第二章機(jī)械發(fā)展史第二章【目錄】2.1

機(jī)械發(fā)展史的三個(gè)階段2.2

研究機(jī)械發(fā)展史的目的【機(jī)械發(fā)展史參考文獻(xiàn)】習(xí)題不同復(fù)原版本的指南車模型左3木仙人——華夏史上第一位私家車主是誰？

——指南車——古代的GPS2.1機(jī)械發(fā)展史的三個(gè)階段1古代機(jī)械史～工業(yè)革命前2近代機(jī)械史

1750～19003現(xiàn)代機(jī)械史

1900～至今指南車計(jì)里鼓車候風(fēng)地動(dòng)儀水車----------達(dá)芬奇清代提花機(jī)----------英國近代紡織機(jī)自行車的演變蒸汽機(jī)車電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)飛機(jī)

1914年福特汽車大量生產(chǎn)流水線現(xiàn)代飛機(jī)數(shù)控機(jī)床&柔性生產(chǎn)線機(jī)器人

CIMS航空航天微納機(jī)械（MEMS/NEMS）候風(fēng)地動(dòng)儀（張衡、公元132年）復(fù)制品龍首樽銅丸都柱牙機(jī)八道蟾口關(guān)不同形式的被中香爐唐代被中香爐銀質(zhì)50mm1963年西安出土香盂外持平環(huán)內(nèi)持平環(huán)古代空調(diào)機(jī)——被中香爐（公元前136年載于西漢司馬相如的“美人賦”）水車類型翻車用途井車筒車紡織磨粉灌溉礦石粉碎鍛造古代水車的類型和用途水車的發(fā)明在中國古代農(nóng)耕社會(huì)的發(fā)展史上占有重要的地位。它屬于排灌機(jī)具，包括翻車、筒車、井車等不同類型。唐代太和年間，中央政府就在關(guān)中地區(qū)推廣翻車。兩宋時(shí)代迎來水車的空前繁盛期。戽斗式機(jī)輪水車（元代）木槽翻車（龍骨水車公元前百余年）拐木井車錐齒輪鏈索借助人力或畜力《農(nóng)政全書》筒車水磨連機(jī)碓鏈接水車錄像簡(jiǎn)車（唐、宋）撲翼機(jī)直升機(jī)達(dá)

芬奇（1452年生）所繪制的飛機(jī)草圖把目光投向—國外達(dá)

芬奇公元1452年-1519年（明朝后期，清初期）后人制作的模型撲翼機(jī)*（未成功）待1903年萊特兄弟飛行12秒，1909年馮如北宋手搖紡織機(jī)（紡車）（公元十一～十二世紀(jì)）元代三錠腳踏木棉紡織機(jī)元代（公元十三世紀(jì)）五錠腳踏小紡織機(jī)清代（公元十七～二十世紀(jì)）牽花機(jī)（改進(jìn)的提花機(jī)）明代（公元十五～十七世紀(jì)）提花機(jī)（一般織機(jī)只能織出平紋織物，唯提花機(jī)能織出復(fù)雜花紋織物）阿克賴特水力紡織機(jī)（1768年）克倫普頓的騾機(jī)（1779年）英國鐘表匠阿克萊特發(fā)明的水力紡織機(jī)有4對(duì)卷軸，以水力作動(dòng)力，紡出的紗堅(jiān)韌結(jié)實(shí)，但略粗。此后，英國第一家水動(dòng)力紡織機(jī)的棉紡廠便問世了英國人克隆普頓發(fā)明的騾機(jī)集中了水力紡織機(jī)和珍妮紡織機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，有300～400個(gè)紗錠，紡出的紗線細(xì)致而又牢固。（對(duì)比同時(shí)代的清代紡織機(jī)，西方在動(dòng)力設(shè)備上有世代超前）本圖展示近/現(xiàn)代自行車發(fā)展的里程碑。其雛形可以追溯到更早期。自行車是何時(shí)傳入北京的？

【自行車發(fā)展的歷史】1791年，法國人西夫拉克發(fā)明了最早的自行車“木馬輪”。它是木制的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既無驅(qū)動(dòng)裝置，也無轉(zhuǎn)向裝置，騎車人跨騎在車身上，靠雙腳用力蹬地前行，改變方向時(shí)則不得不下車搬動(dòng)車子。

“小馬崽”1817年，德國男爵德萊斯制成木輪車，樣子跟西夫拉克的差不多，但前輪加了車把，可控制方向。人仍靠?jī)芍荒_蹬踩地面前行，故戲稱“小馬崽”。因?yàn)樗邆淞爽F(xiàn)代自行車的雛形，所以德萊斯一般被公認(rèn)為自行車的發(fā)明人。（鏈接小馬崽錄像）1840年,

