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機(jī)械

機(jī)械(英文名稱:machinery)是指機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)械就是能幫人們降低工作難度或省力的工具裝置,像筷子、掃帚以及鑷子一類的物品都可以被稱為機(jī)械,他們是簡單機(jī)械。而復(fù)雜機(jī)械就是由兩種或兩種以上的簡單機(jī)械構(gòu)成。通常把這些比較復(fù)雜的機(jī)械叫做機(jī)器。從結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)來看,機(jī)構(gòu)和機(jī)器并無區(qū)別,泛稱為機(jī)械。 機(jī)械,源自于希臘語之Mechine及拉丁文Machina,原指“巧妙的設(shè)計(jì)”,作為一般性的機(jī)械概念,可以追溯到古羅馬時(shí)期,主要是為了區(qū)別與手工工具?,F(xiàn)代中文之“機(jī)械”一詞為機(jī)構(gòu)為英語之(Mechanism)和機(jī)器(Machine)的總稱。機(jī)械的特征有:機(jī)械是一種人為的實(shí)物構(gòu)件的組合。機(jī)械各部分之間具有確定的相對運(yùn)動(dòng)。故機(jī)器能轉(zhuǎn)換機(jī)械能或完成有用的機(jī)械功,是現(xiàn)代機(jī)械原理中的最基本的概念,中文機(jī)械的現(xiàn)代概念多源自日語之“機(jī)械”一詞,日本的機(jī)械應(yīng)用品對機(jī)械概念做如下定義(即符合下面三個(gè)特征稱為機(jī)械Machine)

  概念來源

  機(jī)械這個(gè)詞源自于希臘語之Mechine及拉丁文Machina,最早的“機(jī)械”定義為古羅馬建筑師維特魯威(Vitruvii)在其著作《建筑十書》,主要對于搬運(yùn)重物發(fā)揮效力的機(jī)械和工具作了區(qū)別:“機(jī)械(machane)和工具(organon)之間似乎有著以下的區(qū)別。即機(jī)械是以多數(shù)人工和很大的力量而發(fā)生效果的,如重弩炮和葡萄壓榨機(jī)。而工具則是一名操縱人員慎重地處理來達(dá)到目的的,如蝎形輕弩炮或不等圓的螺旋裝置。因此工具和機(jī)械都是利用上不可缺少的東西。古希臘時(shí)期已有圓柱齒輪。亞歷山大利亞·希羅(Heron of Alexandria)在1世紀(jì)最早討論了機(jī)械的基本要素,他認(rèn)為機(jī)械的要素有五類:輪與軸,杠桿,滑車,尖劈,螺旋。希羅的論述反映了古典機(jī)械的特征。中國古代在香爐中應(yīng)用了能永保水平位置的十字轉(zhuǎn)架等機(jī)件。

  英國機(jī)械學(xué)家威利斯(R.Willis)在其《機(jī)構(gòu)學(xué)原理》(The Principle of Mechanism,1841年)所給的定義是:“任何機(jī)械(machine)都是由用各種不同方式連接起來的一組構(gòu)件組成,使其一個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng),其余構(gòu)件將發(fā)生一定的運(yùn)動(dòng),這些構(gòu)件與最初運(yùn)動(dòng)之構(gòu)件的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系取決于它們之間連接的性質(zhì)。”德國機(jī)械學(xué)家勒洛(F.Reuleaux )在其《理論運(yùn)動(dòng)學(xué)》(Theoretische Kinematik ,Grundzüge einer Theorie des Maschienenwesens,1875年)中的定義為“機(jī)械是多個(gè)具有抵抗力之物體的組合體,其配置方式使得能夠借助它們強(qiáng)迫自然界的機(jī)械力做功,同時(shí)伴隨著一定的確定運(yùn)動(dòng)。”

  總體來講,機(jī)械就是能幫人們降低工作難度或省力的工具裝置,像筷子、掃帚以及鑷子一類的物品都可以被稱為機(jī)械,他們是簡單機(jī)械。而復(fù)雜機(jī)械就是由兩種或兩種以上的簡單機(jī)械構(gòu)成。通常把這些比較復(fù)雜的機(jī)械叫做機(jī)器。

  中文概念與來源

  “機(jī)械” 詞語由“機(jī)”與“械”兩個(gè)漢字組成。“機(jī)”——原指局部的關(guān)鍵機(jī)件;“械”——在中國古代原指某一整體器械或器具。這兩字連在一起,組成“機(jī)械” 一詞,便構(gòu)成一般性的機(jī)械概念。[1]

  “機(jī)” 在古漢語中原指某種、某類特定的裝置,后來又泛指一般的機(jī)械?!渡袝?middot;太甲》有“若虞機(jī)張,往省括于度,則釋”。《莊子·齊物論》:“其發(fā)若機(jī)括。”《釋文》稱:“機(jī),弩牙;括,箭括。”《說文解字》對“機(jī)”的解釋是“機(jī),主發(fā)者也”,指弩機(jī)?!肚f子·山林》道:“豐狐,文豹……不免于網(wǎng)羅機(jī)辟之患”即指夾子一類的裝置。古代之“機(jī)抒”指織布機(jī)。《淮南子·氾論》載“伯余之初作衣也,……手經(jīng)指掛,其成猶網(wǎng)羅。后世為之機(jī)抒勝復(fù)以便其用。”《史記·酈生傳》有“農(nóng)夫釋耒,二女下機(jī)”。由此可知,“機(jī)”之本義指機(jī)械裝置中構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件。

  “械”在古代中國指器械、器物等實(shí)物?!肚f子·天地》載“有械于此,一日浸百畦,用力甚寡而見功多”,其“械”在此為一般器械或器具;《墨子·公輸》:“公輸般為楚造云梯之械”在此指兵器;《漢書·司馬遷傳》載:“淮陰(韓信),王也,受械于陳”,在此 “械”指刑具。

  《莊子·外篇·天地第十二》載“......子貢曰:‘有械于此,一日浸百畦,用力甚寡而見功多,夫子不欲乎?’為圃者仰而視之曰:‘奈何?’曰:‘鑿木為機(jī),后重前輕,挈水若抽,數(shù)如湯,其名曰槔。’為圃者忿然作色而笑曰:‘吾聞之吾師,有機(jī)械者必有機(jī)事,有機(jī)事者必有機(jī)心。機(jī)心存于胸中,則純白不備。純白不備,則神生不定。神生不定者,道之所不載也。吾非不知,羞而不為也。’子貢瞞然,俯而不對。”這段對話為子貢與老人的對話給出了機(jī)械的概念界定即“機(jī)械是能用力甚寡而見功多的器械”?!俄n非子》卷十五《難》二中有類似的論述:“審于地形、舟車、機(jī)械之利,用力少,致功大,則入多。”故此中國最遲在戰(zhàn)國時(shí)期已形成了與現(xiàn)代機(jī)械工程學(xué)之“機(jī)械”涵義較相近的概念。

  現(xiàn)代機(jī)械

  1、機(jī)械是物體的組合,假定力加到其各個(gè)部分也難以變形。

  2、這些物體必須實(shí)現(xiàn)相互的、單一的、規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。

  3、把施加的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樽钣杏玫男问?,或轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У臋C(jī)械功。

  機(jī)構(gòu)和機(jī)器的定義來源于機(jī)械工程學(xué),屬于現(xiàn)代機(jī)械原理中的最基本的概念,中文機(jī)械的現(xiàn)代概念多源自日語之“機(jī)械”一詞。

  一切具有確定的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。如:機(jī)床、拖拉機(jī)等。

  機(jī)械工程就是以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ),結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)踐中積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),研究和解決在開發(fā)設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械中的理論和實(shí)際問題的一門應(yīng)用學(xué)科。

