機械發展歷史

A. 機械工程的發展歷史

17世紀以後，資本主義商品經濟在英、法等國迅速發展，許多人致力於改進各產業所需要的工作機械和研製新的動力機械——蒸汽機。製作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械製造工業開始形成，並逐漸成為重要產業。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發展成為有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命和資本主義機械大生產的主要技術因素。
工程技術的發展在提高人類物質文明和生活水平的同時，也對自然環境起了破壞作用。20世紀中期以來，暴露出來的嚴重問題有兩個方面：資源（其中最嚴重的是能源）的大量消耗和環境的嚴重污染。能源方面，在改進核裂變動力裝置、發展太陽能、地熱、潮汐能、海水溫差能等，可以減少對非再生的化石能源的依賴。從長遠的觀點看，核聚變是很有希望的和幾乎無窮盡的未來能源。以核物理學將來的成就為基礎，機械工程與其他工程技術一起，在21世紀中完成核聚變動力裝置的開發和推廣可能徹底解決世界的能源問題。使用這種新能源可同時消除對大氣的二氧化碳污染。
地殼中和海水中的金屬礦藏的蘊藏量極為豐富。只要改進采礦和選礦的工藝和提高采、選礦機械的性能，以降低可以經濟利用的礦石品位，並充分回收金屬廢料，在有足夠的能量供應的條件下，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後，非金屬材料的供應也可得到長遠的保證。
化學工程、冶金工程等生產流程中所產生的廢氣、廢水等環境污染源，通過改進流程、增加凈化機械和設施並提高其凈化效率，在技術上是能夠加以消除的。
機械工程一向以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性，即以提高人類的利益為目標來研製和發展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研製將以降低資源消耗，發展潔凈的再生能源，治理、減輕以至消除環境污染作為超經濟的目標任務。

B. 機械工業的發展歷史

機器生產的工廠制大工業發展到一定程度，必然要求機器本身的生產革命化，即建立機器製造業。機器製造業的建立是經歷了一個過程的。最先投入使用的一批紡織機器，幾乎全是木製的手工產品，或是由使用人自行製造，或是由鍾表匠、木匠和工具製造匠為使用人定製，甚至蒸汽機最早也不是由波爾頓—瓦特商號製造的。他們只提供圖紙，監督生產。由此可見，工業革命開始時雖有機器生產，但尚無真正的機器製造業。
手工生產木製機器有著本身無法克服的缺陷：成本很高，產量有限，轉速不勻，容易磨損，構造簡單，功效不高。上述缺陷是由手工方法與木料相適應、相結合而造成的。因此，要從根本上克服那些缺陷，必須從建築材料、製作方法以及加工工具三個方面進行改革。隨著冶鐵業的發展，人們逐步開始以鐵代替木材來生產機器零件，工廠越來越多地使用金屬設備。威爾金森提供的優質汽缸，保證了瓦特改良蒸汽機的成功。鐵器零件和設備的應用，必然要求製造方法和工具的改革。鐵取代木材，增加了機器材料的硬度，而機器構造的日益復雜則要求零件的精確性和標准化。對此，原有的手工方法及所用的工具已無法滿足需要。「大工業必須掌握它特有的生產資料，即機器本身，必須用機器來生產機器。這樣，大工業才能建立起與自己相適應的技術基礎，才得以自立。」 建國後，隨著國家機械工業的迅速發展。民族地區機械工業也得到較快地發展。現在，從製造一般機電產品到製造大型復雜地精密設備，甚至已達到生產電子產品，並在各省區已形成了一個門類比較齊全。布局目趨合理、具有一定規模和技術水平的現代化機械工業系統。並出現了一批如交通運輸設備製造、電氣機械和器材製造、儀器儀表及計量器具製造等門類的機械工業基地，主要集中在呼和浩特、銀川、烏魯木齊、昆明、貴陽、南寧、柳州、梧州等市。
但民族地區機械工業目前前仍不能滿足其經濟日益發展的需要。主要問題是：雖然發展較快，但基礎差，生產水平較低，設備陳舊消耗高，經濟效益差，交通不便，信息不靈，應變能力差，管理落後，產品單一，缺乏競爭力等等。所以，近幾年來各省區在「調整、改革、整頓、提高」的方針指引下，以經濟效益為中心，狠抓機械工業的高速和改革、技術改造、產品更新，使機械工業得到更加協調、健康地發展。

