《機(jī)械裝備導(dǎo)論》課件第1章

第1章緒論1.1機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介1.2社會(huì)生產(chǎn)與現(xiàn)代機(jī)械文明1.3機(jī)械的概念、特征及服務(wù)領(lǐng)域1.4機(jī)械工作內(nèi)容及發(fā)展1.521世紀(jì)的機(jī)械1.1機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介在人類(lèi)機(jī)械史的長(zhǎng)河中，發(fā)生了幾次決定人類(lèi)命運(yùn)的大革命。第一次革命發(fā)生在大約200萬(wàn)年前，人類(lèi)學(xué)會(huì)使用了最簡(jiǎn)單的機(jī)械——天然工具；第二次革命發(fā)生在大約50萬(wàn)年前，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)并使用了火；第三次革命發(fā)生在大約一萬(wàn)五千年前，人類(lèi)開(kāi)始了農(nóng)耕和畜牧，并大量使用簡(jiǎn)單的機(jī)械；第四次革命發(fā)生在1750～1850年之間，蒸汽機(jī)的發(fā)明導(dǎo)致了一場(chǎng)工業(yè)革命。20世紀(jì)計(jì)算機(jī)的發(fā)明導(dǎo)致了一場(chǎng)現(xiàn)代工業(yè)革命，也就是第五次革命。1.1.1我國(guó)古代的機(jī)械發(fā)明

我國(guó)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(zhǎng)期的封建統(tǒng)治，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(guó)在機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展已落后于西方強(qiáng)國(guó)。

中華民族在過(guò)去的幾千年中，在機(jī)械領(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。機(jī)械的發(fā)明與使用繁榮了人類(lèi)社會(huì)，促進(jìn)了人類(lèi)文明的發(fā)展。在高科技迅速發(fā)展的今天，機(jī)械的種類(lèi)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(dòng)化機(jī)械等先進(jìn)的科技含量高的機(jī)械正在改變著人類(lèi)的生活與工作。除了眾所周知的造紙術(shù)、印刷術(shù)、指南針、火藥這四大發(fā)明之外，中國(guó)古代在機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)明與創(chuàng)造也是非常輝煌的。由于古代中國(guó)長(zhǎng)期處于封建社會(huì)狀態(tài)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展比較緩慢。秦漢以前，對(duì)各種發(fā)明創(chuàng)造比較重視，在這期間的成果較多。據(jù)《周禮考工》記載：智者創(chuàng)物，巧者述之，守之世，謂之工，百工之事皆圣人之作也，但也有不同意見(jiàn)。《老子》上說(shuō)：民多利器，國(guó)家滋昏。人多技巧，奇物滋起。絕巧棄利，盜賊無(wú)有。自秦漢以后，除去對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利的發(fā)明創(chuàng)造之外，其他發(fā)明一般都受到輕視，甚至因發(fā)明創(chuàng)造而獲罪。據(jù)《明史》卷二十五記載：明太祖平元，司天監(jiān)進(jìn)水晶刻漏，中設(shè)二木偶人，能按時(shí)自擊錚鼓。太祖以其無(wú)益而碎之。由于統(tǒng)治者的偏見(jiàn)，極大地影響了古代勞動(dòng)人民的創(chuàng)造能力的發(fā)展。另外，我國(guó)古代不重視對(duì)所發(fā)明器械的繪圖工作，有不少的發(fā)明創(chuàng)造因?yàn)闆](méi)有繪圖的幫助，很難搞明白，而真正作出發(fā)明創(chuàng)造的人或自己不會(huì)用文字記載，或由于社會(huì)的不重視而沒(méi)有記載，這些都影響了我國(guó)古代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。盡管如此，我國(guó)古代的科學(xué)技術(shù)仍然領(lǐng)先于世界。1.1.2西方各國(guó)機(jī)械發(fā)明創(chuàng)造史簡(jiǎn)介

西方各國(guó)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，特別是在機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)明創(chuàng)造，于公元14世紀(jì)以后逐步超過(guò)中國(guó)。從中世紀(jì)沉睡中醒來(lái)的歐洲，約在公元16世紀(jì)進(jìn)入了文藝復(fù)興時(shí)代。機(jī)械產(chǎn)品領(lǐng)域中的發(fā)明創(chuàng)造如雨后春筍，機(jī)械制造業(yè)空前發(fā)展。文藝復(fù)興時(shí)期的代表人物、意大利的著名畫(huà)家達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)了變速器、紡織機(jī)、泵、飛機(jī)、車(chē)床、銼刀制作機(jī)、自動(dòng)鋸、螺紋加工機(jī)等大量機(jī)械，并畫(huà)了印刷機(jī)、鐘表、壓縮機(jī)、起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、貨幣制造機(jī)等大量機(jī)械草圖。一場(chǎng)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(lái)。各種專(zhuān)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。

