机械工程导论第二讲

1、2.12.1世世界机械工程发展史界机械工程发展史2.22.2机械工程发展历程中的伟大成就机械工程发展历程中的伟大成就2.32.3机机械工程的发展趋势械工程的发展趋势二、机械工程的发展二、机械工程的发展二、机械工程的发展二、机械工程的发展 机械一词来源于希腊语及拉丁文，原指巧妙的设计，作为近现代的概机械一词来源于希腊语及拉丁文，原指巧妙的设计，作为近现代的概念可追溯到古罗马时期。现在通常解释为利用力学原理组成的各种装置。念可追溯到古罗马时期。现在通常解释为利用力学原理组成的各种装置。它能把力量和力从一个地方传递到另一个地方或改变能量和力的方式。它能把力量和力从一个地方传递到另一个地方或改变能量和

2、力的方式。 机械是机器和机构的总称。各种机构都是用来传递与变换运动和力的机械是机器和机构的总称。各种机构都是用来传递与变换运动和力的可动的装置。而机器则是根据某种要求来设计的执行机械运动的装置，可动的装置。而机器则是根据某种要求来设计的执行机械运动的装置，可用来变换或传递能量、物料和信息。可用来变换或传递能量、物料和信息。 机械是人类生产和生活的基本要素之一，是人类物质文明最重要的组机械是人类生产和生活的基本要素之一，是人类物质文明最重要的组成部分。成部分。机械的定义机械的定义2.12.1世世界机械工程发展史界机械工程发展史二、机械工程的发展二、机械工程的发展 古代机械工程史是古代机械工程史是

3、1818世纪欧洲工业革命之前人类创造和使用机械的历史。世纪欧洲工业革命之前人类创造和使用机械的历史。 公元前公元前47004700年古埃及人首先进入青铜时代，开始使用辊（年古埃及人首先进入青铜时代，开始使用辊（gungun）子，翘棒和）子，翘棒和滑撬等机械。滑撬等机械。 公元前公元前30003000以前，人类已经广泛使用石制和骨制的工具。以前，人类已经广泛使用石制和骨制的工具。 公元前公元前28002800年中国中原地区出现原始木质机械，用于耕地。世界各地的动年中国中原地区出现原始木质机械，用于耕地。世界各地的动力也由人力发展到畜力，水力和风力。力也由人力发展到畜力，水力和风力。 公元前公元前

4、600600年至年至400400年，希腊的学者希罗提出关于年，希腊的学者希罗提出关于5 5种简单机械种简单机械( (轮与轴、杠轮与轴、杠杆、滑轮、尖劈、螺纹杆、滑轮、尖劈、螺纹) )推动重物的理论。此外，木工工具、长轴车床和脚踏推动重物的理论。此外，木工工具、长轴车床和脚踏车床开始广泛应用。车床开始广泛应用。 2.1.1 2.1.1 古代机械工程古代机械工程 公元前公元前100100年，古希腊人在手磨的基础上发明了石轮磨，齿轮系和杠杆原理年，古希腊人在手磨的基础上发明了石轮磨，齿轮系和杠杆原理开始在欧洲使用。开始在欧洲使用。 1000-1500 1000-1500年，西欧开始使用煤冶炼生铁，还

5、出现了手摇钻，曲柄连杆机构年，西欧开始使用煤冶炼生铁，还出现了手摇钻，曲柄连杆机构原理已应用于机械。加工机械方面出现了大轮盘的车床。原理已应用于机械。加工机械方面出现了大轮盘的车床。 2.1.1 2.1.1 古代机械工程古代机械工程2.12.1世世界机械工程发展史界机械工程发展史二、机械工程的发展二、机械工程的发展 欧洲在欧洲在1616世纪进入了文艺复兴时期，机械工程领域中的发明创造如雨后春世纪进入了文艺复兴时期，机械工程领域中的发明创造如雨后春笋，机械制造业空前发展。意大利的达笋，机械制造业空前发展。意大利的达芬奇设计了机器人、变速器、纺织芬奇设计了机器人、变速器、纺织机、泵、车床、锉刀制作

