机械原理发展史

机械原理发展史 王光子 (广东工业大学机电工程学院 10级机电4班) 摘要:机械的发展史与人类文明的发展史紧密相连，为了对机械的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及设计,机械原理学科研究了许多理论和方 法，从原始时期人类开始使用机械，到如今的各种高科技产品发明，相对应的机械原理学科的发展是非常迅猛的， 不论在基本原理方面，还是在研究方法方面，都有较大的进展。 关键词:机械原理 绪论 机械 发展 1 前言 1.1机器(分三种类型): 动力机器:能量转换——内燃机、涡轮机、电动机等 工作机器:完成有用的机械功或搬运物料——机床、起重机、机车、汽车等 信息机器:完成信息的传递和交换——打印机、绘图仪、复印机等 机器——人为的实物组合;有确定的相对运动;能代替人们的劳动或进行能量转化。 1.2机构——具有机器的前两个特征。 1.3机械——机器与机构的总称。 1.4研究对象 研究机械的运动学和动力学分析与设计的基本理论和方法 1.5研究内容 机构的结构分析，机构的性能分析，常用机构的设计问题，机器动力学问题，机械系统运动MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1715988820369_0设计[1] 2 世界机械发展的四个阶段 世界机械的发展史与人类文明的发展史紧密相连，这里有必要简单介绍一下。根据人类文明发展，世界机械的发展史可以分为四个阶段:第一个阶段发生在大约200万年前至50万年前的这一阶段称之为原始阶段;第二个阶段发生在大约公元前7000年至18世纪初为古代机械发展阶段;从十八世纪中叶到二十世纪初为近代机械发展阶段，二十世纪初到现代为现代机械发展阶段。 2.1 原始机械发展阶段 在人类历史的长河中，发生了几次决定人类命运的大革命。第一次革命发生在大约200万年前至50万年前，人类学会使用了最简单的机械——石斧、石刀之类的天然工具，劳动造就了人，人类发现并使用了火，食用熟食使人类更加聪明，而且延长人类的寿命。 2.2 古代机械发展史 根据考古学家发现公元前7000年，巴勒斯坦地区犹太人建立杰里科城，城市文明首次出现在地球上，最早的车轮或许是此时诞生的。公元前4700年，埃及巴达里文化进入青铜器时代，那时出现了搬运重物的工具:有滚子、撬棒、(如图a)、滑轮(如图b)和滑橇等，在建造金字塔时就使用这类工具。介绍古代的机械发展史不得不介绍中国，公元14世纪以前，我国的发明创造在数量、质量上以及发明时间上都是领先的。例如四大发明，指南车(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，等等。可惜15世纪后，中国仍然处于封建社会，而以英国、法国为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的西方国家开始发展自然科学，兴办大学，培养人才。到公元15世纪，西方的机械科学已超过中国。1698年英国的萨弗里制成第一台实用的用于矿井抽水的蒸汽机——“矿工之友”。它开创了用蒸汽作功的先河。 2.3 近代机械发展史 18世纪从英国发起的技术革命，是技术发展史上的一次巨大革命，它开创了以机器代替手工工具的时代。这不仅是一次技术改革，更是一场深刻的社会变革。这场革命是以工作机的诞生开始的，以蒸汽机(如下图1.3.1)作为动力机被广泛使用为标志的。在这一时期内英国的瓦洛和沃恩先后发明球轴承;英国的威尔金森发明较精密的炮筒镗床，这是第一台真正的机床——加工机器的机器。它成功地用于加工汽缸体，使瓦特蒸汽机得以投入运行;英国的卡特赖特发明动力织布机完成了手工业和工场手工业向机器大工业的过渡;英国的威尔金森建成第一艘铁船;英国的圣托马斯发明缝制靴鞋用的链式单线迹手摇缝纫机(如下图1.3.2)，这是世界上第一台缝纫机;德国的德赖斯发明木制、带有车把、依靠双脚蹬地行驶的两轮自行车;美国的奥蒂斯设计制造单斗挖掘机械等等。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。