机械与文明.docx

本节课主要讲了机械的发展历程，并讲述了机械发展对文明的促进作用，及 文明对机械的影响人类成为“现代人”的标志就是制造工具石器时代的各种 石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具是后来出现的机械的先驱从制造简 单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程机械 是人类生产和生活的基本要素之一，是人类物质文明最重要的组成部分机械的 发明是人类区别其他动物的一项主要标志，机械技术在整个技术体系中占有基础 和核心地位机械技术与人类社会的历史一样是源远流长，它对人类社会生产和 经济的发展起着及其重要的作用，是推动人类社会进步的重要因素什么是机械 呢？其实机械就是及其与机构的总称英文中机械（machine）,源自于希腊语之 mechine及拉丁文mecina,原指“巧妙的设计”作为一般性的机械概念，可以 追溯到古罗马时期，主要是为了区别与手工工具在中文中“机械”词语由“机” 与“械”两个汉字组成机”——原指局部的关键机件；“械”——在中国古代 原指某一整体器械或器具这两字连在一起，组成“机械”一词，便构成一般性 的机械概念 1.2 机械的特征 由此即可得出普遍机械特征第一机械是一 种人为的实物构件的组合；第二机械各部分之间具有确定的相对运动。

第三机器 具备机构的特征外，还必须具备的特征即能代替人类的劳动以完成有用的机械功 或转换机械能，故机器能转换机械能或完成有用的机械功的机构从结构和运动 的观点来看，机构和机器并无区别泛称为机械机械是伴随人类社会的不断进步逐渐发展与完善的从原始社会早期人类使 用的诸如石斧、石刀等最简单的工具，到杠杆、辘轳、人力脚踏车、兽力汲水车 等简单工具，发展到较复杂的水力驱动、风力驱动的水碾和风车等较为复杂的机 械 18 世纪英国的工业革命以后，以蒸汽机、内燃机、电动机作为动力源的机 械促进了制造业、运输业的快速发展，人类开始进入现代化的文明社会 20 世 纪电子计算机的发明、自动控制技术、信息技术、传感技术的有机结合，使机械 进入完全现代化的阶段机器人、数控机床、高速运载工具、重型机械及其大量 先进机械设备加速了人类社会的繁荣与进步，人类可以遨游太空、登陆月球，可 以探索辽阔的大海深处，可以在地面以下居住和通行，所有这一切都离不开机械， 机械的发展已进入智能化阶段机械已经成为现代社会生产和服务的五大要素 （人、资金、能量、材料、机械）之一 第二节课笔记本节课主要讲授了中国的传统机械发展时期这一时期是中国机械发展的第 一个时期，石器的使用标志着这一时期的开始。

这是一个漫长的时期，经历了三 个发展阶段 第一个阶段相当于旧石器时代这一阶段的工具主要用石料和木 料制作，同时也有一些骨制工具这一阶段后期出现了磨制的石器，使工具的形 状趋于合理弓箭的出现表明这时的机械技术已有了一定的水平 第二个阶段 相当于新石器时代这一阶段对石器的选择、切割、磨制和钻孔等都有了一定的 要求这时还出现了原始纺织机、制陶转轮等较复杂的机械，反映了这一阶段机 械的发展水平有了显著的提高 第三个阶段大约从新石器时代末期到西周时 期从动力方面看，这一阶段已经开始使用畜力和风力作为原动力农业机械的 种类更多，还出现了桔槔、辘轳等复合机械工具商代青铜工具和器械开始得到 较广泛的应用，到西周时期，青铜冶铸技术达到了高潮青铜器的出现标志着一 种新的机械技术和制造工艺的诞生青铜冶铸工艺在这一阶段经历了由低级到高 级逐渐成熟的过程商中期已广泛使用分铸法等先进工艺这一阶段后期，陶范 熔铸技术得到了进一步的发展 总的来看，这一时期在动力方面由只利用人力 发展为人力、畜力等并用在材料方面由以石质材料为主发展为以木、铜质材料 为主在结构方面由简单工具发展为复合工具和较为复杂的机械在原理方面从 杠杆、尖劈等原理的利用发展为对惯性、摩擦、弹性和重力等原理的利用。