C. 機械工程發展簡史是什麼

在人類歷史的長河中，發生了五次決定人類命運的大革命。第一次革命發生在大約二百萬年前，人類學會了使用最簡單的機械——天然工具；第二次革命發生在大約五十萬年前，人類發現並使用了火；第三次革命發生在大約一萬五千年前，人類開始了農耕和畜牧，並大量使用簡單的機械如圖2-1所示；第四次革命發生在1750年到1850年之間，蒸汽機的發明導致了一場工業革命，在此期間，奠定了現代工業的基礎；計算機的發明導致了一場現代工業革命，也就是第五次革命。計算機正在改變人類傳統的生活方式和工作方式。人類的生存、生活、工作與機械密切相關。衣服是由紡織機織成布，然後用縫紉機製成的；糧食是用機械播種、收割、加工的；樓房是用機械蓋的；電是用機械發出的；汽車、火車、飛機是機械，同時也是由機械製造的。

圖2-1早期工具為了更好地了解現代機械，發明創造出新機械，了解機械的發明創造史是有必要的。古代由於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，為了和各種野獸抗爭，他們學會了用天然的木棍和石塊保衛自己，並用之獵取食物。通過使用天然工具，鍛煉了他們的大腦和手指，並逐步通過敲擊石塊和磨製，學會了製造和使用簡單的木製、石制工具，從事各種勞動。可以這樣認為，發明並使用這些最簡單工具的創舉，是類人猿進化為人類的一個決定性因素。在以後漫長的歲月里，人類發現了火，並學會了鑽木取火，使人類的生活質量有了很大提高。學會了把磨尖的石塊安裝在木棍上等更進一步的工具製造，加速了人類的進化過程。公元前四千年左右，人類又發現了金屬，學會了冶煉技術，各類工具的使用得到了迅速發展。

D. 中國機械發展史及現狀

中國是世界上機械發展最早的國家之一。中國的機械工程技術不但歷史悠久，而且成就十分輝煌，不僅對中國的物質文化和社會經濟的發展起到了重要的促進作用，而且對世界技術文明的進步做出了重大貢獻.傳統機械方面，我國在很長一段時期內都領先於世界。到了近代由於特別是從18世紀初到19世紀40年代，由於經濟社會等諸多原因，我國的機械行業發展停滯不前，在這100多年的時間里正是西方資產階級政治革命和產業革命時期，機械科學技術飛速發展，遠遠超過了中國的水平。這樣，中國機械的發展水平與西方的差距急劇拉大，到十九世紀中期已經落後西方一百多年。 新中國建立後特別是近三十年來，我國的機械科學技術發展速度很快。向機械產品大型化，精密化、自動化和成套化的趨勢發展。在有些方面已經達到或超過了世界先進水平。總的來說，就目前而言中國機械科學技術的成就是巨大的，發展速度之快，水平之高也是前所未有的。這一時期還沒有結束，我國的機械科學技術還將向更高的水平發展。只要我們能夠採取正確的方針、政策、用好科技發展規律並勇於創新，我國的機械工業和機械科技一定能夠振興，重新引領世界機械工業發展潮流。 雖然目前我國的機械技術取得了不小的成就，與世界先進的水平仍有不小差距，究其根本原因為製造技術不高；生產效率還比較低；工藝比較落後；整體設計水平及在資源共享方面仍有很大的提高空間。 是什麼讓我國的機械行業整體水平仍然出在比較低的階段呢？我們不妨從以下方面進行分析： 一.就其總體而言先進的製造設備還沒有普及，很多加工設備仍然是上世紀五.六十年代甚至是更早前出產的，這些設備不管在加工效率，加工精度都已經顯得很落後，即使是有些設備經過改裝但仍然是顯得問題重重。 二.零件加工沒有達到規模化，雖然我國已經有很多機械零件已經標准化，可以達到規模量產。但是仍然有許多非標的定製件只能單個生產，生產效率及加工成本非常的高. 三.加工水平非常低下也是影響我國機械行業發展的重要原因，幾個人甚至一個人加幾台破舊的設備就可以組成一個機械加工廠，這種家庭作坊式的加工方式完全依賴加工者的水平來生產，沒有工藝，沒有品質，沒有效率。但是這種作坊工廠在我國依然普遍存在，這種生產出來的機械零件很難靠它去提升我國的機械設備加工，工藝水平。 四.加工工藝的編排的不合理同樣造成生產效率，產品品質降低及加工成本的提高。甚至於很多加工廠根本在機械加工中根本就不編寫加工工藝等必要的技術知道資料，完全考加工者經驗來指導加工過程。 五.在機械設計方面也存在許多的問題，機械工程師在設計某一設備時，往往只考慮標准件和通用零部件的借用，而對於其他零部件則完全是根據自己的經驗及所掌握的知識來確定，這就形成了一個設計孤島問題，而事實上是可能其他地方剛好有一零件與自己需要的零件相同或相近，同時設計理念比自己的更先進，完全可以借用過來為我使用。如果能有這樣一個平台可以使所有的非標的獨立設計的零件的參數公布，設計師們可以通過該平台查找到合乎自己使用的非標件，如果借用的人多了，那麼此非標件就可以當成一準標准件或通用件來使用，同樣的那麼這個零件的需求量就會多起來容易形成大批量的生產，相對的就能提高生產效率，品質和降低成本。更始最大程度上達到了資源的共享，也許就是這樣越來越多的「標准件」就這樣產生了。 綜上所言，造成機械行業這種種問題的症結所在就是分散而毫無效率的生產規模，落後的機器設備，技術人才的嚴重不足，閉塞的信息交流。要解決以上問題那麼就需要有一個整合的，交流的，展示的平台，在最大程度上的實現資源共享，解決行業孤島問題，並以此達到整合，更大程度上的推進機械行業的快速發展。 加法資源網正是基於此戰略高度而誕生的。「全參數化的、動態新增的、世界級的產品資源大全」，將至力於重點發展機械業，讓更多的自製的非標准機械零配件轉化為准標准化來提高推動機械業生產水平。加法資源網的設計構思帶有一定的獨創性，完全不同於其他信息交易網的建站思想，我們主要是以歸類整理產品信息資源為主，為工程設計技術人員，企業生產決策者提供較全面的具有實際指導意義的信息。加法資源網簡單看是一部動態的不斷更新的工具手冊，深入發展可以解決企業之間的信息孤島問題，加快助進企業之間生產過程的半