英格蘭人麥克米倫改進(jìn)“小馬崽”，在后輪的車軸上裝上曲柄,再用連桿把曲柄和前面的腳蹬連接起來。這樣一來,騎車者的雙腳真正離開了地面，不再蹬地,而靠雙腳交替踩動(dòng)腳蹬踏板使輪子滾動(dòng)，

提高了行駛速度。該自行車為木制車輪，后改裝實(shí)心橡膠輪胎,而且前輪小、后輪大,坐墊較低,降低了顛簸程度。1842年，麥克米倫又改制成鐵材質(zhì)自行車，騎上這種車，一天跑了近20千米。它現(xiàn)在珍藏在倫敦維多利亞·阿爾伯特博物館。1861年，法國米肖父子在前輪上安裝了能轉(zhuǎn)動(dòng)的腳蹬板，但鞍座架在前輪上，結(jié)果除非技術(shù)高超，否則就抓不穩(wěn)車把掉下來。這輛兩輪車冠以“自行車”的雅名，并于1867年在巴黎博覽會(huì)上展出，讓觀眾大開眼界。后來把鞍座改在車架上到了1869年，自行車開始采用滾動(dòng)軸承、飛輪、腳剎、彈簧等部件。1870年,英國改用輻條拉緊輪圈,用鋼管制成車架,用上實(shí)心橡膠帶,結(jié)果自行車的重量銳減,行進(jìn)更輕快。（鏈接自行車錄像）1874年，英國人羅松在自行車上別出心裁地裝上鏈條和鏈輪,用后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來推動(dòng)車子前進(jìn)。從曲軸傳動(dòng)發(fā)展到鏈條傳動(dòng),無論是在行駛速度上,還是在節(jié)省力氣等方面,都向前邁進(jìn)了一大步。但自行車結(jié)構(gòu)仍比較簡(jiǎn)單,突出的特點(diǎn)是前輪大,后輪小,而且沒有車閘,在協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性方面還相當(dāng)不理想。1886年英國程師斯塔利采用滾子軸承，裝上前叉和車閘,把前后輪設(shè)計(jì)成相同大小,并制成經(jīng)典的菱形鋼管車架,結(jié)果提高了車架的牢固性和穩(wěn)定性,控制性能大大改善。他還改進(jìn)了自行車部件生產(chǎn)設(shè)備,為大量生產(chǎn)鋪平道路,因此他被后人稱為“自行車之父”。這個(gè)車型至今基本未變。1888年英國人鄧洛普用橡膠做內(nèi)胎,皮革做外胎,出現(xiàn)“充氣輪胎”。至此,奠定了現(xiàn)代自行車的雛形。1769年，瓦特制成了一臺(tái)單動(dòng)式蒸汽機(jī)，并且獲得了第一臺(tái)蒸汽機(jī)的專利權(quán)，開啟了一個(gè)以動(dòng)力機(jī)械代替手工業(yè)推動(dòng)技術(shù)革命的新時(shí)代，引發(fā)了第一次產(chǎn)業(yè)革命。人們開始發(fā)明和制造各種各樣的機(jī)械，例如蒸汽機(jī)車、紡織機(jī)、火車、汽輪船等。工具的發(fā)展使人們的制造得心應(yīng)手，出行便捷、舒適。世界第一臺(tái)蒸汽動(dòng)力車【蒸汽機(jī)車的發(fā)展歷史】1804年，英國特里維西克發(fā)明鐵路蒸汽機(jī)車。其鍋爐有一個(gè)水平汽缸，有兩對(duì)主動(dòng)輪，靠齒輪傳動(dòng)。機(jī)車裝有一個(gè)大飛輪，借它的慣性力保持活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)車重4.5噸，時(shí)速8公里，能牽引10噸貨物，70名旅客。該技術(shù)證實(shí)：光滑的鐵制車輪可在光滑的鐵軌上行進(jìn)，而且機(jī)車可以拖動(dòng)比自己重得多的東西。第一輛鐵路蒸汽機(jī)車鏈接斯蒂芬森火箭號(hào)動(dòng)畫1829年英國斯蒂芬森發(fā)明“火箭”號(hào)蒸汽機(jī)車，參加蒸汽機(jī)車賽，以可靠、快速獲獎(jiǎng)，最高時(shí)速47km。臥式多煙管鍋爐，產(chǎn)生蒸汽快，壓力大。鍋爐后側(cè)有兩個(gè)成35

