機(jī)械工程與文化

序機(jī)械的發(fā)明和使用是人類區(qū)別于其他動物的主要標(biāo)志，從人類用機(jī)械代替簡單工具開始，便使得手和足的“延長”在更大程度上得到發(fā)展。機(jī)械的飛速發(fā)展，更推動人類達(dá)到前所未有的境地，可以說，世界機(jī)械的發(fā)展史就是人類超越自我、探索未知領(lǐng)域的發(fā)展史。機(jī)械的發(fā)展與人類的生育繁衍一樣，既要繼承父母的基因，又要具備適者生存的演變。大膽創(chuàng)新和實(shí)踐就是機(jī)械發(fā)展的新鮮血液，它使機(jī)械形成了獨(dú)有的特點(diǎn)和競爭優(yōu)勢。當(dāng)某一天中國制造的機(jī)械產(chǎn)品在保持價(jià)格優(yōu)勢同時(shí)還具備技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢，我們就能夠?qū)崿F(xiàn)由機(jī)械大國向強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。而完成這一使命的任務(wù)，就落在了新一代立志于中國機(jī)械行業(yè)崛起的技術(shù)人員身上，中國機(jī)械行業(yè)新的輝煌將在你們手中鑄成。本章以機(jī)械與人類社會生產(chǎn)、社會發(fā)展的文化關(guān)系為線，講述了不同時(shí)期，不同機(jī)械的產(chǎn)生對人類的影響，以及常用機(jī)械內(nèi)在的專業(yè)文化精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對機(jī)械有一個(gè)總體性的了解。第二章機(jī)械工程與文化第一節(jié)社會生產(chǎn)與機(jī)械人類成為“現(xiàn)代人”的標(biāo)志就是制造工具。石器時(shí)代的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡單、粗糙工具是機(jī)械產(chǎn)生的先驅(qū)。從制造簡單工具演變到制造由多個(gè)零件、部件組成的現(xiàn)代機(jī)械，經(jīng)歷了漫長的過程。人類為與生俱來的寒熱而衣、渴飲饑餐的生存所需，以及不斷改善、提高的需求，促使了工具制造的不斷精細(xì)、不斷創(chuàng)新。于是人類在通向文明的漫長的征途中，手工工具發(fā)展為簡單機(jī)械，簡單機(jī)械發(fā)展為機(jī)械設(shè)備，原始實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)發(fā)展為科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)技術(shù)以及創(chuàng)新，個(gè)體手工作坊發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)。人類歷史經(jīng)歷了石器時(shí)代，銅、鐵器時(shí)代，工業(yè)革命經(jīng)歷了采集和狩獵經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。每一個(gè)時(shí)代都有工具和生活用品的獨(dú)特的制造技術(shù)和工藝水平。而新的、更高的制造技術(shù)的出現(xiàn)和制造業(yè)的發(fā)展，又可以開創(chuàng)一個(gè)新的時(shí)代，促進(jìn)新的社會結(jié)構(gòu)的形成。19世紀(jì)末，蒸汽機(jī)制造技術(shù)獲得突破性進(jìn)展，由此引發(fā)了工業(yè)革命，導(dǎo)致了現(xiàn)代工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，以及現(xiàn)代社會和現(xiàn)代文明的建立。進(jìn)入20世紀(jì)下半葉，微電子技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)和迅速普及，使人類的生產(chǎn)活動、技術(shù)開發(fā)和社會生活進(jìn)入信息化和智能化時(shí)代，極大地減輕體力勞動，延伸和增強(qiáng)了腦功能，提高了社會勞動生產(chǎn)效率。在今天，現(xiàn)代制造業(yè)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的基石，是現(xiàn)代社會和文明的動力。一、推動人類歷史進(jìn)程的五次大變革在人類歷史的長河中，發(fā)生了幾次決定人類命運(yùn)的大革命。第一次革命發(fā)生在大約200萬年前，由于自然條件的突然變化，生活在樹上的類人猿被迫到陸地上覓食，為了和各種野獸抗?fàn)?，他們學(xué)會了用天然的木棍和石塊——天然的工具保衛(wèi)自己，并用來獵取食物。學(xué)會使用了最簡單的機(jī)械——石斧、石刀之類的天然工具，勞動造就了人。第二次革命發(fā)生在大約50萬年前，古猿學(xué)會了制造和使用簡單的木制和石制工具，從事勞動，繼而發(fā)現(xiàn)了火，并學(xué)會了鉆木取火。烘熟的食物不僅讓古猿感到好吃，且熟食利于吸收，也為提高他們的體力和腦力創(chuàng)造了條件，進(jìn)而使古猿人的生活質(zhì)量有了改善和提高，而且延長了人類的壽命。使用工具，攜帶食物，需要他們的前肢從支撐行走中解脫出來，于是他們從地上站立起來，開啟了從古猿到古人類的新紀(jì)元。第三次革命發(fā)生在大約15000年前，古人類學(xué)會了制作和使用簡單的機(jī)械，開始了農(nóng)耕與畜牧。此后，大約5000年前，古人類進(jìn)入新石器時(shí)代。4000年前，發(fā)現(xiàn)金屬，并學(xué)會了冶煉技術(shù)。金屬器械逐步取代了石制、骨制的器械。繼而約2000年前發(fā)現(xiàn)了鐵金屬，進(jìn)入鐵器時(shí)代，各種復(fù)雜的工具和簡單機(jī)械相繼發(fā)明出來并投入到生產(chǎn)中去，提高了生產(chǎn)率，促進(jìn)了人類社會的快速發(fā)展。第四次革命發(fā)生在1750年到1850年之間，蒸汽機(jī)的發(fā)明導(dǎo)致了一場工業(yè)革命。公元16世紀(jì)歐洲進(jìn)入文藝復(fù)興時(shí)期，其代表人物：意大利的著名畫家達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)了變速器、紡織機(jī)、泵、飛機(jī)、機(jī)床、銼刀制作機(jī)、自動鋸、螺紋加工機(jī)等大量機(jī)械，并畫了印刷機(jī)、鐘表、壓縮機(jī)、起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、貨幣制造機(jī)等大量機(jī)械草圖。一場大規(guī)模的工業(yè)革命在歐洲發(fā)生，大批的發(fā)明家涌現(xiàn)出來。各種專科學(xué)校、大學(xué)、工廠紛紛建立。機(jī)械代替了大量的手工業(yè)，生產(chǎn)迅速發(fā)展。1760年，瓦特經(jīng)過10余年的努力和不斷改進(jìn)，在愛丁堡制造出第一臺蒸汽機(jī)。1804年英國人特里維西克發(fā)明并制造出第一臺蒸汽機(jī)車。1830年在法國修筑了從圣亞田到里昂的鐵路。蒸汽機(jī)車與鐵路的普及，促進(jìn)了西方工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，促進(jìn)了西方的機(jī)械文明，奠定了現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)。戰(zhàn)爭的爆發(fā)與持續(xù)，加速了槍炮等武器的研制和生產(chǎn)。歐洲戰(zhàn)爭、英美戰(zhàn)爭、美墨戰(zhàn)爭、掠奪印第安人土地戰(zhàn)爭以及第一次世界大戰(zhàn)等戰(zhàn)事不斷，對兵器的配件要求導(dǎo)致了互換性的問世。良好的互換性又必須有高精度的測量工具和加工機(jī)床來保證，因此，19世紀(jì)的機(jī)床和測量工具的發(fā)明與革新進(jìn)展很快。同時(shí)，鋼鐵工業(yè)也獲得很快發(fā)展。在這一階段，機(jī)械及機(jī)械制造通過不斷擴(kuò)大的實(shí)踐，從分散性的、主要依賴匠師個(gè)人才智和手藝的一門技藝，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導(dǎo)的系統(tǒng)和獨(dú)立的工程技術(shù)。機(jī)械工程是促進(jìn)18～19世紀(jì)工業(yè)革命以及資本主義大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。第五次革命是計(jì)算機(jī)的發(fā)明導(dǎo)致了一場現(xiàn)代工業(yè)革命。計(jì)算機(jī)正在改變?nèi)祟悅鹘y(tǒng)的生活方式和工作方式。當(dāng)前世界正在進(jìn)行著一場新的技術(shù)革命，以集成電路為中心的微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用給社會生活和工業(yè)結(jié)構(gòu)帶來了巨大的影響。機(jī)械工程與微處理機(jī)結(jié)合誕生了“機(jī)電一體化”的復(fù)合技術(shù)。