6、机、自动锯、螺纹加工机等大量机械，并画了印刷机、泵、车床、锉刀制作机、自动锯、螺纹加工机等大量机械，并画了印刷机、钟表、压缩机、起重机、卷扬机、货币印刷机等大量机械草图。机、钟表、压缩机、起重机、卷扬机、货币印刷机等大量机械草图。17601760年，英国的哈格里沃斯改造了纺织机，使纺纱和织布开始分工。年，英国的哈格里沃斯改造了纺织机，使纺纱和织布开始分工。 1769 1769年，在英国格拉斯哥大学工作的瓦特经过十余年的努力和不断改进，年，在英国格拉斯哥大学工作的瓦特经过十余年的努力和不断改进，在爱丁堡造出第一台蒸汽机，在爱丁堡造出第一台蒸汽机，17801780年，蒸汽机为工厂提供了强大的动力，

7、成年，蒸汽机为工厂提供了强大的动力，成为动力之王。为动力之王。 1847 1847年，在英国伯明翰成立了机械工程师学会。年，在英国伯明翰成立了机械工程师学会。 2.1.2 2.1.2 近代机械工程近代机械工程 1873 1873年，电动机成为机床的动力，开始了电力取代蒸汽动力的时代。年，电动机成为机床的动力，开始了电力取代蒸汽动力的时代。 18971897年，德国的狄赛尔发明了著名的狄赛尔内燃机，解决了汽车、轮船等年，德国的狄赛尔发明了著名的狄赛尔内燃机，解决了汽车、轮船等许多机器的动力源问题，机械工业发展进入一个新阶段。许多机器的动力源问题，机械工业发展进入一个新阶段。 19 19世纪初，研

8、究机械中机构和运动的机构学第一次被列为高等工程学院的世纪初，研究机械中机构和运动的机构学第一次被列为高等工程学院的课程。课程。2.1.22.1.2近代机械工程近代机械工程狄赛尔内燃机狄赛尔内燃机2.12.1世世界机械工程发展史界机械工程发展史二、机械工程的发展二、机械工程的发展2020世纪初，美国开始研制并发展了铣床、转塔车床、拉床、磨床以及自动世纪初，美国开始研制并发展了铣床、转塔车床、拉床、磨床以及自动车床，在制造机床的同时，为了保证精度，千分尺等一大批测量器具和螺纹车床，在制造机床的同时，为了保证精度，千分尺等一大批测量器具和螺纹被设计制造出来。被设计制造出来。随着电子科技的发展，机械的

9、自动化程度越来越高。随着电子科技的发展，机械的自动化程度越来越高。19521952年，美国帕森斯年，美国帕森斯公司制成第一台数字控制机床。公司制成第一台数字控制机床。19621962年，美国本迪克斯公司首次在数控铣床年，美国本迪克斯公司首次在数控铣床上实现最佳适应控制。上实现最佳适应控制。19761976年，日本发那科公司首次展出由年，日本发那科公司首次展出由4 4台加工心和台加工心和1 1台台工业机器人组成的柔性制造单元。此外，这个时期核技术、电子技术和航空工业机器人组成的柔性制造单元。此外，这个时期核技术、电子技术和航空航天技术开始迅速发展。航天技术开始迅速发展。2020世纪世纪7070年

10、代以后，机械工程与电工、电子、冶金、化学、物理和激光等年代以后，机械工程与电工、电子、冶金、化学、物理和激光等技术相结合，创造出了许多新工艺、新材料和新产品，使机械产品精密化、技术相结合，创造出了许多新工艺、新材料和新产品，使机械产品精密化、高效化和制造过程中的自动化达到了前所未有的水平。高效化和制造过程中的自动化达到了前所未有的水平。 2.1.3 2.1.3 现代机械工程现代机械工程2.22.2机械工程发展历程中的伟大成就机械工程发展历程中的伟大成就二、机械工程的发展二、机械工程的发展汽车改变了人类的整个交通状况，拥有汽车工业成了一个强大工业国家的汽车改变了人类的整个交通状况，拥有汽车工业成

11、了一个强大工业国家的标志。标志。17691769年，年，法国法国人居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动人居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽车三轮汽车。18851885年，德国工程师卡尔年，德国工程师卡尔本茨在曼海姆制成了第一辆本茨专利机动车，本茨在曼海姆制成了第一辆本茨专利机动车，该车为三轮汽车，采用了一台两冲程单缸该车为三轮汽车，采用了一台两冲程单缸0.90.9马力的汽油机，具备了现代汽车马力的汽油机，具备了现代汽车的一些基本特点，如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮的一些基本特点，如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。这就是世界上公认的第一辆