的汽缸，機(jī)車前部有一對(duì)動(dòng)輪，左右各裝互成直角的曲拐，使機(jī)車在任何位置均能起動(dòng)?！盎鸺碧?hào)重4噸，可牽引裝12噸重車廂，是首輛初具現(xiàn)代蒸汽機(jī)車雛形的機(jī)車。為紀(jì)念此人，英政府將其肖像和“火箭號(hào)”印在了5英鎊面值的紙幣上。1830年他又造“行星”號(hào)機(jī)車。此后基本構(gòu)形無多大變化。鏈接斯蒂芬森火箭號(hào)復(fù)制品錄像鏈接行星復(fù)制品號(hào)動(dòng)畫現(xiàn)代機(jī)車性能：鍋爐蒸汽壓力達(dá)數(shù)十kgf/cm2。中國開發(fā)了前進(jìn)型、建設(shè)型、人民型等多型號(hào)蒸汽機(jī)車，熱效率達(dá)到10%以上。新世紀(jì)中國鐵路不斷提速，發(fā)展迅猛，廣泛使用柴油機(jī)車、電氣機(jī)車。和諧號(hào)時(shí)速已經(jīng)超過300km/h，現(xiàn)正向400km/h嘗試。2017年全國高鐵總里程達(dá)到接近3萬km。ML-4型機(jī)車，曾用于京張鐵路建設(shè)型蒸汽機(jī)車2.2研究機(jī)械發(fā)展史的目的追尋文明的腳步，從中得到啟示12技術(shù)發(fā)展與文明的辯證觀點(diǎn)3專利對(duì)發(fā)明的促進(jìn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)作用

研究機(jī)械發(fā)展史的現(xiàn)實(shí)意義在于古為今用。反思機(jī)械工程走過的歷史軌跡猶如與先人對(duì)話，可以從一個(gè)側(cè)面了解人類歷史發(fā)展的脈絡(luò)，為今后深化與發(fā)展機(jī)械科學(xué)提供借鑒。

歷史是一面鏡子，可以折射出中國各個(gè)朝代主要文化的特征與價(jià)值取向，從中找到為什么古代中國科技水平在很長(zhǎng)一段歷史時(shí)期內(nèi)獨(dú)步世界，傲視群雄，而后中國人的獨(dú)創(chuàng)精神受到壓抑，與工業(yè)革命后快速崛起的西方漸行漸遠(yuǎn)的答案。分辨中西方文化的差異和各自的比較優(yōu)勢(shì)，可以為今天中華民族的騰飛提供新動(dòng)能。（1）追尋文明的腳步，從中得到啟發(fā)

科技的發(fā)展要站在巨人的肩膀上不斷前行。從科技進(jìn)步的軌跡可以看到，重大的科技成果都是一代一代工匠、學(xué)者、工程師、科學(xué)家們持續(xù)努力的結(jié)果。要敬畏前人，站在巨人的肩膀上不斷前行。

科技發(fā)明與發(fā)現(xiàn)要持之以恒。

在古代和近代，機(jī)械的發(fā)明往往是個(gè)人行為，個(gè)人的才智、靈感、經(jīng)驗(yàn)起到?jīng)Q定性的作用。所以古代和近代的機(jī)械發(fā)明家里不乏第一線的技師、工匠。在實(shí)踐和理論的關(guān)系上，直覺、實(shí)踐、技能、經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該擺在前面。

與古代和近代比較，現(xiàn)代機(jī)械發(fā)明創(chuàng)新除了仍舊離不開經(jīng)驗(yàn)和靈感外，更重要的是需要系統(tǒng)的理論體系的支撐，理性思維和多學(xué)科的融合。（2）專利對(duì)發(fā)明的促進(jìn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)作用

十五

十九世紀(jì)，以英國為代表的資本主義國家建立和推行了專利法，迄今有三百多年的歷史了。專利起到了鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，用法律保護(hù)新技術(shù)應(yīng)用和市場(chǎng)推廣，促進(jìn)新技術(shù)公開和傳播的作用。中國在清朝末期（1898年）和民國初期（1912年）均頒布過涉及專利的法規(guī)。新中國從1985年才頒發(fā)了《專利法》?，F(xiàn)在中國已經(jīng)成為專利大國，但非強(qiáng)國，科技含量不高，轉(zhuǎn)化率以及對(duì)GDP的貢獻(xiàn)低。我國專利工作要力求脫“虛”向“實(shí)”，提高專利的含金量。舉例。

