机械发明史

 

下面所列的发明, 有些只是故事或存在于历史记载的只言片语中,缺少切实的证据,还有不少争议。

往复的直线运动变为旋转运动——弓形钻钻孔

弓形钻由燧石钻头、钻杆、窝座和弓弦等组成。往复拉动弓便可使钻杆转动,用来钻孔、扩孔和取火。弓形钻后来又发展成为弓形车床,成为更有效的工具。如图1-1所示为手拉弓钻孔。

图1-1手拉弓钻孔

 

在远古代时代,人类就已经使用了简单的机械,如杠杆、车轮、滑轮、斜面、螺旋等。

杠杆——撬棍

阿基米德在亚历山大里亚留学时,从埃及农民提水用的吊杆和奴隶们撬石头用的撬棍中得到了启发,发现可以借助一种杠杆来达到省力的目的,并且发现,手握的地方到支点的这一段距离越长,就越省力气(图1-2)。

图1-2 杠杆

滑轮——提水的装置

古希腊人将滑轮归类为简单机械。滑轮最早出现于公元前8世纪,图1-3为一种利用滑轮提水的装置。

图1-3 一种利用滑轮提水的装置

螺旋原理——螺旋提水器

阿基米德用螺旋原理将水提升至高处,也就是今天螺旋式输送的“始祖”,如图1-4所示。

图1-4螺旋提水器

齿轮和连杆机构——水排

公元1世纪,东汉的杜诗发明了水排,如图1-5所示。其中应用了齿轮和连杆机构。这是利用水利进行冶金的鼓风设备,卧式水轮由水利驱动带动大轮转动,曲柄机构带动木扇给冶金炉鼓风。水排的出现,标志着发达机器在中国汉代已经产生。

图1-5 水排

齿轮传动系统——龙骨水车

龙骨水车亦称“翻车”、“踏车”、“水车”,约始于东汉,三国时的发明家马钧曾予以改进,此后它一直在农业上发挥巨大的作用,如图1-6所示。

图1-6 龙骨水车

齿轮传动系统——指南车

古代指南车采用了齿轮传动系统,它不用磁性。其发明者马钧,三国时期人,是中国古代科技史上最负盛名的机械发明家之一,如图1-7所示。指南车是利用齿轮传动来指明方向的一种简单机械装置。其原理是,靠人力来带动两轮的指南车行走,从而带动车内的木制齿轮转动,来传递转向时两个车轮的差动,再来带动车上的指向木人与车转向的方向相反角度相同,使车上的木人指示方向,不论车子转向何方,木人的手始终指向指南车出发时设置木人指示的方向,“车虽回运而手常指南”。

图1-7 古代指南车

往复的直线运动变为旋转运动——脚踏车床

中世纪欧洲用脚踏板驱动的加工木棒的车床

如图1-15所示,将绳子系在要切削的木棒上,交替拉动绳子的两端,棒子就可以转动了。再用刀具接触木棒,就可以顺利地切削木棒。将绳子系在一根木棒“桥”上,该“桥”是安装在一根较高的木棒上,再将绳子绕在工件上,在下端安上一个踏板,用脚踏下面的踏板,工作时工件就左右转动,较高木棒上的木条起弹簧作用,这种简单的车床叫脚踏车床。

图1-8脚踏车床

珍妮纺纱机

詹姆斯·哈格里夫斯发明了珍妮纺纱机,18世纪中期,英国的商品越来越多地销往海外,手工工厂生产的低效引发供应不足。为了提高产量,人们想方设法改进了生产技术。在棉纺织部门,人们先是发明了一种叫飞梭的织布工具,大大加快了织布的速度,也刺激了社会对棉纱的需求。

18世纪60年代,织布工詹姆斯·哈格里夫斯发明了名叫“珍妮机”的手摇纺纱机,如图1-9所示。“珍妮机”一次可以纺出许多根棉线,极大地提高了生产率。

图1-9 詹姆斯·哈格里夫斯和珍妮纺纱机

 

内能转化机械能——冷凝器与汽缸分离的蒸汽机

1765年瓦特发明了冷凝器与汽缸分离的蒸汽机,并于1769年取得了英国专利,揭开了第一次工业革命的序幕。蒸汽机给人类带来了强大的动力,各种由动力驱动的产业机械—纺织机、机床,如雨后春笋般出现,如图1-10所示。