在这一时期内，美国发明家爱迪生发明了电灯;德国机械工程师卡尔本茨制成第一辆汽车(如下图 1.3.3);电话，飞机等等这些重要的使用工具被发明出来了。这两次工业革命都出现西方，而东方国家依然停滞不前，注定了落后的局面。 2.4 现代机械发展史 20世纪60年代以来，一大批逐步形成的高技术群体:如微电子技术、信息技术、自动化技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开发技术、激光和红外技术、光纤技术等等与之前发展起来的机械结合起来，渗透到经济，军事各个领域，速度之快令人咋舌。例如我们平时用的手机用的是通信技术、微电子技术和机械技术的结合;试管婴儿是生物技术与机械技术的结合、太空探索是空间技术和 [2] 机械技术的结合等等。 3 机械原理学科的现状及发展趋势 一 1、生产的发展促进了机械原理学科的发展。而学科的发展又反过来为生产的发展提供了有利条件，促进了生产的发展。随着科学技术的发展，为了更好地满足生产实际的需要和机械自动化的要求,就需要不断创新一些新型机构,因而以机构创新为主要内容的机构学得到了迅速发展。例如多杆多自由度的平面连杆机构、空间机构、各种组合机构(包括各种含有挠性构件的组合机构)、机、电、液一体化的机构都在研究之中，有些已得到应用。同时机器人、机械手等仿生机械得到较快的发展,包括高温、高压、有毒、有放射性等特殊条件下工作的机器人和机械手。例如宇宙飞船上用于收回卫星的机械臂;在核电站安装设备的机器人;在深海海底作业的机器人等。此外,微技术的发展,还创造了一些微型机械。如可在人的腹腔内进行外科手术的手术刀,甚至可在人的血管中爬行的微型机器人等都已经使用。 2、为了对这些新型机械的分析及设计,机械原理学科近年来也发展了许多新的理论和方法,并引入了一些不同的数学及力学工具,特别是计算机的推广应用,为机械原理学科的发展提供了极有利的条件。计算机辅助分析、计算机辅助设计、优化设计(包括多目标优化设计)都得到迅速发展,并且渐趋成熟。 3、由于机械向高速度、高精度、高负荷、高效率等方向发展，也给机械原理学科提出了一些新的课题，开辟了一些新的研究领域。例如，对于高速重载机械来说，不仅要研究其运动性能，还要研究其动力性能，有时还要考虑构件的弹性形变、质量分布、连接间隙及机械中摩擦等对机械工作的影响，考虑机械的振动、冲击和平衡问题。 二 随着宇航技术、核技术、海洋开发、医疗器械、工业机器人及微技术等高新科学技术的兴起和计算机的普及应用 ,极大地促进了机械原理学科的发展,创立了不少新的理论和研究方法,开拓了一些新的研究领 域。 1、在机构结构理论方面,主要是机构的类型综合、杆数综合和机构自由度的计算。对平面机构来说,虽 但仍有一些新的发展。例如将关联矩阵、图论、拓扑学、网络理然机构结构的分析与综合研究得比较成熟, 论等引入对结构的研究; 用拆副、拆杆、甚至拆运动链的方法将复杂杆组转化为简单杆组,以简化机构的运动分析和力分析;仿照机构组成原理对机构功能原理的研究;关于机构中虚约束的研究及无虚约束机制的综合;以及组合机构的类型综合等。近年来对空间机构结构分析与综合的研究也有不少的进展,特别是在机器人机构学方面取得了较多成就。 2、在机构运动分析和力分析方面,主要是大力发展了计算机辅助分析方法的研究,并且已经研制了一些应用软件。对于高级别平面机构的运动分析及力分析问题,可以采用型转化法或选不同的构件为机架以降低机构级别的方法进行,也可以采用分解合成的分析方法。对空间机构的运动分析及力分析则多采用按杆组分析的方法。另外,为了便于利用计算机进行分析,建立机构运动分析及力分析的逻辑体系,并期望将机构的结构分析、运动分析、动力分析构成一个整体的系统。 、在机器动力学方面,大力发展了机构弹性动力学的研究,包括低副机构和高副机构。在某些高速重载3 的高副机构中还考虑了热变形的问题，还开展了对机械中的摩擦、机械效率以及功率传递等问题的研究;发展了对运动副间隙引起的冲击、动载荷、振动、噪声及疲劳失效等问题的研究;对机构运动精度及误差的研究。对于平面机构平衡问题的研究,得出了一般n杆机构可以用 n/2 个配重达到平衡的结论。对空间机构平衡问题的研究,也得到了不少的成果。