這使機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能和制造技術(shù)等提高到了一個(gè)新的水平。機(jī)械學(xué)、微電子學(xué)和信息科學(xué)三者的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成了一種優(yōu)化技術(shù)，應(yīng)用這種技術(shù)制造出來的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、省力和高效率，并部分代替了人腦的功能，即實(shí)現(xiàn)了人工智能。機(jī)電一體化產(chǎn)品必將成為今后機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展的主流。概括起來，從遠(yuǎn)古到現(xiàn)代社會，從猿到人，由于人類生存、生活、社會生產(chǎn)發(fā)展以及探索科學(xué)技術(shù)的需要，甚至是戰(zhàn)爭的需要，促進(jìn)了機(jī)械及機(jī)械工程由粗糙到精密，由簡單到復(fù)雜，由低級幼稚到高級智能化，從而構(gòu)成了整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)第一產(chǎn)業(yè)——農(nóng)業(yè)（含農(nóng)、林、副、牧、漁），第二產(chǎn)業(yè)——工業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)——信息產(chǎn)業(yè)和服務(wù)產(chǎn)業(yè)及其他工業(yè)等。反之，機(jī)械工程也促進(jìn)了人類社會進(jìn)步和現(xiàn)代文明的建立。二、機(jī)械工程與人類社會的發(fā)展人類的生存、生活、工作與機(jī)械密切相關(guān)。穿在身上的衣服是通過紡織機(jī)紡線、織布機(jī)織成布，再用縫紉機(jī)制成的；吃的糧食是用機(jī)械播種、收割、加工的；住的樓房是用工程機(jī)械建造的；使用的電能是用機(jī)械發(fā)出的；乘坐的所有交通工具、生活和生產(chǎn)中使用的各種各樣的工具和機(jī)器都是由機(jī)械制造出來的。總之，組成國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)以及國防軍工一切部門所需裝備的設(shè)計(jì)、制造、批量生產(chǎn)都需要機(jī)械，機(jī)械給人類帶來了幸福，現(xiàn)代人離不開機(jī)械。為了更好的了解現(xiàn)代機(jī)械文明，先讓我們回顧一下機(jī)械發(fā)展史。幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及其槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發(fā)展到利用畜力、水力和風(fēng)力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個(gè)部分的完整機(jī)械。人類從石器時(shí)代進(jìn)入青銅時(shí)代，再進(jìn)而到鐵器時(shí)代，用以吹旺爐火的鼓風(fēng)器的發(fā)展起了重要作用。有足夠強(qiáng)大的鼓風(fēng)器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國,公元前1000-公元前900年就已有了冶鑄用的鼓風(fēng)器,逐漸從人力鼓風(fēng)發(fā)展到畜力和水力鼓風(fēng)。15—16世紀(jì)以前，機(jī)械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計(jì)的實(shí)踐中，在機(jī)械發(fā)展方面還是積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識，成為后來機(jī)械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀(jì)以后，資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn)，商品生產(chǎn)開始成為社會的中心問題。許多高才藝的機(jī)械匠師和有生產(chǎn)觀念的知識分子，致力于改進(jìn)各種產(chǎn)業(yè)所需的工作機(jī)械和研制新的動力機(jī)械——蒸汽機(jī)。18世紀(jì)后期，蒸汽機(jī)的應(yīng)用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制作機(jī)械的主要材料逐漸從木材改用更為堅(jiān)韌，但難以用手工加工的金屬。機(jī)械制造工業(yè)開始形成，并在幾十年中成為一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工程通過不斷擴(kuò)大的實(shí)踐，從分散性的、主要依賴匠師們個(gè)人才智和手藝的一種技藝，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導(dǎo)的、系統(tǒng)的和獨(dú)立的工程技術(shù)。機(jī)械工程是促成18～19世紀(jì)的工業(yè)革命以及資本主義機(jī)械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。在我們中華民族五千年的文明史中，我國古代勞動人民在機(jī)械工程領(lǐng)域中的發(fā)明創(chuàng)造尤為突出。絕大部分的發(fā)明創(chuàng)造是由于生存、生活的需要，一些發(fā)明創(chuàng)造是戰(zhàn)爭的需要。還有一些發(fā)明是為了探索科學(xué)技術(shù)的需要。根據(jù)我國古代發(fā)明創(chuàng)造的演變過程可以知道，任何一種機(jī)械的發(fā)明都經(jīng)歷了由粗到精、逐步完善與發(fā)展的過程。例如，加工轂粒的機(jī)械，最初是把轂粒放在一塊大石上，用手拿一塊較小的石塊往復(fù)搓動，再吹去糠皮以得米；第二步發(fā)明了杵臼；第三步發(fā)明了腳踏碓，使用了人體的一部分重力工作；第四步發(fā)明了人力、畜力的磨和碾；第五步發(fā)明了使用風(fēng)力、水力的磨和碾。不但實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的工作，節(jié)省了人力，提高了效率，而且學(xué)會了使用自然力，完成了由工具到機(jī)械的演變過程。在兵器領(lǐng)域中，由彈弓發(fā)展為弓箭，又發(fā)展為弩箭；發(fā)明火藥后，由人力的弓箭發(fā)展為火箭，直到發(fā)展為飛彈的雛形和兩級火箭的雛形。在我國的古代戰(zhàn)爭中，有大量的實(shí)戰(zhàn)記載。我國古代的機(jī)械發(fā)明、使用與發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于世界水平。但由于長期的封建統(tǒng)制，限制了生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在最近的四五百年，我國在機(jī)械工程領(lǐng)域的發(fā)展已落后于西方強(qiáng)國。自從新中國成立以后，在短短的幾十年里，把只能作小量的修理和裝配工作的機(jī)械工業(yè)發(fā)展為能夠生產(chǎn)汽車、火車、輪船、金屬切削機(jī)床、大型發(fā)電機(jī)等許多機(jī)械設(shè)備的機(jī)械工業(yè)，特別是我國實(shí)行改革開放以來，我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展更為迅速，與發(fā)達(dá)國家的差距正在縮小，有些產(chǎn)品已領(lǐng)先世界水平。我們中華民族在過去的幾千年中，在機(jī)械工程領(lǐng)域中的發(fā)明創(chuàng)造有著極其輝煌的成就。不但發(fā)明的數(shù)量多，質(zhì)量也高，發(fā)明的時(shí)間也早。我們過去的歷史是光榮的，為使我們中華民族再度輝煌，我們的任務(wù)也是艱巨的。在過去的年代里，機(jī)械的發(fā)明與使用繁榮了人類社會，促進(jìn)了人類文明的發(fā)展。在高科技迅速發(fā)展的今天，機(jī)械的種類更加繁多，性能更加先進(jìn)。機(jī)械手、機(jī)器人、機(jī)、光、電、液一體化的智能型機(jī)械，辦公自動化機(jī)械等大量的先進(jìn)的科技含量高的機(jī)械正在改變?nèi)祟惖纳钆c工作。第二節(jié)動力機(jī)械的產(chǎn)生與文化蒸汽機(jī)是世界上最早的機(jī)械動力，它的出現(xiàn)曾引起了18世紀(jì)的工業(yè)革命。直到20世紀(jì)初，仍然是世界上最重要的原動機(jī)，它主宰機(jī)械工業(yè)近2個(gè)世紀(jì)的漫長歲月，才逐漸讓位于內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)等，可謂是真正機(jī)械發(fā)展的開國元?jiǎng)?，對機(jī)械產(chǎn)生與發(fā)展起到了重要作用。