瓦特能長(zhǎng)期堅(jiān)持研究，除了個(gè)人的執(zhí)著和堅(jiān)守外，還得益于專利。通過出讓專利獲得豐厚的收益。一些有識(shí)之士前瞻到蒸汽機(jī)未來的市場(chǎng)潛力，購買預(yù)期的專利轉(zhuǎn)移權(quán)出資支持瓦特的研究發(fā)明。

反例。早期縫紉機(jī)發(fā)明者紐約人亨特因?yàn)閾?dān)心如果大批生產(chǎn)自己的發(fā)明會(huì)導(dǎo)致成千上萬的縫紉女工失業(yè)，決定放棄專利申報(bào)，結(jié)果事業(yè)收到損失。

另一位發(fā)明家惠特尼在軋棉機(jī)專利被他人侵權(quán)后曾感嘆道“一個(gè)發(fā)明可以變得如此有價(jià)值，而它的發(fā)明者卻因?yàn)榈貌坏綄＠晃牟恢怠?。?）探究技術(shù)發(fā)展與文明的辯證關(guān)系

科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，有兩重性。機(jī)械也一樣。人類文明離不開機(jī)械，但背后又隱藏著憂慮，所以必須以辯證的思維對(duì)待機(jī)械工程的發(fā)明與進(jìn)步。

污染和公害。五十年代日本水俁病。1956年，日本熊本縣水俁海灣發(fā)現(xiàn)一種病，最初出現(xiàn)在貓身上，被稱為“貓舞蹈癥”。不久，此地居民開始罹患這種病癥?；颊叩哪X中樞神經(jīng)和末梢神經(jīng)被侵害，口齒不清、步履蹣跚、手足麻痹、視覺喪失、手足變形，重者神經(jīng)失常，或酣睡，或興奮，身體彎弓高叫，直至死亡。最早出現(xiàn)的工業(yè)廢水排放污染造成的汞中毒公害。該地４萬居民有１萬人得此病。

資源的浪費(fèi)。環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)有一個(gè)著名的論題叫“杰文斯悖論”，揭示了科學(xué)技術(shù)在開發(fā)和利用自然資源方面所面臨的生態(tài)難題：本想通過先進(jìn)科學(xué)技術(shù)提高對(duì)自然資源的利用效率，結(jié)果卻加劇了耗竭自然資源的速度。

如煤炭和汽車。小轎車僅搭乘一兩位客人，卻要占用很大一片路面。

科技是把雙刃劍。其負(fù)面作用不可小覷，從“鉆木取火”到“納米科技”，科技的每一小步，都推動(dòng)人類前進(jìn)一大步。但哲學(xué)倫理告訴人們，事物發(fā)展只有不違背自然規(guī)律，才是科技發(fā)展之正道。例如空調(diào)的冷媒－氟利昂是一種含氯的化學(xué)物，致大氣污染、臭氧層破壞，溫室效應(yīng)加劇。又如人工智能和機(jī)器人，從誕生的那一天開始人類就有憂慮。三點(diǎn)結(jié)論：

（1）不存在不破壞自然的技術(shù)，任何新興技術(shù)都是雙刃劍；

（2）地球的資源是有限的；

（3）人類與其他動(dòng)物、植物一樣，是生活在這個(gè)地球上的生物之一，參與自然角的大循環(huán)?！緳C(jī)械發(fā)展史參考文獻(xiàn)】（1）劉仙洲（清華大學(xué)副校長(zhǎng)）（2）世界機(jī)械發(fā)展史（日）中山秀太郎（3）李約瑟（著名科學(xué)技術(shù)史家）《中國科學(xué)技術(shù)史》列舉了26項(xiàng)中國古代重要發(fā)明：

1.龍骨車；

2.石碾和水力在石碾上的應(yīng)用；3.水排；

4.風(fēng)車和簸揚(yáng)機(jī)(旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇或揚(yáng)谷機(jī))；

5.活塞風(fēng)箱；6.平放織機(jī)和提花機(jī)；

7.繅絲、紡織和調(diào)絲機(jī)；8.獨(dú)輪車；

9.加帆手推車；10.磨車；

11.馬具胸帶和套包子；12.弓弩；13.風(fēng)箏；

14.竹蜻蜓和走馬燈；15.深鉆技術(shù)；

16.鑄鐵的使用；17.游動(dòng)常平懸吊器；

18.弧形拱橋；19.鐵索吊橋；

20.河渠閘門；

21.造船和航運(yùn)方面的無數(shù)發(fā)明；

22.船尾的