12、现代汽车。驱动前轮转向和制动手把等。这就是世界上公认的第一辆现代汽车。 2.2.1 2.2.1 汽车汽车本节将列举本节将列举6 6个具有一定代表性的实例个具有一定代表性的实例汽车之父汽车之父卡尔卡尔本茨本茨( (其创建的本茨公司即为现在的奔驰公司）其创建的本茨公司即为现在的奔驰公司）18851885年的本茨三轮汽车年的本茨三轮汽车2.22.2机械工程发展历程中的伟大成就机械工程发展历程中的伟大成就二、机械工程的发展二、机械工程的发展2.2.2 2.2.2 阿波罗登月计划阿波罗登月计划 通过阿波罗登月计划，美国建立和完善了庞大的航天工业和技术体系，有力地通过阿波罗登月计划，美国建立和完善了庞大的

13、航天工业和技术体系，有力地带动和促进了一系列高新技术的快速发展：数据传输与通信、光学通信、高性能计带动和促进了一系列高新技术的快速发展：数据传输与通信、光学通信、高性能计算机、电子技术、自动控制、人工智能、遥科学、自动化加工、超高强度和耐高温算机、电子技术、自动控制、人工智能、遥科学、自动化加工、超高强度和耐高温材料、医药和医学、升空测控、大推力运载火箭等，阿波罗的先进技术和深远文化材料、医药和医学、升空测控、大推力运载火箭等，阿波罗的先进技术和深远文化影响了整个影响了整个2020世纪。世纪。阿波罗登月阿波罗登月2.22.2机械工程发展历程中的伟大成就机械工程发展历程中的伟大成就二、机械工程的

14、发展二、机械工程的发展2.2.3 2.2.3 发电发电 利用发电动力装置将水能、石化燃料（煤、油、天然气）的热能、核能以及太阳利用发电动力装置将水能、石化燃料（煤、油、天然气）的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能的生产过程称为发电。能、风能、地热能、海洋能等转换为电能的生产过程称为发电。 20 20世纪经济和社会的重大变革，是因为电进入了家庭、工厂和商业。发电在电力世纪经济和社会的重大变革，是因为电进入了家庭、工厂和商业。发电在电力工业中处于中心地位，决定着电力工业的规模，也影响到电力系统中输电、变电、工业中处于中心地位，决定着电力工业的规模，也影响到电力系统中输电、变电、

15、配电等各个环节的发展。配电等各个环节的发展。 到到2020世纪世纪8080年代末，主要发电形式是火力发电、水力发电和核能发电，三者的发年代末，主要发电形式是火力发电、水力发电和核能发电，三者的发电量占全部发电量的电量占全部发电量的9999以上。以上。火力发电火力发电水力发电水力发电核能发电（核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电）核能发电（核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电）2.22.2机械工程发展历程中的伟大成就机械工程发展历程中的伟大成就二、机械工程的发展二、机械工程的发展2.2.4 2.2.4 农业机械化农业机械化 农业机械化，是指运用先进适用的农业机械装备，改善农业生产经营条件，不

16、农业机械化，是指运用先进适用的农业机械装备，改善农业生产经营条件，不断提高农业的生产技术水平和经济效益、生态效益的过程。实现农业机械化，可以断提高农业的生产技术水平和经济效益、生态效益的过程。实现农业机械化，可以节省劳动力，减轻劳动强度，提高农业劳动生产率，增强克服自然灾害的能力。节省劳动力，减轻劳动强度，提高农业劳动生产率，增强克服自然灾害的能力。 其发展经历了三个阶段其发展经历了三个阶段: : 半机械化阶段，在农业生产上广泛使用畜力牵引的简单的农业机械。半机械化阶段，在农业生产上广泛使用畜力牵引的简单的农业机械。 基本机械化阶段，普遍采用拖拉机牵引的农业机械。基本机械化阶段，普遍采用拖拉机