一、蒸汽機(jī)的發(fā)明世界上第一臺蒸汽機(jī)是由古希臘數(shù)學(xué)家亞歷山大港的希羅（HeroofAlexandria）于1世紀(jì)發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球（Aeolipile）（如圖2-1所示），是蒸汽機(jī)的雛形。約1679年法國物理學(xué)家丹尼斯·巴本在觀察蒸汽逃離他的高壓鍋后制造了第一臺蒸汽機(jī)的工作模型。與此同圖2-1汽轉(zhuǎn)球時(shí)薩繆爾·莫蘭也提出了蒸汽機(jī)的想法。1698年托馬斯·塞維利、1712年托馬斯·紐科門和1769年詹姆斯·瓦特制造了早期的工業(yè)蒸汽機(jī)，他們對蒸汽機(jī)的發(fā)展都做出了自己的貢獻(xiàn)。1807年羅伯特·富爾頓第一個(gè)成功地用蒸汽機(jī)來驅(qū)動輪船。但是瓦特并不是蒸汽機(jī)的發(fā)明者，在他之前，早就出現(xiàn)了蒸汽機(jī)，即紐科門蒸汽機(jī)（如圖2-2所示），但它的耗煤量大、效率低。瓦特運(yùn)用科學(xué)理論，逐漸發(fā)現(xiàn)了這種蒸汽機(jī)的毛病所在。從1765年到1790年，他進(jìn)行了一系列發(fā)明，比如分離式冷凝器、汽缸外設(shè)置絕熱層、用油潤滑活塞、行星式齒輪、平行運(yùn)動連桿機(jī)構(gòu)、離心式調(diào)速器、節(jié)氣閥、壓力計(jì)等等，使蒸汽機(jī)的效率提高到原來紐科門機(jī)的3倍多，最終制造出了圖2-2紐科門蒸汽機(jī)現(xiàn)代意義上的蒸汽機(jī)。瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)的故事在瓦特的故鄉(xiāng)--英國格林諾克的小鎮(zhèn)，家家戶戶都是生火燒水做飯。對這種司空見慣的事，有誰留過心呢？瓦特就留了心。有一天，他在廚房里看祖母做飯。灶上坐著一壺開水。開水在沸騰。壺蓋啪啪啪地作響，不停地往上跳動。瓦特觀察好半天，感到很奇怪，猜不透這是什么緣故，就問祖母說：“什么玩藝使壺蓋跳動呢？”祖母回答說：“水開了，就這樣?！蓖咛貨]有滿足，又追問：“為什么水開了壺蓋就跳動？是什么東西推動它嗎？”可能是祖母太忙了，沒有功夫回答他，便不耐煩地說：“不知道。小孩子刨根問底地問這些有什么意思呢?！蓖咛卦谒婺改抢锊坏珱]有找到答案，反而受到了冤枉的批評，心里很不舒服，可他并不灰心。連續(xù)幾天，每當(dāng)做飯時(shí)，他就蹲在火爐旁邊細(xì)心地觀察著。起初，壺蓋很安穩(wěn)隔了一會兒水要開了發(fā)出嘩嘩的響聲。突然，壺里的水蒸汽冒出來，推動壺蓋跳動了，蒸汽不住地往上冒，壺蓋也不停地跳動著，好象里邊藏著個(gè)魔術(shù)師，在變戲法似的。瓦特高興了，幾乎叫出聲來,他把壺蓋揭開蓋上，蓋上又揭開，反復(fù)驗(yàn)證。他還把杯子、調(diào)羹遮在水蒸汽噴出的地方。瓦特終于弄清楚了，是水蒸汽推動壺蓋跳動，這水蒸汽的力量還真不小呢。水蒸汽推動壺蓋跳動的物理現(xiàn)象，正是瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)的認(rèn)識源泉嗎？1769年，瓦特把蒸汽機(jī)改成為發(fā)動力較大的單動式發(fā)動機(jī)。后來又經(jīng)過多次研究，

成功發(fā)明了完善的蒸汽機(jī)（如圖2-3）。由于蒸汽機(jī)的發(fā)明，英國成為世界上最早利用蒸汽推動鐵制“海輪”的國家。19世紀(jì)，開始海上運(yùn)輸改革,一些國家進(jìn)入了所謂的“汽船時(shí)代”。從此，船只就行駛在茫茫無際的海圖2-3瓦特改良的蒸汽機(jī)洋上了。隨之而來，煤礦、工廠、火車也全應(yīng)用了蒸汽機(jī)。體力勞動解放了,經(jīng)濟(jì)發(fā)展了。這不能不說是蒸汽機(jī)發(fā)明的成果。當(dāng)然也是蒸汽機(jī)的發(fā)明家瓦特的功勞。因此瓦特在世界上享有盛名。瓦特十分重視學(xué)習(xí)和實(shí)踐。學(xué)習(xí)，豐富了他的智慧；實(shí)踐，結(jié)出了豐碩的成果。二、蒸汽機(jī)的歷史作用蒸汽機(jī)有很大的歷史作用，它曾推動了機(jī)械工業(yè)甚至社會的發(fā)展，解決了大機(jī)器生產(chǎn)中最關(guān)鍵的問題，推動了交通運(yùn)輸空前的進(jìn)步。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)為汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；汽輪機(jī)繼承了蒸汽機(jī)以蒸汽為工質(zhì)的特點(diǎn)，和采用凝汽器以降低排汽壓力的優(yōu)點(diǎn)，摒棄了往復(fù)運(yùn)動和間斷進(jìn)汽的缺點(diǎn)；內(nèi)燃機(jī)繼承了蒸汽機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和傳動形式，采用了將燃油直接輸入汽缸內(nèi)燃燒的方式，形成了熱效率高得多的熱力循環(huán)；同時(shí)，蒸汽機(jī)所采用的汽缸、活塞、飛輪、飛錘調(diào)速器，閥門和密封件等，均是構(gòu)成多種現(xiàn)代機(jī)械的基本元件。工業(yè)革命的產(chǎn)生一部分原因是因?yàn)檎羝麢C(jī)的改良(瓦特沒有發(fā)明蒸汽機(jī)，他只是改良)，而蒸汽機(jī)車的產(chǎn)生也是因?yàn)檎羝麢C(jī)的改良以及后人的應(yīng)有而產(chǎn)生的，當(dāng)時(shí)英國鼓勵(lì)發(fā)明，并且在人口增加需要增加生產(chǎn)速度之時(shí)，便開始有人努力的改進(jìn)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)設(shè)備，瓦特便是其中之一，而瓦特改良蒸汽機(jī)導(dǎo)致一系列技術(shù)革命引起了從手工勞動向動力機(jī)器生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。因此蒸汽機(jī)的改良絕對是促成工業(yè)革命的原因之一。而蒸汽機(jī)車是一種以蒸汽引擎作為動力來源的鐵路機(jī)車，因此若沒有蒸汽機(jī)的改良便不可能有這項(xiàng)交通工具的誕生。1769年尼古拉·約瑟夫·居紐首次用他的“蒸汽車”（如圖2-4）展示了自動的蒸汽車的可行性。這輛車可以說是第一輛汽車。這輛車作為運(yùn)輸工具不太有用，但用來拖農(nóng)具卻很不錯(cuò)。一直到20世紀(jì)初蒸汽機(jī)汽車依然可以與其它驅(qū)動方式的汽車抗衡。今天大多數(shù)汽車是用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的。蒸汽機(jī)汽車最大的缺點(diǎn)是它至少需要30秒鐘時(shí)間來獲得足夠的壓力。世界上第一列蒸汽機(jī)火車（如圖2-5）是1804年特拉維斯克在威爾士展示的。圖2-4居紐的“蒸汽車”圖2-5世界上第一列蒸汽機(jī)火車蒸汽機(jī)的出現(xiàn)和改進(jìn)促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但同時(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展反過來又向蒸汽機(jī)提出了更高的要求，如要求蒸汽機(jī)功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對蒸汽機(jī)作過許多改進(jìn)，不斷擴(kuò)大它的使用范圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展，蒸汽機(jī)因存在不可克服的弱點(diǎn)而逐漸衰落。三、電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明與使用19世紀(jì)最后30年和20世紀(jì)初，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的高漲，被稱為近代歷史上的第二次工業(yè)革命。第二次工業(yè)革命以電力的廣泛應(yīng)用為顯著特點(diǎn)。從19世紀(jì)六、七十年代開始，出現(xiàn)了一系列電器發(fā)明。1866年德國人西門子（Siemens）制成發(fā)電機(jī)，1870年比利時(shí)人格拉姆（Gelam）發(fā)明電動機(jī)，電力開始用于帶動機(jī)器，成為補(bǔ)充和取代蒸汽動力的新能源。電力工業(yè)和電器制造業(yè)迅速發(fā)展。人類跨入了“電氣時(shí)代”。19世紀(jì)早期，人們發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)這一現(xiàn)象，對電作了深入的研究。在進(jìn)一步完善電學(xué)理論的同時(shí)，科學(xué)家們開始研制發(fā)電機(jī)。1866年，德國科學(xué)家西門子制成一部發(fā)電機(jī)，后來幾經(jīng)改進(jìn)，逐漸完善，到19世紀(jì)70年代，實(shí)際可用的發(fā)電機(jī)問世。電動機(jī)的發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了電能和機(jī)械能的互換。隨后，電燈、電車、電鉆、電焊機(jī)等電氣產(chǎn)品如雨后春筍般地涌現(xiàn)出來。

