西方机械发展简史

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'西方机械发展简史'
随着科学技术的发展,人类社会经历了原始社会、奴隶社会、封建社会,正处于资本主 义社会和社会主义社会并存的阶段,并朝着更加文明、更加先进的道路前进;回顾历史,人 类机械的发展经历了简单机械、第一次工业革命、第二次工业革命、两次世界大战等阶段, 目前正处于以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志,涉及信 息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的高技术革 命浪潮之中。对机械发展史的研究,可以帮助人类理解机械给社会和人类带来了怎样的影响、 技术进步和发展的含义以及机械文明的内涵。 最原始的简单机械,可以追溯到埃及 金字塔的建造时期,工人利用“滚子木”, 滑轮,杠杆,斜面等简单机械将一块块巨 石搬运到高处,建造出了令世界瞩目的建 筑奇观。 指南车,又称司南车,是中国古代用来 指示方向的一种机械装置。它利用差速齿 轮原理,它与指南针利用地磁效应不同, 它是利用齿轮传动系统,根据车轮的转动, 由车上木人指示方向。不论车子转向何方, 木人的手始终指向南方,“车虽回运而手 常指南”。 风车 2000多年前,中国、巴比伦、波斯等国就已利 用古老的风车提水灌溉、碾磨谷物。12世纪以后, 风车在欧洲迅速发展,通过风车(风力发动机)利用 风能提水、供暖、制冷、航运、发电等。 风车是一种利用风力驱动的带有可调节的叶片或 梯级横木的轮子所产生的能量来运转的机械装置。简 单的风车由带有风蓬的风轮、支架及传动装置等构成; 风轮的转速和功率,可以根据风力的大小,适当改变 风蓬的数目或受风面积来调整;在风向改变时,必须 搬动前支架使风轮面向风;完备的风车带有自动调速 和迎风装置等。具备发电用途的风车又称为风力发电 机。 简单机械(二) 流水可以使轮转动,在轮的周围安装 上叶片,使流水冲击这些叶片,就可以使 轮子转动起来;古人主要用水车进行灌溉、 磨面。 简单机械(二) 水车 辘轳 利用轮轴原理制成的井上汲水的起重装 置。它是从杠杆原理演变而来的汲水装置。 井上竖立井架,上装可用手柄摇转的轴,轴 上绕绳索 ,绳索一端系水桶。摇转手柄,使 水桶一起一落,提取井水 。早在公元前一千 一百多年前中国已经发明了辘轳。到春秋时 期,辘轳就已经流行。 简单机械(三) 沙漏也叫做沙钟,应用颗粒均匀 的砂粒从容器中漏出的量来计量时刻 的计时工具。西方发现最早的沙漏大 约在公元1100年,比我国的沙漏出 现要晚。 简单机械(三) 沙漏 第一次工业革命(一) 工业革命,是一场以机器取代人力,以大规模工厂化取代 个体手工生产的科技革命,同时又是资本主义由手工作坊向 机器大工业过渡的阶段。工业革命结束了人类依靠人力和畜 力进行生产、生活的历史,其影响涉及人类社会的各个方面, 把人类推向了崭新的蒸汽时代!其间产生了许多令人瞩目的 科技成果,如:瓦特的蒸汽机,史蒂芬逊的蒸汽机车,莫兹 莱的螺纹切削机床。 蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械 功的往复式动力机械。它曾经是世界上 最重要的原动机,后来才逐渐让位于内 燃机和汽轮机等。瓦特被称为现代蒸汽 机之父,从1765到1790的25年里,他 进行了一系列发明,比如分离式冷凝器、 汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞、行 星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式 调速器、节气阀、压力计等等,使蒸汽 机的效率提高到原来纽科门机的3倍多, 最终发明出了现代意义上的蒸汽机。 