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1 機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展史 摘要： 機(jī)械設(shè)計(jì)必須科學(xué)化，這就要求要科學(xué)地闡述客觀設(shè)計(jì)過程及其本質(zhì)，分析與設(shè)計(jì)有關(guān)的領(lǐng)域及其單位。在這些基礎(chǔ)上，科學(xué)地安排設(shè)計(jì)過程，使用科學(xué)的方法和手段進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)也要求設(shè)計(jì)人員不僅有豐富的專業(yè)知識，而且還要掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論知識、設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)手段，科學(xué)地進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作，這樣才能更好的得到符合要求的產(chǎn)品。 關(guān)鍵字： 機(jī)械、機(jī)械設(shè)計(jì)、古代機(jī)械設(shè)計(jì)、近代機(jī)械設(shè)計(jì)、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械（ 源自于希臘語之 拉丁文 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（ 機(jī)器（ 總稱。機(jī)械是伴隨人類社會的不斷進(jìn)步逐漸發(fā)展與完善的。從原始社會早期人類使用的諸如石斧、石刀等最簡單的工具，到杠桿、轆轤、人力腳踏水車、獸力汲水車等簡單工具，發(fā)展到較復(fù)雜的水力驅(qū)動、風(fēng)力驅(qū)動的水碾和風(fēng)車等較為復(fù)雜的機(jī)械。 18 世紀(jì)英國的工業(yè)革命以后，以蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)作為動力源的機(jī)械促進(jìn)了制造業(yè)、運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，人類開始進(jìn)入現(xiàn)代化的文明社會。 20 世紀(jì)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明 、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使機(jī)械進(jìn)入完全現(xiàn)代化階段。機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、高速運(yùn)載工具、重型機(jī)械及其大量先進(jìn)機(jī)械設(shè)備加速了人類社會的繁榮和進(jìn)步，人類可以遨游太空、登陸月球，可以探索遼闊的大海深處，可以在地面以下居住和通行，所有這一切都離不開機(jī)械，機(jī)械的發(fā)展已進(jìn)入智能化階段。機(jī)械已經(jīng)成為現(xiàn)代社會生產(chǎn)和服務(wù)的五大要素（人、資金、能量、材料、機(jī)械）之一。設(shè)計(jì)一詞的英語為 源于拉丁語 下）與 號，記號，圖形等）兩詞組成。因此，“設(shè)計(jì) "的最初含義 是將符號，記號，圖形之類高下來的意思。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，設(shè)計(jì)的內(nèi)涵不斷向深度和廣度發(fā)展，設(shè)計(jì)的含義愈來愈深刻和愈來愈先進(jìn)。設(shè)計(jì)是人類改造自然的基本的活動之一，設(shè)計(jì)是復(fù)雜的思維過程，設(shè)計(jì)過程蘊(yùn)含著創(chuàng)新和發(fā)明的機(jī)會。設(shè)計(jì)的目的是將預(yù)定的目標(biāo)，經(jīng)過一系列的規(guī)劃與分析決策產(chǎn)生一定的信息（文字，數(shù)據(jù)，圖形）形成設(shè)計(jì)，并通過制造，使設(shè)計(jì)成為產(chǎn)品，為人類的生活及工業(yè)的生產(chǎn)制造提供極大的方便，造福人類。 機(jī)械設(shè)計(jì)的定義機(jī)械設(shè)計(jì)（ 文）：根據(jù)使用要求對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動方式、力和 能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。 機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是決定機(jī)械性能的最主要因素。由于各產(chǎn)業(yè)對機(jī)械的 2 性能要求不同而有許多專業(yè)性的機(jī)械設(shè)計(jì)，如紡織機(jī)械設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、船舶設(shè)計(jì)、汽車設(shè)計(jì)、礦山機(jī)械設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、泵設(shè)計(jì)等專業(yè)性的機(jī)械設(shè)計(jì)分支學(xué)科。 機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展史按時(shí)間來分，可分為三個(gè)階段，分別是：從古代社會到 17 世紀(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)起源和古代機(jī)械設(shè)計(jì)階段，由 17 世紀(jì)至第二次 世界大戰(zhàn)結(jié)束為近代機(jī)械設(shè)計(jì)，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束直到現(xiàn)在為現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段。如果按其內(nèi)容來分，可分為：直覺設(shè)計(jì)階段，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段和理論設(shè)計(jì)階段。