  各個(gè)工程領(lǐng)域的發(fā)展都要求機(jī)械工程有與之相適應(yīng)的發(fā)展,都需要機(jī)械工程提供所必需的機(jī)械。某些機(jī)械的發(fā)明和完善,又會(huì)導(dǎo)致新的工程技術(shù)和新的產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展。例如大型動(dòng)力機(jī)械的制造成功,促成了電力系統(tǒng)的建立;機(jī)車的發(fā)明導(dǎo)致了鐵路工程和鐵路事業(yè)的興起;內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等的發(fā)明和進(jìn)步,以及飛機(jī)和航天器的研制成功導(dǎo)致了航空、航天事業(yè)的興起;高壓設(shè)備的發(fā)展導(dǎo)致了許多新型合成化學(xué)工程的成功等等。

  機(jī)械工程就是在各方面不斷提高的需求的壓力下獲得發(fā)展動(dòng)力,同時(shí)又從各個(gè)學(xué)科和技術(shù)的進(jìn)步中得到改進(jìn)和創(chuàng)新的能力。

  機(jī)械是簡單的裝置,它能夠?qū)⒛芰俊⒘囊粋€(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方。它能改變物體的形狀結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出新的物件。在生活中,我們周圍有數(shù)不清的不同種類的機(jī)械在為我們工作。

  機(jī)械的日常的理解是機(jī)械裝置,也就是各種機(jī)器與器械。

  從機(jī)械專業(yè)的角度來說:機(jī)械具有相當(dāng)重要的基礎(chǔ)地位。

  機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的五大要素(即人、資金、能量、材料和機(jī)械)之一。

  在馬克思說到工業(yè)社會(huì)時(shí)候,說工業(yè)社會(huì),尤其是大工業(yè)社會(huì),即用機(jī)器生產(chǎn)機(jī)器的時(shí)代。

  無論從生活中接觸的各種物理的裝置,如電燈、電話、電視機(jī)、冰箱、電梯等等都包含有機(jī)器的成分,或者包含在廣義的機(jī)械之中,而從生產(chǎn)中來看,各種機(jī)床、自動(dòng)化裝備、飛機(jī)、輪船、神五、神六等等,都缺不了機(jī)械。

  所以,機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)的一個(gè)基礎(chǔ)。如果有人要說農(nóng)業(yè)也是基礎(chǔ)的話,也無可厚非,但是在現(xiàn)代的社會(huì)來說,機(jī)械作為整個(gè)工業(yè)和工程的基礎(chǔ),可以毫不夸張地認(rèn)為也是社會(huì)一根大柱子。

  任何現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和工程領(lǐng)域都需要應(yīng)用機(jī)械,就是人們的日常生活,也越來越多地應(yīng)用各種機(jī)械了,如汽車、自行車、鐘表、照相機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)機(jī)、吸塵器等等。

  主要特征

  機(jī)械是一種人為的實(shí)物構(gòu)件的組合。

  機(jī)械各部分之間具有確定的相對運(yùn)動(dòng)。

  機(jī)器具備機(jī)構(gòu)的特征外,還必須具備第3個(gè)特征即能代替人類的勞動(dòng)以完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能,故機(jī)器能轉(zhuǎn)換機(jī)械能或完成有用的機(jī)械功的機(jī)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)來看,機(jī)構(gòu)和機(jī)器并無區(qū)別泛稱為機(jī)械。

  研究領(lǐng)域編輯

  機(jī)械工程與技術(shù)

  機(jī)械齒輪減速機(jī)

  機(jī)械齒輪減速機(jī)

  機(jī)械工程

  機(jī)械學(xué)

  機(jī)械設(shè)計(jì)

  機(jī)械制圖

  機(jī)械制造工藝與設(shè)備

  機(jī)床技術(shù)

  儀器儀表技術(shù)

  流體傳動(dòng)與控制(包括氣動(dòng)液壓控制技術(shù)等)

  機(jī)械制造自動(dòng)化

  數(shù)控技術(shù)

  工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

  計(jì)算機(jī)輔助制造

  動(dòng)力機(jī)械工程

  機(jī)械工程其他學(xué)科

  主要分類

  機(jī)械的種類繁多,可以按幾個(gè)不同方面分為各種類別,如:按功能可分為動(dòng)力機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械、粉碎機(jī)械等;按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械等;按工作原理可分為熱力機(jī)械、流體機(jī)械、仿生機(jī)械等。

  中國機(jī)械行業(yè)的主要產(chǎn)品包括以下12類:

  農(nóng)業(yè)機(jī)械:拖拉機(jī)、播種機(jī)、收割機(jī)械等;

  重型礦山機(jī)械:冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、起重機(jī)械、裝卸機(jī)械、工礦車輛、水泥設(shè)備等;

  工程機(jī)械:叉車、鏟土運(yùn)輸機(jī)械、壓實(shí)機(jī)械、混凝土機(jī)械等;

  石化通用機(jī)械:石油鉆采機(jī)械、煉油機(jī)械、化工機(jī)械、泵、風(fēng)機(jī)、閥門、氣體壓縮機(jī)、制冷空調(diào)機(jī)械、造紙機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工機(jī)械、制藥機(jī)械等;

  電工機(jī)械:發(fā)電機(jī)械、變壓器、、高低壓開關(guān)、電線電纜、蓄電池、電焊機(jī)、家用電器等;

  機(jī)床:金屬切削機(jī)床、鍛壓機(jī)械、鑄造機(jī)械、木工機(jī)械等;

  汽車:載貨汽車、公路客車、轎車、改裝汽車、摩托車等;

  儀器儀表:自動(dòng)化儀表、電工儀器儀表、光學(xué)儀器、成分分析儀、汽車儀器儀表、電料裝備、電教設(shè)備、照相機(jī)等;

  基礎(chǔ)機(jī)械:軸承、液壓件、密封件、粉末冶金制品、標(biāo)準(zhǔn)緊固件、工業(yè)鏈條、齒輪、模具等;

  包裝機(jī)械:包裝機(jī)、裝箱機(jī)、輸送機(jī)等;

  環(huán)保機(jī)械:水污染防治設(shè)備、大氣污染防治設(shè)備、固體廢物處理設(shè)備等;

  礦山機(jī)械:巖石分裂機(jī)、頂石機(jī)等。

  工程機(jī)械是指用于工程建設(shè)的施工機(jī)械的總稱。廣泛用于建筑、水利、電力、道路、礦山、港口和國防等工程領(lǐng)域。

  工程機(jī)械種類繁多,按其用途主要分為:

  挖掘機(jī)械:如單斗挖掘機(jī)(又可分為履帶式挖掘機(jī)和輪胎式挖掘機(jī))、多斗挖掘機(jī)(又可分為輪斗式挖掘機(jī)和鏈斗式挖掘機(jī))、多斗挖溝機(jī)(又可分輪斗式挖溝機(jī)和鏈斗式挖溝機(jī))、滾動(dòng)挖掘機(jī)、銑切挖掘機(jī)、隧洞掘進(jìn)機(jī)(包括盾溝機(jī)械、掘進(jìn)機(jī))等;

  鏟土運(yùn)輸機(jī)械:如推土機(jī)(又可分為輪胎式推土機(jī)和履帶式推土機(jī))、鏟運(yùn)機(jī)(又可分為履帶自行式鏟運(yùn)機(jī)、輪胎自行式鏟運(yùn)機(jī)和拖式鏟運(yùn)機(jī))、裝載機(jī)(又可分為輪胎式裝載機(jī)和履帶式裝載機(jī)、平地機(jī)(又可分為自行式平地機(jī)和拖式平地機(jī))、運(yùn)輸車(又可分為單軸運(yùn)輸車和雙軸牽引運(yùn)輸車)、平板車和自卸汽車等;

  起重機(jī)械:如塔式起重機(jī)、自行式起重機(jī)、桅桿起重機(jī)、抓斗起重機(jī)等;

  壓實(shí)機(jī)械:如輪胎壓路機(jī)、光面輪壓路機(jī)、單足式壓路機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、夯實(shí)機(jī)、搗固機(jī)等;

  樁工機(jī)械:如鉆孔機(jī)、柴油打樁機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)、壓樁機(jī)等;

  鋼筋混凝土機(jī)械:如混凝土攪拌機(jī)、混凝土攪拌站、混凝土攪拌樓、混凝土輸送泵、混凝土攪拌輸送車、混凝土噴射機(jī)、混凝土振動(dòng)器、鋼筋加工機(jī)械等;