E. 機械製造製造發展史

公元前～公元元年
公元前7000年，巴勒斯坦地區猶太人建立傑里科城，城市文明首次出現在地球上，最早的車輪或許是此時誕生的。傑利科是世界第一城，也被稱為世界文明的搖籃。
公元前4700年，埃及巴達里文化進入青銅器時代，搬運重物的工具有滾子、撬棒和滑橇等，如埃及建造金字塔時就已使用這類工具。
公元前3500年，古巴比倫的蘇美爾誕生了帶輪的車，是在橇板下面裝上輪子而成。
公元前3000年，美索不達米亞人和埃及人開始普及青銅器，青銅農具及用來修造金字塔的青銅工具（比如：鑿子）在此時已廣泛使用。
公元前2800年，中國中原地區出現原始耕地工具——耒耜（木製）。
公元前2800年，青銅器製作技術傳入我國周邊，西域的游牧民族（現中國甘肅東鄉馬家窯文化遺址）出現錫青銅鑄成的銅刀。
公元前2686（埃及第三至第六王朝），開始出現牛拉的原始木犁和金屬鐮刀。銅制工具的製造多用鍛打法。
公元前2500年，歐亞之間地區就曾使用兩輪和四輪的木質馬車．埃及古代墓葬中曾發現公元前1500年前後的兩輪戰車。
公元前2500年，伊拉克和埃及用失蠟法鑄造青銅金屬飾物。
公元前2400年，埃及出現腕尺、青銅手術刀，滑輪等機械設備。
公元前2070年，中華民族開始出現，傳說中大禹治水就在此時期。
公元前2000年，中國甘肅武威皇娘娘台齊家文化遺址留存經過冷鍛的紅銅刀、鑿。
埃及等地出現切割樹木的車床。
中國中原地區開始製造以圓木板為行走部件的車輛（輪子）。
公元前1700年，西亞巴格達附近，歐貝德文明進入鐵器時代。
公元前1600年，青銅器正式傳入中原，中國開始用天然磨料磨製銅器和玉器。
公元前1400年，中國河北藁城和北京平谷縣留存經過熱鍛的鐵刃銅鉞。
公元前1400——1300年，得到考古學支持的商代甲骨文出現，中國進入有文字時代。
公元前1400年，中國河南安陽殷墟留存商代晚期最重的青銅器司母戊方鼎。
中國河南安陽殷墟留存經過再結晶退火的金箔。
中國出現象牙尺。
公元前1400年，小亞細亞的古國赫梯王國開始使用鐵器。
公元前1300年，中始用銅犁。
中國用研磨方法加工銅鏡。
公元前1200年，敘利亞出現磨穀子用的手磨。
兩河流域文明在建築和裝運物料過程中，已使用了杠桿、繩索滾棒和水平槽等簡單工具。
滑輪技術流傳到亞述，亞述人作城堡上的放箭機構。
埃及出現絞盤，最初用在礦井中提取礦砂和從水井中提水。
埃及初步出現了水鍾、虹吸管、鼓風箱和活塞式唧筒等流體機械。
公元前1000年，鐵器製作技術自印度傳入中原鄰近的少數民族，中國西部國家（南越，楚國）出現帶鐵犁鏵的犁。
公元前1000年，中國發明冶鑄青銅用的鼓風機。
公元前770年，中國開始使用失蠟鑄造方法鑄造青銅器。
中原出現可鍛鑄鐵和鑄鋼。
中國已普遍用漏壺計時
西元紀年法（陽歷）誕生(凱撒公元前48年，經凱撒修正後，這一歷法稱為凱撒歷)，羅馬文明確定太陽歷與24節氣。
公元前770年，中國湖北銅綠山春秋戰國古銅礦遺址留存木製轆轤軸。
中國出現製造戰船的工場。
公元前700年，中國出現滑輪。
公元前600年，古希臘和古羅馬進入古典文化時期，這一時期在古希臘誕生了一些著名的哲學家和科學家，他們對古代機械的發展作出了傑出的貢獻。如學者希羅著書闡明關於五種簡單機械(杠桿、尖劈、滑輪、輪與軸、螺紋)推動重物的理論，這是已知的最早的機械理論書籍。
公元前513年，中國的《左傳》記載中國最早的鑄鐵件——晉國鑄刑鼎。
希臘羅馬地區木工工具有了很大改進，除木工常用的成套工具如斧、弓形鋸、弓形鑽、鏟和鑿外，還發展了球形鑽、能拔鐵釘的羊角錘、伐木用的雙人鋸等。此時，長軸車床和腳踏車床已開始廣泛使用，用來製造傢具和車輪輻條。腳踏車床一直延用到中世紀，為近代車床的發展奠定了基礎。