1738年，英國(guó)的懷特(JohnWyatt)和鮑爾(LewisPaul)設(shè)計(jì)并制造了紡織機(jī)，于1758年取得了改進(jìn)后的紡織機(jī)專(zhuān)利。

1760年，英國(guó)的哈格里沃斯(JamsHargreaves)改造了紡織機(jī)，使紡紗和織布開(kāi)始分工。還有許多人致力于織機(jī)的設(shè)計(jì)與制造。在工業(yè)革命時(shí)期，紡紗機(jī)的發(fā)展由1830年英國(guó)的羅伯茨(RichadRoberts)發(fā)明的自動(dòng)織機(jī)收?qǐng)龆嬉欢温洹?/p>

1769年，在英國(guó)格拉斯哥大學(xué)工作的瓦特(JamsWatt)經(jīng)過(guò)十余年的努力和不斷改進(jìn)，在愛(ài)丁堡制造出第一臺(tái)蒸汽機(jī)。1780年，蒸汽機(jī)為工廠提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，成為動(dòng)力之王。蒸汽機(jī)的成功經(jīng)歷了多人的努力。1680年，荷蘭的物理學(xué)家惠更斯(ChristianHuygens)通過(guò)氣壓使活塞運(yùn)動(dòng)。英國(guó)人塞維利(ThomasSavery)制造了利用蒸汽汲水的機(jī)械。英國(guó)人紐克曼(ThomasNewcomen)完成了氣壓機(jī)的制造。最后才由瓦特發(fā)明出蒸汽機(jī)。

1804年，英國(guó)人特萊維茨克(RichadTrevithick)發(fā)明并制造出第一臺(tái)蒸汽機(jī)車(chē)，并由英國(guó)人斯蒂芬森(GeorgeStephenson)在1829年最后完善成功。1830年法國(guó)修筑了從圣亞田到里昂的鐵路，1835年，德國(guó)修筑了從紐倫堡到菲爾特的鐵路。蒸汽機(jī)車(chē)與鐵路的普及，使交通運(yùn)輸發(fā)展很快，促進(jìn)了西方工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。鐵路時(shí)代，促進(jìn)了西方的機(jī)械文明。

1850年，英國(guó)的佛朗西斯(JamesBichenoFrancis)設(shè)計(jì)并制造了固定葉片外置、轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪安裝在內(nèi)側(cè)的水輪機(jī)，水從葉輪外周流向內(nèi)側(cè)，佛朗西斯水輪機(jī)被廣泛使用。

1870年，美國(guó)的佩爾頓(LesterAlienPetion)發(fā)明了沖擊式水輪機(jī)。

1920年，奧地利的卡普蘭(Kaplan)發(fā)明了螺旋漿式水輪機(jī)。

1882年，瑞典科學(xué)家拉瓦爾(CarlGustafPatrikLaval)研制出了沖擊型汽輪機(jī)。

1884年，意大利的帕茲森研制出了反擊型汽輪機(jī)。

1680年，荷蘭的物理學(xué)家惠更斯開(kāi)始研究?jī)?nèi)燃機(jī)，1833年，英國(guó)的賴(lài)特提出了一種原動(dòng)機(jī)的設(shè)想，1838年由巴尼特制造出第一臺(tái)裝有點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)。

1897年，德國(guó)的狄塞爾(RudolfDiesel)發(fā)明了著名的狄塞爾內(nèi)燃機(jī)。自此后，解決了汽車(chē)、輪船等許多機(jī)器的動(dòng)力源問(wèn)題，機(jī)械工業(yè)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。電的發(fā)現(xiàn)，給人類(lèi)帶來(lái)了光明。電動(dòng)機(jī)的發(fā)明引起了一場(chǎng)新的動(dòng)力革命。

1879年，美國(guó)的發(fā)明家愛(ài)迪生(ThomasAlvaEdison)發(fā)明了電燈。英國(guó)的法拉第(MichaelFaraday)闡述了發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的原理。比利時(shí)的格拉姆(ZenobeTheophiliGramme)制造出第一臺(tái)實(shí)用的發(fā)電機(jī)，它由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要用于照明和電鍍。

由于偶然的因素而發(fā)明了電動(dòng)機(jī)。1873年，在維也納舉行的世界博覽會(huì)上，人們?cè)趯?shí)驗(yàn)發(fā)電機(jī)時(shí)，由于操作失誤，外部電流流向了發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)卻突然轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。這一意外的發(fā)現(xiàn)，觸動(dòng)了科學(xué)家的靈感，不久，實(shí)用的電動(dòng)機(jī)誕生了。