第二次工業(yè)革命的又一重大成就是內(nèi)燃機(jī)的創(chuàng)制和使用。蒸汽機(jī)的燃料在鍋爐中燃燒把水燒開，將蒸汽送進(jìn)氣缸，推動活塞和曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作，所以蒸汽機(jī)也稱為外燃機(jī)。它的熱量損失大，熱效率低，僅10%左右，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。如果讓燃料在氣缸里直接燃燒產(chǎn)生的氣體膨脹力推動活塞作功，就可大大提高氣缸壓力和熱效率，這就是所謂的內(nèi)燃機(jī)。19世紀(jì)七八十年代，以煤氣和汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)相繼誕生，1876年，德國人奧托制造出第一臺以煤氣為燃料的四沖程內(nèi)燃機(jī)（如圖2-6），成為頗受歡迎的小圖2-6奧托試制出的四沖程內(nèi)燃機(jī)型動力機(jī)。1883年，德國工程師戴姆勒制成以汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)，具有馬力大、重量輕、體積小、效率高等特點(diǎn)，可作為交通工具的發(fā)動機(jī)。1885年，德國機(jī)械工程師卡爾·本茨制成第一輛汽車（如圖2-7），本茨因此被稱為“汽車之父”。這種起動方便的汽車有三個(gè)輪子，每分鐘的轉(zhuǎn)速約250次，時(shí)速約15千米，帶有一個(gè)用水冷卻的單缸發(fā)動機(jī)，功率為3/4馬力，用電點(diǎn)燃。這部汽車使本茨第一個(gè)獲得汽車專利。接著，德國工圖2-7卡爾·本茨制成的第一輛汽車程師狄塞爾于1897年發(fā)明了一種結(jié)構(gòu)更加簡單，燃料更加便宜的內(nèi)燃機(jī)—柴油機(jī)，這種柴油機(jī)雖比使用汽油的內(nèi)燃機(jī)笨重，但卻非常適用于重型運(yùn)輸工具。它不僅用于船舶發(fā)動機(jī)，而且用于火車機(jī)車和載重汽車。以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車作為一種新的運(yùn)輸工具，發(fā)展也很迅速。19世紀(jì)90年代，世界各國生產(chǎn)的汽車每年只有幾千輛，但到了第一次世界大戰(zhàn)前夕，世界的汽車年產(chǎn)量已猛增到50萬輛以上。1903年12月，以內(nèi)燃機(jī)為動力的飛機(jī)飛上藍(lán)天，實(shí)現(xiàn)了人類翱翔天空的夢想。第三節(jié)機(jī)械技術(shù)與主要特征一、機(jī)械的概念與特征機(jī)械就是能幫人們降低工作難度或省力的工具裝置，像筷子、掃帚以及鑷子一類的物品都可以被稱為機(jī)械，他們是簡單機(jī)械。而復(fù)雜機(jī)械就是由兩種或兩種以上的簡單機(jī)械構(gòu)成。通常把這些比較復(fù)雜的機(jī)械叫做機(jī)器。從結(jié)構(gòu)和運(yùn)動的觀點(diǎn)來看，機(jī)構(gòu)和機(jī)器并無區(qū)別，泛稱為機(jī)械。因此，機(jī)械是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱。簡單機(jī)械是最基本的機(jī)械（如圖2-8），是機(jī)械的重要組成部分。簡單機(jī)械是人運(yùn)用力的基本機(jī)械元件。在人類最早期的偉大發(fā)明發(fā)現(xiàn)中，對工具、火與語言的掌握，使得人類最終從一般動物中脫離出來。而簡單機(jī)械，則是人在改造自然中運(yùn)用機(jī)械工具的智慧結(jié)晶，是牛頓力學(xué)（向量力學(xué)）研究的重要對象。人們曾嘗試將一切機(jī)械都分解為幾種簡單機(jī)械，實(shí)際上這是很困難的，通常是把以下幾種機(jī)械作為基礎(chǔ)來研究。例如，杠桿、滑輪、輪軸、齒輪、斜面、螺旋、劈等。前四種簡單機(jī)械是杠桿的變形，所以稱為“杠桿類簡單機(jī)械”。后三種是斜面的變形，故稱為“斜面類簡單機(jī)械”。不論使用哪一類簡單機(jī)械都必須遵循機(jī)械的一般規(guī)律—功的原理。a杠桿b滑輪c斜面d螺旋圖2-8簡單機(jī)械機(jī)器（Machine）是由各種金屬和非金屬零部件組裝成的裝置，消耗能源，可以運(yùn)轉(zhuǎn)、做功。用來代替人的勞動、進(jìn)行能量變換、以及產(chǎn)生有用功。機(jī)器貫穿在人類歷史的全過程中。但是近代真正意義上的“機(jī)器”，卻是在西方工業(yè)革命后才逐步被發(fā)明出來。機(jī)器是零部件間有確定的相對運(yùn)動，用來轉(zhuǎn)換或利用機(jī)械能的機(jī)械。一般由零件、部件組成一個(gè)整體，或者由幾個(gè)獨(dú)立機(jī)器構(gòu)成聯(lián)合體。由兩臺或兩臺以上機(jī)器機(jī)械地聯(lián)接在一起的機(jī)械設(shè)備稱為機(jī)組。在機(jī)器中，凡用來完成有用功的機(jī)器稱為工作機(jī)，如各種\o"機(jī)床"機(jī)床、\o"起重機(jī)"起重機(jī)、\o"紡織機(jī)"紡織機(jī)、\o"發(fā)電機(jī)"發(fā)電機(jī)等。凡將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器稱為原動機(jī)，如\o"內(nèi)燃機(jī)"內(nèi)燃機(jī)、\o"蒸汽機(jī)"蒸汽機(jī)、\o"電動機(jī)"電動機(jī)等。工程中大多是工作機(jī)和原動機(jī)互相配合應(yīng)用。機(jī)器的概念可以擴(kuò)充為；一種用來轉(zhuǎn)換和傳遞能量、物料和信息的、能執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的\o"裝置"裝置。機(jī)器由動力部分、工作部分、傳動部分、控制部分組成。⑴動力部分：是機(jī)器能量的來源，它將各種能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器能（又稱機(jī)械能）。⑵工作部分：直接實(shí)現(xiàn)機(jī)器特定功能、完成生產(chǎn)任務(wù)的部分。⑶傳動部分：按工作要求將動力部分的運(yùn)動和動力傳遞、轉(zhuǎn)換或分配給工作部分的中間裝置。⑷控制部分：是控制機(jī)器起動、停車和變更運(yùn)動參數(shù)的部分。機(jī)構(gòu)是機(jī)器、儀器等內(nèi)部為傳遞、轉(zhuǎn)換運(yùn)動或?qū)崿F(xiàn)某種特定的運(yùn)動而由若干零件組成的機(jī)械裝置。如：機(jī)械手表中有原動機(jī)構(gòu)、擒縱機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)等；車床、刨床等有走刀機(jī)構(gòu)。機(jī)器的主體是由一個(gè)或若干個(gè)機(jī)構(gòu)組成，通過不同機(jī)構(gòu)的組合來實(shí)現(xiàn)特定的機(jī)械運(yùn)動。機(jī)構(gòu)是機(jī)器不可缺少的部分。二、機(jī)械工程學(xué)科應(yīng)用機(jī)械工程是以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決在開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械中的全部理論和實(shí)際問題的應(yīng)用學(xué)科。以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決在開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械中的全部理論和實(shí)際問題的應(yīng)用學(xué)科。機(jī)械是現(xiàn)代社會進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的五大要素（人、資金、能源、材料和機(jī)械）之一，并參與能量和材料的生產(chǎn)。在\o"工業(yè)革命"工業(yè)革命以前，大多數(shù)的工程項(xiàng)目都限于軍事及城市發(fā)展。從事軍事方面的工程師負(fù)責(zé)研制戰(zhàn)爭工具和系統(tǒng)；從事城市發(fā)展的工程師則負(fù)責(zé)建筑和地面設(shè)施。在19世紀(jì)早期的英國，機(jī)械工程師成為新興的行業(yè)，負(fù)責(zé)提供工業(yè)用機(jī)械和推動機(jī)械所需要的動力。在1818年，首個(gè)專業(yè)土木工程師組織成立，機(jī)械工程師亦于1847年成立組織。20世紀(jì)初期，福特在汽車制造上創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產(chǎn)技術(shù)加上泰勒，F(xiàn).W.在19世紀(jì)末創(chuàng)立的科學(xué)管理方法，使汽車和其他大批量生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)效率很快達(dá)到了過去無法想像的高度。20世紀(jì)中、后期，機(jī)械加工的主要特點(diǎn)是：不斷提高機(jī)床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；發(fā)展少無切屑加工工藝；提高成形加工、切削加工和裝配的機(jī)械化和自動化程度。