兩種劃分是一一對應(yīng)的，是從不同角度來劃分機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展史。每一個(gè)階段在設(shè)計(jì)理論，方法和制造工藝方面都有明顯的特色。下面就按時(shí)間來劃分，把機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展史劃分為三個(gè)階段來論述。 一、機(jī)械設(shè)計(jì)起源和古代機(jī)械設(shè)計(jì) 我國近代的考古發(fā)現(xiàn)證明了一些傳說和記載。在浙江余姚河姆渡，河南鄭裴李崗等遺址中都發(fā)現(xiàn)了七八千年以前制造相當(dāng)精致的農(nóng)具如石鏟等。我國古代經(jīng)書中，對于古代使用，制造機(jī) 械的情況有許多記載。在 4000 多年以前，我國古代已經(jīng)發(fā)明了車，船，農(nóng)具和許多生活用具。清代學(xué)者章誠說“六經(jīng)皆史”，在我國古代文獻(xiàn)中隨處可以見機(jī)械產(chǎn)品與人民生活密切的聯(lián)系，在我國春秋戰(zhàn)國時(shí)代的著作《道德經(jīng)》中有“三十輻共一轂，像日月也”的說法，而在秦陵發(fā)掘出來的二號銅車馬，車融會貫通就有 30 個(gè)車輻。雖然據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)的車每個(gè)車輪用 30 個(gè)輪輻，但是對輪輻的數(shù)目已經(jīng)有了一定的規(guī)則。此外，我國古代在武器，紡織機(jī)械，農(nóng)具，船舶等方面也有許多發(fā)明，到秦漢時(shí)期（公元前 221至公元 220 年）我國機(jī)械設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的 技術(shù)水平，在當(dāng)時(shí)世界上處于領(lǐng)選地位，在世界機(jī)械工程史上占有十分重要的位置。 在我國古代，機(jī)械發(fā)明，設(shè)計(jì)者與制造者是統(tǒng)一的。有許多著名的人物，他們的成果代表了當(dāng)時(shí)我國的機(jī)械的設(shè)計(jì)水平。唐代的時(shí)侯我國與許多國家開展了經(jīng)濟(jì)，文華和科學(xué)技術(shù)的交流，與東南亞，南亞，阿拉伯，非洲東海岸貿(mào)易頻繁，對中國和世界其它的一些國家有很大的影響。由于貿(mào)易的發(fā)展，要求商品增加，從而改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，使機(jī)械設(shè)計(jì)有了很大的發(fā)展，造紙，紡織，農(nóng)業(yè)，礦業(yè)，陶瓷，印染，兵器等都有了新的進(jìn)展，機(jī)械設(shè)計(jì)水平也提高了一大步，宋代沈括的著作《夢溪筆談 》記載了當(dāng)時(shí)的許多科學(xué)成就，反映了當(dāng)時(shí)的科學(xué)水平。 世界其它的國家也有不少機(jī)械的成果。但這些設(shè)計(jì)多是憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)完成的缺乏必要的，有一定精度的理論的計(jì)算。 二、近代機(jī)械設(shè)計(jì) 17 世紀(jì)歐洲的航海，紡織，鐘表等工業(yè)的興起，提出了許多技術(shù)問題。英國人牛頓提出了運(yùn)動的三大定律后，于 1688 年，提出了計(jì)算流體黏度阻力的公式，奠定了古典力學(xué)的基礎(chǔ)；英國人虎克建立了在一定范圍內(nèi)彈性體的應(yīng)力 - 應(yīng)變成正比的虎克定律； 1705年伯努力提出了梁彎曲的微分方程式，在古典力學(xué)的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展了近代機(jī)械設(shè)計(jì)的理論（也稱 常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)理論），為 18 世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命中機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展提供了有力的技術(shù)理論支持； 1764 年英國人瓦特發(fā)明了蒸氣機(jī)，為紡織，采礦，冶煉，船舶，食品，鐵路等工業(yè)提供了強(qiáng)大的動力，推動了多種行業(yè)對機(jī)械的需求，使機(jī)械工業(yè)得到迅 3 速的發(fā)展，而機(jī)械化使生產(chǎn)力迅速提高，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)革命時(shí)代。這一時(shí)期，對機(jī)械設(shè)計(jì)提出了很多的要求，各種機(jī)械的載荷，速度，尺寸都有很大的提高，因此機(jī)械設(shè)計(jì)理論也在古典力學(xué)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展。材料力學(xué)，彈性力學(xué)，流體力學(xué)，機(jī)械力學(xué)。疲勞力學(xué)，疲勞強(qiáng)度理論，實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法等都取得了大量的成果，建立 了自己的學(xué)科體系。 隨著機(jī)械設(shè)計(jì)的快速發(fā)展，在疲勞強(qiáng)度，接觸應(yīng)力，斷裂力學(xué)，高溫蠕變，流體動力潤滑，齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，滾動軸承強(qiáng)度理論等方面都取得了大量的成果，新工藝，新材科的，新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)沒什么械設(shè)計(jì)的水平也取得了很大的發(fā)展。機(jī)器的尺寸減少，速度增加，性能提高，機(jī)械設(shè)計(jì)的計(jì)算方法和數(shù)據(jù)積累也相應(yīng)有了很大的發(fā)展，反映了時(shí)代的特色。 