关于人类使用机器的信息
机械始于工具,工具是简单的机器。
人类制造的第一批工具是石刀、斧子和锤子。
现代各种复杂精密的机械都是从古代简单的工具逐渐发展起来的。
在古代,由于交通不便,文化交流不多,东亚南亚西亚欧洲等世界上几个基本独立的文化区域的机械发展各不相同。
比如中国古代机械起源早,发展快。在13和14世纪处于世界前列。它独立发展,很少与其他地区接触。
在公元前3000年(史前时期)之前,人们已经广泛使用石头和骨头制成的工具。
搬运重物的工具包括滚轴、撬棍和滑轨,如古埃及建造金字塔时使用的工具。
公元前3500年后不久,古巴巴比伦的苏美尔就有了轮式汽车,这种汽车是在滑轨下安装轮子制成的。
历史早期的重要工具是用于制陶的弓钻和转盘。
弓钻由燧石钻头、钻杆、套筒和弓弦组成。
来回拉动船头,就可以旋转钻杆进行钻孔、扩孔和点火。
弓钻后来发展成弓车床,成为更有效的工具。
在埃及第三至第六王朝早期(约公元前2686 ~ 265438+公元前081),农业上使用的是原始的木犁和牛拉的金属镰刀。
锻造常用于制造铜制工具。
大约在公元前2500年,欧洲和亚洲开始使用两轮和四轮木制马车。
公元前1500年左右的古埃及墓葬中发现了双轮战车。
叙利亚在公元前1200年制造了碾磨小米的手摇磨。
在建造和装载材料的过程中,已经使用了杠杆、绳辊和水平槽等简单的工具。
滑轮最早出现在公元前16世纪,亚述人在城堡里用它作为射箭的工具.
绞盘最初用于从矿井中提取矿石,从井里提取水。
这时,埃及的水钟、虹吸管、鼓风箱和活塞泵等流体机械也已得到初步开发和应用。
公元前600年至公元400年的古希腊和罗马被称为古典文化时期。
在此期间,古希腊诞生了一些著名的哲学家和科学家,他们为古代机械的发展做出了杰出的贡献。
比如学者Hiro关于五种简单机器(杠杆、楔子、滑轮、轮轴、螺纹)推动重物的理论,在今天仍然有意义。
在此期间,木工工具有了很大的改进。除了木工常用的斧、弓锯、弓钻、铲、凿等成套工具外,还开发了球形钻、能拔钉子的羊角锤、伐木用的双锯等。
长轴车床和自行车床也广泛用于制造家具和轮辐。
自行车床一直使用到中世纪,为现代车床的发展奠定了基础。
硬币冲压也是这一时期金属加工的一大成就,是现代批量生产技术的萌芽。
但是随着罗马帝国的灭亡,这项技术失传了几百年。
公元前一世纪左右,古希腊人在手磨的基础上制作了石轮磨。
这是一个机械和机械的进步。
大约在同一时期,古罗马还发展了驴拉磨和类似的石轮磨。
欧洲最早的轮系应用是安装在用来记录战车行驶里程的里程表上。
杠杆原理在机械中的应用,此时已较为普遍,如滑轮、复合滑轮等,用于建筑物内起吊重物。
马车和战车也得到了改进。
这一时期流体机械和动力机械的发展表现为:首先,桔皮水提升工具和斗式水车的应用范围扩大;新的流体机械,如转轮和诺斯沃特磨坊,已经被创造出来。前者是用旋转的螺杆把水从低处提升到高处,主要用于罗马的供水,后者是用水流推动方形叶轮来研磨谷物并旋转,功率不到半马力。
功率更高的水磨是维克多·鲁比亚。水轮由向下的水流驱动。通过适当选择齿轮的齿数,可以调节水磨的转速。它的功率大约是三马力,然后增加到五十马力,成为当时最强大的原动机。
由活塞和气缸组成的压力泵和抽吸泵也在这一时期得到发展。
菲洛压力泵最早用于灭火,后来出现了从井里抽水的抽吸泵和压力泵,还有罗马人用来灭火的双筒活塞泵。
此时的热机主要是作为希腊学者和哲学家的玩物出现的。
公元一世纪,弘的旋转球(也叫风神轮)就是一个例子。
旋转球下部的蒸笼装有水,一个空心球通过支管与之相连。
球上有两个方向相反的切向喷嘴。
当火在锅下燃烧,球内的水沸腾变成蒸汽时,如果产生的喷射反作用力推力足够大,就会推动球不断旋转。