1879年，德國(guó)西門(mén)子(ErustWernerVonsiemens)公司研制成功第一臺(tái)電氣機(jī)車(chē)。四年后，英國(guó)開(kāi)設(shè)了世界上第一條電氣化鐵路。

西方各國(guó)的機(jī)械發(fā)明史主要集中在文藝復(fù)興以后的工業(yè)革命期間，歷史較短，但發(fā)展迅速，奠定了現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)?？偨Y(jié)其發(fā)展很快的原因之一就是對(duì)科學(xué)技術(shù)的重視。很多著名的大學(xué)就是在那一時(shí)期建立的。1.2社會(huì)生產(chǎn)與現(xiàn)代機(jī)械文明人類(lèi)發(fā)展的歷史證明，社會(huì)生產(chǎn)創(chuàng)造著人類(lèi)的社會(huì)物質(zhì)文明，推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家60%～70%的財(cái)富來(lái)源于制造業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，而制造業(yè)的主要支柱是機(jī)械。1.2.1社會(huì)生產(chǎn)與機(jī)械

16世紀(jì)以前，機(jī)械發(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(shí)，成為后來(lái)機(jī)械發(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(guó)出現(xiàn)，商品生產(chǎn)開(kāi)始成為社會(huì)的中心問(wèn)題。許多高才藝的機(jī)械匠師和有生產(chǎn)觀念的知識(shí)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(dòng)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(kāi)始形成，并在幾十年中成為一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)。機(jī)械通過(guò)不斷擴(kuò)大的實(shí)踐，從分散性的、主要依賴(lài)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(mén)有理論指導(dǎo)的、系統(tǒng)的和獨(dú)立的工程技術(shù)。機(jī)械是促成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。在當(dāng)今社會(huì)，任何現(xiàn)代生產(chǎn)和工程領(lǐng)域都需要應(yīng)用機(jī)械，例如農(nóng)業(yè)、林業(yè)、礦山等需要農(nóng)業(yè)機(jī)械、林業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械；冶金和化學(xué)工業(yè)需要冶金機(jī)械、化工機(jī)械；紡織和食品加工工業(yè)需要紡織機(jī)械、食品加工機(jī)械；房屋建筑和道路、橋梁、水利等工程需要工程機(jī)械；電力工業(yè)需要?jiǎng)恿C(jī)械；交通運(yùn)輸業(yè)需要各種車(chē)輛、船舶、飛機(jī)等；各種商品的計(jì)量、包裝、儲(chǔ)存、裝卸需要各種相應(yīng)的工作機(jī)械。就是人們的日常生活，也越來(lái)越多地應(yīng)用各種機(jī)械，如汽車(chē)、自行車(chē)、縫紉機(jī)、鐘表、照相機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)機(jī)、吸塵器等。各個(gè)工程領(lǐng)域的發(fā)展也要求機(jī)械有與之相適應(yīng)的發(fā)展，都需要機(jī)械業(yè)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)出現(xiàn)和發(fā)展。例如，大型動(dòng)力機(jī)械的制造成功，促成了電力系統(tǒng)的建立；機(jī)車(chē)的發(fā)明導(dǎo)致了鐵路工程和鐵路事業(yè)的興起；內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭發(fā)動(dòng)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；高壓設(shè)備(包括壓縮機(jī)、反應(yīng)器、密封技術(shù)等)的發(fā)展導(dǎo)致了許多新型合成化學(xué)工程的成功。機(jī)械就是在各方面不斷提高需求的壓力下獲得發(fā)展動(dòng)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。1.2.2現(xiàn)代機(jī)械文明

現(xiàn)代機(jī)械是由古代的工具逐步發(fā)展起來(lái)的。其性能也是從低級(jí)幼稚階段逐漸發(fā)展為高級(jí)先進(jìn)階段。尤其是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明與自動(dòng)控制手段的發(fā)展，迎來(lái)了現(xiàn)代的機(jī)械文明。但伴隨著機(jī)械文明的到來(lái)，必須要注意到防止使用機(jī)械帶來(lái)的不利因素。

1．機(jī)械文明中的空氣污染

由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的普及，人類(lèi)制造出大量的汽車(chē)。在發(fā)展公共交通運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，汽車(chē)已進(jìn)入家庭。在人們欣喜若狂地謳歌汽車(chē)文明的時(shí)候，突然發(fā)現(xiàn)所呼吸的空氣不再清潔了，患呼吸道疾病的人增加了。人們這才知道汽車(chē)排放的尾氣和汽車(chē)輪子卷起的灰塵已危害了人類(lèi)的健康。因此，研究無(wú)公害汽車(chē)已引起人們的極大關(guān)注。沒(méi)有污染的太陽(yáng)能汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)以及污染小的燃?xì)淦?chē)、天然氣汽車(chē)都在研制過(guò)程中。為解決空氣污染的和交通堵塞的問(wèn)題，有些國(guó)家甚至提倡騎自行車(chē)上班。鋼鐵冶煉工業(yè)、水泥制造工業(yè)、火力發(fā)電工業(yè)及家庭取暖鍋爐每天都向天空中排放大量的有毒氣體與有害的粉塵。世界各國(guó)每年燃煤約20億噸，產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)噸計(jì)的煙塵及有害氣體。直徑大于10?