第一次工业革命(一) 史蒂芬逊在前人创造的机车模型的基础上,将瓦特发 明的蒸汽机用于交通运输。经过多次试验,在1814年制 造出了一台能够实用的蒸汽机车。这台机车能牵引30吨, 解决了火车经常脱轨的问题。l825年世界上第一台客货 运蒸汽机车“旅行号”终于诞生了,“旅行号”的试车 成功开辟了陆上运输的新纪元。1829年,史蒂芬逊又研 制成功了“火箭号”新机车,最高时速46公里。从此, 火车就正式被使用于交通运输事业。 莫兹利被称为现代机床之父,他于1797年制成 第一台螺纹切削车床,它带有丝杆和光杆,采用滑 动刀架——莫氏刀架和导轨,可车削不同螺距的螺 纹。此后,莫兹利又不断地对车床加以改进。他在 1800年制造的车床,用坚实的铸铁床身代替了三 角铁棒机架,用惰轮配合交换齿轮对,代替了更换 不同螺距的丝杠来车削不同螺距的螺纹。这是现代 车床的原型,对英国工业革命具有重要意义。 第二次工业革命 1870年以后,科学技术的发展突飞猛进, 各种新技术、新发明层出不穷,并被迅速应 用于工业生产,大大促进了经济的发展。这 就是第二次工业革命。当时,科学技术的突 出发展主要表现在三个方面,即电力的广泛 应用、内燃机和新交通工具的创制、新通讯 手段的发明。第二次工业革命的主要成果如 右图所示。 第二次工业革命 发电机与电动机(一) 第二次工业革命以电力的广泛应用为显著特征,在电力的使用中, 发电机和电动机是相互关联的两个重要组成部分。发电机是将机械 能转化为电能;电动机则相反,是将电能转化为机械能。发电机原 理的基础是1819年丹麦人奥斯特发现的电流的磁效应现象。1866年 德国人西门子制成了自激式的直流发电机。到70年代,发电机终于 可以投入实际运行。1882年,法国学者德普勒发现了远距离送电的 方法;同年,美国发明家爱迪生在纽约建立了美国第一个火力发电 站,把输电线联接成网络。 1885年意大利科学家法拉第 提出的旋转磁场原理,对交流电 机的发展有重要的意义。80年代 末90年代初,三相异步电动机诞 生,这种型式的电动机至今仍在 使用。1891年以后,较为经济、 可靠的三相制交流电得以推广, 电力工业的发展进入新阶段。 发电机电动机 发电机与电动机(一) 电动机的原理是基于电流的磁效 应。奥斯特发现:任何通有电流的导线, 都可以在其周围产生磁场的现象,称为 电流的磁效应. 发电机与电动机(二) 发电机的原理是基于英国科学家 法拉第的电磁感应现象。电磁感应是指 放在变化磁通量中的导体,会产生电动 势。此电动势称为感应电动势或感生电 动势,若将此导体闭合成一回路,则该 电动势会驱使电子流动,形成感应电流。 发电机与电动机(二) 1876年,德国人奥托制造出第一台以煤气为燃料的 四冲程内燃机,成为颇受欢迎的小型动力机。1883年, 德国工程师戴姆勒发明出以汽油为燃料的内燃机,具有 马力大、重量轻、体积小、效率高等特点,可作为交通 工具的发动机。1885年,德国机械工程师卡尔·本茨制 成第一辆汽车,本茨因此被称为“汽车之父”。这种起 动方便的汽车有三个轮子,每分钟的转速约二百五十次, 时速约十五千米,带有一个用水冷却的单缸发动机,功 率为3/4马力,用电点燃。德国工程师狄塞尔于1897年 发明了一种结构更加简单,燃料更加便宜的内燃机──柴 油机,这种柴油机非常适用于重型运输工具。 内燃机的发明和使用还推动了石油开采业的发展,加速了 石油化工工业的产生。随着内燃机的广泛应用,对燃料油的需 求猛增,人们开始大量地开采和提炼石油,石油的产量迅速增 长。 第二次工业革命前,有线电报就已经问世了。美国 人莫尔斯1837年制成了一台电磁式的电报机。第二次工业革 命期间,通讯工具的应用有了长足的进步。在1876年美国费 城世
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