自動化從機(jī)械控制的自動化發(fā)展到電氣控制的自動化和計(jì)算機(jī)程序控制的完全自動化，直至無人車間和無人工廠；利用數(shù)字控制機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)效率提高到近于大量生產(chǎn)的水平；研究和改進(jìn)難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術(shù)。而世界上建立最早的機(jī)械工程學(xué)術(shù)團(tuán)體是\o"英國機(jī)械工程師學(xué)會（頁面不存在）"英國機(jī)械工程師學(xué)會（IMechE），成立于1847年，第一任主席是鐵路機(jī)車發(fā)明家\o"喬治·史蒂芬生"喬治·史蒂芬生。英國機(jī)械工程師學(xué)會的建立，標(biāo)志著機(jī)械工程已確立為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科，機(jī)械工程師被社會公認(rèn)為受尊敬的職稱。在此之前，從事機(jī)械制造、使用和修理的人，被稱為機(jī)器匠，社會地位不高。機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機(jī)械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，無不需要機(jī)械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機(jī)械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域（如圖2-9）。⑴研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械，包括將熱能、化學(xué)能、原子能、電能、流體壓力能和天然機(jī)械能轉(zhuǎn)換為適合于應(yīng)用的機(jī)械能的各種動力機(jī)械，以及將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為所需要的其他能量（電能、熱能、流體壓力能、勢能等）的能量變換機(jī)械。⑵研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械，包括應(yīng)用于第一產(chǎn)業(yè)的農(nóng)、林、牧、漁業(yè)機(jī)械和礦山機(jī)械，以及應(yīng)用于第二產(chǎn)業(yè)的各種重工業(yè)機(jī)械和輕工業(yè)機(jī)械。⑶研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械，包括交通運(yùn)輸機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械、辦公機(jī)械、醫(yī)療器械、通風(fēng)、采暖和空調(diào)設(shè)備、除塵、凈化、消聲等環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。⑷研制和提供家庭和個(gè)人生活中應(yīng)用的機(jī)械，如洗衣機(jī)、冰箱、鐘表、照相機(jī)、運(yùn)動器械等。⑸研制和提供各種機(jī)械武器。a動力機(jī)械b生產(chǎn)機(jī)械c服務(wù)機(jī)械d生活機(jī)械e武器機(jī)械圖2-9現(xiàn)代機(jī)械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域各個(gè)工程領(lǐng)域的發(fā)展都要求機(jī)械工程有與之相適應(yīng)的發(fā)展，都需要機(jī)械工程提供所必需的機(jī)械。某些機(jī)械的發(fā)明和完善，又導(dǎo)致新的工程技術(shù)和新的產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，例如內(nèi)燃機(jī)、火箭發(fā)動機(jī)等的發(fā)明和進(jìn)步以及飛機(jī)和航天器的研制成功導(dǎo)致了航空、航天工程和航空、航天事業(yè)的興起。機(jī)械工程就是在各領(lǐng)域不斷提高的需求的壓力下獲得發(fā)展動力，同時(shí)又從各個(gè)學(xué)科和技術(shù)的進(jìn)步中得到改進(jìn)和創(chuàng)新的能力。在機(jī)械工程學(xué)科方面，我們雖然已經(jīng)取得了矚目的成就，但必須清醒的認(rèn)識到，從人類角度看，該領(lǐng)域還有許多亟待解決的問題和挑戰(zhàn)；從我們國家角度看，我國的機(jī)械工程學(xué)科水平還處于落后的狀態(tài)，與發(fā)達(dá)國家仍有很大的差距。盼望更多的專業(yè)人士和非專業(yè)人士更加的關(guān)注此學(xué)科的發(fā)展，為其發(fā)展做出貢獻(xiàn)。三、生產(chǎn)線的使用與發(fā)展生產(chǎn)線就是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)活動所構(gòu)成的路線（如圖2-10、2-11），即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設(shè)備和各工種的工人，負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對相同的勞動對象進(jìn)行不同工藝的加工。 圖2-10飲料生產(chǎn)線圖2-11汽車生產(chǎn)線生產(chǎn)線的由來從前在英格蘭北部的一個(gè)小鎮(zhèn)里，有一個(gè)名叫艾薇的人開了一個(gè)魚和油煎土豆片商店。在店里，每位顧客都需要排隊(duì)才能點(diǎn)他（她）要的食物（比如油炸鱈魚，油煎土豆片，豌豆糊，茶），然后每個(gè)顧客等著盤子裝滿后才坐下來進(jìn)餐。艾薇店里的油煎土豆片是小鎮(zhèn)中最好的，在每個(gè)集市日中午的時(shí)候，長長的隊(duì)伍都會排出商店。所以當(dāng)隔壁的木器店關(guān)門的時(shí)候，艾薇就把它租了。他們沒辦法再另外增加服務(wù)臺了；艾薇的鱈魚和伯特的油煎土豆片是店里面的主要賣點(diǎn)。但是后來他們想出了一個(gè)聰明的辦法。他們把柜臺加長，艾薇，伯特，狄俄尼索斯和瑪麗站成一排。顧客進(jìn)來的時(shí)候，艾薇先給他們一個(gè)盛著魚的盤子，然后伯特給加上油煎土豆片，狄俄尼索斯再給盛上豌豆糊，最后瑪麗倒茶并收錢。顧客們不停的走動；當(dāng)一個(gè)顧客拿到豌豆糊的同時(shí)，他后面的已經(jīng)拿到了油煎土豆片，再后面的一個(gè)已經(jīng)拿到了魚。一些窮苦的村民不吃豌豆糊，但這沒關(guān)系，這些顧客也能從狄俄尼索斯那里得個(gè)笑臉。這樣一來隊(duì)伍變短了，不久以后，他們買下了對面的商店又增加了更多的餐位。這就是流水線。將那些具有重復(fù)性的工作分割成幾個(gè)串行部分，使得工作能在工人們中間移動，每個(gè)熟練工人只需要依次的將他的那部分工作做好就可以了。雖然每個(gè)顧客等待服務(wù)的總時(shí)間沒變，但是卻有四個(gè)顧客能同時(shí)接受服務(wù)，這樣在集市日的午餐時(shí)段里能夠照顧過來的顧客數(shù)增加了三倍。按范圍大小生產(chǎn)線分為產(chǎn)品生產(chǎn)線和零部件生產(chǎn)線；按節(jié)奏快慢分為流水生產(chǎn)線和非流水生產(chǎn)線；按自動化程度，分為自動化生產(chǎn)線和非自動化生產(chǎn)線。生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動量比例，決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務(wù)所必需的機(jī)器設(shè)備，機(jī)器設(shè)備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性，能適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線是一種比較先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機(jī)器設(shè)備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)線已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的機(jī)械設(shè)備，其發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：①繼續(xù)向大型化發(fā)展。大型化包括大輸送能力、大單機(jī)長度和大輸送傾角等幾個(gè)方面。水力輸送裝置的長度已達(dá)440公里以上。帶式輸送機(jī)的單機(jī)長度已近15公里，并已出現(xiàn)由若干臺組成聯(lián)系甲乙兩地的“帶式輸送道”。不少國家正在探索長距離、大運(yùn)量連續(xù)輸送物料的更完善的輸送機(jī)結(jié)構(gòu)。②擴(kuò)大輸送機(jī)的使用范圍。