公元前500年，中國湖北隨縣曾侯乙墓留存春秋戰國時期最復雜、最精美的青銅器—曾侯乙尊盤和曾侯乙編鍾，編鍾由8組65枚組成，採用渾鑄法鑄造。
中國春秋末期的齊國編成手工藝專著《考工記》。
世界上第一枚沖製法製成的錢幣在羅馬誕生，這是金屬加工方面的一大成就，是現代成批生產技術的萌芽。
公元前476年，中國出現用天然磁鐵製成的指南針—司南。
中國開始用疊鑄法鑄造青銅刀幣。
中國河北易縣燕下都遺址留存的鋼劍中有淬火組織，矛、箭鋌中有正火組織。
中國河南洛陽留存經脫碳退火的白口鑄錛，表面已脫碳成鋼。
中國河南信陽留存汞齊鎏金器物。
公元前476年，中國山西永濟縣櫱家崖留存青銅棘齒輪(直徑25毫米，40齒)
中國河北武安午汲古城遺址留存鐵制棘齒輪。
公元前400年，中國的公輸班發明石磨。
公元前220年，希臘的阿基米德創制螺旋提水工具。
希臘的阿基米德提出物體浮力理論——阿基米德原理。
古希臘人在手磨的基礎上製成了輪磨。
中國西安兵馬俑出土的青銅秦劍大約誕生於此時期。
公元前206年，中國西漢出現青銅鑄件透光鏡。
公元前206年，齒輪在歐洲出現，最早的應用是裝在戰車用來記錄行車里程的里程計上。
中國四川成都市站東鄉留存滑車。
羅馬在單輪滑車的基礎上發明復式滑車。它最早應用是在建築上起吊重物。
公元前113年，中國河北滿城西漢中山靖王劉勝墓留存經過滲碳處理的佩劍。
公元前110年前後，羅馬桔槔式提水工具和吊桶式水車使用范圍擴大，渦形輪和諾斯水磨等新的流體機械出現，前者靠轉動螺紋形桿，將水由低處提到高處，主要用於羅馬城市的供水。後者用來磨穀物，靠水流推動方葉輪而轉動，其功率不到半馬力。
公元前100年，羅馬功率較大的維特魯維亞水磨出現，水輪靠下沖的水流推動，通過適當選擇大小齒輪的齒數，就可調整水磨的轉速，其功率約三馬力，後來提高到五十馬力，成為當時功率最大的原動機。
公元元年至１７００年
公元1世紀，亞歷山大的西羅著有《氣動力學》，其中記載利用蒸汽作用旋轉的氣轉球(反動式汽輪機雛形)。同時，西羅發明的汽轉球(又叫風神輪)出現。汽轉球作為第一個把蒸汽壓力轉化為機械動力的裝置，它也是最早應用噴氣反作用原理的裝置。
公元9年，中國制出新莽卡尺。
25～221年，中國的畢嵐發明翻車(龍骨水車)。
中國的杜詩發明冶鑄鼓風用水排。
中國出現水輪車(水輪機雛形)。
78～139年，中國的張衡發明渾天儀(水運渾象)，由漏水驅動，能指示星辰出沒時間。
2世紀，中國用花紋鋼製造寶刀、寶劍——類似大馬士革剛。
105年，中國的蔡佗監造出良紙。
220～230年，中國出現記里鼓車。
235年，中國的馬鈞發明由齒輪傳動的指南車。
265—420年，中國的杜預發明由水輪驅動的連機碓和水轉連磨。
4世紀，地中海沿岸國家在釀酒壓力機上應用螺拴和螺母。
西方機械技術的發展因古希臘和羅馬的古典文化處於消沉而陷於長期停頓。黑死病等瘟疫的蔓延，是西方世界陷入長達400年的黑暗。
5～6世紀，中國發明磨車。
420～589年，中國出現車船。
550—580年，中國的綦母懷文發明灌鋼技術。
618—907年，中國西安沙坡村留存銀質被中香爐，結構奇巧。
700年，波斯開始使用風車。
953年，中國鑄造大型鑄鐵件——滄州鐵獅子(重5000千克以上)。
1041～1048年，中國的畢升發明活字印刷術。
1088年，中國的蘇頌、韓公廉製成帶有擒縱機構的水運儀象台。
1097年，中國在山西太原晉祠鑄有四個大鐵人——宋代鐵人。
1127～1279年，中國發明水轉大紡車。
1131～1162年，中國記載走馬燈(燃氣輪機雛形)。
1263年，中國的薛景石完成木製機具專著《梓人遺制》。