m的粉塵漂落地面，污染樹(shù)木和花草，使大面積森林枯萎。而直徑小于10?

m的粉塵則長(zhǎng)期飄浮在空中。0.2?

m的粉塵可以進(jìn)入人的肺里，粉塵污染正在威脅人類(lèi)的生命。如果再考慮到化學(xué)工業(yè)的污染，空氣污染對(duì)人類(lèi)的威脅更大。發(fā)明創(chuàng)新出無(wú)污染的機(jī)械，將是擺在機(jī)械人員面前的一個(gè)重要任務(wù)。

2．機(jī)械文明中的噪聲污染

到過(guò)南極的科學(xué)家說(shuō)過(guò)，那里太安靜了。而生活在地球上機(jī)械文明中的人們卻處在各種污染之中。有害的粉塵和氣體通過(guò)口、鼻、皮膚進(jìn)入人體，而噪聲污染卻通過(guò)人耳進(jìn)入人體。即使回到舒適的家中，也處于電冰箱、電視機(jī)、空調(diào)、電風(fēng)扇、音響和電腦的噪聲包圍之中。長(zhǎng)期處于80?dB以上噪聲污染中的人，極易生病，因?yàn)樵肼暷芙档腿梭w的免疫能力。降低一切機(jī)器的噪聲，或者發(fā)明低噪聲的機(jī)器，是現(xiàn)代人們對(duì)機(jī)器性能的基本要求之一。

3．機(jī)械文明中的水污染

水污染的原因很多。工廠排放的廢水、家庭洗滌廢水與垃圾、農(nóng)藥、船舶運(yùn)輸中的石油泄漏等都會(huì)造成大面積的水污染。如何使河水、井水、海水變得潔凈？人們想盡了辦法，也進(jìn)行了各種嘗試，但收效甚微。為了消除水污染，只有不去污染水。因此，發(fā)明對(duì)水沒(méi)有污染的機(jī)器，將是造福于人類(lèi)的大貢獻(xiàn)。

4．機(jī)械文明中的能源問(wèn)題

機(jī)械需要能源，也需要金屬等資源，而地球上的資源卻是有限的。因此，為了人類(lèi)的生存，節(jié)省機(jī)器的能源，尋找新能源，發(fā)明制造機(jī)器的新型復(fù)合材料，是機(jī)械技術(shù)人員以及全人類(lèi)的共同的艱巨而偉大的任務(wù)。

消除機(jī)械文明中的空氣污染、水污染、噪聲污染，尋求新能源、新型復(fù)合材料，是關(guān)系到全人類(lèi)生存與發(fā)展的頭等大事。1.3機(jī)械的概念、特征及服務(wù)領(lǐng)域1.3.1機(jī)械的概念從機(jī)械的定義角度看，我國(guó)是世界上最早給機(jī)械下定義的國(guó)家。公元前5世紀(jì)，春秋時(shí)代的子貢就給機(jī)械下了定義：機(jī)械是能使人用力寡而成功多的器械。后來(lái)的韓非子也有類(lèi)似的定義：舟車(chē)機(jī)械之利，用力少，致功大，則入多。而最早給機(jī)械下定義的歐洲人是公元前1世紀(jì)的一個(gè)叫Vitruvius的古羅馬建筑師，他的定義是：機(jī)械是由木材制造且具有相互聯(lián)系的幾部分所組成的一個(gè)系統(tǒng)，它具有強(qiáng)大的推動(dòng)物體的力量。公元1724年，德國(guó)的一位叫LeoPold的機(jī)械師給機(jī)械作了比較接近現(xiàn)代的定義：機(jī)械是一種人造的設(shè)備，用來(lái)產(chǎn)生有利的運(yùn)動(dòng)，在不能用其他方法節(jié)省時(shí)間和力量的地方，它能做到節(jié)省。LeoPold提出了機(jī)械的運(yùn)動(dòng)、時(shí)間與省力的概念。經(jīng)過(guò)多年的完善與發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械的概念是：機(jī)械是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱(chēng)，把執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)、用來(lái)變換或傳遞能量、物料與信息的裝置稱(chēng)為機(jī)器；把用來(lái)變換或傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的、用運(yùn)動(dòng)副連接的、且有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的構(gòu)件系統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)構(gòu)。這使機(jī)械的定義更加科學(xué)化。機(jī)械為機(jī)器和機(jī)構(gòu)的泛稱(chēng)，是將已有的機(jī)械能或非機(jī)械能轉(zhuǎn)換成便于利用的機(jī)械能，以及將機(jī)械能變換為某種非機(jī)械能或用機(jī)械能來(lái)做一定工作的裝備或器具。前一類(lèi)機(jī)械包括風(fēng)力機(jī)、水輪機(jī)、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)、液壓馬達(dá)等，統(tǒng)稱(chēng)為動(dòng)力機(jī)械。第二類(lèi)機(jī)械包括發(fā)電機(jī)、熱泵、液壓泵、壓縮機(jī)等，這些機(jī)械統(tǒng)稱(chēng)為能量變換機(jī)械。第三類(lèi)機(jī)械是利用人、畜或動(dòng)力機(jī)械所提供的機(jī)械能以改變工作對(duì)象(原料、工件或工作介質(zhì))的物理狀態(tài)、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形狀、位置等的機(jī)械，例如制冷裝置、造紙機(jī)械、粉碎機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械等，這類(lèi)機(jī)械統(tǒng)稱(chēng)為工作機(jī)械。1.3.2機(jī)械的共同特征