  路面機(jī)械:如平整機(jī)、道碴清篩機(jī)等;

  鑿巖機(jī)械:如鑿巖臺(tái)車、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、電動(dòng)鑿巖機(jī)、內(nèi)燃鑿巖機(jī)和潛孔鑿巖機(jī)等;

  其他工程機(jī)械:如架橋機(jī)、氣動(dòng)工具(風(fēng)動(dòng)工具)等。

  機(jī)械制圖

  機(jī)械制圖是用圖樣確切表示機(jī)械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理和技術(shù)要求的學(xué)科。圖樣由圖形、符號、文字和數(shù)字等組成,是表達(dá)設(shè)計(jì)意圖和制造要求以及交流經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)文件,常被稱為工程界的語言。[2]

  用圖來狀物紀(jì)事的起源很早,如中國宋代蘇頌和趙公廉所著《新儀象法要》中已附有天文報(bào)時(shí)儀器的圖樣,明代宋應(yīng)星所著《天工開物》中也有大量的機(jī)械圖樣,但尚不嚴(yán)謹(jǐn)。

  1799年,法國學(xué)者蒙日發(fā)表《畫法幾何》著作,自此機(jī)械圖樣中的圖形開始嚴(yán)格按照畫法幾何的投影理論繪制。為使人們對圖樣中涉及到的格式、文字、圖線、圖形簡化和符號含義有一致的理解,后來逐漸制定出統(tǒng)一的規(guī)格,并發(fā)展成為機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)。各國一般都有自己的國家標(biāo)準(zhǔn),國際上有國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的標(biāo)準(zhǔn)。中國的機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)制定于1959年,后在1974年和1984年修訂過兩次。

  在機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的項(xiàng)目有:圖紙幅面及格式、比例、字體和圖線等。在圖紙幅面及格式中規(guī)定了圖紙標(biāo)準(zhǔn)幅面的大小和圖紙中圖框的相應(yīng)尺寸。比例是指圖樣中的尺寸長度與機(jī)件實(shí)際尺寸的比例,除允許用1:1的比例繪圖外,只允許用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的縮小比例和放大比例繪圖。

  在中國,規(guī)定漢字必須按長仿宋體書寫,字母和數(shù)字按規(guī)定的結(jié)構(gòu)書寫。圖線規(guī)定有八種規(guī)格,如用于繪制可見輪廓線的粗實(shí)線、用于繪制不可見輪廓線的虛線、用于繪制軸線和對稱中心線的細(xì)點(diǎn)劃線、用于繪制尺寸線和剖面線的細(xì)實(shí)線等。

  機(jī)械圖樣主要有零件圖和裝配圖,此外還有布置圖、示意圖和軸制圖等。零件圖表達(dá)零件的形狀、大小以及制造和檢驗(yàn)零件的技術(shù)要求;裝配圖表達(dá)機(jī)械中所屬各零件與部件間的裝配關(guān)系和工作原理;布置圖表達(dá)機(jī)械設(shè)備在廠房內(nèi)的位置;示意圖表達(dá)機(jī)械的工作原理,如表達(dá)機(jī)械傳動(dòng)原理的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖、表達(dá)液體或氣體輸送線路的管道示意圖等。示意圖中的各機(jī)械構(gòu)件均用符號表示。軸制圖是一種立體圖,直觀性強(qiáng),是常用的一種輔助用圖樣。

  表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀的圖形,常用的有視圖、剖視圖和剖面圖等。

  視圖是按正投影法即機(jī)件向投影面投影得到的圖形。按投影方向和相應(yīng)投影面的位置不同,視圖分為主視圖、俯視圖和左視圖等。視圖主要用于表達(dá)機(jī)件的外部形狀。圖中看不見的輪廓線用虛線表示。機(jī)件向投影面投影時(shí),觀察者、機(jī)件與投影面三者間有兩種相對位置。機(jī)件位于投影面與觀察者之間時(shí)稱為第一角投影法。投影面位于機(jī)件與觀察者之間時(shí)稱為第三角投影法。兩種投影法都能同樣完善地表達(dá)機(jī)件的形狀。中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用第一角投影法。

  剖視圖是假想用剖切面剖開機(jī)件,將處在觀察者與剖切面之間的部分移去,將其余部分向投影面投影而得到圖形。剖視圖主要用于表達(dá)機(jī)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。剖面圖則只畫出切斷面的圖形。剖面圖常用于表達(dá)桿狀結(jié)構(gòu)的斷面形狀。

  對于圖樣中某些作圖比較繁瑣的結(jié)構(gòu),為提高制圖效率允許將其簡化后畫出,簡化后的畫法稱為簡化畫法。機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)對其中的螺紋、齒輪、花鍵和彈簧等結(jié)構(gòu)或零件的畫法制有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)。

  圖樣是依照機(jī)件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小按適當(dāng)比例繪制的。圖樣中機(jī)件的尺寸用尺寸線、尺寸界線和箭頭指明被測量的范圍,用數(shù)字標(biāo)明其大小。在機(jī)械圖樣中,數(shù)字的單位規(guī)定為毫米,但不需注明。對直徑、半徑、錐度、斜度和弧長等尺寸,在數(shù)字前分別加注符號予以說明。

  制造機(jī)件時(shí),必須按圖樣中標(biāo)注的尺寸數(shù)字進(jìn)行加工,不允許直接從圖樣中量取圖形的尺寸。要求在機(jī)械制造中必須達(dá)到的技術(shù)條件如公差與配合、形位公差、表面粗糙度、材料及其熱處理要求等均應(yīng)按機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)在圖樣中用符號、文字和數(shù)字予以標(biāo)明。

  20世紀(jì)前,圖樣都是利用一般的繪圖用具手工繪制的。20世紀(jì)初出現(xiàn)了機(jī)械結(jié)構(gòu)的繪圖機(jī),提高了繪圖的效率。20世紀(jì)下半葉出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)繪圖,將需要繪制的圖樣編制成程序輸入電子計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)再將其轉(zhuǎn)換為圖形信息輸給繪圖儀繪出圖樣,或輸送給計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工。

  圖樣一般需要描繪成透明底圖,用透明底圖洗印出藍(lán)圖或用氨熏出紫圖。20世紀(jì)中期出現(xiàn)了靜電復(fù)印機(jī) ,這種復(fù)印機(jī)可將原圖樣直接進(jìn)行復(fù)制,并可將圖放大或縮小。采用這種新技術(shù)可以省去描圖工序。

  機(jī)械密封

  機(jī)械密封也稱端面密封,主要用于泵、壓縮機(jī)、液壓傳動(dòng)和其他類似設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸的密封。機(jī)械密封由一對和數(shù)對動(dòng)環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置。

  機(jī)械密封是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力(或磁力)的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。補(bǔ)償環(huán)的輔助密封為金屬波紋管的稱為波紋管機(jī)械密封。

  組成

  主要有以下四類部件:

  1、主要密封件:動(dòng)環(huán)和靜環(huán);

  2、輔助密封件:密封圈;

  3、壓緊件:彈簧、推環(huán);

  4、傳動(dòng)件:彈箕座及鍵或固定螺。

  分類

  按彈簧元件旋轉(zhuǎn)或靜止可分為:旋轉(zhuǎn)式內(nèi)裝內(nèi)流非平衡型單端面密封,簡稱旋轉(zhuǎn)式;靜止式外裝內(nèi)流平衡型單端面密封,簡稱靜止式。

  按靜環(huán)位于密封端面內(nèi)側(cè)或外側(cè)可分為:內(nèi)裝式和外裝式;

  按密封介質(zhì)泄漏方向可分為:內(nèi)流失和外流式;

  按介質(zhì)在端面引起的卸載情況可分為:平衡式和非平衡式;

  按密封端面的對數(shù)可分為:單端面和雙端面;

  按彈簧的個(gè)數(shù)可分為:單彈簧式和多彈簧式;

  按彈性元件分類:彈簧壓縮式和波紋管式;

  按非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)分類:流體靜壓式、流體動(dòng)壓式、干氣密封式;