1330年，中國的陳椿在《敖波圖》中記載化鐵爐(攙爐)。
1332年，中國用銅製造大炮。
文藝復興時代開始，意、法，英等國相繼興辦大學，發展自然科學和人文科學，培養人才，西方機械技術開始恢復和發展。
1350年，義大利的丹蒂製成機械鍾，以重錘下落為動力，用齒輪傳動。
1395年，德國出現桿棒車床
1439年，德國谷騰堡發明金屬活字凸版印刷機。
1608年，荷蘭的李普希發明望遠鏡。
1629年，義大利的布蘭卡設計出靠蒸汽沖擊旋轉的轉輪(沖動式汽輪機的雛形)。
1637年，中國刊印了宋應星的科學技術著作《天工開物》，書中對中國古代生產器具和技術有詳細記載。
1643年，義大利的托里拆利通過實驗測定標准大氣壓值為760毫米汞柱高奠定了流體靜力學和液柱式壓力測量儀表的基礎。
1660年，法國的帕斯卡提出靜止液體中壓力傳遞的基本定律，奠定了流體靜力學和液壓傳動的基礎。
1650～1654年，德國的蓋利克發明真空泵，1664年他在馬德堡演示了著名的馬德堡半球實驗，首次顯示了大氣壓的威力。
1656～1657年，荷蘭的惠更斯創制單擺機械鍾。
1665年，荷蘭的列文胡克和英國的胡克發明顯微鏡。
1698年，英國的薩弗里製成第一台實用的用於礦井抽水的蒸汽機—「礦工之友」。它開創了用蒸汽作功的先河。
公元１７００年～１８００年
1701年，英國的牛頓提出對流換熱的牛頓冷卻定律。
1705年，英國的紐科門發明大氣活塞式蒸汽機，取代了薩弗里的蒸汽機。功率可達六馬力。
1709～1714年，德國的華佗海特先後發明酒精溫度計和水銀溫度計，並創立以水的冰點為32度、沸點為212度、中間分為180度的華氏溫標。
1713～1735年，英國的達比發明用焦炭煉鐵的方法。1735年，達比之子將焦炭煉鐵技術用於生產。
1733年，法國的卡米提出齒輪嚙合基本定律。
1738年，瑞士的丹尼爾第一·貝努利建立無粘性流體的能量方程—貝努利方程。
1742～1745年，瑞典的攝爾西烏斯創立以水的冰點為100度、沸點為0度的溫標。1745年，瑞典的林奈將兩個固定點顛倒過來，即成為攝氏溫標。
18世紀中葉，法國的拉瓦錫和俄國的羅蒙諾索夫提出燃燒是物質氧化的理論。
1755年，瑞士的歐拉建立粘性流體的運動方程——歐拉方程。
1764年，英國的哈格里夫斯發明豎式、多錠、手工操作的珍妮紡紗機。
1769年，英國的瓦特取得帶有獨立的實用凝汽器專利，從而完成了蒸汽機的發明。這種蒸汽機後於1776年投入運行，熱效率達2～4%。
法國的居諾製成三輪蒸汽汽車，這是第一輛能真正行駛的汽車。
1772～1794年，英國的瓦洛和沃恩先後發明球軸承。
1774年，英國的威爾金森發明較精密的炮筒鏜床，這是第一台真正的機床—加工機器的機器。它成功地用於加工汽缸體，使瓦特蒸汽機得以投入運行。
1785年，法國的庫侖用機械嚙合概念解釋干摩擦，首次提出摩擦理論。
英國的卡特賴特發明動力織布機，完成了手工業和工場手工業向機器大工業的過渡。
1786年，英國的西茲發明割穗機。
1787年，英國的威爾金森建成第一艘鐵船。
1789年，法國首次提出「米制」概念。1799年製成阿希夫米尺(檔案米尺)
1790年，英國的聖托馬斯發明縫制靴鞋用的鏈式單線跡手搖縫紉機，這是世界上第一台縫紉機。
18世紀90年代，英國的邊沁先後發明平刨床、單軸木工銑床、鏤銑機和木工鑽床。
1792年，英國的莫茲利發明加工螺紋的絲錐和板牙。
1794年，英國的威爾金森建成沖天爐。
1795年，英國的布拉默發明水壓機。
1797年，英國的莫茲利發明帶有絲杠、光杠、進給刀架和導軌的車床，可車削不同螺距的螺紋。
1799年，法國的蒙日發表《畫法幾何》一書，使畫法幾何成為機械制圖的投影理論基礎。