機(jī)械是機(jī)器、機(jī)構(gòu)、裝置和器械的統(tǒng)稱(chēng)。

各種機(jī)械的共同特征是：

(1)都是人類(lèi)制造的實(shí)體組合；

(2)其組成件之間有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的傳遞；

(3)進(jìn)行機(jī)械能的轉(zhuǎn)換或機(jī)械能的利用。還有一些裝置或器械，其組成件間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也沒(méi)有機(jī)械能的轉(zhuǎn)換和利用，如蒸汽發(fā)生器、凝汽器、換熱器、反應(yīng)塔、精餾塔、壓力容器等，但由于它們是通過(guò)機(jī)械加工而制成的產(chǎn)品，也被認(rèn)為屬于機(jī)械范疇。

隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器的定義也在不斷地發(fā)展和完善?，F(xiàn)代機(jī)器應(yīng)定義為：機(jī)器是由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互聯(lián)系配合的構(gòu)件所組成的聯(lián)合體，通過(guò)其中某些構(gòu)件的限定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能將某種原動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變，以執(zhí)行人們預(yù)期的工作，在人或其他智能體的操作和控制下，實(shí)現(xiàn)為之設(shè)計(jì)的某種或某幾種功能。

現(xiàn)代機(jī)器基本定義中有兩個(gè)新的概念：其一是強(qiáng)調(diào)機(jī)器是實(shí)現(xiàn)某種“功能”的裝置；其二是強(qiáng)調(diào)了“控制”的概念，而且可以由某種智能體來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的五大要素(人、資金、能量、材料和機(jī)械)之一，能量和材料的生產(chǎn)必須有機(jī)械的參與。

機(jī)械是以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)踐中積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決在開(kāi)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(wèn)題的一門(mén)應(yīng)用學(xué)科。1.3.3機(jī)械服務(wù)領(lǐng)域

機(jī)械產(chǎn)品的服務(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(mén)，無(wú)不需要機(jī)械產(chǎn)品的服務(wù)。概括說(shuō)來(lái)，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品有五大服務(wù)領(lǐng)域。

(1)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(dòng)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(shì)能等)的能量變換機(jī)械。

(2)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。

(3)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。

(4)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(dòng)器械等。

(5)研制和提供各種機(jī)械武器。1.4機(jī)械工作內(nèi)容及發(fā)展

1.4.1機(jī)械的工作內(nèi)容不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機(jī)械的工作內(nèi)容基本相同，按其工作性質(zhì)可分為六個(gè)方面。

(1)建立和發(fā)展可以實(shí)際地和直接地應(yīng)用于機(jī)械的工程理論基礎(chǔ)。這方面主要有：研究力和運(yùn)動(dòng)的工程力學(xué)及流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究材料在外力作用下的應(yīng)力、應(yīng)變等的材料力學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的燃燒學(xué)、傳熱學(xué)和熱力學(xué)；研究摩擦、磨損和潤(rùn)滑的摩擦學(xué)；研究機(jī)械中各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)學(xué)；研究各類(lèi)有獨(dú)立功能的機(jī)械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和計(jì)算的機(jī)械原理及機(jī)械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形及切削加工的金屬工藝學(xué)與非金屬工藝學(xué)等。

(2)研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來(lái)的需要。這方面包括：調(diào)研和預(yù)測(cè)社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品新的要求；探索應(yīng)用機(jī)械產(chǎn)品和其他工程技術(shù)中出現(xiàn)的新理論、新技術(shù)、新材料、新工藝，進(jìn)行必要的新產(chǎn)品試驗(yàn)、試制、改進(jìn)、評(píng)價(jià)、鑒定和定型；分析正在試用的和正式使用的機(jī)械存在的缺點(diǎn)、問(wèn)題和失效情況，并尋求解決措施。