發(fā)展能在高溫、低溫條件下、有腐蝕性、放射性、易燃性物質(zhì)的環(huán)境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結(jié)團(tuán)、粘性的物料的輸送機(jī)。③使輸送機(jī)的構(gòu)造滿足物料搬運(yùn)系統(tǒng)自動化控制對單機(jī)提出的要求。如郵局所用的自動分揀包裹的小車式輸送機(jī)應(yīng)能滿足分揀動作的要求等。④降低能量消耗以節(jié)約能源，已成為輸送技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)科研工作的一個(gè)重要方面。已將1噸物料輸送1公里所消耗的能量作為輸送機(jī)選型的重要指標(biāo)之一。⑤減少各種輸送機(jī)在作業(yè)時(shí)所產(chǎn)生的粉塵、噪聲和排放的廢氣。第四節(jié)機(jī)械理論基礎(chǔ)與分類一、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)含義和分類機(jī)械設(shè)計(jì)（machinedesign），根據(jù)使用要求對專用機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。機(jī)械設(shè)計(jì)的努力目標(biāo)是：在各種限定的條件(如材料、加工能力、理論知識和計(jì)算手段等)下設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械，即做出優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環(huán)境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對重要性因機(jī)械種類和用途的不同而異。機(jī)械設(shè)計(jì)可分為新型設(shè)計(jì)、繼承設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)3類。⑴新型設(shè)計(jì)應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明是可行的新技術(shù)，設(shè)計(jì)過去沒有過的新型機(jī)械。⑵繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展對已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新，以提高其性能、降低其制造成本或減少其運(yùn)用費(fèi)用。⑶變型設(shè)計(jì)為適應(yīng)新的需要對已有的機(jī)械作部分的修改或增刪而發(fā)展出不同于標(biāo)準(zhǔn)型的變型產(chǎn)品。二、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法為了滿足機(jī)械產(chǎn)品性能的高要求，在機(jī)械設(shè)計(jì)中大量采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析，這就是通用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。常見的方法包括優(yōu)化、有限元、可靠性、仿真、專家系統(tǒng)、CAD等。這些方法并不只是針對機(jī)械產(chǎn)品去研究，還有其自身的科學(xué)理論和方法。⑴優(yōu)化設(shè)計(jì)；機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的移植和應(yīng)用，其基本思想是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的理論，方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等建立一反映工程設(shè)計(jì)問題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型，然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)自動找出設(shè)計(jì)問題的最優(yōu)方案。它是機(jī)械設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化數(shù)學(xué)、電子計(jì)算機(jī)相互結(jié)合而形成的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。⑵仿真與虛擬設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具“建立實(shí)際或聯(lián)想的系統(tǒng)模型”并在不同條件下對模型進(jìn)行動態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。而虛擬技術(shù)的本質(zhì)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，實(shí)時(shí)地并行地模擬出產(chǎn)品開發(fā)全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品制造成本、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的可維護(hù)性和可拆卸性等，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率。這種方法不但縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，也實(shí)現(xiàn)了縮短產(chǎn)品開發(fā)與用戶之間的距離。⑶有限元設(shè)計(jì)；這種方法是利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。它不僅能用于工程中復(fù)雜的非線行問題、非穩(wěn)態(tài)問題的求解，而且還可用于工程設(shè)計(jì)中進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動力分析，并能準(zhǔn)確地計(jì)算形狀復(fù)雜零件的應(yīng)力分布和變形，成為復(fù)雜零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算的有力分析工具。⑷模糊設(shè)計(jì)；它是將模糊數(shù)學(xué)知識應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中的一種設(shè)計(jì)方法。機(jī)械設(shè)計(jì)中就存在大量的模糊信息。如機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中，零件的安全系數(shù)往往從保守觀點(diǎn)出發(fā)，取較大值而不經(jīng)濟(jì)，但在其允許的范圍內(nèi)存在很大的模糊區(qū)間。機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)在各階段常會遇到各種模糊問題，雖然這些問題的特點(diǎn)、性質(zhì)等不盡相同，但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特點(diǎn)是，可以將各因素對設(shè)計(jì)結(jié)果的影響進(jìn)行全面定量地分析，得出綜合的數(shù)量化指標(biāo)，作為選擇決斷的依據(jù)。三、機(jī)械制造概念與分類機(jī)械制造通常是指用機(jī)械的方法制造產(chǎn)品或制造機(jī)械產(chǎn)品兩個(gè)范疇，是指獲得產(chǎn)品形狀、尺寸、位置的技巧、方法和程序。它通常包括零件的制造與機(jī)器的裝配兩部分。零件的制造通常分為冷加工和熱加工兩大類。根據(jù)零件制造工藝過程中原有物料與加工后物料在質(zhì)量上有無變化及變化情況可將零件制造方法分為三類。①恒量法；又稱材料成形法、塑性加工法、變形法，其特點(diǎn)是進(jìn)入工藝過程中的物料其初始質(zhì)量等于或近似等于加工后的最終質(zhì)量。常用的材料成形法有鑄造、鍛壓、沖壓、粉末冶金、注塑成形等，這些工藝方法使物料按需要改變其幾何形狀，多用于毛坯制造，但也可直接成形為零件。②減量法；又稱材料去除法、切削加工法、余量法，其特點(diǎn)是零件的最終幾何形狀局限在毛坯的初始幾何形狀范圍內(nèi)，零件形狀的改變是通過去除一部分材料來實(shí)現(xiàn)的。在材料去除法中，根據(jù)工件形態(tài)的變化過程和能源作用的形式，又可分為常規(guī)機(jī)械加工方法和特種加工方法兩種類型。③增量法；又稱生長法或材料累加法，傳統(tǒng)的累加方法主要是焊接、黏接或鉚接，通過這些不可拆卸的連接方法使物料結(jié)合成一個(gè)整體，形成零件。近幾年才發(fā)展起來的快速原型制造技術(shù)(RPM)，是材料累加法的新發(fā)展。