世界机械发展史

世界机械发展史第一章揭开技术发明的序幕•1、技术的萌芽•2、工业革命•3、动力的发展与进步•4、电的利用1、技术的萌芽我们人类的生活无不与机械有关，早晨起床时，穿在身上的衣服是用机械织成的布制作的；吃早饭时，所使用的电锅和烤面包箱等也是用机械制造的；喝茶时，使用的开水也是使用工厂里制造出来的燃料——煤气烧开的，白天乘坐的电车、汽车等也都是机械，而且，道路也是用机械修筑的。另外，我们居住的房子、城市里高高耸立的多层建筑也都是用机械盖起来的。因此，我们随时随地都在享受着机械带来的恩惠。这些机械是怎样制造出来的呢？最初的机械，当然不象现在的机械这样复杂，但正是这样极其简单的机械代替了人的手脚，被人们所使用，并逐渐发展起来了，最后才成为今天这个样子。而且，今后机械发展的趋势是将会越来越复杂。为了更好地理解现在我们所使用的、维持我们生活的各种复杂的机械，重要的是首先了解一下最初所使用的极其简单的机械是怎样发展成为复杂机械的这一过程。1、技术的萌芽•1）人类和工具猿人一百万年前鱼类、两栖类、爬行类、哺乳类二十亿年前原始生物三十五亿年前人树上的类人猿到地下寻找食物，手里拿着木棒、石块打猎和保卫自己。这是天然工具，后来他们敲击和磨制加工木棒和石块，开始有意识制造可以满足某种目的的容易使用的工具。•1）人类和工具“使用工具”的创举是创造出人类的决定因素。使用工具劳动，大脑逐渐发达起来，后来学会使用火，生活发生变化，吃火烤或煮熟的动物和植物，食物丰富起来，生活得到改善。“火的发现和利用”对人类来说具有十分重大的意义。钻木取火弓钻钻孔•1）人类和工具公元前三~四千年左右，人类发现金属，学会熔炼，制造出任意形状的青铜工具。•1）人类和工具①简单工具自古以来被称之为五种简单的机械：杠杆、车轮、滑轮、斜面和螺旋今天，这些简单的机械作为机械技术的基础仍占有极其重要的地位古代埃及金字塔的建造就是这五种简单机械的典型应用。•1）人类和工具②神殿的自动开闭门2000年前的古希腊，有一个非常出色的技师叫希罗，他制造出了神殿自动门、神水自动出售机、里程表等。神殿自动门当有人拜神时，点燃祭坛上的油火，油火产生的热量就会使一个箱子里的空气膨胀，球形容器内的空气因膨胀产生压力，把容器内的水挤到桶内，桶内水多了，在重力作用下带动大门转轴转动，门就打开了。当火熄灭后，空气受冷缩小，大门于是就会关闭。当时的人们由于没有什么科学知识，还以为是神仙显灵，为他们开门呢！其实这种装置也就是现在人们经常使用的发动机的原理。•2）制粉机和水车最初是用石臼和木杵舂米粉或面，为了提高效率，在木杵上装了一个手柄，手握手柄捣谷物。后来在手柄设了一个支点，利用杠杆的原理，换成脚踏式的。后来人们发现可以利用水流的动能代替人力的水冲自动式。后来由发现了一种新的方法，把两块石头重合在一起，谷物放在两块石头之间，转动上面的石头就可以加工面粉了，这就是磨。•2）制粉机和水车•2）制粉机和水车卧式水车：石磨和水车的轴都是垂直的。立式水车：转动顺利，用木制齿轮，把水平轴的转动传递给垂直轴简单齿轮：圆板周围按一定的间隔插上小圆棒。①罗马型水车•2）制粉机和水车水车就是利用自然力的最早的动力。东方也造出了水车用于磨面（公元650年），在桃山时代，使用大型灌溉用水车，直径有15米。水车的动力应用到锻造工作。水车的动力应用到炼铁风箱操作，为了保证从水车到风箱的运动传递，发明了连杆机构。技术工作是改善人类生活的基础，是极其重要的。水车其他方面的应用：粉碎矿石、锯木头、驱动深井汲水泵。②水车的利用•3）钟表匠远在公元前，人们为了使农业劳动有规律，把一年分为365天，昼夜12等分。如何测量一日的长短呢？日晷，刻有因季节不同而不同的分度，阴天和夜晚不能使用；漏壶，底部钻有一小孔的桶，即使晚上也能计时；沙漏，以上的计时器，十分不准确，必须有人经常监视，十分不方便。