F. 機械設計發展史

按時間來分，可分為三個階段，分別是：從古代社會到17世紀為機械設計起源和古代機械設計階段，由17世紀至第二次世界大戰結束為近代機械設計，第二次世界大戰結束直到現在為現代設計階段。如果按其內容來分，可分為：直覺設計階段，經驗設計階段和理論設計階段。兩種劃分是一一對應的，是從不同角度來劃分機械設計的發展史。每一個階段在設計理論，方法和製造工藝方面都有明顯的特色。下面就按時間來劃分，把機械設計發展史劃分為三個階段來論述。1.1 機械設計起源和古代機械設計 我國近代的考古發現證明了一些傳說和記載。在浙江餘姚河姆渡，河南鄭裴李崗等遺址中都發現了七八千年以前製造相當精緻的農具如石鏟等。我國古代經書中，對於古代使用，製造機械的情況有許多記載。《周易》「系辭下」中有「黃帝，堯，舜氏作，刳木為舟，剡木為楫，剡楫之力以濟不通」，「服牛乘馬，引以致遠」，「斷木為杵，掘地為舀」。由此可見，在4000多年以前，我國古代已經發明了車，船，農具和許多生活用具。在《周易》第47卦「困」的卦辭中有「困於金車」，金車指用銅裝飾起來的豪華馬車。清代學者章誠說「六經皆史」，在我國古代文獻中隨處可以見機械產品與人民生活密切的聯系，在我國春秋戰國時代的著作《道德經》中有「三十輻共一轂，像日月也」的說法，而在秦陵發掘出來的二號銅車馬，車融會貫通就有30個車輻。雖然據統計，當時的車每個車輪用30個輪輻，但是對輪輻的數目已經有了一定的規則。此外，我國古代在武器，紡織機械，農具，船舶等方面也有許多發明，到秦漢時期（公元前221至公元220年）我國機械設計和製造已經達到相當高的技術水平，在當時世界上處於領選地位，在世界機械工程史上佔有十分重要的位置。 在我國古代，機械發明，設計者與製造者是統一的。有許多著名的人物，他們的成果代表了當時我國的機械的設計水平。唐代的時侯我國與許多國家開展了經濟，文華和科學技術的交流，與東南亞，南亞，阿拉伯，非洲東海岸貿易頻繁，對中國和世界其它的一些國家有很大的影響。由於貿易的發展，要求商品增加，從而改進生產設備，使機械設計有了很大的發展，造紙，紡織，農業，礦業，陶瓷，印染，兵器等都有了新的進展，機械設計水平也提高了一大步，宋代沈括的著作《夢溪筆談》記載了當時的許多科學成就，反映了當時的科學水平。世界其它的國家也有不少機械的成果。但這些設計多是憑設計者的經驗完成的缺乏必要的，有一定精度的理論的計算。1.2 近代機械設計 17世紀歐洲的航海，紡織，鍾表等工業的興起，提出了許多技術部題，1644年英國組成了「哲學學院」，德國成立了實驗研究會和柏林學會，1666年，法國，義大利也成立了研究機構。在這些機構中工作的義大利人伽里略（1564~1642）發表了自由落體定律，慣性定律，拋物體運動，還進行過梁的彎曲實驗；英國人牛頓提出了到家動的三大定律，1688年，他提出了計算流體黏度阻力的公式，奠定了古典力學的基礎；英國人虎克建立了在一定范圍內彈性體的應力 - 應變成正比的虎克定律；1705年伯努力提出了梁彎曲的微分方程式，在古典力學的基礎上建立和發展了近代機械設計的理論（也稱常規機械設計理論），為18世紀產業革命中機械工業的迅速發展提供了有力的技術理論支持； 1764年英國人瓦特發明了蒸氣機，為紡織，采礦，冶煉，船舶，食品，鐵路等工業提供了強大的動力，推動了多種行業對機械的需求，使機械工業得到迅速的發展，而機械化使生產力迅速提高，進入了產業革命時代。這一時期，對機械設計提出了很多的要求，各種機械的載荷，速度，尺寸都有很大的提高，因此機械設計理論也在古典力學的基礎上迅速發展。