图1-10 瓦特和蒸汽机

蒸汽机带动物体运动——蒸汽机船“克莱蒙特”号的诞生

1807年,美国的富尔顿建成了第一艘采用明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙特”号,时速约为8千米/小时,如图1-11所示。

图1-11 富尔顿和“克莱蒙特”号

蒸汽机车之父—斯蒂芬森

乔治·斯蒂芬森—英国工程师,第一次工业革命期间发明了火车机车。1810年,斯蒂芬森开始着手制造蒸汽机车。经过几年的努力,他终于在1814年发明了第一台蒸汽机车,被称为“旅行者号”,如图1-12所示。

图1-12 蒸汽机车之父—斯蒂芬森

世界上第一台真正的镗床(从炮筒镗床到汽缸镗床)

1775年,约翰·威尔金森在他父亲的工厂里,经过不断努力,终于制造出了能以罕见的精度钻大炮炮筒的新机器,次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床,如图1-13所示。

图1-13威尔金森的镗床

刀架车床

莫兹利,现代车床的发明人,被称为英国机床工业之父

莫兹利于1797年制成了第一台螺纹切削车床,它带有丝杠和光杠,采用滑动刀架—莫氏刀架和导轨,可车削不同螺距的螺纹,如图1-14所示。

图1-14 莫兹利的刀架车床

电机之父—法拉第

迈克尔·法拉第,英国物理学家、化学家,也是著名的自学成才的科学家。1831年,法拉第首次发现电磁感应现象,在电磁学方面作出了伟大贡献,如图1-15所示。

图1-15 法拉第首次发现电磁感应现象

美国发明家特斯拉发明了交流电动机

塞尔维亚裔美籍发明家、物理学家、机械工程师、电气工程师尼古拉·特斯拉被认为是电力商业化的重要推动者,并因主持设计了现代交流电系统而最为人知。在迈克尔·法拉第发现的电磁场理论的基础上,特斯拉在电磁场领域有着多项革命性的发明。他的多项相关专利以及电磁学的理论研究工作,是现代的无线通信和无线电的基石。1909~1922年,特斯拉注册了机械方面的专利(泵、流速计、无叶涡轮),如图1-24所示。

图1-16 尼古拉·特斯拉

计算机先驱—查尔斯·巴贝奇,第一台可编程的机械计算机的设计者

1812~1813年,巴贝奇初次想到用机械来计算数学表。后来,他制造了一台小型计算机,能进行8位数的某些数学运算。1823年他得到了政府的支持,设计了一台容量为20位数的计算机。由于它的制造有较高的机械工程技术要求,于是巴贝奇专心从事于这方面的研究,并于1834年发明了分析机(现代电子计算机的前身)。在这项设计中,他曾设想根据储存数据的穿孔卡上的指令进行任何数学运算的可能性,并设想了现代计算机所具有的大多数其他特性,但1842年因政府拒绝进一步支援,巴贝奇的计算器未能完成。瑞典斯德哥尔摩的舒茨公司按他的设计于1855年制造了一台计算器。但真正的计算机,则直到电子时代才制成,如图1-17、图1-18所示。

图1-17 查尔斯·巴贝奇和分析机

图1-18 分析机

汽油发动机、电动机时代

19世纪,第二次工业革命中电动机和内燃机的发明代替了蒸汽机,集中驱动被抛弃了,每台机器都安装了独立的电动机,这为飞机、汽车的出现提供了可能。1886年,本茨发明了以汽油发动机为动力的三轮车(见图1-19)。

 

图1-19 本茨发明了以汽油发动机为动力的三轮车

戴姆勒发明了他的第一辆四轮车

1883年,他与迈巴赫合作,成功研制出使用汽油的发动机,并于1885年将此发动机安装在木制双轮车上,从而发明了摩托车。1886年,戴姆勒把这种发动机安装在他为妻子43岁生日而购买的马车上,发明了第一辆戴姆勒汽车,见图1-20所示。

图1-20 戴姆勒发明了他的第一辆四轮车

莱特兄弟发明飞机

1903年,莱特兄弟设计和制造了“飞行者”1号,见图1-21所示。

图1-21 莱特兄弟和他们发明的飞机

是否觉得有用?

0 / 0