  按密封腔溫度分類:高、中、普、低溫密封;

  按密封腔壓力分離:超高、高、中、低壓機(jī)械密封;

  注意事項(xiàng)

  安裝時(shí)注意事項(xiàng):

  1、要十分注意避免安裝中所產(chǎn)生的安裝偏差。

  1)上緊壓蓋應(yīng)在聯(lián)軸器找正后進(jìn)行,螺栓應(yīng)均勻上支,防止壓蓋端面偏斜,用塞尺檢查各點(diǎn),其誤差不大于0.05毫米;

  2)檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙(即同心度),四周要均勻,用塞尺檢查各點(diǎn)允差不大于0.01毫米。

  2、彈簧壓縮量要按規(guī)定進(jìn)行,不允許有過大或過小現(xiàn)象,要求誤差2.00毫米。過大會(huì)增加端面比壓,另速端面磨損。過小會(huì)造成比壓不足而不能起到密封作用。

  3、動(dòng)環(huán)安裝后髯保證能在軸上靈活移動(dòng),將動(dòng)環(huán)壓向彈簧后應(yīng)能自動(dòng)彈回來。

  拆卸時(shí)注意事項(xiàng):

  1、在拆卸機(jī)械密封時(shí)要仔細(xì),嚴(yán)禁動(dòng)用手錘和扁鏟,以免損壞密封元件??勺鲆粚︿摻z勾子,在對自負(fù)盈虧方向伸入傳動(dòng)座缺口處,將密封裝置拉出。如果結(jié)垢拆卸不下時(shí),應(yīng)清洗干凈后再進(jìn)行拆卸;

  2、如果在泵兩端都用機(jī)械密封時(shí),在裝配,拆卸過程中互相照顧,防止顧此失彼;

  3、對運(yùn)行過的機(jī)械密封,凡有壓蓋松動(dòng)使密封發(fā)生移動(dòng)的情況,則動(dòng)靜環(huán)零件必須更換,不應(yīng)重新上緊繼續(xù)使用。因?yàn)樵谥畼娱簞?dòng)后,摩擦副原來運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡會(huì)發(fā)生變動(dòng),接觸面的密封性就很容易遭到破壞。

  機(jī)封正常運(yùn)行和維護(hù)問題:

  1、啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作及注意事項(xiàng)

  1)全面檢查機(jī)械密封,以及附屬裝置和管線安裝是否齊全,是否符合技術(shù)要求;

  2)機(jī)械密封啟動(dòng)前進(jìn)行靜壓試驗(yàn),檢查機(jī)械密封是否有泄漏現(xiàn)象。若泄漏較多,應(yīng)查清原因設(shè)法消除。如仍無效,則應(yīng)拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗(yàn)壓力用2~3公斤/平方厘米;

  3)按泵旋向盤車,檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動(dòng)時(shí),則應(yīng)檢查裝配尺寸是否錯(cuò)誤,安裝是否合理。

  2、安裝與停運(yùn)

  1)啟動(dòng)前應(yīng)保持密封腔內(nèi)充滿液體。對于輸送凝固的介質(zhì)時(shí),應(yīng)用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動(dòng)前必須盤車,以防止突然啟動(dòng)而造成軟環(huán)碎裂;

  2)對于利用泵外封油系統(tǒng)的機(jī)械密封,應(yīng)先啟動(dòng)封油系統(tǒng)。停車后最后停止封油系統(tǒng);

  3)熱油泵停運(yùn)后不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水,應(yīng)待端面密封處油溫降到80度以下時(shí),才可以停止冷卻水,以免損壞密封零件。

  3、運(yùn)轉(zhuǎn)

  1)泵啟動(dòng)后若有輕微泄漏現(xiàn)象,應(yīng)觀察一段時(shí)間。如連續(xù)運(yùn)行4小時(shí),泄漏量仍不減小,則應(yīng)停泵檢查;

  2)泵的操作壓力應(yīng)平穩(wěn),壓力波動(dòng)不大于1公斤/平方厘米;

  3)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中,應(yīng)避免發(fā)生抽空現(xiàn)象,以免造成密封面干摩擦及密封破壞;

  4)密封情況要經(jīng)常檢查。運(yùn)轉(zhuǎn)中,當(dāng)其泄漏超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí),重質(zhì)油不大于5滴/分,輕質(zhì)油不大于10/分,如2-3日內(nèi)仍無好轉(zhuǎn)趨勢,則應(yīng)停泵栓查密封裝置。

  機(jī)械工程

  機(jī)械工程(mechanical engineering):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(shí)踐中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),研究和解決在開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械中的全部理論和實(shí)際問題的應(yīng)用學(xué)科。機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的五大要素(人、資金、能源、材料和機(jī)械)之一,并參與能量和材料的生產(chǎn)。

  機(jī)械工程的發(fā)展簡史:

  石器時(shí)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(jī)械的先驅(qū)。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(dòng)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(dòng)力、傳動(dòng)和工作3個(gè)部分的完整機(jī)械。鼓風(fēng)器對人類社會(huì)發(fā)展起了重要作用。強(qiáng)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(shí)期,中國就已有了冶鑄用的鼓風(fēng)器。15~16世紀(jì)以前,機(jī)械工程發(fā)展緩慢。17世紀(jì)以后,資本主義商品經(jīng)濟(jì)在英、法等國迅速發(fā)展,許多人致力于改進(jìn)各產(chǎn)業(yè)所需要的工作機(jī)械和研制新的動(dòng)力機(jī)械——蒸汽機(jī)。18世紀(jì)后期,蒸汽機(jī)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(jī)械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機(jī)械制造工業(yè)開始形成,并逐漸成為重要產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工程從分散性的、主要依賴匠師個(gè)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(dú)立的工程技術(shù)。機(jī)械工程是促成18~19世紀(jì)的工業(yè)革命和資本主義機(jī)械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。

  動(dòng)力機(jī)械的發(fā)展 17世紀(jì)后期,隨著機(jī)械的改進(jìn),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(jì)初出現(xiàn)了T.紐科門的大氣式蒸汽機(jī),用以驅(qū)動(dòng)礦井排水泵。1765年,J.瓦特發(fā)明了有分開凝汽器的蒸汽機(jī),降低了燃料消耗率。1781年,瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力的蒸汽機(jī),擴(kuò)大了蒸汽機(jī)的應(yīng)用范圍。蒸汽機(jī)的發(fā)明和發(fā)展,促進(jìn)礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和搬運(yùn)機(jī)械動(dòng)力化。幾乎成為19世紀(jì)唯一的動(dòng)力源。但蒸汽機(jī)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。發(fā)電站初期應(yīng)用蒸汽機(jī)為原動(dòng)機(jī);20世紀(jì)初,出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機(jī),也出現(xiàn)了適應(yīng)各種水力資源的大、小功率的水輪機(jī)。19世紀(jì)后期發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過逐年改進(jìn),成為輕而小、效率高、易于操縱并可隨時(shí)啟動(dòng)的原動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃機(jī)最初用于驅(qū)動(dòng)沒有電力供應(yīng)的陸上工作機(jī)械,以后又用于汽車、移動(dòng)機(jī)械(如拖拉機(jī)、挖掘機(jī)械等)和輪船,20世紀(jì)中期開始用于鐵路機(jī)車。內(nèi)燃機(jī)和以后發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),還是飛機(jī)、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。

  機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展:

  工業(yè)革命以前,機(jī)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(jī)械上的小型零件。金屬加工主要靠機(jī)匠的精工細(xì)作以達(dá)到需要的精度。隨著蒸汽機(jī)的廣泛使用以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船和機(jī)車等大型機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械裝備供應(yīng)。同時(shí),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(jìn)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(jī)械工程基礎(chǔ)理論的發(fā)展:

  18世紀(jì)以前,機(jī)械匠師全憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、直覺和手藝進(jìn)行機(jī)械制作,與科學(xué)幾乎無關(guān)。直到18~19世紀(jì)才逐漸形成圍繞機(jī)械工程的基礎(chǔ)理論。動(dòng)力機(jī)械最先與科學(xué)相結(jié)合,如蒸汽機(jī)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(jī)實(shí)踐的基礎(chǔ)上建立起一門新的學(xué)科——熱力學(xué)等。19世紀(jì)初,研究機(jī)械中機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)等的機(jī)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(jì)后半期起已開始設(shè)計(jì)計(jì)算考慮材料的疲勞。隨后斷裂力學(xué)、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析、有限元法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)等相繼被用在設(shè)計(jì)計(jì)算中。

  機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域:

  機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域很廣,凡使用機(jī)械、工具,以至能源和材料生產(chǎn)的部門,無不需要機(jī)械工程的服務(wù)?,F(xiàn)代機(jī)械工程有5大服務(wù)領(lǐng)域:

  1、研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械,包括將熱能、化學(xué)能、原子能、電能、流體壓力能和天然機(jī)械能轉(zhuǎn)換為適合于應(yīng)用的機(jī)械能的各種動(dòng)力機(jī)械,以及將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為所需要的其他能量的能量變換機(jī)械;

  2、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械,包括農(nóng)、林、牧、漁業(yè)機(jī)械和礦山機(jī)械以及各種重工業(yè)機(jī)械和輕工業(yè)機(jī)械等;

  3、研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械,如物料搬運(yùn)機(jī)械,交通運(yùn)輸機(jī)械,醫(yī)療機(jī)械,辦公機(jī)械,通風(fēng)、采暖和空調(diào)設(shè)備以及除塵、凈化、消聲等環(huán)境保護(hù)設(shè)備等;

  4、研制和提供家庭和個(gè)人生活用的機(jī)械,如洗衣機(jī)、電冰箱、鐘表、照相機(jī)、運(yùn)動(dòng)器械和娛樂器械等;

  5、研制和提供各種機(jī)械武器。

  機(jī)械工程的學(xué)科內(nèi)容

  機(jī)械工程的學(xué)科內(nèi)容按工作性質(zhì)可分為:

  1、建立和發(fā)展可實(shí)際和直接應(yīng)用于機(jī)械工程的工程理論基礎(chǔ)。如工程力學(xué)、流體力學(xué)、工程材料學(xué)、材料力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)、熱力學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械零件、金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等;

  2、研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新機(jī)械產(chǎn)品,改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品,以適應(yīng)當(dāng)前和未來的需要;

  3、機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn),如生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度、編制和貫徹制造工藝、設(shè)計(jì)和制造工藝裝備、確定勞動(dòng)定額和材料定額以及加工、裝配、包裝和檢驗(yàn)等;

  4、機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理,如確定生產(chǎn)方式、產(chǎn)品銷售以及生產(chǎn)運(yùn)行管理等;

  5、機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用,如選擇、訂購、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維修和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械產(chǎn)品和成套機(jī)械設(shè)備;

  6、研究機(jī)械產(chǎn)品在制造和使用過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染和自然資源過度耗費(fèi)問題及處理措施。

  機(jī)械工程的學(xué)科分支:

  機(jī)械按功能可分為動(dòng)力機(jī)械、粉碎機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械和物料搬運(yùn)機(jī)械等;

  按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機(jī)械、化工機(jī)械、礦山機(jī)械和紡織機(jī)械等;

  按工作原理可分為熱力機(jī)械、透平機(jī)械、仿生機(jī)械和流體機(jī)械等。

  相同的工作原理,相同的功能或服務(wù)于同一產(chǎn)業(yè)的機(jī)械有相同的問題和特點(diǎn),因此機(jī)械工程就有幾種不同的分支學(xué)科體系。另外,全部機(jī)械在研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用過程中,要經(jīng)過若干工作性質(zhì)不同的階段.

  這些分支學(xué)科系統(tǒng)互相交叉、互相重疊,使機(jī)械工程可能分化成上百個(gè)分支學(xué)科。例如按功能分的動(dòng)力機(jī)械,與按工作原理分的熱力機(jī)械、流體機(jī)械、透平機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、蒸汽動(dòng)力裝置、核動(dòng)力裝置,內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī),以及按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動(dòng)力裝置、鐵路機(jī)車、船舶輪機(jī)工程、汽車工程等有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機(jī)是動(dòng)力機(jī)械,也是熱力機(jī)械、流體機(jī)械和透平機(jī)械,屬于船舶動(dòng)力裝置、蒸汽動(dòng)力裝置,也可能屬于核動(dòng)力裝置。而驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘用的發(fā)條和重錘裝置也是動(dòng)力機(jī)械,但不是熱力機(jī)械、流體機(jī)械、透平機(jī)械或往復(fù)機(jī)械。其他分支之間也有類似的重疊、交叉關(guān)系。但實(shí)用價(jià)值不大。

  展望:

  機(jī)械工業(yè)是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備的基礎(chǔ)工業(yè),將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生變化。

  機(jī)械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)來研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來的時(shí)代,新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗,發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?,治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)任務(wù)。

  機(jī)械可以完成人用雙手和雙目,以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作,而且完成得更快、更好?,F(xiàn)代機(jī)械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機(jī)械和機(jī)械裝置,使過去的許多幻想成為現(xiàn)實(shí)。

  人類已能上游天空和宇宙,下潛大洋深層,遠(yuǎn)窺百億光年,近察細(xì)胞和分子。新興的電子計(jì)算機(jī)硬、軟件科學(xué)使人類開始有了加強(qiáng),并部分代替人腦的科技手段,這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響,而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。

  人類智慧的增長并不減少雙手的作用,相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作,從而更促進(jìn)手的功能。手的實(shí)踐反過來又促進(jìn)人腦的智慧。在人類的整個(gè)進(jìn)化過程中,以及在每個(gè)人的成長過程中,腦與手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化的。

  人工智能與機(jī)械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系,其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機(jī)械制造出來。過去,各種機(jī)械離不開人的操作和控制,其反應(yīng)速度和操作精度受到進(jìn)化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制,人工智能將會(huì)消除了這個(gè)限制。計(jì)算機(jī)科學(xué)與機(jī)械工程之間的互相促進(jìn),平行前進(jìn),將使機(jī)械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。

  19世紀(jì)時(shí),機(jī)械工程的知識總量還很有限,在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科,被稱為民用工程,19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì),隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長,機(jī)械工程開始分解,陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢在20世紀(jì)中期,即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。

  由于機(jī)械工程的知識總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)人所能全部掌握,不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局,并且縮小技術(shù)交流的范圍,阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步,對外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹,考慮問題過專,在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難,也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開始,又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論,拓寬專業(yè)領(lǐng)域,合并分化過細(xì)的專業(yè)。

  綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán),是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識,又具有足夠的綜合知識來認(rèn)識、理解其他學(xué)科的問題和工程整體的面貌,才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。

  綜合與專業(yè)是多層次的。在機(jī)械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾;在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中,包括社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù),也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。

  機(jī)電一體化

  機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一體化產(chǎn)品的統(tǒng)稱,是在機(jī)電產(chǎn)品中引入微電子元器件和技術(shù)之后形成的。機(jī)電一體化技術(shù)又稱機(jī)械微電子技術(shù),是機(jī)械工程、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種技術(shù)融合成的一種系統(tǒng)技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品是運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的一種帶有軟、硬件系統(tǒng)的多功能的單機(jī)或成套裝置,通常由機(jī)械本體、微電子裝置、傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。機(jī)電一體化技術(shù)涉及的學(xué)科有機(jī)械工程(如機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械加工和精密技術(shù)等)、電工與電子技術(shù)(如電磁學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子電路等)、共性技術(shù)(如系統(tǒng)技術(shù)、控制技術(shù)和傳感器技術(shù)等)。機(jī)電一體化產(chǎn)品主要有商品生產(chǎn)用(如機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)線和工廠等)、商品流通用(如數(shù)控包裝機(jī)械及系統(tǒng)、微機(jī)控制交通運(yùn)輸機(jī)具和數(shù)控工程機(jī)械設(shè)備等)、商品貯存銷售用(如自動(dòng)倉庫、自動(dòng)稱量和銷售及現(xiàn)金處理系統(tǒng)等)、社會(huì)服務(wù)性(如自動(dòng)化辦公機(jī)械和醫(yī)療及環(huán)保等自動(dòng)化設(shè)施等)和家庭、科研、農(nóng)林牧漁、航空航天及國防等用的機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和構(gòu)成、生產(chǎn)方式和管理體系等發(fā)生巨大變化。

