世界机械发展史(从古至今机械发展简史)

人类成为“现代人”的标志是制造工具。石器时代各种各样的石斧、锤子、简单粗糙的木皮工具是后来出现的机械的先驱。它经历了从制造简单工具到制造由许多零件和部件组成的现代机械的漫长过程。

几千年前，人类已经创造了用于脱壳和粉碎谷物的研钵和磨坊、用于运水的橘子和风车、带轮子的汽车、船和桨、在河流中航行的桨和舵等。使用的动力已经从自己的体力发展到使用畜力、水力、风力。使用的材料已经从天然石材、木材、泥土和皮革发展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制作陶瓷器皿的陶车是由动力、传动和工作三部分组成的完整机器。

从石器时代到青铜时代，再到铁器时代，吹火鼓风机的发展起到了重要的作用。只有有了足够强的鼓风机，冶金炉才能通过获得足够高的炉温，进而从矿石中提炼出金属。在古埃及第18王朝，Rekhmir(约公元前1450年)有一个用于熔炼和铸造的吹壶机。在中国，从公元前1000年到公元前900年，有一种用于冶炼和铸造的鼓风机，它逐渐从手工吹制发展到动物吹制和液压吹制。

15至16世纪以前，机械工程发展缓慢。然而，在几千年的实践中，机械开发积累了相当丰富的经验和技术知识，成为机械工程发展的重要潜力。17世纪以后，英国、法国和西欧国家出现了资本主义，商品生产开始成为社会的中心问题。

18世纪末，蒸汽机的应用从采矿扩展到纺织、面粉、冶金等行业。机械的主要材料逐渐从木材变成更坚韧的金属，这种金属很难用手工加工。机械制造业初具规模，几十年后成为重要产业。

通过不断扩大的实践，机械工程逐渐从主要依靠工匠个人才能和技能的分散技能，发展成为具有理论指导的系统化、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。

权力是发展生产的重要因素。17世纪后期，随着各种机械的改进和发展，对煤炭和金属矿石的需求逐年增加，人们感到依靠人力和畜力无法将生产提高到一个新的阶段。

在英国，纺织、碾磨和其他行业越来越多地在河边建厂，并使用水轮驱动工作机械。但当时煤矿、锡矿、铜矿等矿山的地下水，只能靠大量的畜力来提升和清除。在这样的生产需要下，纽科门的大气蒸汽机于18世纪初出现，用来驱动矿井排水泵。但是这种蒸汽机油耗率高，基本上只在煤矿使用。

1765年，瓦特发明了一种带有独立冷凝器的蒸汽机，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特创造了通过提供旋转动力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范围。随着蒸汽机的发明和发展，采矿和工业生产、铁路和航运都采用机械动力。蒸汽机几乎是19世纪唯一的动力来源，但蒸汽机及其锅炉、冷凝器和冷却水系统体积庞大，使用不便。

19世纪末，电力供应系统和电动机开始发展和普及。20世纪初，电动机在工业生产中取代了蒸汽机，成为驱动各种工作机械的基本动力。生产的机械化离不开电气化，电气化通过机械化在生产中发挥作用。

电站初期以蒸汽机为动力。20世纪初，高效率、高转速、大功率的汽轮机出现，适应各种水资源的汽轮机也出现，推动了供电系统的蓬勃发展。

19世纪末发明的内燃机逐年改进，成为一种轻便、小巧、高效、易操作、随时可启动的原动机。它最早用于驱动没有电源的陆基作业机械，后来用于汽车、移动机械和船舶，20世纪中叶开始用于铁路机车。除去汽轮机和内燃机，它不再是重要的动力机器。而后来发明的内燃机和燃气轮机以及喷气发动机的发展，是飞机和航天器成功发展的基本技术因素之一。

在革命之前，大多数机器都是木制的，由木匠手工制造。金属(主要是铜和铁)仅用于制造仪器、锁、钟、泵和木结构的小零件。金属加工主要靠机械师的精度来达到要求的精度。随着蒸汽机动力装置的普及以及随后矿山、冶金、船舶、机车等大型机械的发展。，需要成型和切割的金属零件越来越多，越来越大，对精度的要求也越来越高。应用的金属材料已经从铜、铁发展到钢。