生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)是人類社會賴以生存和發(fā)展的最基本的實(shí)踐活動，在這個(gè)活動過程中出現(xiàn)了歷史、社會和自然界現(xiàn)象等，如工具的變化、經(jīng)濟(jì)波動、雷電轟鳴、天然放射性元 素等。孤立地看，這些現(xiàn)象千奇百怪、貌似紊亂，但深入研究，人們發(fā)現(xiàn)客觀世界種種現(xiàn)象之間存在內(nèi)在的和本質(zhì)的必然聯(lián)系，如“水往低處流”，這只是一種現(xiàn)象的描述，這種描述至多只是為真正的科學(xué)研究奠定了一個(gè)基礎(chǔ)，還不能叫科學(xué)。只有當(dāng)牛頓發(fā)現(xiàn)了“萬有引力定律”，并用這一定律來解釋“水往低處流”等自然現(xiàn)象的時(shí)候，才算真正進(jìn)入了科學(xué)的大門。 三、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì) 二戰(zhàn)以后，作為機(jī)械設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)的機(jī)械學(xué)繼續(xù)以更加迅猛的速度發(fā)展，摩擦學(xué)，可靠性分析，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，有限元計(jì)算，尤其是計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中迅速推廣，使機(jī)械設(shè)計(jì)的速度和 質(zhì)量都有大幅的提高。在機(jī)械中廣泛運(yùn)用計(jì)算機(jī)和自動化程度的提高，使現(xiàn)代的具有明顯的特色。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)在理論，內(nèi)容和方法方面與過去相比都有了劃時(shí)代的發(fā)展。而國際市場的激烈競爭，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和發(fā)展的催化劑。世界各國逐漸認(rèn)識到產(chǎn)品市場競爭對各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用。日本雖然在某尖端科學(xué)研究方面走在了一些國家的后面，但是，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方面發(fā)展很快，迅速擺脫了二次世界大戰(zhàn)以前 “ 東洋貨不好 ” 的印象，大量生產(chǎn)各國市場上需要的產(chǎn)品，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。美國，英國也逐漸認(rèn)識到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要性，美國提出了 “ 為競爭的優(yōu)勢 而設(shè)計(jì) ”(口號，有人說 “21 世紀(jì)將是設(shè)計(jì)的世紀(jì) ” 。因 此 ，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)在這一時(shí)期獲得了空前的發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)目前已經(jīng)不宜作為機(jī)械學(xué)的一個(gè)分支，而應(yīng)該認(rèn)為是與機(jī)械學(xué)并立的一門技術(shù)科學(xué)了。 結(jié)論： 新中國建立后特別是近三十年來，我國的機(jī)械科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度很快。向機(jī)械產(chǎn)品大型化，精密化、自動化和成套化的趨勢發(fā)展。在有些方面已經(jīng)達(dá)到或超過了世界先進(jìn)水平。總的來說，就目前而言中國機(jī)械科學(xué)技術(shù)的成就是巨大的，發(fā)展速度之快，水平之高也是前所未有的。這一時(shí)期 還沒有結(jié)束，我國的機(jī)械科學(xué)技術(shù)還將向更高的水平發(fā)展。只要我們能夠采取正確的方針、政策、用好科技發(fā)展規(guī)律并勇于創(chuàng)新，我國的機(jī)械工業(yè)和機(jī)械科技一定能夠振興，重新引領(lǐng)世界機(jī)械工業(yè)發(fā)展潮流。 4 of he be a of of of on of to is a of to of so in to of of to as a be in to of is it by of of as to of of of so of to of on of to of be of a of of it of is a of of of to of of is of of of is a to be a of of of a of of of to of of of as a on is an of is As of as of of of in be to 7th by of 7th I I 5 be in by is to of of of of of of to of s i a as In in 4000 in of of to s in s e ," of a "in of nd 30 to 0 of In to in 221 BC 20 a in at in a in of In on s a of in of in to a so of a i uo of at of by s a 7th of 688, of of a of is to s 1705 in of of on of as in 8th a 1764 a to a of of is of of a of a of of is of of so a of up of of 6 a of of no of is is a of of of as in of in it of to it is a at a be of "to as of I, as of of to a of in In of of in in is of to of on of in a in in of I, is of a of on of ( it 1st be of . of is as a of be a by of s of To of In or s in of is is is a As as we to of to be s be to in