  日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機(jī)電一體化技術(shù)”這一概念,當(dāng)時(shí)他們?nèi)∶麨?ldquo;Mechatronics”,即結(jié)合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用,機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展,總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干成為一門綜合計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù),正向光機(jī)電一體化技術(shù)(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)方向發(fā)展,應(yīng)用范圍愈來愈廣。

  機(jī)電一體化技術(shù)具體包括以下內(nèi)容:

  1、機(jī)械技術(shù):機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ),機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng),利用其它高、新技術(shù)來更新概念,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更,滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中,經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù),同時(shí)其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。

  2、系統(tǒng)技術(shù):系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù),從出發(fā),將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元,接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面,它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。

  3、自動(dòng)控制技術(shù):其范圍很廣,在控制理論指導(dǎo)下,進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真,現(xiàn)場調(diào)試,控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。

  4、傳感檢測技術(shù):傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官,是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng),系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高?,F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn),它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。

  5、伺服傳動(dòng)技術(shù):包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置,伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

  機(jī)電一體化系統(tǒng)組成:

  1、機(jī)械本體:機(jī)械本體包括機(jī)架、機(jī)械連接、機(jī)械傳動(dòng)等,它是機(jī)電一體化的基礎(chǔ),起著支撐系統(tǒng)中其他功能單元、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的作用。與純粹的機(jī)械產(chǎn)品相比,機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)性能得到提高、功能得到增強(qiáng),這就要求機(jī)械本體在機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面能夠與之相適應(yīng),具有高效、多功能、可靠和節(jié)能、小型、輕量、美觀的特點(diǎn)。

  2、檢測傳感部分:檢測傳感部分包括各種傳感器及其信號檢測電路,其作用就是檢測機(jī)電一體化系統(tǒng)工作過程中本身和外界環(huán)境有關(guān)參量的變化,并將信息傳遞給電子控制單元,電子控制單元根據(jù)檢查到的信息向執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制。

  3、電子控制單元:電子控制單元又稱和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令,控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地進(jìn)行。

  4、執(zhí)行器:執(zhí)行器的作用是根據(jù)電子控制單元的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行器是運(yùn)動(dòng)部件,通常采用電力驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)等幾種方式。

  5、動(dòng)力源:動(dòng)力源是機(jī)電一體化產(chǎn)品能量供應(yīng)部分,其作用是按照系統(tǒng)控制要求向機(jī)械系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力使系統(tǒng)正常運(yùn)行。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能,以電能為主。

  機(jī)械工程與人類生存環(huán)境:

  工程技術(shù)的發(fā)展在提高人類物質(zhì)文明和生活水平的同時(shí),也對自然環(huán)境起破壞作用。20世紀(jì)中期以來,最突出的問題是資源,尤其是能源的大量消耗和對環(huán)境的污染。未來,機(jī)械新產(chǎn)品的研制將以降低資源耗費(fèi),發(fā)展純凈的再生能源,治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為重要任務(wù)。

  機(jī)械工程專業(yè)化和綜合化:

  19世紀(jì)下半葉,機(jī)械工程成為一門獨(dú)立學(xué)科。分解趨勢在20世紀(jì)中期(第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前后)達(dá)到最高峰。由于機(jī)械工程的知識總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非一個(gè)人所能全部掌握,不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模工程的全貌和全局,并且縮小技術(shù)交流的范圍,阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步,對外界條件變化(如新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)品的出現(xiàn)、材料與半成品的供應(yīng)及價(jià)格變化等)的適應(yīng)能力很差。因此,從20世紀(jì)中、后期開始,機(jī)械工程又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地關(guān)注基礎(chǔ)理論,拓寬專業(yè)領(lǐng)域,合并分化過細(xì)的專業(yè)。

  機(jī)械設(shè)計(jì)

  1、構(gòu)件多功能設(shè)計(jì)

  所謂構(gòu)件多功能就是一個(gè)構(gòu)件具有多個(gè)作用功能.在機(jī)構(gòu)運(yùn)作過程中能產(chǎn)生多個(gè)有用的動(dòng)作。例如:在進(jìn)料機(jī)構(gòu)中推料構(gòu)件既有推料到位的作用又有定位夾緊的功能在夾緊機(jī)構(gòu)中,壓緊構(gòu)件既起壓緊作用又有定位的功能;在作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中,對行程開關(guān)觸動(dòng)構(gòu)件。既起觸發(fā)機(jī)構(gòu)作反向運(yùn)動(dòng)的作用,又有推動(dòng)計(jì)數(shù)器作記錄的功能。

  采用構(gòu)件多功能的設(shè)計(jì),可使結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和靈巧,可使機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

  2、運(yùn)動(dòng)交換機(jī)構(gòu)簡單可靠

  運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),要根據(jù)使用的功能要求和技術(shù)條件,選擇合理的機(jī)構(gòu),力求機(jī)構(gòu)能簡單可靠地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)方向的變換能方便地進(jìn)行作用力和工作位里的調(diào)節(jié)。機(jī)構(gòu)類型的選擇,要考慮其固有的特性,例如:減速機(jī)構(gòu)必有省力和運(yùn)行較平穩(wěn)的功能。反之,增速機(jī)構(gòu)不省力也不大平穩(wěn)但有增大行程(或增大轉(zhuǎn)角)和延時(shí)的作用。

  機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面,凡是使用機(jī)械、工具,以至能源和材料生產(chǎn)的部門,都需要機(jī)械工程的服務(wù)。概括說來,現(xiàn)代機(jī)械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域:研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械、研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械、研制和提供家庭和個(gè)人生活中應(yīng)用的機(jī)械、研制和提供各種機(jī)械武器。

  不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域,機(jī)械工程的工作內(nèi)容基本相同,主要有:

  建立和發(fā)展機(jī)械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如:研究力和運(yùn)動(dòng)的工程力學(xué)和流體力學(xué);研究金屬和非金屬材料的性能,及其應(yīng)用的工程材料學(xué);研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué);研究各類有獨(dú)立功能的機(jī)械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和計(jì)算的機(jī)械原理和機(jī)械零件學(xué);研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。

  研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品,不斷改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品,以適應(yīng)當(dāng)前和將來的需要。

  機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn),包括:生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn);生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度;編制和貫徹制造工藝;設(shè)計(jì)和制造工具、模具;確定勞動(dòng)定額和材料定額;組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運(yùn);對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。

  機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機(jī)械一般是由許多各有獨(dú)特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批,也有中批、大批,直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭。而且銷售量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響下,可能出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此,機(jī)械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜,企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機(jī)械工業(yè)。

  機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用這方面包括選擇、訂購、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備,以保證機(jī)械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

  研究機(jī)械產(chǎn)品在制造過程中,尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染,和自然資源過度耗費(fèi)方面的問題,及其處理措施。這是現(xiàn)代機(jī)械工程的一項(xiàng)特別重要的任務(wù),而且其重要性與日俱增。

  發(fā)展簡史

  20世紀(jì)前

  人類成為“現(xiàn)代人”的標(biāo)志就是制造工具。石器時(shí)代的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡單粗糙的工具是后來出現(xiàn)的機(jī)械的先驅(qū)。從制造簡單工具演進(jìn)到制造由多個(gè)零件、部件組成的現(xiàn)代機(jī)械,經(jīng)歷了漫長的過程。

  幾千年前,人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨,用來提水的桔槔和轆轤,裝有輪子的車,航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動(dòng)力,從人自身的體力,發(fā)展到利用畜力、水力和風(fēng)力。所用材料從天然的石、木、土、皮革,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(dòng)力、傳動(dòng)和工作三個(gè)部分的完整機(jī)械。