17、牵引的农业机械。 综合机械化阶段，综合机械化阶段，2020世纪世纪5050年代以后，广泛地使用先进的农业机器，由于电子年代以后，广泛地使用先进的农业机器，由于电子 计算机等在农业中应用的增多，农业机械化向自动化发展。计算机等在农业中应用的增多，农业机械化向自动化发展。 耕地耕地2.22.2机械工程发展历程中的伟大成就机械工程发展历程中的伟大成就二、机械工程的发展二、机械工程的发展2.2.5 2.2.5 飞机飞机 飞机，是由固定翼产生升力，由推进装置产生推飞机，是由固定翼产生升力，由推进装置产生推( (拉拉) )力，在大气层中飞行的重力，在大气层中飞行的重于空气的航空器。飞机的发明深刻改变和影响

18、着人们的生活。于空气的航空器。飞机的发明深刻改变和影响着人们的生活。 飞机是人类在飞机是人类在2020世纪所取得的最重大的科学技术成就之一，有人将它与电视和世纪所取得的最重大的科学技术成就之一，有人将它与电视和电脑并列为电脑并列为2020世纪对人类影响最大的三大发明。世纪对人类影响最大的三大发明。 美国的莱特兄弟在美国的莱特兄弟在19031903年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者飞行者”1 1号，并且获得试飞成功。号，并且获得试飞成功。莱特兄弟莱特兄弟2.22.2机械工程发展历程中的伟大成就机械工程发展历程中的伟大成就二、机械工

19、程的发展二、机械工程的发展2.2.6 2.2.6 制冷制冷 制冷，是使某一空间或物体的温度降到低于周围环境温度，并保持在规定低温制冷，是使某一空间或物体的温度降到低于周围环境温度，并保持在规定低温状态的一门科学技术，它随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而不断发状态的一门科学技术，它随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而不断发展展 。 现在，制冷技术几乎已经渗透到各个生产技术、科学研究领域，在改善人类的现在，制冷技术几乎已经渗透到各个生产技术、科学研究领域，在改善人类的生活质量方面发挥着巨大作用。生活质量方面发挥着巨大作用。 在人民生活中，家用冰箱、空调器的应用日益增多。在人民生活

20、中，家用冰箱、空调器的应用日益增多。 制冷技术在商业上的应用主要是对易腐食品进行冷加工、冷藏及冷藏运输。制冷技术在商业上的应用主要是对易腐食品进行冷加工、冷藏及冷藏运输。 在工业生产过程中，制冷应用也很广。如机械制造中，对钢的低温处理，使金在工业生产过程中，制冷应用也很广。如机械制造中，对钢的低温处理，使金 相组织内部的奥氏体转变为马氏体，改善钢的性能。相组织内部的奥氏体转变为马氏体，改善钢的性能。 在建筑工业中，用冻土法挖掘土方，在挖掘矿井、隧道时，可采用冻土法使工在建筑工业中，用冻土法挖掘土方，在挖掘矿井、隧道时，可采用冻土法使工 作面不坍塌，保证施工安全。作面不坍塌，保证施工安全。2.2

21、.6 2.2.6 制冷制冷 在农业方面，对农作物种子进行低温处理，模拟阳光的日光型植物生长箱育秧在农业方面，对农作物种子进行低温处理，模拟阳光的日光型植物生长箱育秧 等均需要制冷技术。等均需要制冷技术。 在医药手术中，如心脏、外科、肿瘤、白内障、扁桃腺的切除手术，皮肤和眼在医药手术中，如心脏、外科、肿瘤、白内障、扁桃腺的切除手术，皮肤和眼 球的移植手术及低湿麻醉等，均需要制冷技术。球的移植手术及低湿麻醉等，均需要制冷技术。 此外，在微电子技术、光纤通信、能源、新型原材料、宇宙开发、生物工程技此外，在微电子技术、光纤通信、能源、新型原材料、宇宙开发、生物工程技 术这些尖端科学领域中，制冷技术也有重要的应用。术这些尖端科学领域中，制冷技术也有重要的应用。 制冷原理制冷原理制冷设备制冷设备2.3 2.3 机械工程的发展趋势机械工程的发展趋势二、机械工程的发展二、机械工程的发展 未来机械工程科学发展的总趋势将是未来机械工程科学发展的总趋势将是智能、数字化智能、数字化；交叉、综合化；柔性、；交叉、综合化；柔性、集成化；精密、集成化；精密、 微型化；高效、清洁化。微型化；高效、清洁化。随着科学技术的深入发展，