它將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)、精密伺服驅(qū)動、新材料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型，對其進(jìn)行分層切片，得到各層截面輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層材料(或固化一層層的液態(tài)樹脂，或燒結(jié)一層層的粉末材料)，或噴射源選擇性地噴射一層層的黏接劑或熱熔材料等，形成一個(gè)個(gè)薄層，并逐步迭加成三維實(shí)體。四、機(jī)械制造過程①產(chǎn)品設(shè)計(jì)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)是企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的核心，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須保證技術(shù)上的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)上的合理性等。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)一般有三種形式，即：創(chuàng)新設(shè)計(jì)、改進(jìn)設(shè)計(jì)和變形設(shè)計(jì)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)（開發(fā)性設(shè)計(jì)）是按用戶的使用要求進(jìn)行的全新設(shè)計(jì)；改進(jìn)設(shè)計(jì)（適應(yīng)性設(shè)計(jì)）是根據(jù)用戶的使用要求，對企業(yè)原有產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)或改型的設(shè)計(jì)，即只對部分結(jié)構(gòu)或零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)；變形設(shè)計(jì)（參數(shù)設(shè)計(jì)）僅改進(jìn)產(chǎn)品的部分結(jié)構(gòu)尺寸，以形成系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括：編制設(shè)計(jì)任務(wù)書、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和圖樣設(shè)計(jì)。②工藝設(shè)計(jì)；工藝設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是保證生產(chǎn)的產(chǎn)品能符合設(shè)計(jì)的要求，制定優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的產(chǎn)品制造工藝規(guī)程，制訂出產(chǎn)品的試制和正式生產(chǎn)所需要的全部工藝文件。包括：對產(chǎn)品圖紙的工藝分析和審核、擬定加工方案、編制工藝規(guī)程、以及工藝裝備的設(shè)計(jì)和制造等。③零件加工；零件的加工包括坯料的生產(chǎn)、以及對坯料進(jìn)行各種機(jī)械加工、特種加工和熱處理等，使其成為合格零件的過程。極少數(shù)零件加工采用精密鑄造或精密鍛造等無屑加工方法。通常毛坯的生產(chǎn)有鑄造、鍛造、焊接等；常用的機(jī)械加工方法有：鉗工加工、車削加工、鉆削加工、刨削加工、銑削加工、鏜削加工、磨削加工、數(shù)控機(jī)床加工、拉削加工、研磨加工、珩磨加工等；常用的熱處理方法有：正火、退火、回火、時(shí)效、調(diào)質(zhì)、淬火等；特種加工有：電火花成型加工、電火花線切割加工、電解加工、激光加工、超聲波加工等。只有根據(jù)零件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、使用性能等，選用適當(dāng)?shù)募庸し椒?，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)出合格零件。④檢驗(yàn)；檢驗(yàn)是采用測量器具對毛壞、零件、成品、原材料等進(jìn)行尺寸精度、形狀精度、位置精度的檢測，以及通過目視檢驗(yàn)、無損探傷、機(jī)械性能試驗(yàn)及金相檢驗(yàn)等方法對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行的鑒定。測量器具包括量具和量儀。常用的量具有鋼直尺、卷尺、游標(biāo)卡尺、卡規(guī)、塞規(guī)、千分尺、角度尺、百分表等，用以檢測零件的長度、厚度、角度、外圓直徑、孔徑等。另外螺紋的測量可用螺紋千分尺、三針量法、螺紋樣板、螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)等。常用量儀有浮標(biāo)式氣動量儀、電子式量儀、電動式量儀、光學(xué)量儀、三坐標(biāo)測量儀等，除可用以檢測零件的長度、厚度、外圓直徑、孔徑等尺寸外，還可對零件的形狀誤差和位置誤差等進(jìn)行測量。特殊檢驗(yàn)主要是指檢測零件內(nèi)部及外表的缺陷。其中無損探傷是在不損害被檢對象的前提下，檢測零件內(nèi)部及外表缺陷的現(xiàn)代檢驗(yàn)技術(shù)。無損檢驗(yàn)方法有直接肉眼檢驗(yàn)、射線探傷、超聲波探傷、磁力探傷等，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)無損檢測的目的，選擇合適的方法和檢測規(guī)范。⑤裝配調(diào)試；任何機(jī)械產(chǎn)品都是由若干個(gè)零件、組件和部件組成的。根據(jù)規(guī)定的技術(shù)要求,將零件和部件進(jìn)行必要的配合及聯(lián)接,使之成為半成品或成品的工藝過程稱為裝配。將零件、組件裝配成部件的過程稱為部件裝配；將零件、組件和部件裝配成為最終產(chǎn)品的過程稱為總裝配。裝配是機(jī)械制造過程中的最后一個(gè)生產(chǎn)階段，其中還包括調(diào)整、試驗(yàn)、檢驗(yàn)、油漆和包裝等工作。常見的裝配工作內(nèi)容包括：清洗、聯(lián)接、校正與配作、平衡、驗(yàn)收、試驗(yàn)。⑥入庫；企業(yè)生產(chǎn)的成品、半成品及各種物料為防止遺失或損壞，放入倉庫進(jìn)行保管，稱為入庫。入庫時(shí)應(yīng)進(jìn)行入庫檢驗(yàn)，填好檢驗(yàn)記錄及有關(guān)原始記錄；對量具、儀器及各種工具做好保養(yǎng)、保管工作；對有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、圖紙、檔案等資料要妥善保管；保持工作地點(diǎn)及室內(nèi)外整潔，注意防火防濕，做好安全工作。五、機(jī)械加工方法機(jī)械加工方法主要是采用不同機(jī)械對零件進(jìn)行加工的過程，大體可分為六大類,這六大類也就是使金屬成型的六種基本方法。①鉆削；鉆床指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，鉆頭軸向移動為進(jìn)給運(yùn)動（如圖2-12）。鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。②車削；車床是指以工件旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，車刀移動為進(jìn)給運(yùn)動加工回轉(zhuǎn)表面的機(jī)床。它可用于加工各種回轉(zhuǎn)成型面（如圖2-13），例如：內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、內(nèi)外螺紋以及端面、滾花等。它是金屬切削機(jī)床中使用最廣，歷史最久，品種最多的一種機(jī)床。圖2-12鉆削圖2-13車削③銑削；銑床系指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為主運(yùn)動，工件(和)銑刀的移動為進(jìn)給運(yùn)動（如圖2-14）。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等。④磨削；磨床系指用磨具或磨料加工工件各種表面的機(jī)床。一般用于對零件淬硬表面做磨削加工（如圖2-15）。通常，磨具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，工件或磨具的移動為進(jìn)給運(yùn)動，其應(yīng)用廣泛、加工精度高、表面粗糙度Ra值小，圖2-14銑削圖2-15磨削⑤刨削；刨床系指用刨刀加工工件表面的機(jī)床。刀具與工件做相對直線運(yùn)動進(jìn)行加工（如圖2-16），主要用于各種平面與溝槽加工，也可用于直線成形面的加工。⑥鏜削；鏜床系指主要用鏜刀在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，鏜刀或工件的移動為進(jìn)給運(yùn)動（如圖2-17）。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。