  人類從石器時(shí)代進(jìn)入青銅時(shí)代,再進(jìn)而到鐵器時(shí)代,用以吹旺爐火的鼓風(fēng)器的發(fā)展起了重要作用。有足夠強(qiáng)大的鼓風(fēng)器,才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫,才能從礦石中煉得金屬。古埃及第十八王朝勒克米爾(Rekhmir,約公元前1450年)已有用以冶鑄用的罐狀鼓風(fēng)器。在中國,公元前1000~前900年有了冶鑄用的鼓風(fēng)器,并逐漸從人力鼓風(fēng)發(fā)展到畜力和水力鼓風(fēng)。

  15~16世紀(jì)以前,機(jī)械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計(jì)的實(shí)踐中,在機(jī)械發(fā)展方面還是積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識,成為后來機(jī)械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀(jì)以后,資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn),商品生產(chǎn)開始成為社會(huì)的中心問題。

  18世紀(jì)后期,蒸汽機(jī)的應(yīng)用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制作機(jī)械的主要材料逐漸從木材改用更為堅(jiān)韌,但難以用手工加工的金屬。機(jī)械制造工業(yè)開始形成,并在幾十年中成為一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)。

  機(jī)械工程通過不斷擴(kuò)大的實(shí)踐,從分散性的、主要依賴匠師們個(gè)人才智和手藝的一種技藝,逐漸發(fā)展成為一門有理論指導(dǎo)的、系統(tǒng)的和獨(dú)立的工程技術(shù)。機(jī)械工程是促成18~19世紀(jì)的工業(yè)革命,以及資本主義機(jī)械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。

  動(dòng)力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀(jì)后期,隨著各種機(jī)械的改進(jìn)和發(fā)展,隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加,人們感到依靠人力和畜力不能將生產(chǎn)提高到一個(gè)新的階段。

  在英國,紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來越多地將工場設(shè)在河邊,利用水輪來驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械。但當(dāng)時(shí)的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水,仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產(chǎn)需要下,18世紀(jì)初出現(xiàn)了紐科門的大氣式蒸汽機(jī),用以驅(qū)動(dòng)礦井排水泵。但是這種蒸汽機(jī)的燃料消耗率很高,基本上只應(yīng)用于煤礦。

  1765年,瓦特發(fā)明了有分開的冷凝器的蒸汽機(jī),降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力的蒸汽機(jī),擴(kuò)大了蒸汽機(jī)的應(yīng)用范圍。蒸汽機(jī)的發(fā)明和發(fā)展,使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和航運(yùn)都得以機(jī)械動(dòng)力化。蒸汽機(jī)幾乎是19世紀(jì)唯一的動(dòng)力源,但蒸汽機(jī)及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重,應(yīng)用很不方便。

  19世紀(jì)末,電力供應(yīng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)開始發(fā)展和推廣。20世紀(jì)初,電動(dòng)機(jī)已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機(jī),成為驅(qū)動(dòng)各種工作機(jī)械的基本動(dòng)力。生產(chǎn)的機(jī)械化已離不開電氣化,而電氣化則通過機(jī)械化才對生產(chǎn)發(fā)揮作用。

  發(fā)電站初期應(yīng)用蒸汽機(jī)為原動(dòng)力。20世紀(jì)初期,出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機(jī),也出現(xiàn)了適應(yīng)各種水利資源的水輪機(jī),促進(jìn)了電力供應(yīng)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。

  19世紀(jì)后期發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過逐年改進(jìn),成為輕而小、效率高、易于操縱、并可隨時(shí)啟動(dòng)的原動(dòng)機(jī)。它先被用以驅(qū)動(dòng)沒有電力供應(yīng)的陸上工作機(jī)械,以后又用于汽車、移動(dòng)機(jī)械和輪船,到20世紀(jì)中期開始用于鐵路機(jī)車。蒸汽機(jī)在汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的排擠下,已不再是重要的動(dòng)力機(jī)械。內(nèi)燃機(jī)和以后發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展,是飛機(jī)、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。

  工業(yè)革命以前,機(jī)械大都是木結(jié)構(gòu)的,由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結(jié)構(gòu)機(jī)械上的小型零件。金屬加工主要靠機(jī)匠的精工細(xì)作,以達(dá)到需要的精度。蒸汽機(jī)動(dòng)力裝置的推廣,以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船、機(jī)車等大型機(jī)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,越來越大,要求的精度也越來越高。應(yīng)用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。

  機(jī)械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術(shù)及其裝備,以及切削加工技術(shù)和機(jī)床、刀具、量具等,得到迅速發(fā)展,保證了各產(chǎn)業(yè)發(fā)展生產(chǎn)所需的機(jī)械裝備的供應(yīng)。

  社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對機(jī)械產(chǎn)品的需求猛增。生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術(shù)的進(jìn)展,促進(jìn)了大量生產(chǎn)方法的形成,如零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等。

  簡單的互換性零件和專業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn),在古代就已出現(xiàn)。在機(jī)械工程中,互換性最早體現(xiàn)在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車床所生產(chǎn)的螺栓和螺帽。同時(shí)期,美國工程師惠特尼用互換性生產(chǎn)方法生產(chǎn)火槍,顯示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產(chǎn)方法在美國逐漸推廣,形成了所謂“美國生產(chǎn)方法”。

  20世紀(jì)后

  20世紀(jì)初期,福特在汽車制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產(chǎn)技術(shù)加上泰勒在19世紀(jì)末創(chuàng)立的科學(xué)管理方法,使汽車和其他大批量生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率很快達(dá)到了過去無法想象的高度。

  20世紀(jì)中、后期,機(jī)械加工的主要特點(diǎn)是:不斷提高機(jī)床的加工速度和精度,減少對手工技藝的依賴;提高成形加工、切削加工和裝配的機(jī)械化和自動(dòng)化程度;利用數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)等,發(fā)展柔性加工系統(tǒng),使中小批量、多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)效率提高到近于大量生產(chǎn)的水平;研究和改進(jìn)難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術(shù)。

  18世紀(jì)以前,機(jī)械匠師全憑經(jīng)驗(yàn)、直覺和手藝進(jìn)行機(jī)械制作,與科學(xué)幾乎不發(fā)生聯(lián)系。到18~19世紀(jì),在新興的資本主義經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)下,掌握科學(xué)知識的人士開始注意生產(chǎn),而直接進(jìn)行生產(chǎn)的匠師則開始學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識,他們之間的交流和互相啟發(fā)取得很大的成果。在這個(gè)過程中,逐漸形成一整套圍繞機(jī)械工程的基礎(chǔ)理論。

  動(dòng)力機(jī)械最先與當(dāng)時(shí)的先進(jìn)科學(xué)相結(jié)合。蒸汽機(jī)的發(fā)明人薩弗里、瓦特,應(yīng)用了物理學(xué)家帕潘和布萊克的理論;在蒸汽機(jī)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,物理學(xué)家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學(xué)——熱力學(xué)。內(nèi)燃機(jī)的理論基礎(chǔ)是法國的羅沙在1862年創(chuàng)立的;1876年奧托應(yīng)用羅沙的理論,徹底改進(jìn)了他原來創(chuàng)造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內(nèi)燃機(jī)而奠定了內(nèi)燃機(jī)的地位。其他如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)等都在理論指導(dǎo)下得到發(fā)展,而理論也在實(shí)踐中得到改進(jìn)和提高。

  早在公元前,中國已在指南車上應(yīng)用復(fù)雜的齒輪系統(tǒng),在被中香爐中應(yīng)用了能永保水平位置的十字轉(zhuǎn)架等機(jī)件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動(dòng)的記載。但是,關(guān)于齒輪傳動(dòng)瞬時(shí)速比與齒形的關(guān)系和齒形曲線的選擇,直到17世紀(jì)之后方有理論闡述。

  手搖把和踏板機(jī)構(gòu)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的先驅(qū),在各文明古國都有悠久歷史,但是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的形式、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的確切分析和綜合,則是近代機(jī)構(gòu)學(xué)的成就。機(jī)構(gòu)學(xué)作為一個(gè)專門學(xué)科,遲至19世紀(jì)初才首次列入高等工程學(xué)院的課程。通過理論研究,人們方能精確地分析各種機(jī)構(gòu),包括復(fù)雜的空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),并進(jìn)而能按需要綜合出新的機(jī)構(gòu)。

