机械原理发展史

(1)机械原理简介

机器与机构学(theory of)是研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、力、质量和运动的一门学科。人们一般把机构和机器称为机器。机构是由两个以上的部件组成的组件，这些部件可移动地连接在一起以实现特定的运动。机器是由一个或多个机构组成的，用来做有用功或完成机械能和其他形式的能量之间的转换。这门学科的主要组成部分是机构学和机械动力学。

不同的机器通常由有限数量的常用机构组成。

因此，内燃机、压缩机和冲床等主要机构都是曲柄滑块机构。这些机构的运动不同于一般力学的运动，只与其几何约束有关，而与其受力、构件质量和时间无关。1875年，德国的F. Leroy把* * *的上述问题从一般力学中分离出来，编成了《理论运动学》一书，创立了机构学的基础。书中提出的许多概念、观点和研究方法沿用至今。1841年，英国的R. Willis出版了《机构学原理》。19世纪中叶以来，机械动力学逐渐形成。20世纪出现了机构学和机械动力学的结合。

研究的机械原理。1934年，中国的刘仙洲写的《机械原理》一书出版了。1969年，国际机构与机器原理协会(IFTOMM)在波兰成立。

机构学的研究对象是机器中各种常用的机构，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构、间歇运动机构(如棘轮机构、滑轮机构等。)和组合机制。其研究内容是机构结构的组成原理和运动确定性，以及机构的运动分析和综合。机构学仅从几何角度研究机构的运动，不考虑力对运动的影响。1.机器和机构

机器是具有确定的机械运动的人造物体的组合，可以用来转换能量，完成有用功或处理信息，以代替和减少人类的劳动。机构是具有确定机械运动的人造物体的组合，可以用来传递和变换运动。机器和机构的关系如下:1)机器和机构都是人造物体的组合，都有确定的机械运动；2)机器是由机构组成的。简单的机器可能只有一个机构，但一般会有多个机构。比如空气压缩机只包含一个连杆机构，而内燃机包含连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等等。机器和机构的区别在于，单个机构不具有转换能量或完成有用功的功能，只能传递和改变运动和动力；机器可以做有用的工作，转换能量或处理信息。机械是机器和机构的总称。2.部件和零件

部件是构成机构并具有确定运动的单元，零件是指不能再次拆卸的最小制造单元。一个组件可以由一个零件或几个不同的零件组成，但这些零件之间没有相对运动。他们

整体锻炼。部件和零件的区别在于，部件是运动单元，零件是加工制造单元。因为机构构件之间的相对运动与构件的形状和数量、构件的形状及其截面的形状和尺寸无关；因此，在《机械原理》课程中，机构的分析综合和机械系统运动方案的设计都是以构件为最小单位进行研究的，构件用简单的线条和规定的符号表示。清楚了这一点，学生在以后学习机构运动图的绘制内容时就不会感到困惑了。3.运动链和机构

应特别强调运动链的概念及其与机构学的关系。运动链是由运动副连接的几个部件组成的部件系统。如果一个运动链中的每个构件至少包含两个运动副元素，其中每个构件形成一个闭头和一个闭端的系统称为闭链；否则称为开链。在一个运动链中，如果将一个构件固定为一个框架，给定另一个构件或几个构件的运动规律，运动链中其余构件的运动就相应确定，这个运动链就成了一个机构。所有机构都有明确的运动。这一点在目前大部分机械原理教材中并没有明确说明机械动力学的研究对象是机器或机器的组合。研究内容是确定机器在已知力作用下的真实运动规律及其调整、摩擦力与机械效率的平衡、惯性力等问题。按照传统的力学原理研究方法，一般不考虑构件接触面之间的间隙、构件的弹性或温差变形以及制造和装配引起的误差。这对于低速机器通常是可行的。然而，随着机械向高速、高精度方向发展，有必要研究上述因素引起的运动变化。因此，从20世纪40年代开始，机构精度的问题就被提了出来。由于空间技术、机械手和工业机器人的迅速发展，机构精度问题越来越受到人们的重视，已经成为机械原理中不可缺少的一部分。