在制 造工艺方面经历了由石器制造工艺向铜器和其他机械工艺的转变这些情况说明 在这一时期中国传统机械技术已经形成并有了一定的发展从春秋时期开始，我国传统机械的发展进入了一个新的时期这一时期铁器 开始得到使用，使古代机械在材料方面取得了重大突破钢铁技术的产生和发展 为制造高效生产工具提供了条件随着钢铁技术的产生、铸造、锻造和柔化处理 等机械热加工技术在这一时期得到了迅速发展从春秋时期开始，就已用生铁来 铸造多种机械，特别是农业机械这一时期锻造工艺有了新的发展，许多工具都 是用锻造方法制成的战国早期就已出现铸铁柔化处理技术，到东汉末期，大多 数铸造的机械工具都经过了柔化处理从春秋时期开始，铁器开始得到使用，使 古代机械在材料方面取得了重大突破钢铁技术的产生和发展为制造高效生产工 具提供了条件随着钢铁技术的产生、铸造、锻造和柔化处理等机械热加工技术 在这一时期得到了迅速发展从春秋时期开始，就已用生铁来铸造多种机械，特 别是农业机械这一时期锻造工艺有了新的发展，许多工具都是用锻造方法制成 的战国早期就已出现铸铁柔化处理技术，到东汉末期，大多数铸造的机械工具 都经过了柔化处理在动力方面，开始利用水力为机械的原动力，出现了一些水 力机械。

在结构原理方面也有新的突破在不少机械上出现了齿轮机构、凸轮机 构和曲柄连杆机构等复杂的传动机构水排、水碓、指南车以及浑天仪、地动仪 等机械的出现反映了这一时期的机械在结构原理方面已经达到了相当高的水平第三节课笔记本节课继续了上节课的内容唐末时期机械制造已有较高水平如西安出土的唐代银盒， 其内孔与外圆的不同心度很小，子母口配合严紧，刀痕细密，说明当时机械加工精度已达到 新的水平 在运输工具方面，人力和水力并用，在技术上有进一步发展南朝齐祖冲之所 造日行百里的所谓千里船和南朝粱侯景军中的160 桨快艇，都是人力推进的快速舰艇，南北 朝时期出现了车船唐代的李皋对车船的改进起了承前启后的作用 水力机械也有新的进 展，唐代已有筒车，从人力提水发展为水力提水南末末期又创造出先进的水转大纺车，三 摧、五摧（锭）手摇纺车曾是当时世界上比较先进的人力纺纱机具元代薛景石所著《梓人遗 制》是木工名家总结亲身经验之作，并详细记述了当时通行的纺织机具和车辆，以古代著名 的木制机械技术专著而留世 这一时期天文和计时仪器发展迅速北宋苏颂和韩公廉等制 成的木构水运仪象台，能用多种形式表现天体时空的运行它由水力驱动，其中有一套擒纵 机构。

水运仪象台代表了当时机械制造的高度水平，是当时世界上先进的天文钟元代的滚 柱轴承也属当时世界上先进的机械装置 明初的造船业已有很大进展郑和所乘宝船是 古代最大的远洋船舶6 / 13 当时的机械制造主要仍靠手工操作大者如千钧锚，是靠人工先锻成四爪，然后依次逐节锻接小者如制针用的冷拔钢丝，也用手工制成 明代已 有活塞风箱它是宋元木风扇的进一步发展，风箱靠活塞推动和空气压力自动启闭活门，成 为金属冶铸的有效的鼓风设备 在明中叶或稍前，木帆船已能逆风行驶，并拥有全风向航 行的能力，如：扬州立帆式风轮，这是中国古代独具特色的木船风帆的进一步发展长期以 来，中国沿海一带多利用它推动翻车，以提取海水晒制食盐 机械技术的进步促进了学术 研究王徵于1627 年编译和出版了《远西奇器图说录最》，介绍了西方机械工程的概况来 自西方的自鸣钟表和水铳等也在一定范围内得到流传1634〜1637年，明朝的宋应星编 著和出版了《天工开物》记载了不少有关机械制造和产品性能的情况内容涉及泥型铸釜、 失蜡法铸造以及铸钱等铸造技术，还记述了千钧锚和软硬绣花针的制造方法、提花机和其他 纺织机械以及车船等各种交通工具的性能和规格等。