(3)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)。這方面包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)；生產(chǎn)計(jì)劃的制定和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計(jì)和制造工具、模具；確定勞動(dòng)定額和材料定額；組織加工、裝配。試車(chē)和包裝發(fā)運(yùn)；對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。

(4)機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理。機(jī)械一般是由許多各有獨(dú)特的形狀、精密的零件組裝而成的復(fù)雜的制品，生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)，銷(xiāo)售對(duì)象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭，而且銷(xiāo)售量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響下可能出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此，機(jī)械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營(yíng)特別復(fù)雜和困難。企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營(yíng)等的研究也多是始于機(jī)械工業(yè)。生產(chǎn)工程、工業(yè)工程等在成為獨(dú)立學(xué)科之前，都曾是機(jī)械的分支。

(5)機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

(6)研究機(jī)械產(chǎn)品在制造過(guò)程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染和自然資源過(guò)度耗費(fèi)方面的問(wèn)題及其處理措施。這是現(xiàn)代機(jī)械的一項(xiàng)特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。1.4.2機(jī)械的發(fā)展

1．動(dòng)力機(jī)械的發(fā)展

動(dòng)力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀(jì)后期，隨著各種機(jī)械的改進(jìn)和發(fā)展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產(chǎn)提高到一個(gè)新的階段。在英國(guó)，紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來(lái)越多地將工場(chǎng)設(shè)在河邊，利用水輪來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械。但當(dāng)時(shí)已有一定規(guī)模的煤礦、錫礦、銅礦礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來(lái)提升和排除。在這樣的生產(chǎn)需要下，18世紀(jì)初出現(xiàn)了T.紐科門(mén)的大氣式蒸汽機(jī)，用以驅(qū)動(dòng)礦井排水泵。但是這種蒸汽機(jī)的燃料消耗率很高，基本上只應(yīng)用于煤礦。1765年J.瓦特發(fā)明了有分開(kāi)的凝汽器的蒸汽機(jī)，降低了燃料消耗率。

1781年J.瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力的蒸汽機(jī)，擴(kuò)大了蒸汽機(jī)的應(yīng)用范圍。蒸汽機(jī)的發(fā)明和發(fā)展，使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和航運(yùn)都得以機(jī)械動(dòng)力化。蒸汽機(jī)幾乎是19世紀(jì)唯一的動(dòng)力源。但蒸汽機(jī)及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應(yīng)用很不方便。19世紀(jì)末，電力供應(yīng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)開(kāi)始發(fā)展和推廣。20世紀(jì)初，電動(dòng)機(jī)已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機(jī)，成為驅(qū)動(dòng)各種工作機(jī)械的基本動(dòng)力。生產(chǎn)的機(jī)械化已離不開(kāi)電氣化，而電氣化則通過(guò)機(jī)械化才對(duì)生產(chǎn)發(fā)揮作用。發(fā)電站初期應(yīng)用蒸汽機(jī)為原動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)初期，出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機(jī)，也出現(xiàn)了適應(yīng)各種水力資源的大、小功率的水輪機(jī)，促進(jìn)了電力供應(yīng)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。

19世紀(jì)后葉發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過(guò)逐年改進(jìn)，成為輕而小、效率高、易于操縱并可隨時(shí)啟動(dòng)的原動(dòng)機(jī)。它先被用以驅(qū)動(dòng)沒(méi)有電力供應(yīng)的陸上工作機(jī)械，以后又用于汽車(chē)、移動(dòng)機(jī)械(拖拉機(jī)、挖掘機(jī)械等)和輪船，到20世紀(jì)中葉開(kāi)始用于鐵路機(jī)車(chē)。蒸汽機(jī)在汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的排擠下，已不再是重要的動(dòng)力機(jī)械。內(nèi)燃機(jī)和以后發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，成為了飛機(jī)、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。

2．機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展

工業(yè)革命以前，機(jī)械大都是木結(jié)構(gòu)的，由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結(jié)構(gòu)機(jī)械上的小型零件。金屬加工主要靠機(jī)匠的精工細(xì)作，以達(dá)到需要的精度。蒸汽機(jī)動(dòng)力裝置的推廣，以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船、機(jī)車(chē)等大型機(jī)械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來(lái)越多，越來(lái)越大，要求的精度也越來(lái)越高。應(yīng)用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。機(jī)械加工包括鑄造、鍛壓、鈑金、焊接、熱處理等技術(shù)及其裝備，以及切削加工技術(shù)和機(jī)床、刀具、量具等。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的需求猛增。生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術(shù)的進(jìn)展，促進(jìn)了大量生產(chǎn)方法(零件互換性生產(chǎn)、專(zhuān)業(yè)分工和協(xié)作、流水生產(chǎn)線和流水裝配線等)的形成。