圖2-16刨削圖2-17鏜削六、機(jī)電一體化的概念及主要特征機(jī)電一體化是隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，在以機(jī)械、電子技術(shù)為主的多學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合的過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科。它是建立在機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感與測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)群體基礎(chǔ)上的一種高新技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相比，有如下一些顯著特征：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單化。一臺傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備往往需要采用機(jī)械傳動系統(tǒng)來連接各個(gè)執(zhí)行構(gòu)件，采用機(jī)電一體化技術(shù)后，可以用多臺電動機(jī)分別驅(qū)動，用電子器件、微機(jī)來控制和實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行構(gòu)件的動作，完成工藝動作過程。(2)提高了加工工藝的精度。由于機(jī)械傳動部件的減少，機(jī)械磨損及間隙配合等所引起的動作誤差大為減少，通過微機(jī)控制系統(tǒng)可以精確地按照預(yù)先給定量，使間隙和各種干擾因素造成的誤差自行校正、補(bǔ)償，從而可以達(dá)到單純機(jī)械方法所實(shí)現(xiàn)不了的加工精度。(3)工藝過程的柔性化。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品采用微機(jī)控制，因此，只要改變計(jì)算機(jī)程序，就能改變設(shè)備的加工能力和加工工藝流程，以適應(yīng)迅速改變被加工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、滿足多品種小批量生產(chǎn)的需要，使設(shè)備具有柔性化。(4)操作自動化。采用微機(jī)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一臺機(jī)器各個(gè)相關(guān)傳動機(jī)構(gòu)的動作及它們的功能的協(xié)調(diào)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)器操作的全部自動化。例如，一般數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，將被加工零件的工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床運(yùn)動要求，用數(shù)控編碼記錄在數(shù)控介質(zhì)(如磁盤等)上，然后輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)加工自動化。(5)調(diào)整維修更加方便。機(jī)電一體化產(chǎn)品在使用現(xiàn)場安裝調(diào)試時(shí)，一般均可通過控制程序的變更來實(shí)現(xiàn)工作方式、動作過程的變動，以適應(yīng)各個(gè)用戶工作對象及現(xiàn)場工作參數(shù)變化的需要。七、零件的幾何形狀與互換性零件是組成機(jī)器的基本單元，也是加工制造的最小單元。任何機(jī)器都可以看作是由各種各樣零件組成的集合體。1、零件的形體構(gòu)成及幾何形狀特征雖然零件隨其功用、形狀、尺寸和精度、表面質(zhì)量諸因素的不同而千變?nèi)f化，但組成零件形體的表面是基本一致的，常見的有外圓、內(nèi)圓、錐面、平面、螺紋、齒形、成型面以及各種溝槽等。按零件的結(jié)構(gòu)一般又可分為5類，即軸套類、盤蓋類、支架箱體類、板塊類和特殊類零件，如圖2-18所示。其中軸套類、盤蓋類和支架箱體類是最常見的3類零件。a)軸套類b)盤蓋類c)板塊類d)支架箱體類e)特殊類從零件幾何特征上看，軸套類零件和圖2-18零件的分類盤蓋類零件的幾何特征有外圓、柱體、端面、鍵槽、螺紋、齒形、倒角、錐體等。板塊類零件的幾何特征可分為槽類、孔類、凹腔類、凸起類、臺階類等。正確的認(rèn)識零件的形狀與幾何特征對零件制造是很重要的，是正確制造出零件幾何形狀的前提。零件幾何形狀是由常見的表面構(gòu)成的，常見表面的生產(chǎn)方法奠定了零件表面加工的原理和方法。2、零件的互換性與公差零件的互換性概念在日常生活中到處都能遇到。例如，燈泡壞了，可以換個(gè)新的；自行車、縫紉機(jī)、鐘表的零部件壞了，也可以換個(gè)新的。之所以這樣方便，是因?yàn)檫@些合格的產(chǎn)品和零件具有在尺寸、功能上能夠彼此互相替換的性能。在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要求產(chǎn)品的零部件具有互換性。什么叫機(jī)械產(chǎn)品零部件的互換性呢？零部件的互換性就是同一規(guī)格的零部件按規(guī)定的技術(shù)要求制造，能夠彼此相互替換使用而效果相同的性能。但零件在加工過程中，由于種種因素的影響，零件各部分的尺寸、形狀、方向和位置以及表面粗糙度等幾何量難以達(dá)到理想狀態(tài)，總是有或大或小的誤差。但從零件的功能看，不必要求零件幾何量制造的絕對準(zhǔn)確，只要求同一規(guī)格的零件幾何量在某一規(guī)定誤差范圍內(nèi)變動，保證同一規(guī)格的零件彼此充分相似。這個(gè)允許變動的誤差范圍叫做公差。設(shè)計(jì)零件時(shí)要規(guī)定公差大小，而加工時(shí)也會產(chǎn)生加工誤差，因此要使零件間具有互換性，就應(yīng)把完工零件的誤差控制在規(guī)定的公差范圍內(nèi)。因此機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的任務(wù)就在于正確地確定公差，并把公差在圖樣上明確表示出來。這就是說，互換性要用公差來保證。顯然，在滿足零件功能要求前提下，公差應(yīng)盡量規(guī)定的大些，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，零部件具有互換性，就可以最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，可大大簡化繪圖及計(jì)算等工作，縮短設(shè)計(jì)周期，有利于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)品品種的多樣化。在產(chǎn)品制造過程中，互換性有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，有利于采用先進(jìn)工藝和高效率的專業(yè)設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助制造，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工過程和裝配過程機(jī)械化、自動化，從而提高勞動生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。在產(chǎn)品使用與維修方面，零部件具有互換性，可以及時(shí)更換已經(jīng)磨損或損壞了的零部件，減少機(jī)械設(shè)備的維修時(shí)間及費(fèi)用，保證機(jī)器能連續(xù)而持久地運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高機(jī)械設(shè)備的使用價(jià)值。為了保證零件的互換性，我國制訂有《公差與配合》國家標(biāo)準(zhǔn)。第五節(jié)機(jī)械文明的辯證思考機(jī)械是從簡單的工具開始、逐漸發(fā)展成為復(fù)雜的機(jī)械的，其性能也是從低級幼稚階段逐漸成為高級先進(jìn)的，特別是第二次世界大戰(zhàn)后，各種機(jī)床都迅速地發(fā)展起來，人們的生活也空前地提高，甚至有人預(yù)測說，未來機(jī)械文明的烏托邦一定會來到。但是，從1970年左右，所謂污染成了一個(gè)大問題，人們開始議論，這樣發(fā)展機(jī)械文明是否合適，對于那些陶醉于機(jī)械文明的光輝業(yè)績，這確實(shí)是一個(gè)突如其來的難題，所謂污染問題，對于大多數(shù)機(jī)械技術(shù)人員來說，則是一個(gè)晴天霹靂。一、加鉛汽油的使用汽油發(fā)動機(jī)的性能逐漸提高，熱球式發(fā)動機(jī)和狄塞爾式發(fā)動機(jī)等相繼問世，雖然內(nèi)燃機(jī)多少有些缺點(diǎn)，但是，其用途不斷地?cái)U(kuò)大，特別是它實(shí)現(xiàn)了人類多年來的夢想，制成了空中飛行的機(jī)械——飛機(jī)。1914年，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)以后，內(nèi)燃機(jī)的性能得到了迅速提高。盡管如此，飛機(jī)用汽油仍然是原樣使用直接蒸溜天然原油制品。一點(diǎn)也沒有添加物。從1920年起，為解決所謂爆炸現(xiàn)象，英國的利卡