还有一个东西在机械和文明的发展中不得不提，那就是火药火药起源于中国古代的炼 丹术，将火药用于兵器制造并投入实战，在我国约开始于唐代末年唐哀宗天祐四年（907） 郑璠攻打豫章城（今江西南昌）时，曾利用“发机飞火”烧毁该城的龙沙门这一战例一般被 认为是火药兵器出现的最早战例宋太祖开宝八年（975）灭南唐时，使用过用弓弩发射的火 箭和用炮（发石机）抛射的火炮，正是因为改用装有火药的弹丸来代替石头，于是“炮”字原 来从“石”才改为从“火”了这之后不断有关于制造火药兵器的记录，然而具有最完备系 统的，还是《武经总要》中关于火药和火器制造的记载总起来看，北宋初期虽已掌握了火 药的生产技术，生产了性质不同的火药兵器，但仍属火器制造的初级阶段；现代枪械雏形的 管形火器还没有出现尽管如此，以火药用于兵器制造，实在是兵器发展史上划时代的里程 碑，从此冷兵器时代过渡为火器和冷兵器并用的时代火药兵器登上战争舞台，预示着将导 致军事史上的一系列变革，终将使战争的面貌彻底改观目前存世并已知纪年最早的元代火铳, 是收藏于中国历史博物馆的一件元至顺三年（公元一三三二年）铜铳铳体粗短，重6.94千 克前为铳管，中为药室，后为铳尾。

铳管呈直筒状，长35.3厘米，近铳口处外张成大侈 口喇叭形，铳口径10.5厘米药室较铳膛要粗，室壁向外弧凸铳尾较短，有向后的銎孔， 孔径7.7厘米，小于铳口径铳尾部两侧各有一个约二厘米长的方孔，方孔的中心位置，正 好和铳身轴线在同一平面上；可以推知原来用金属的栓从二孔中穿连，然后固定在木架上 如这一推测不错，那这个金属栓还能够起耳轴的作用，使铜铳在木架上可调节高低俯仰，以 调整射击角度第四节课笔记本节课讲授了西方的机械发展历程，几千年前，人类已创制了用于谷物脱壳和粉碎的臼 和磨，用来提水的桔槔和辘轳，装有轮子的车，航行于江河的船及桨、橹、舵等所用的动 力，从人自身的体力，发展到利用畜力、水力和风力所用材料从天然的石、木、土、皮革， 发展到人造材料最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶车，已是具有动力、传动和工 作三个部分的完整机械人类从石器时代进入青铜时代，再进而到铁器时代，用以吹旺炉火的鼓风器的发展起了重要 作用有足够强大的鼓风器，才能使冶金炉获得足够高的炉温，才能从矿石中炼得金属古 埃及第十八王朝勒克米尔（Rekhmir,约公元前1450年）已有用以冶铸用的罐状鼓风器在 中国，公元前1000〜前900年有了冶铸用的鼓风器，并逐渐从人力鼓风发展到畜力和水力 鼓风。

15〜16世纪以前，机械工程发展缓慢但在以千年计的实践中，在机械发展方面还 是积累了相当多的经验和技术知识，成为后来机械工程发展的重要潜力 17 世纪以后，资 本主义在英、法和西欧诸国出现，商品生产开始成为社会的中心问题18 世纪后期，蒸汽机的应用从采矿业推广到纺织、面粉、冶金等行业制作机械的主要材 料逐渐从木材改用更为坚韧，但难以用手工加工的金属机械制造工业开始形成，并在几十 年中成为一个重要产业机械工程通过不断扩大的实践，从分散性的、主要依赖匠师们个人 才智和手艺的一种技艺，逐渐发展成为一门有理论指导的、系统的和独立的工程技术机械 工程是促成18〜19世纪的工业革命，以及资本主义机械大生产的主要技术因素动力是发展生产的重要因素 17 世纪后期，随着各种机械的改进和发展，随着煤和金属矿 石的需要量的逐年增加，人们感到依靠人力和畜力不能将生产提高到一个新的阶段 在英国，纺织、磨粉等产业越来越多地将工场设在河边，利用水轮来驱动工作机械但当时 的煤矿、锡矿、铜矿等矿井中的地下水，仍只能用大量畜力来提升和排除在这样的生产需 要下， 18 世纪初出现了纽科门的大气式蒸汽机，用以驱动矿井排水泵但是这种蒸汽机的 燃料消耗率很高，基本上只应用于煤矿。

1765 年，瓦特发明了有分开的冷凝器的蒸汽机， 降低了燃料消耗率 1781 年瓦特又创制出提供回转动力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范 围蒸汽机的发明和发展，使矿业和工业生产、铁路和航运都得以机械动力化蒸汽机几乎 是19世纪唯一的动力源，但蒸汽机及其锅炉、凝汽器、冷却水系统等体积庞大、笨重，应 用。