  機(jī)械工程的工作對象是動(dòng)態(tài)的機(jī)械,它的工作情況會(huì)發(fā)生很大的變化。這種變化有時(shí)是隨機(jī)而不可預(yù)見;實(shí)際應(yīng)用的材料也不完全均勻,可能存有各種缺陷;加工精度有一定的偏差等等。

  與以靜態(tài)結(jié)構(gòu)為工作對象的土木工程相比,機(jī)械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此,早期的機(jī)械工程只運(yùn)用簡單的理論概念,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作。設(shè)計(jì)計(jì)算多依靠經(jīng)驗(yàn)公式;為保證安全,都偏于保守,結(jié)果制成的機(jī)械笨重而龐大、成本高、生產(chǎn)率低、能量消耗很大。

  從18世紀(jì)起,新理論的不斷誕生,以及數(shù)學(xué)方法的發(fā)展,使設(shè)計(jì)計(jì)算的精確度不斷的提高。進(jìn)入20世紀(jì),出現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法,人們已能用實(shí)驗(yàn)方法測出模型和實(shí)物上各部位的應(yīng)力。

  20世紀(jì)后半葉,有限元法和電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,使得對復(fù)雜的機(jī)械及其零件、構(gòu)件進(jìn)行力、力矩、應(yīng)力等的分析和計(jì)算成為可能。對于掌握有充分的實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)資料的機(jī)械或其元件,已經(jīng)可以運(yùn)用統(tǒng)計(jì)技術(shù),按照要求的可靠度,科學(xué)地進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。

  發(fā)展趨勢

  發(fā)展工程機(jī)械是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要裝備,在裝備工業(yè)中占有舉足輕重的地位。中國工程機(jī)械行業(yè)2007年的銷售收入為2 223億元,位居世界工程機(jī)械行業(yè)第二位。從2001年到2007年,年均增速超過24%。出口額從1998年的2.24億美元增長到2007年的87億美元,10年間增長了37倍,中國的工程機(jī)械行業(yè)在全球同行中占有重要位置,產(chǎn)品已出口到歐美等工程機(jī)械強(qiáng)國,正在向“制造大國”和“制造強(qiáng)國”邁進(jìn)。

  但是,與國際先進(jìn)水平相比,中國工程機(jī)械的整體水平尚有差距,部分產(chǎn)品在國際主流市場上處于二、三流產(chǎn)品的地位;中國工程機(jī)械企業(yè)與大型工程機(jī)械跨國企業(yè)集團(tuán)相比,競爭力還比較弱。在邁向工程機(jī)械制造強(qiáng)國的征途中,發(fā)展的形勢將更嚴(yán)峻、面臨的挑戰(zhàn)將更大。

  面臨的形勢是經(jīng)濟(jì)與市場的全球化、競爭的白熱化以及需求的個(gè)性化與便利化、相關(guān)利益主體的多元化、科技發(fā)展的高速化,這就要求我們科學(xué)、準(zhǔn)確地預(yù)測未來,快速應(yīng)對,只有這樣才能保持已形成的優(yōu)勢并趕超先進(jìn)。

  人文關(guān)懷、可持續(xù)發(fā)展成為行業(yè)科技創(chuàng)新的理念工程機(jī)械作為人自身能力的延伸,一直與人類文明進(jìn)步共同發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人類對生活質(zhì)量的不斷追求以及對尊嚴(yán)的重視,為工程機(jī)械發(fā)展提出了許多新的課題。中國工程機(jī)械行業(yè)順應(yīng)需求,重視加強(qiáng)微電子技術(shù)、信息技術(shù)、光電技術(shù)、新材料技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)之間的結(jié)合、融合,促進(jìn)產(chǎn)品向多樣化、智能化、綠色化等領(lǐng)域攻關(guān)與創(chuàng)新。

  智能化和產(chǎn)品規(guī)格延伸彰顯人文關(guān)懷工程機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用空間隨著人類對生活品質(zhì)日漸增長的需求而逐漸得以拓展,已由原來的建筑、筑路、水利電力、礦業(yè)等傳統(tǒng)領(lǐng)域向城市狹窄施工場所、山區(qū)丘陵地區(qū)的農(nóng)業(yè)施工場所及在貨棧、碼頭、倉庫、艙位、農(nóng)舍、園林、園藝、建筑物層內(nèi)和地下工程作業(yè)環(huán)境,及大型、特大型施工工程和礦山拓展。因此,要求工程機(jī)械逐步向兩端延伸,即微型化與大型化、特大型化。大型、特大型工程機(jī)械產(chǎn)品隨著大型、特大型工程的不斷增多,市場需求量不斷增長。它們具有研制與生產(chǎn)周期長、科技含量高、附加值高的特點(diǎn),代表了一個(gè)國家或一個(gè)重要企業(yè)工程機(jī)械制造水平,這些產(chǎn)品多被發(fā)達(dá)國家的幾家跨國公司壟斷。

  另一方面,為了提高生產(chǎn)效率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善勞動(dòng)條件,盡可能地用機(jī)械作業(yè)替代人力勞動(dòng)成為一種發(fā)展趨勢,為適應(yīng)這種工程作業(yè)環(huán)境使用要求,小型及微型工程機(jī)械的需求將迅速增長。微型產(chǎn)品不但其外形尺寸受到具體約束,同時(shí)其外觀形態(tài)、色調(diào)等方面的設(shè)計(jì)愈來愈體現(xiàn)了與自然、環(huán)境的融合,更彰顯了對人性尊重的人文關(guān)懷。

  其次是同一產(chǎn)品由單一功能向多功能化、柔性化方向發(fā)展,即在通用產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加模塊化的功能部件,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的多樣化;或通過全新的模塊化設(shè)計(jì)、制造以及不同模塊之間的柔性化組合,實(shí)現(xiàn)功能多樣化,傳統(tǒng)意義上的工程機(jī)械產(chǎn)品種類劃分將受到挑戰(zhàn)。工程推土機(jī)應(yīng)向微型、小型與大型、特大型等兩端延伸,開發(fā)適應(yīng)如濕地、沙漠、灌木叢等不同工況要求的,多功能、多用途、高效節(jié)能的產(chǎn)品以及相應(yīng)的輔助功能模塊。裝載機(jī)應(yīng)開發(fā)斗容量大、發(fā)動(dòng)機(jī)功率大、掘起力大、傾翻負(fù)荷大、牽引力大、廢氣排放少的大型環(huán)保產(chǎn)品和可裝載、可抓物、可側(cè)卸、可起重,經(jīng)濟(jì)性好的一機(jī)多用型產(chǎn)品(如破碎機(jī))。

  工程挖掘機(jī)要延伸發(fā)展大型液壓挖掘機(jī)、微型挖掘機(jī)、無人駕駛液壓挖掘機(jī)、遙控水下挖掘機(jī)、水下推土機(jī)、水下挖溝機(jī)。

  輪式起重機(jī)要開發(fā)技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、壽命長、施工質(zhì)量好而且新技術(shù)含量高的一機(jī)多用型的多功能產(chǎn)品等。通過工程機(jī)械的信息化、智能化,可以提高工程機(jī)械各種故障的自我診斷和修復(fù)能力,降低施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率和工程質(zhì)量。在一些特殊工況下,如高溫、嚴(yán)寒、高空、輻射、水下和地下等工況,可以代替施工人員進(jìn)行智能化、高質(zhì)量施工。操作系統(tǒng)的自動(dòng)化控制與遠(yuǎn)程控制、施工的精確定位與控制、故障診斷與監(jiān)控等技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用將會(huì)越來越普遍。應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、監(jiān)測控制技術(shù)以及這些技術(shù)的集成技術(shù)開發(fā)的裝載機(jī)、挖掘機(jī)、筑養(yǎng)路機(jī)械、叉車、混凝土攪拌運(yùn)輸機(jī)械和起重機(jī)等新型工程機(jī)械產(chǎn)品將會(huì)不斷出現(xiàn)。


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