欧洲的机械发展情况怎样

在欧洲，加工技术的改进从17世纪就已经开始了。18世纪时，车床逐渐由木结构改为金属结构。1750年，法国蒂奥在车床上安装了一个刀架，用丝杠驱动作纵向移动，比过去手握车刀前进了一大步；1774年威尔金森制造了一台新的炮筒镗床，可以加工直径达1.83m的内圆，1775年他曾为瓦特成功地制造出蒸汽机汽缸；1770年英国拉姆斯登首先用车床制造螺丝；1784年布拉默制成一把具有比较复杂机构的锁，他还与莫兹利共同改进和制造了几种机床。1797年，莫兹利在车床上安装了丝杆、光杆和滑动刀架，能加工精密平面和精密螺丝，使机械制造技术的精度水平大为提高。1804年布鲁勒设计的机床如图2-85所示，1820年前后，英国的怀特沃斯制成第一台既能加工圆柱齿轮，又能加工圆锥齿轮的机床，如图2-86所示。1836年设计的机床溜板和钻床如图2-87所示。1845年，美国制造出转塔车床，用八个刀具装在可旋转塔形支架上，由一人操作轮流完成八种加工工序，1861年又实现了转塔的自动转动。之后，为进一步节省劳力，又研制出自动螺丝车床。19世纪出现了现代意义的机床。

19世纪下半叶，新的工具材料和新的动力来源也促进了机床的继续发展。1836年，史密斯制成刨床。这台刨床已经具备了现代牛头刨床的基本结构。1842年他还设计制造了单作用和双作用的蒸汽锤，如图2-88所示，扩大了锻件的尺寸。1830—1850年间，惠特沃思利用螺纹微调原理制造的测量装置，使机械产品质量进一步提高，为后来的互换性生产创造了条件。1850年的碳素钢刀具只能在约12m/min以下的切削速度下工作。1868年穆舍特发明含有钨和钒的锰钢（合金工具钢），使切削速度提高到18.3m/min。1898年泰勒等人用含铬的高速钢把切削速度提高到36.6m/min。切削速度的提高反过来又促进了机床各部分强度、轴承、变速机构的改进。

图2-86　怀特沃斯设计的机床内燃机发展至今，约有一个半世纪的历史了。同其他科学一样，内燃机的每一个进步都是人类生产实践经验的概括和总结。内燃机的发明始于对活塞式蒸汽机的研究和改进。在它的发展史中应当特别提到的是德国人奥托和狄塞尔，正是他们在总结了前人无数实践经验的基础上，对内燃机的工作循环提出了较为完善的奥托循环和狄塞尔循环，才使得到他们为止几十年间无数人的实践和创造活动得到了一个科学的总结，并有了质的飞跃，他们将前任粗浅的、纯经验的、凌乱无序的经验，加以继承、发展、总结、提高，找出了规律性，为现代汽油机和柴油机热力循环奠定了热力学基础，为内燃机的发展作出了伟大的贡献。

图2-87　机床溜板和钻床

图2-88　勒克鲁索施奈德公司的蒸汽锤最早出现的内燃机是以煤气为燃料的煤气机。1860年，法国发明家莱诺制成了第一台实用内燃机（单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，输出功率为0.74～1.47kW，转速为100r/min，热效率为4%）。法国工程师德罗沙认识到，要想尽可能提高内燃机的热效率，就必须使单位气缸容积的冷却面积尽量减小，膨胀时活塞的速率尽量快，膨胀的范围（冲程）尽量长。在此基础上，他在1862年提出了著名的等容燃烧四冲程循环：进气、压缩、燃烧和膨胀、排气。

1876年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机，如图2-89所示，单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21kW、180r/min。在这部发动机上，奥托增加了飞轮，使运转平稳，把进气道加长，又改进了气缸盖，使混合气体充分形成。这是一部非常成功的发动机，其热效率相当于当时蒸汽机的两倍。奥托把三个关键的技术思想：内燃、压缩燃气、四冲程融为一体，使这种内燃机具有效率高、体积小、质量轻和功率大等一系列优点。在1878年巴黎万国博览会上，被誉为“瓦特以来动力机方面最大的成就”。等容燃烧四冲程循环由奥托实现，也被称为奥托循环。

图2-89　第一台四冲程往复活塞式内燃机煤气机虽然比蒸汽机具有很大的优越性，但在社会化大生产的情况下，仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。因为它以煤气为燃料，需要庞大的煤气发生炉和管道系统。而且煤气的热值低（约1.75×107～2.09×107J/m3），故煤气机转速慢，比功率小。到19世纪下半叶，随着石油工业的兴起，用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。

1680年，荷兰物理学家惠更斯开始研究内燃机，1833年，英国的赖特提出了一种原动机的设想，1838年由巴尼特制出第一台装有点火装置的内燃机。1897年，德国狄塞尔（Rudolf Diesel）发明了著名的狄塞尔内燃机。自此后，解决了汽车、轮船等许多机器的动力源问题。机械工业发展进入一个新阶段。1880年，21岁的狄塞尔以优异的成绩在慕尼黑工业大学毕业后，经过17年坚持不懈的研究，克服各种困难，终于在1897年研制成功了狄塞尔内燃机，如图2-90所示，为机械文明的发展作出了很大的贡献，图2-91是在塞尔内燃机基础上发展起来的四冲程内燃机。

图2-90　狄塞尔和他设计的内燃机

图2-91　四冲程内燃机最早的自行车是源于法国的“玩具马”，如图2-92所示。骑车人用双脚蹬地，推动车子前进，这奠定了自行车的基本原理。大约在1860年左右，出现了如图2-93所示的一种杂耍单车，它有一大一小两个车轮，用踏板直接驱动大轮。之所以采用很大的主动轮，是为了保证车子有足够的速度并保持平衡。这种杂耍车骑起来是很危险的，需要非常敏捷和熟练的技巧。从设计方面来说，车子的形式直接反映了机械功能，但由于座位太高，限制了它的使用。