(2)机械的所有阶段

1.原始机械

在古代，人类创造并使用了杠杆、滑轮、斜面、螺丝等原始的单机。在埃及建造金字塔的过程中，滚动的圆木被用来搬运巨石。阿基米德用螺旋将水提升到高处，这就是今天螺旋输送机的始祖。中华民族有着悠久的文明史，在机械方面有很多发明，在一些特种机械的设计和应用上也有自己的特色。如指南针、水排、地震仪等。，都有独特的功能。指南针是中国古代的文化瑰宝之一，是古代科技成果的杰出代表。南导车巧妙地运用了齿轮传动机构。无论汽车朝哪个方向行驶，放在车上的木头人的手臂总是指向南方。这项发明充分体现了古人的伟大智慧，是中国人的骄傲。原始机械只有人力、畜力和水力驱动。它的作用是减少人类的体力劳动，是制约机械发展的动力。2.传统机械

18世纪，瓦特发明了蒸汽机，拉开了工业革命的大幕。蒸汽机给人类带来了巨大的动力，纺织机、车床等各种动力驱动的机械如雨后春笋般出现。19世纪内燃机和电动机的发明是又一次技术革命。在大多数情况下，电代替了蒸汽，在机床和纺织机上安装了独立的电机。内燃机的发明使汽车和飞机的出现成为可能。与原始机械相比，传统机械有自己的“心脏”——动力驱动，其作用不仅仅是减少人类的体力劳动，更重要的是替代人类的体力劳动。

3.现代机械

20世纪下半叶，计算机的发明是科学发展史上划时代的事件。随着计算机的出现，机器人作为现代机械的典型代表，越来越广泛地应用于工业生产中，承担着许多人无法完成的任务。电子技术和计算机技术与机械的结合使机械越来越自动化和智能化，机器甚至可以在没有人操作的情况下正常运转。现代机械正朝着主动控制、信息化、智能化的方向发展，这将极大地改善人类的生产和生活。与传统机械相比，现代机械有自己的“大脑”——控制系统，其功能不仅可以代替人类的体力劳动，还可以代替人类的脑力劳动。[1]

生产的发展促进了机械原理学科的发展。学科的发展反过来为生产的发展提供有利条件，促进生产的发展。随着科学技术的发展，为了更好地满足生产的实际需要和机械自动化的要求，需要不断创新一些新的机构，于是以机构创新为主要内容的机构学迅速发展起来。如多杆多自由度平面连杆机构、空间机构、各种组合机构(包括各种含柔性构件的组合机构)、机、电、液一体化的机构等都在研究中，有的已经应用。与此同时，机器人、机械手等仿生机械发展迅速，包括在高温、高压、毒性、放射性等特殊条件下工作的机器人和机械手。例如，航天器上用于回收卫星的机械臂；在核电站安装设备的机器人；在深海海底工作的机器人等。此外，微型技术的发展也创造了一些微型机械。例如，可以在人体腹腔内进行手术的手术刀，甚至可以在人体血管内爬行的微型机器人都已被使用。

为了分析和设计这些新机器，机械原理学科近年来也发展了许多新的理论和方法，引进了一些不同的数学和机械工具，特别是计算机的普及和应用，为机械原理学科的发展提供了极其有利的条件。计算机辅助分析、计算机辅助设计和优化设计(包括多目标优化设计)都得到了迅速发展并趋于成熟。

由于机械向高速、高精度、高负荷、高效率方向发展，给机械原理学科提出了一些新的课题，开辟了一些新的研究领域。比如对于高速重载的机械，不仅要研究其运动性能，还要研究其动力性能。有时需要考虑机械中的弹性变形、质量分布、连接间隙和摩擦对机械工作的影响，考虑机械的振动、冲击和平衡。

(3)未来前景

近年来，机械原理的发展非常迅速。无论是基本原理还是研究方法都取得了长足的进步。在机构的类型上也有一些新的创造，有些突破了传统机构的范围，进入了所谓的“广义机构”领域，创造出了具有气、液、光、电等环节的机构。目前有由三种基本机构组成的组合机构，也有包括柔性构件的组合机构。在空间组合机构的研究方面已经做了大量的工作。此外，还研究了一些具有特殊运动和动力性能的组合机构。随着机械向高速重载方向发展，机械动力学的研究得到了迅速发展。由于电子计算机的广泛应用，机构的计算机辅助分析和计算机辅助设计得到了迅速发展。从机械原理学科的发展可以看出，生产发展的需要是该学科发展的主要动力。学科的发展反过来促进了生产的发展，提高了生产水平。可以预计，随着生产对技术现代化要求的不断提高，机械原理学科将继续快速发展。[2]