•3）钟表匠①基特希比沃斯的漏壶公元前2000年左右，居住在古埃及亚历山大地方的工匠基特希比沃斯制作了一种特殊的漏壶，这种漏壶可以使水少许而均匀地按固定的速度从上部流进圆筒形容器里。将浮标插入容器内，浮标上放一个小偶人，随着水的增加浮标也上升，小偶人手中拿着的指示棒就能指示出表示时间的线，这种线是刻划在圆筒周围上的分度线，可以表示时间。表示这种时刻的分度因月份不同其间隔也不同。古时候人们把白天和夜间分成十二等分作一小时的时间长度，所以，如果是夏季和冬季的话，一小时的长度也是不同的。•3）钟表匠②机械钟13世纪制造出走时较准确的机械钟，里面有摆轮或擒纵机构。摆轮或擒纵机构——钟针能按一定速度转动的调速装置。欧洲最早的机械钟是图1所画的重锤式机械钟，这也是欧洲最早的一种依靠擒纵装置进行守时的计时器。•3）钟表匠②机械钟图2画出了这种机械钟主要工作机构的简化图。这种钟以一个重锤提供驱动力，悬挂重锤的绳子缠绕在一根轴上，重锤下落，带动轴转动，并将转动传递给守时机构。守时机构包括一套擒纵装置和横摆，擒纵装置主要由棘轮和带棘爪的心轴组成，心轴上方与横摆相连。当棘轮在重锤的带动下转动，上方的轮齿推开心轴上部的棘爪，使心轴转过一个角度，而这样刚好又使心轴下部的棘爪转过来挡在下方轮齿的去路上，棘轮继续转动将它推开后，心轴就转回原来的位置，完成了一次摆动。心轴每摆动一次，棘轮都转过一个相同的角度，而这种摆动的频率通过连在心轴上的横摆得到控制，从而具有等时性(如同单摆的等时性一样，这种等时性是可以用经典力学证明的)，这样，将棘轮的运动通过中轴传递给表盘上的指针，指针就可以匀速转动了。•3）钟表匠②机械钟13世纪制造出走时较准确的机械钟，里面有摆轮或擒纵机构。摆轮或擒纵机构——钟针能按一定速度转动的调速装置。1360年，德国的亨利·德威克为法国国王查理五世制造了一架重227千克、长9.8米的大钟，至今这座钟仍然安放在巴黎的正义宫内，它是现存的欧洲最早的金属机械钟，堪称欧洲金属钟的“老祖宗”。十五世纪末，德国贝塔·亨赖茵用发条代替砝码，从而制成小型的机械钟——怀表（纽伦堡的鸡蛋）•3）钟表匠②机械钟1538年，伽利略从教堂的挂灯的摆动意外发现了振摆的等时性。但是利用这种性质制成振摆钟的却是荷兰物理学家惠更斯，1660年制成。但是在航海中因船的摇摆而不能使用。1680年，伦敦钟表匠克莱曼发明了锚形擒纵轮，这种擒纵轮是通过和振摆一起运动的卡子摆来控制擒纵轮动作的。•3）钟表匠十七世纪中叶，出现了钟表店铺，由于制作齿轮和细轴的需要，发展了车床和钻床，店铺成了最好的培训学校，后来钟表匠利用积累的技术发明了纺织机、珍妮机、蒸汽轮船等等。1679年，罗伯特·虎克将游丝和摆轮安装到钟表里取代振摆，这种钟表就可以装在船上了。1679年，他发表了应力和应变的比例关系——著名的胡克定律。1736年，英国的哈里逊设计出一种精确的精密计时器，可以消除温度的影响，是一种精确的航海钟表。•4）从辘轳到车床水车的圆木棒和钟表的精密零部件需要准确加工。将绳子系在要切削的木棒上，交替拉动绳子的两端，棒子就可以转动了。再用刀具接触木棒，就可以顺利地切削圆棒。将绳子系在一根木棒“桥”（这叫做木条）上，该“桥”是安装在一根较高的棒子上，再将绳子绕在工件上，在下端安上一个踏板。而且，用脚踏下面的踏板，工件就可以左右转动。高棒上的木条就起了弹簧的作用。这种简单车床叫钢球车床脚踏踏板是最简单的驱动装置，到中世纪结束的时候，这种方法被应用于多种机械。另外，脚踏踏板使其转动的装置——曲轴，很早也被发明出来了，它是把往复运动变为旋转运动的最重要的方法之一。•4）从辘轳到车床•5）印刷术语言是人相互之间表达思想意识的最重要工具，但是用语言表达意志，其范围过小，只能在极少数人之间互相表达。为了向更多的人表达思想或说明问题，就需要把语言记录下来，人类就发明了文字，开始记录各种事情。中世纪的欧洲，宗教极其盛行，有数量可观的富丽堂皇的教堂和寺院，教堂还是学问中心，教堂必须向众多的教徒宣讲各种教义。