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機械工程及其自動化
機械工程及其自動化以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實踐中的技術(shù)經(jīng)驗，研究和解決在開發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應(yīng)用學(xué)科。機械是現(xiàn)代社會進行生產(chǎn)和服務(wù)的五大要素(人、資金、能源、材料和機械)之一，并參與能量和材料的生產(chǎn)。
石器時代人類制造和使用的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡單工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅(qū)。
石器
幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用于提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發(fā)展到畜力、風(fēng)力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作3個部分的完整機械 。鼓風(fēng)器對人類社會發(fā)展起了重要作用。強大的鼓風(fēng)器使冶金爐獲得足夠高的爐溫，得從礦石中煉取金屬。西周時期，中國就已有了冶鑄用的鼓風(fēng)器。15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。17世紀以后，資本主義商品經(jīng)濟在英、法等國迅速發(fā)展，許多人致力于改進各產(chǎn)業(yè)所需要的工作機械和研制新的動力機械——蒸汽機。18世紀后期，蒸汽機的應(yīng)用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉和冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并逐漸成為重要產(chǎn)業(yè)。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(fā)展成為有理論指導(dǎo)的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術(shù)。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命和資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。
動力機械的發(fā)展
瓦特發(fā)明了蒸汽機
17世紀后期，隨著機械的改進，煤和金屬礦石需求量的增加，只依靠人力和畜力已不能適應(yīng)生產(chǎn)提高的要求，于是在18世紀初出現(xiàn)了T.紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅(qū)動礦井排水泵。1765年，J.瓦特發(fā)明了有分開凝汽器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應(yīng)用范圍。蒸汽機的發(fā)明和發(fā)展，促進礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和搬運機械動力化。幾乎成為19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應(yīng)用不便。19世紀末，電力供應(yīng)系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機，成為驅(qū)動各種工作機械的基本動力。發(fā)電站初期應(yīng)用蒸汽機為原動機;20世紀初，出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機，也出現(xiàn)了適應(yīng)各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀后期發(fā)明的內(nèi)燃機經(jīng)過逐年改進，成為輕而孝效率高、易于操縱并可隨時啟動的原動機。內(nèi)燃機最初用于驅(qū)動沒有電力供應(yīng)的陸上工作機械，以后又用于汽車、移動機械(如拖拉機、挖掘機械等)和輪船，20世紀中期開始用于鐵路機車。內(nèi)燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機和噴氣發(fā)動機，還是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。
機械加工技術(shù)的發(fā)展
工業(yè)革命以前，機械大都是由木工手工制成的木結(jié)構(gòu)，金屬(主要是鋼和鐵)僅用以制造儀器、鐘表、鎖、泵和木結(jié)構(gòu)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。隨著蒸汽機的廣泛使用以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船和機車等大型機械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，所用金屬材料由銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。機械加工(包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術(shù)及其設(shè)備以及切削加工技術(shù)和機床、刀具、量具等)迅速發(fā)展，從而保證了發(fā)展生產(chǎn)所需要的各種機械裝備供應(yīng)。同時，隨著生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術(shù)的發(fā)展，也促進了大量生產(chǎn)方法(零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等)的形成。
機械工程基礎(chǔ)理論的發(fā)展
18世紀以前，機械匠師全憑個人經(jīng)驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學(xué)幾乎無關(guān)。直到18～19世紀才逐漸形成圍繞機械工程的基礎(chǔ)理論。動力機械最先與科學(xué)相結(jié)合，如蒸汽機的發(fā)明人T.薩弗里和瓦特應(yīng)用物理學(xué)家D.帕潘和J.布萊克的理論，物理學(xué)家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文在蒸汽機實踐的基礎(chǔ)上建立起一門新的學(xué)科——熱力學(xué)等。19世紀初，研究機械中機構(gòu)結(jié)構(gòu)和運動等的機構(gòu)學(xué)第一次列為高等工程學(xué)院(巴黎的工藝學(xué)院)的課程。從19世紀后半期起已開始設(shè)計計算考慮材料的疲勞。隨后斷裂力學(xué)、實驗應(yīng)力分析、有限元法、數(shù)理統(tǒng)計、電子計算機等相繼被用在設(shè)計計算中。
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