材料力學，彈性力學，流體力學，機械力學。疲勞力學，疲勞強度理論，實驗應力分析方法等都取得了大量的成果，建立了自己的學科體系。 在1854年德國學者勞萊克斯發表了著作《機械製造中的設計學》把過去溶在力學中的機械設計學獨立出來，建立了以力學和製造為基礎的新科學體系，由此放生了「機構學」，「機械零件設計」，成為機械設計中的基本的內容。在這一基礎上，機械設計學得到了很快的發展。在疲勞強度，接觸應力，斷裂力學，高溫蠕變，流體動力潤滑，齒輪接觸疲勞強度計算，彎曲疲勞強度計算，滾動軸承強度理論等方面都取得了大量的成果，新工藝，新材科的，新結構的不斷涌現沒什麼械設計的水平也取得了很大的發展。機器的尺寸減少，速度增加，性能提高，機械設計的計算方法和數據積累也相應有了很大的發展，反映了時代的特色。1.3 現代機械設計 第二次世界大戰以後，作為機械設計的理論基礎的機械學繼續以更加迅猛的速度發展，摩擦學，可靠性分析，機械優化設計，有限元計算，尤其是計算機在機械設計中迅速推廣，使機械設計的速度和質量都有大幅的提高。在機械中廣泛運用計算機和自動化程度的提高，使現代的具有明顯的特色。因此，機械設計在理論，內容和方法方面與過去相比都有了劃時代的發展。而國際市場的激烈競爭，是現代機械設計的方法和發展的催化劑。世界各國逐漸認識到產品市場競爭對各國經濟發展的重要作用。在產品競爭中，德國臨於印有「MADE IN USA」的美國產品充斥德國市場，計劃努力恢復德國產品的信譽，使「MADE IN GERMANY」風靡世界，提出了「關鍵在於設計」（Der Engpass ist die Knostrution)的口號。日本雖然在某尖端科學研究方面走在了一些國家的後面，但是，在產品設計的方面發展很快，迅速擺脫了二次世界大戰以前「東洋貨不好」的印象，大量生產各國市場上需要的產品，取得了巨大的經濟效益。美國，英國也逐漸認識到產品設計的重要性，美國提出了「為競爭的優勢而設計」(Designing for Compentitive Advance)的口號，有人說「21世紀將是設計的世紀」。因些，機械產品設計在這一時期獲得了空前的發展。機械設計目前已經不宜作為機械學的一個分支，而應該認為是與機械學並立的一門技術科學了。 現代機械設計方法的特徵是，它具有自己的學科體系和專門的內容。其核心技術有3個方面： （1）以產品的「功能」作為機械計的核心目標。美國麥爾斯提出了「顧客購買的不是產品的本身，而是產品所具有的功能」，明解地說明了「功能」是產品的本質和靈魂。這一原理的提出大大地解放了設計師的思想，為了實現某一功能，可以採用各種不同的原理和結構。我們可以從近年來的計時裝置，文件復制設備，通訊方法等方面的飛速發展看出，設計師的聰明才智得到了空前的發揮，多方面的滿足了社會的需要。 （2）「人機學」的形成和發展。機械的工作往往與人是不可分的，如汽車，飛機有些操縱的信號要靠人輸入。必須考慮操縱者的反映速度和能力限制，還必須考慮操縱者和乘客的傳舒適性。如有一些武器設計者已經考慮使用者中，雖然磊部分是作右手方便的，但是習慣於用左手的（稱為左利手或左撇子）也佔有一定的百分率。雖然許多產品已經向自動化發展，許多民用產品對使用者的拔術要求日益降低（俗稱 「傻瓜化」）。但是機械產品競畢竟是為了人類設計的。考慮「人機學」是提高產品的競爭能力的重要方面。實際上「傻瓜化」就是當前處理人機問題的一個重要的途徑。（3）建立系統的「工業設計」學科體系。工業設計是設計者使產品在外觀，色彩，形狀，尺寸比例等方面的合理設計，使產品與人，環境更協調，以得到更好的使用效果與況爭力。

