器的蒸汽机,降低了燃料消耗率。1781年,瓦特发明了蒸汽机提供旋转动力,扩大了蒸汽机的应用范围。蒸汽机的发明和发展促进了采矿和工业生产、铁路和搬运机械的动力。几乎成了19世纪唯一的动力源。但是蒸汽机及其锅炉、冷凝器和冷却水系统体积庞大,使用不便。19年底,供电系统和电机开始开发普及。20世纪初,电动机在工业生产中已经取代蒸汽机,成为驱动各种工作机器的基本动力。在发电站的早期,蒸汽机被用作原动机;20世纪初,高效率、高转速、大功率的汽轮机出现了,适应各种水力资源的大小功率汽轮机也出现了。19世纪后期发明的内燃机,经过逐年改进,已经成为重量轻、体积小、效率高、操作方便、随时可以启动的原动机。内燃机首先用于在没有动力供应的情况下驱动陆地作业机械,然后用于汽车、移动机械(如拖拉机、挖掘机等。)和轮船,并于20世纪中期开始用于铁路机车。内燃机以及后来发明的燃气轮机和喷气发动机也是飞机和航天器研制成功的基本技术因素之一。加工技术的发展
工业革命前,机械多为木匠制作的木结构,金属(主要是钢和铁)仅用于制作仪器、钟表、锁、泵和木结构的小零件。金属加工主要依靠机械师的细致工作来达到要求的精度。随着蒸汽机的广泛使用以及随后矿山、冶金、船舶、机车等大型机械的发展,越来越多的金属零件需要成型和切割,使用的金属材料也从铜、铁发展到了钢。机械加工(包括铸造、锻造、焊接、热处理等技术和设备,以及切削技术和机床、工具、量具等。)发展迅速,从而保证了发展生产所需的各种机械设备的供应。同时,随着生产批量的增加和精密加工技术的发展,大量的生产方式(零件互换性、专业分工协作、流水线和流水线等。)都升职了。
机械工程基础理论的发展
18世纪以前,机械师制造机械完全靠个人经验、直觉和手艺,与科学关系不大。直到18 ~ 19世纪,围绕机械工程的基础理论才逐渐形成。动力机械最早与科学相结合,如蒸汽机的发明者T. savery的理论,D. Papan和J. Black,物理学家S. Cano,W . j . m . m . Rankin和Kelvin在蒸汽机实践的基础上建立了一门新的学科——热力学。19世纪初,机械中的机构结构、运动等机构学首次被列为高等工程学院(巴黎理工学院)的一门课程。从19世纪下半叶开始,在设计和计算中就考虑了材料的疲劳。随后,断裂力学、实验应力分析、有限元法、数理统计、计算机等被用于设计和计算。