此外,还研究了具有变质量构件和在运动过程中结构有变化的机构的平衡问题,机构在非稳定状态及瞬变过程中的时间、位移、速度和加速度等的动力响应的计算问题等。 4、在机构学方面,对平面连杆机构的研究仍在继续深入,并转而注重于多杆多自由度平面连杆机构的研究,提出了这类机构的分析和综合的一些方法。研究了提高机构动力性能为目标的综合方法,多精确点的四杆机构的综合方法(如点位缩减法)等。由于电子计算机的普遍应用,连杆机构的优化设计得到了迅速发展,包括多目标优化。并且编制了一些表征机构主要尺度参数与其运动、动力性能之间关系的数表及图谱,编制了大量适用范围广、节省机时、使用方便的机构分析与综合的软件。 5、在凸轮机构方面,高速凸轮的弹性动力学是一个受到普遍重视的研究课题,并且已研究得比较深入。推杆运动规律的选择和拟合,凸轮机构尺度参数的优化设计,凸轮机构工作过程中的振动、减振和稳定性的研,也都受到重视,并已取得不少研究成果。 究 6、在齿轮机构方面,首先是齿轮啮合原理的研究,再如新型齿廓的选用(如圆弧、抛物线等非渐开线齿廓),轮齿的修正和修形等课题的研究,也都取得不少的新成就。 7、在轮系方面,一些新型齿轮机构( 如内齿行星轮传动、活齿齿轮传动、行星摩擦传动、非圆齿轮周转轮系、锥齿轮谐波传动、摩擦式谐波传动等)的研制，周转轮系效率的研究，考虑摩擦时的功率流及考虑轮齿弹性变形时的功率流的计算问题的研究，周转轮系均载装置的研究等，都已取得一些研究成果。此外，应用图论、网络理论和其他一些新的数学工具和计算技术来研究轮系的类型综合及运动分析和力分析问题也得到大力开展，并取得一些成绩。除上述连杆、凸轮和齿轮三大常用的基本机构以外，组合机构的研究近年来也发展得十分迅速。对齿轮—连杆、凸轮—连杆等类型的组合机构的分析和综合，已有较详细的研究。 三 近年来机械原理学科的发展是非常迅猛的。不论在基本原理方面，还是在研究方法方面，都有较大的进展。在机构的类型方面也有一些新的创造，有些已突破传统机构学的范畴，而进入所谓“广义机构学的”领域，创造了具有气、液、光、电等环节的机构。当前尚有由三本基本机构组成的组合机构，和包括挠性构件的组合机构。对空间组合机构的研究也已进行了不少工作。此外，对于一些具有特殊运动及动力性能的组合机构也有所研究。随着机械向高速、重载方向的发展，机械动力学的研究发展很快。由于电子计算机的普遍应用，机构的计算机辅助分析和计算机辅助设计得到较快发展。从机械原理学科的发展可以看出，生产发展的需要是学科发展的主要动力。而学科的发展又反过来促进了生产的发展，提高了生产的水平。 [3]可以期望，随着生产对技术现代化的要求不断提高，机械原理学科也会继续迅速的得到发展. 机 械 工 程 学 报 第39卷第2期 1 参 考 文 献 1 孙桓，陈作模，葛文杰机械原理(2006，7:1,4 2 庞立(世界机械发展史. 时代教育. 2011,09:273,274 3 陈志强. 机械原理学科的现状及发展趋势. 中国科技信息，2006，08:300,305 The Mechanical Theory of Development 3110000183 王光子 (School of Mechanical Engineering， GuangDong University of Technology) Abstract:History of the development of the Mechanical and human being is closely linked,in order to analysis and design machinery, Theory of Machines and Mechanisms discuss many theory and methods.From Primitive period to today,the machinery develops quickly,so as the Theory of Machines and Mechanisms,in basical theory and Research methods. Key words:Theory of Machines and Mechanisms ; introduction; machinery; development