机械加工，包括锻造、锻造、钣金加工、焊接、热处理等技术和设备，以及切削加工技术和机床、刀具、量具等。，得到了迅速的发展，保证了各行业发展生产所需的机械设备的供应。

随着社会经济的发展，对机械产品的需求激增。生产批量的增加和精密加工技术的进步，促进了零件互换生产、专业分工协作、流水线和流水线等大量生产方式的形成。

简单的互换零件和专业分工在古代就已经产生了。在机械工程中，互换性首先体现在1797年莫茨利螺纹车床生产的螺栓和螺母上。与此同时，美国工程师惠特尼采用可互换的生产方式生产火枪，显示了互换性的可行性和优越性。这种生产方法在美国逐渐普及，形成了所谓的“美式生产法”。

20世纪后

20世纪初，福特创造了汽车制造中的装配线。19世纪末泰勒创立的大规模生产技术和科学管理方法，使汽车等大规模生产的机械产品的生产效率达到了过去难以想象的高度。

20世纪中后期，机械加工的主要特点是:不断提高机床的加工速度和精度，减少对手工技能的依赖；提高成形加工、切削加工和装配的机械化和自动化；利用数控机床、加工中心、成组技术等开发柔性加工系统。，从而将中小批量、多品种生产的生产效率提高到接近量产的水平；研究和改进难加工的金属非金属新材料的成形和切削技术。

18世纪以前，机械师利用经验、直觉和手艺制造机械，与科学的联系很少。18至19世纪，随着新兴资本主义经济的推动，掌握科学知识的人开始关注生产，而直接进行生产的工匠开始学习科学文化知识，他们之间的交流和相互启发取得了巨大的成果。在这个过程中，一整套围绕机械工程的基础理论逐渐形成。

当时，机械首次与先进的科学相结合。蒸汽机的发明者萨维里和瓦特应用了物理学家帕潘和布莱克的理论。在蒸汽机实践的基础上，物理学家卡诺、兰金和开尔文建立了一门新的科学——热力学。内燃机的理论基础是由法国的罗莎于1862年创立的。1876年，奥托应用罗莎的理论，彻底改进了他最初创造的简陋、笨重、噪音大、热效率低的内燃机，确立了内燃机的地位。其他汽轮机、燃气轮机、水轮机等。都是在理论的指导下发展起来的，理论在实践中也得到了完善和提高。

早在公元前，中国就应用了复杂的齿轮系统来引导汽车，并使用了十字炮塔等可以在香炉中永远保持水平位置的零件。古希腊有圆柱齿轮、锥齿轮和蜗杆传动的记载。然而，齿轮传动的瞬时速比与齿廓的关系以及齿廓曲线的选择直到17世纪才在理论上得到阐述。

手柄和踏板机构是曲柄连杆机构的先驱，在所有古代文明中都有悠久的历史。然而，对曲柄连杆机构的形式、运动和动力的精确分析和综合是现代机构的成就。机械学作为一门专门学科，最早是在19世纪初才被列入高等工科院校的课程。通过理论研究，人们可以精确地分析各种机构的运动，包括复杂的空连杆机构，然后根据需要合成新的机构。

机械的工作对象是动态机械，其工作条件会发生很大变化。这种变化有时是随机和不可预测的；实际应用的材料不完全均匀，可能存在各种缺陷；加工精度有一定偏差等等。

与以静态结构为工作对象的土木工程相比，机械工程中的各种问题更难用理论精确解决。因此，早期的机械工程只是用简单的理论概念并结合实践经验来工作。设计依赖经验公式；为了确保安全，他们倾向于保守。因此，制造的机械体积庞大，成本高，生产率低，能耗高。

自18世纪以来，随着新理论的诞生和数学方法的发展，设计和计算的精度不断提高。20世纪出现了各种实验应力分析方法，人们已经能够通过实验方法测量模型和物体各部分的应力。

20世纪下半叶，有限元方法和计算机的广泛应用，使得分析和计算复杂机械及其零部件的力、力矩和应力成为可能。对于具有足够实际或实验数据的机械或其部件，可以使用统计技术根据所需的可靠性科学地设计机械。