1870年后出现了链条驱动的自行车，如图2-94所示，使自行车的安全性得到了改善。经过一段时间的改进之后，英国考文垂市的约翰·K·斯达雷（John Kemp Starley）于1888年生产出了第一辆现代自行车——“安全”自行车，如图2-95所示，这种车的基本形式至今仍广为流行。

电的发现，给人类带来了光明。电动机的发明引起一场新的动力革命。1879年，美国的发明家爱迪生（Thomas Alva Edison）发明了电灯。英国的法拉第（Michael Faraday）阐述了发电机和电动机的原理。比利时的格拉姆（Zenobe Theophili Gramme）制造出第一台实用的发电机（图2-96），它由蒸汽机驱动，主要用于照明和电镀。由于偶然的因素而发明了电动机。1873年，在维也纳举行了世界博览会。在实验发电机时，由于操作失误，外部电流流向了发电机，发电机却突然转动起来。这一意外的发现，触动了科学家的灵感。不久，实用的电动机诞生了（图2-97）。最初，电动机安装在机床以外的一定距离处，通过皮带传动。后来把电动机直接安置在机床内部。19世纪末，已有少数机床使用两台或多台电动机，分别驱动主轴和进给机构等。至此，被称为“机械工业的心脏”的机床工业已初具规模。

图2-92　最早出现于法国的“玩具马”

图2-93　1860年左右出现的杂耍单车

图2-94　第一辆链条驱动自行车

图2-95　“安全”自行车19世纪的大部分年代里，机床的动力来源主要是蒸汽动力，车间顶棚布满纵横交错的轴和传动皮带。1873年，电动机成为机床的动力，开始了电力取代蒸汽动力的时代。1879年，德国西门子（Erust Werner VonSiemens）研制成功第一台电气机车。四年后，英国开设世界上第一条电气铁路。

在所有19世纪的重要发明中，汽车是最姗姗来迟的一种。其原因之一就是人们关于公路运输的概念被牢牢地禁锢在马拉车辆的模式之中，其二是内燃机与蒸汽机之间的竞争，后者自20世纪初以来就为人们所熟悉。蒸汽机车不但在铁路轨道上行驶，人们还试图让它在公路上一显身手。1871年一台蒸汽牵引车拖着一辆包车进行了将铁路机车直接用于马路的原始试验，同一时期的双座单马力公路蒸汽机车也脱胎于铁路机车，如图2-98所示。

图2-96　第一台实用的发电机

图2-97　第一台电动机在此20年后的设计者们采用了一种不同的方法，如1891年的西普莱特蒸汽马车是一种没有马牵引的马车，如图2-99所示，锅炉藏在习惯上供车夫乘坐的后座之下，几乎任何一个受过训练的制车工匠都能建造这种底座。同一时期这种技术也被用于类似的车辆上，只不过采用了汽油机而非蒸汽机，这便是汽车的原型。

以后内燃机占了上风，自我驱动的车辆逐渐地具有了自己的形态。从逻辑上来讲，这种形态一方面是来自机械的要求，另一方面也来自消费者不断增加的对于舒适性和方便性的要求。从马车到汽车的变化是缓慢的，这不仅是由于人们已习惯了马拉车辆，很难想象新的、更先进的形式。也由于马车在某些方面完美而经济地解决了问题，使得建造者不愿轻易地放弃它。即使在汽车的设计上，马车的影响也是显而易见的，1910年生产的百佳蒂13型汽车上不但有马车的篷布，而且在车头赫然放置着一尊马车夫的塑像。

图2-98　1869年的双座单马力公路蒸汽机

图2-99　西普莱特蒸汽马车1885年，卡尔·本茨（Carl Benz）发明汽车如图2-100所示，这实际上一台以内燃机为动力的三轮车，发动机安装在车尾部的座位下。1886年戴姆勒（Gottlieb Daimler）制成了四轮汽车，看上去就像一部两轮马车的变种。但是，它们并不是最早的“无马轿车”，因为以蒸汽为动力的车辆已经存在了一段时间。

19世纪机械制造方面的重大技术进步是发展了零件的互换性，提高了生产的经济性，使机械工业进入大批量的生产阶段。战争的爆发与持续，加速了枪炮等武器的研制与生产。图2-101是1916年设计的英国坦克。欧洲的战争、英美战争、美墨战争、第一次世界大战等战事不断，对兵器的配件要求导致了互换性的发明。良好的互换性必须有高精度的测量工具和加工机床来保证，机床和测量工具的发明与革新进展很快。

图2-100　本茨发明的汽车西方各国的机械发明史主要集中在文艺复兴以后的工业革命期间，历史较短，但发展迅速，奠定了现代工业的基础。总结其发展很快的原因之一就是对科学技术的重视，很多著名的实验室和大学就是在那一时期建立的，如图2-102、图2-103、图2-104所示。

图2-101　1916年设计的英国坦克

图2-102　20世纪初的车间

图2-103　1910年前后的柏林西门子实验室和哈尔斯克设计室

图2-104　1912年的克虏伯检测室把我国历史上的发明创造同西方国家相比，可以看出，公元14世纪以前，我国的发明创造在数量、质量以及发明时间上都是领先的，我国也曾是世界强国。但在公元14世纪以后，就逐步落后于西方强国。但我国古代人民对世界科学技术的发展所作出的贡献是我们应该引以为自豪的，日益强大的中国在以后的时间里还会对全世界的发展作出更大贡献。