簡(jiǎn)單的互換性零件和專(zhuān)業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn)，在古代就已出現(xiàn)。在機(jī)械中，互換性最早體現(xiàn)在H．莫茲利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車(chē)床所生產(chǎn)的螺栓和螺母。同時(shí)期，美國(guó)工程師E．惠特尼用互換性生產(chǎn)方法生產(chǎn)火槍?zhuān)@示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產(chǎn)方法在美國(guó)逐漸推廣，形成了所謂“美國(guó)生產(chǎn)方法”。20世紀(jì)初期，H.?福特在汽車(chē)制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產(chǎn)技術(shù)加上F.W.?泰勒在19世紀(jì)末創(chuàng)立的科學(xué)管理方法，使汽車(chē)和其他大批量生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率很快達(dá)到了過(guò)去無(wú)法想象的高度。

20世紀(jì)中、后期，機(jī)械加工的主要特點(diǎn)是：

(1)不斷提高機(jī)床的加工速度和精度，減少對(duì)手工技藝的依賴(lài)。

(2)發(fā)展少或無(wú)切削加工工藝。

(3)提高成形加工、切削加工和裝配的機(jī)械化和自動(dòng)化程度。從機(jī)械控制的自動(dòng)化發(fā)展到電氣控制的自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)程序控制的完全自動(dòng)化，直至無(wú)人車(chē)間和無(wú)人工廠。

(4)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)效率提高到接近于大量生產(chǎn)的水平。

(5)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)。

3．機(jī)械基礎(chǔ)理論的發(fā)展

18世紀(jì)以前，機(jī)械匠(師)全憑經(jīng)驗(yàn)、直覺(jué)和手藝進(jìn)行機(jī)械制作，與科學(xué)幾乎不發(fā)生聯(lián)系。到18～19世紀(jì)，在新興的資本主義經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)下，掌握科學(xué)知識(shí)的人士開(kāi)始注意生產(chǎn)，而直接進(jìn)行生產(chǎn)的匠師則開(kāi)始學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)。他們之間的交流和互相啟發(fā)取得了很大的成果。在這個(gè)過(guò)程中，逐漸形成一整套圍繞機(jī)械的基礎(chǔ)理論。動(dòng)力機(jī)械最先與當(dāng)時(shí)的先進(jìn)科學(xué)相結(jié)合。蒸汽機(jī)的發(fā)明人T.?薩弗里、J.瓦特應(yīng)用了物理學(xué)家D．帕潘和J．布萊克的理論。在蒸汽機(jī)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，物理學(xué)家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開(kāi)爾文建立起一門(mén)新的科學(xué)——熱力學(xué)。內(nèi)燃機(jī)最重要的理論基礎(chǔ)是法國(guó)的A.E.BJe羅沙在1862年創(chuàng)立的，1876年NA.奧托應(yīng)用羅沙的理論，徹底改進(jìn)了最初粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內(nèi)燃機(jī)而奠定了新的內(nèi)燃機(jī)的地位。其他如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)等都在理論指導(dǎo)下得到發(fā)展，而理論也在實(shí)踐中得到改進(jìn)和提高。早在公元前，中國(guó)已在指南車(chē)上應(yīng)用復(fù)雜的齒輪系統(tǒng)，在其中應(yīng)用了能永保水平位置的十字轉(zhuǎn)架等機(jī)件。古希臘已有圓柱齒輪、錐齒輪和蝸桿傳動(dòng)的記載。但是，關(guān)于齒輪傳動(dòng)瞬時(shí)速比與齒形的關(guān)系和齒形曲線的選擇，直到17世紀(jì)之后方有理論闡述。手搖把和踏板機(jī)構(gòu)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的先驅(qū)，在各文明古國(guó)都有悠久歷史，但是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的形式、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的確切分析和綜合，則是近代機(jī)構(gòu)學(xué)的成就。機(jī)構(gòu)學(xué)作為一個(gè)專(zhuān)門(mén)學(xué)科遲至19世紀(jì)初才第一次列入高等工程學(xué)院(巴黎的工藝學(xué)院)的課程。通過(guò)理論研究，人們方能精確地分析各種機(jī)構(gòu)，包括復(fù)雜的空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)而能按需要綜合出新的機(jī)構(gòu)。機(jī)械的工作對(duì)象是動(dòng)態(tài)的機(jī)械。它的工作情況會(huì)發(fā)生很大的變化。這種變化有時(shí)是隨機(jī)的而不可預(yù)見(jiàn)；實(shí)際應(yīng)用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差等。與以靜態(tài)結(jié)構(gòu)為工作對(duì)象的土木工程相比，機(jī)械中各種問(wèn)題更難以用理論精確解決。因此，早期的機(jī)械只運(yùn)用簡(jiǎn)單的理論概念，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作。設(shè)計(jì)計(jì)算多依靠經(jīng)驗(yàn)公式；為保證安全，都偏于保守。結(jié)果，制成的機(jī)械笨重而龐大，成本高，生產(chǎn)率低，能量消耗很大。從18世紀(jì)起，設(shè)計(jì)計(jì)算從兩個(gè)方面不斷提高了精確度：