G. 機械的發展簡史

人類成為「現代人」的標志就是製造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單粗糙的工具是後來出現的機械的先驅。從製造簡單工具演進到製造由多個零件、部件組成的現代機械，經歷了漫長的過程。
幾千年前，人類已創制了用於穀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，航行於江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，製造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。
人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。古埃及第十八王朝勒克米爾（Rekhmir,約公元前1450年）已有用以冶鑄用的罐狀鼓風器。在中國，公元前1000～前900年有了冶鑄用的鼓風器，並逐漸從人力鼓風發展到畜力和水力鼓風。
15～16世紀以前，機械工程發展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發展方面還是積累了相當多的經驗和技術知識，成為後來機械工程發展的重要潛力。17世紀以後，資本主義在英、法和西歐諸國出現，商品生產開始成為社會的中心問題。
18世紀後期，蒸汽機的應用從采礦業推廣到紡織、麵粉、冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械製造工業開始形成，並在幾十年中成為一個重要產業。
機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發展成為一門有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命，以及資本主義機械大生產的主要技術因素。
動力是發展生產的重要因素。17世紀後期，隨著各種機械的改進和發展，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提高到一個新的階段。
在英國，紡織、磨粉等產業越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產需要下，18世紀初出現了紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用於煤礦。
1765年，瓦特發明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發明和發展，使礦業和工業生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統等體積龐大、笨重，應用很不方便。
19世紀末，電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機已在工業生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產發揮作用。
發電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統的蓬勃發展。
19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易於操縱、並可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以後又用於汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用於鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以後發明的燃氣輪機、噴氣發動機的發展，是飛機、航天器等成功發展的基礎技術因素之一。
工業革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工製成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以製造儀器、鎖、鍾表、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發展到以鋼為主。
機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切削加工技術和機床、刀具、量具等，得到迅速發展，保證了各產業發展生產所需的機械裝備的供應。
社會經濟的發展，對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術的進展，促進了大量生產方法的形成，如零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等。
簡單的互換性零件和專業分工協作生產，在古代就已出現。在機械工程中，互換性最早體現在莫茨利於1797年利用其創制的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示了互換性的可行性和優越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成了所謂「美國生產方法」。 20世紀初期，福特在汽車製造上又創造了流水裝配線。大量生產技術加上泰勒在19世紀末創立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想像的高度。
20世紀中、後期，機械加工的主要特點是：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度；利用數控機床、加工中心、成組技術等，發展柔性加工系統，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近於大量生產的水平；研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。
18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械製作，與科學幾乎不發生聯系。到18～19世紀，在新興的資本主義經濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產，而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識，他們之間的交流和互相啟發取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。
動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發明人薩弗里、瓦特，應用了物理學家帕潘和布萊克的理論；在蒸汽機實踐的基礎上，物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學——熱力學。內燃機的理論基礎是法國的羅沙在1862年創立的；1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創造的粗陋笨重、雜訊大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發展，而理論也在實踐中得到改進和提高。
早在公元前，中國已在指南車上應用復雜的齒輪系統，在被中香爐中應用了能永保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關於齒輪傳動瞬時速比與齒形的關系和齒形曲線的選擇，直到17世紀之後方有理論闡述。
手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構學的成就。機構學作為一個專門學科，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構，包括復雜的空間連桿機構的運動，並進而能按需要綜合出新的機構。
機械工程的工作對象是動態的機械，它的工作情況會發生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預見；實際應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等。
與以靜態結構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結合實踐經驗進行工作。設計計算多依靠經驗公式；為保證安全，都偏於保守，結果製成的機械笨重而龐大、成本高、生產率低、能量消耗很大。
從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數學方法的發展，使設計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀，出現各種實驗應力分析方法，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。
20世紀後半葉，有限元法和電子計算機的廣泛應用，使得對復雜的機械及其零件、構件進行力、力矩、應力等的分析和計算成為可能。對於掌握有充分的實踐或實驗資料的機械或其元件，已經可以運用統計技術，按照要求的可靠度，科學地進行機械設計。

H. 機械發展簡史是怎樣的

在人類歷史復的長河中，類人猿因為要應制對自然條件的變化，為了獲得食物，為了與野獸抗爭並生存下來，他們學會了使用木棍和石塊等天然工具，由於對工具的熟練應用，他們的大腦和雙手得到了鍛煉，由此開始能製造和使用簡單的木製和石制的工具，並開始逐步從事各種勞動。這種使用工具、發明工具以獲得生存的創舉是人類進化的重要標志和決定性因素。大約50萬年前，古人類學會了鑽木取火，利用火燒烤和煮熟食物，進而食物來源不斷豐富，使人類生活質量有了很大提高。大約15000年前，古人類為了獲得更多的食物，開始了農耕和畜牧，並大量使用簡單機械，使勞動生產率得到不斷提高。在1750年到1850年之間，蒸汽機的發明導致了一場工業革命，人們靠人力或畜力進行的手工生產逐步被以蒸汽為動力的機械化生產所取代，極大地推動了人類發展的進程。後來，隨著人們對電力的廣泛應用，以及計算機的發明，使人類生活發生了革命性改變。而今，機械作為推動人類歷史進步的工具，更重要的是改變人們的生產方式，提高生活質量。

I. 機械繫統的發展歷程

在機械加工中，機床、刀具、夾具與被加工工件構成了一個實現某種加工方法的整體系統，這一系統稱為
機械加工工藝
系統。即：在機械加工中，機床、刀具、夾具與被加工工件構成機械加工工藝系統。！