作为第一个将蒸汽压力转化为机械动力的装置,旋转球闻名于世,它可能是第一个应用喷射反应原理的装置。
公元400年到1500年这段时期属于中世纪,1000年之前的时期是中世纪早期,1000年到1500年是晚期,接下来的250年是工业革命附近的时期。
中世纪前期持续了约600年,由于古希腊罗马古典文化的萧条,机械技术的发展陷入了长时间的停滞。
后来随着农业和手工业的发展,意大利、法国、英国等国纷纷创办大学,发展自然科学和人文科学,培养人才。同时吸收了当时中国、* *和* *帝国的先进科学技术,机械技术开始恢复和发展。
首先,西欧从煤中冶炼出生铁,并制成大型铸件。
随着水轮机的发展,已经有足够的动力驱动皮革制成的大型风箱以获得更高的熔化温度,铸造大炮和钟表的作坊也逐渐增多,铸件的重量也逐渐增加。
在农业方面,在罗马时代,一种带有弯曲凹形犁板的犁被用来代替锋利的对开犁。
手钻也在这一时期出现,其结构表明曲柄连杆机构原理已用于机械。
加工机械中有一种大轮盘车床。
12世纪和13世纪下半叶,先后出现了带绳索擒纵机构的原始钟表和平衡钟。
摆轮钟是第一个实用的机械钟,配有时针和秒针,表明时钟齿轮系统进一步发展,并在15世纪广泛应用于欧洲家庭。
手表是公元1500年以前制造的。
重要的改进是用螺旋弹簧代替重物来发电,此外还增加了棘轮机构。
机械钟表的成功不仅是现代文明的必需,也促进了精密零件的制造技术。
机械钟和手表后来被全面改进,比如单摆钟取代了原来的摆钟。
1676年,英国为格林威治天文台制造了两种摆长不同的精密钟。
这一时期的怀表采用了双金属片,解决了摆轮的温度补偿问题。
在流体机械方面,有下冲式或上冲式水轮机(水磨),也有风车和涡轮机。
水平下吸式水轮机由早期的水磨改进而来,在12和13世纪已被用作采矿、破碎和冶炼的动力。
经过改进,这种涡轮机在14世纪发展成为大型上升气流涡轮机,用于提升矿石。
这一时期,西欧在水力利用方面取得了很大的进步,水轮机车间的数量迅速增加。
从1500到1750,机械技术发展非常迅速。
材料方面的进步主要表现在用钢,特别是生铁代替木材来制造机器、仪器和工具。
同时,为了解决采矿中的运输问题,英国在1770左右发展了马拉轨道车。
最早用的是木栏杆,后来被栏杆代替了。
在这一时期,机床也取得了许多成就,如制造液压滚压机械和几种机床,如齿轮切割机、螺纹车床、小踏板砂轮磨床和用于磨削光学仪器透镜的抛光机。
水泵也在这一时期发展起来,主要用于解决当时矿井排水和城市供水的问题,包括矿井排水泵、正转泵(1588)、离心泵(1689)。
这时,意大利发明了液压空气压缩机(俗称水风箱),可以作为炼钢的鼓风机,代替老式的皮老虎。
1759再次出现大型鼓风机。
风力驱动的机械,如风车,已被广泛使用,其数量也有所增加。仅在英国就有数千个,用于研磨、抽水和锯木头。
动力机械方面,1698年,英国萨弗里制造的矿用蒸汽泵被称为“矿工之友”,开创了利用蒸汽做功的先河。
1705年,英国的纽科门发明了大气蒸汽机。虽然并不完美,但它是第一台工作相对可靠的蒸汽机,主要用于提水,功率为六马力。这种蒸汽机在1750之前在欧洲普及,后来传到了美国。
在此期间,工程科学在欧洲诞生。
许多科学家,如牛顿、伽利略、莱布尼茨、波义耳、胡克等,为这门新科学奠定了各种理论基础。
为了鼓励发明,意大利和英国分别在1474和1561建立了专利机构。
17世纪60年代,成立了科学协会,如皇家学会。
英国在1665年开始发表科学报告文献,法国大约在同一时间成立了法国科学院。
俄罗斯和德国也分别在1725和1770建立了俄罗斯科学院和柏林科学院。
这些学术机构突破了当时教会的束缚,自由讨论,交流学术观点和实验结果,从而极大地促进了科学技术和机械工程的发展。