被考虑出来的就是木板印刷（分块印刷）。①印刷的开始•5）印刷术①印刷的开始木板印刷：在细腻的木板上雕刻，涂上油墨，然后将纸放在版面上印刷，这种方法只能印刷一面。1418年印刷了欧洲最古老的美术版画——著名的布拉塞尔的圣母像。1423年，印刷了“耶稣圣人像”。1440年，印刷了十二页的“波梅留”。1447年，威尼斯一座修道院请波罗尼亚的画家复制印刷了拉丁文的书法和诗稿。•5）印刷术1450年，德国的约翰·谷登堡使用了铅字和印刷机进行了印刷。这台印刷机是由葡萄液挤压机改进的，印刷了“四十二行拉丁文圣书”，印刷时不会蹭到纸的反面，可以两面印刷。②谷登堡的印刷机•5）印刷术1462年，谷登堡的印刷厂在战火中被烧掉，印刷工人流离各地，这样，印刷术也就传到世界各地。谷登堡的印刷机是通过木制的螺纹和杠杆来操纵的，杠杆插在螺纹中间的孔中，当通过螺纹和杠杆转动时，螺纹的下部压到板上，向下给与压力，就可以印刷了。②谷登堡的印刷机•5）印刷术木制螺纹换成铜制螺纹——16世纪初纽伦堡的丹尼尔。压板提起，印刷机则使斜面向下部滑动——达芬奇。弹簧和平衡锤组装在一起，挤压结束时，台子使其自动移动——17世纪初荷兰布拉沃。动力印刷机取代手动印刷机——17世纪末，英国纽尔逊教授。制造全金属印刷机——19世纪初英国斯坦霍普伯爵。把螺纹改成三头螺纹，提高了速度——1796年阿达姆·拉梅基。③印刷机的改进•5）印刷术制作了铁制印刷机（哥伦比亚式印刷机）——1813年美国乔治·格拉玛。制造了连杆铁制印刷机，施加的压力平均——欧戴斯·塔夫脱。制成更加完善的“华盛顿印刷机”——1829年萨缪艾尔·露斯特。③印刷机的改进•5）印刷术1811年德国人富利德里奇·凯尼希在伦敦制造出汽缸式印刷机。1830年阿伊扎克·阿达姆兹设计出美国第一台动力印刷机。1830年罗伯特·胡制造出美国第一台汽缸式印刷机。1846年他的儿子理查德·马契·胡制成了胡式转轮印刷机。一小时可印二万张纸。1861年凯尼希发明了自动进纸装置，大幅提高速度。1865年威廉·巴洛克将印刷用纸卷在滚筒上，印刷前用安装在汽缸上的锯齿状刀切断纸，提高了效率。1891年，阿尔·胡公司制作了六倍型报纸转轮印刷机，每小时可以印刷2万4千份报纸。④动力印刷机•5）印刷术第一个铸造铅字的人是谷登堡工厂劳动的工段长比塔·希埃法.1770年库里斯特法·扎埃尔建立了美国第一家铅字铸造厂。德比度·布尔斯和乔治·布尔斯兄弟发明铸字机，奠定今天美国铅字铸造基础。1822年英国威廉·恰奇设计了机械铸字的方法。1883年奥托马·马根塔拉发明了这种机械.1885年林·鲍伊德·本顿发明了一台极其精致的字母雕刻机.1887年塔尔波特·兰斯顿设计了单一铸造铅字的机械——兰斯顿型排铸机。1886年，生产铅字的行业团体相聚会，成立了使用“点系统”的委员会，进行了各种研究，决定一佩卡（1/6英寸）十二等分为一个铅字。⑤活字技术的发展•5）印刷术活字印刷术的发明是印刷史上一次伟大的技术革命。活字印刷的方法是先制成单字的阳文反文字模，然后按照稿件把单字挑选出来，排列在字盘内，涂墨印刷，印完后再将字模拆出，留待下次排印时再次使用。北宋庆历间（1041-1048）中国的毕升（？-约1051）发明的泥活字标志活字印刷术的诞生。他是世界上第一个发明人，比德国Ｊ.谷登堡活字印书早约400年。⑥中国的活字印刷术•5）印刷术公元1041~1048年，平民出身的毕升用胶泥制字，一个字为一个印，用火烧硬，使之成为陶质。排版时先预备一块铁板，铁板上放松香、蜡、纸灰等的混合物，铁板四周围着一个铁框，在铁框内摆满要印的字印，摆满就是一版。然后用火烘烤，将混合物熔化，与活字块结为一体，趁热用平板在活字上压一下，使字面平整。便可进行印刷。⑥中国的活字印刷术•5）印刷术毕升发明活字印刷，提高了印刷的效率。但是，他的发明并未受到当时统治者和社会的重视，他死后，活字印刷术仍然没