(1)在材料強(qiáng)度方面，從早期按靜強(qiáng)度除以安全系數(shù)(考慮一定的不精確性和分散性因素的經(jīng)驗(yàn)系數(shù))的粗糙計(jì)算，提高到考慮材料的疲勞(19世紀(jì)后半葉)；從一律按材料的無(wú)限疲勞壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)，改為按照實(shí)際要求的壽命進(jìn)行有限壽命設(shè)計(jì)(20世紀(jì)前半葉)；從認(rèn)為材料原則上不能有裂紋，發(fā)展到以斷裂力學(xué)理論為依據(jù)，考慮裂紋材料的強(qiáng)度和壽命。

(2)在機(jī)械結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析方面，從應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式和簡(jiǎn)化的力學(xué)分析來(lái)確定各種受力和力矩，發(fā)展到應(yīng)用復(fù)雜的力學(xué)分析和數(shù)學(xué)計(jì)算方法。進(jìn)入20世紀(jì)，又出現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法。人們已能用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出模型和實(shí)物上各部位的應(yīng)力，在發(fā)現(xiàn)應(yīng)力過(guò)高或過(guò)低時(shí)，便可以作出必要的調(diào)整。20世紀(jì)后半葉，人們開(kāi)始應(yīng)用有限元法和電子計(jì)算機(jī)的迅速可靠的數(shù)值計(jì)算，對(duì)復(fù)雜的機(jī)械及其零件、構(gòu)件進(jìn)行力、力矩、應(yīng)力、應(yīng)變等的分析和計(jì)算。對(duì)于掌握有充分的實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)資料的機(jī)械或其元件，已經(jīng)可以運(yùn)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)，按照要求的可靠度科學(xué)地進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，或者按機(jī)械的實(shí)際情況(實(shí)際的質(zhì)量、實(shí)際的使用條件等)科學(xué)地判斷其可靠度和壽命。但在許多機(jī)械工作中，仍還應(yīng)用一些經(jīng)驗(yàn)方法、經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)等，不過(guò)其中的科學(xué)成分在不斷增加，經(jīng)驗(yàn)成分則不斷減少。1.521世紀(jì)的機(jī)械1.5.1機(jī)械與人類(lèi)的生存環(huán)境工程技術(shù)的發(fā)展在提高人類(lèi)物質(zhì)文明和生活水平的同時(shí)，也對(duì)自然環(huán)境起了破壞作用。20世紀(jì)中期以來(lái)，暴露出來(lái)的嚴(yán)重問(wèn)題有兩個(gè)方面：資源(其中最嚴(yán)重的是能源)的大量消耗和環(huán)境的嚴(yán)重污染。能源方面，在近期改進(jìn)核裂變動(dòng)力裝置以及發(fā)展太陽(yáng)能、地?zé)崮?、潮汐能、海水溫差能等，可以減少對(duì)非再生的石化能源的依賴(lài)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，核聚變是很有希望的和幾乎無(wú)窮盡的未來(lái)能源。以核物理學(xué)的現(xiàn)在和將來(lái)的成就為基礎(chǔ)，機(jī)械與其他工程技術(shù)一起，在21世紀(jì)中完成核聚變動(dòng)力裝置的開(kāi)發(fā)和推廣可能徹底解決世界的能源問(wèn)題。使用這種新能源可同時(shí)消除對(duì)大氣的二氧化碳污染。地殼中和海水中的金屬礦藏的蘊(yùn)藏量極為豐富。只要改進(jìn)采礦和選礦的工藝和提高采、選礦機(jī)械的性能，以降低可以經(jīng)濟(jì)利用的礦石品位，并充分回收金屬?gòu)U料，在有足夠的能量供應(yīng)的條件下，金屬材料資源不愁匱乏。在煤、石油、天然氣等不再被大量地用作燃料而主要作為合成材料的原料之后，非金屬材料的供應(yīng)也可得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的保證。

化學(xué)工程、冶金工程等生產(chǎn)流程中所產(chǎn)生的廢氣、廢水等環(huán)境污染源，通過(guò)改進(jìn)流程、增加凈化機(jī)械和設(shè)施并提高其凈化效率，在技術(shù)上是能夠加以消除的。人們一向以增加生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的