机械工程史

第1章绪论

1.1机械发展的历史分期

1.1.1古代（公元前5000年左右至欧洲文艺复兴）

1.1.2近代（文艺复兴至第二次工业革命结束）

1.1.3当代（19世纪末的新物理学革命以来）

1.2自然、社会、科学和技术间的几个重要关系

1.2.1第一个重要关系： 社会、科技和自然

1.2.2第二个重要关系： 科技发展背后的推动力

1.2.3第三个重要关系： 经济、科技的发展和整个社会的发展、变革密不可分

1.2.4第四个重要关系： 自然科学基础与相关科技领域的作用

1.3关于技术革命和工业革命

1.3.1几种革命的概念与关系

1.3.2关于第三次工业革命的提法

1.4为什么要学习一些科技发展史？

1.4.1扩大知识面要从横向和纵向两个方向进行

1.4.2回溯历史，了解自然、社会和科技之间的关系

1.4.3回溯历史，激发创新精神

1.5关于机械工程学科

参考文献

第2章古代机械的发展

2.1概述

2.1.1古代人类使用工具的三个时代

2.1.2古代机械发展的三个主要区域

2.1.3中国的辉煌与落伍

2.1.4欧洲发展中的曲折

2.2各种古代机械发展简介

2.2.1简单机械

2.2.2冶炼设备

2.2.3舟与车

2.2.4农业机械

2.2.5纺织机械

2.2.6计时器与天文仪器

2.2.7起重运输机械

2.2.8兵器

2.2.9礼仪与娱乐性机械

2.2.10各种机构与传动

2.3古代的机械制造技术

2.3.1铸造技术

2.3.2锻造和其他压力加工技术

2.3.3焊接技术

2.3.4切削加工技术

2.3.5热处理技术

2.4关于古代机械的几个问题

2.4.1古代机械的动力

2.4.2依靠直觉和灵感的巧妙创造

2.4.3古代与现代相通

2.4.4关于中国古代科技的两个深层次问题

参考文献

第3章工业革命前欧洲社会和科技的进步

3.1文艺复兴至工业革命期间的社会发展

3.1.1资本主义生产方式的出现

3.1.2地理大发现

3.1.3文艺复兴运动

3.1.4宗教改革运动

3.1.5启蒙运动

3.1.6资产阶级革命

3.2文艺复兴至工业革命前欧洲的机械科学技术

3.2.1列奥纳多·达·芬奇

3.2.2工业革命前力学、机械理论的若干进展

3.2.3工业革命前的机械技术

3.3经典力学的创立和发展

3.3.1天文学的突破和科学精神的解放

3.3.2经典力学创立之前的理论准备

3.3.3经典力学的创立

3.3.4经典力学的局限性

3.4微积分理论与微分方程理论的建立

3.4.1微积分理论的建立

3.4.2微分方程理论的建立和发展

参考文献

第4章第一次工业革命

4.1第一次工业革命发展概况

4.1.1英国发生工业革命的背景

4.1.2第一次工业革命概述

4.2蒸汽机的发明和交通运输革命

4.2.1蒸汽机发明的漫长过程

4.2.2瓦特的贡献

4.2.3瓦特——优秀的创新型人才

4.2.4蒸汽机发明的划时代意义

4.2.5铁路时代

4.2.6蒸汽远洋轮船

4.2.7交通运输革命的重要意义

4.3第一次工业革命中的机械发明

4.3.1蒸汽动力的广泛应用

4.3.2纺织和缝纫机械

4.3.3工程机械与矿山机械

4.3.4农业机械

4.3.5制冷机械

4.3.6流体机械

4.3.7武器

4.3.8信息机械

4.4近代机械制造业的诞生和早期发展

4.4.1瓦特时代机械加工的状况

4.4.2机床的改进和发明

4.4.3互换性生产的出现

4.4.4标准化的开端

4.5永动机问题的理论解决

参考文献

第5章第二次工业革命

5.1第二次工业革命发展概况

5.1.1第二次工业革命的历史背景

5.1.2电气时代

5.1.3钢铁时代

5.1.4第二次工业革命期间机械发展概况

5.1.5第二次工业革命的特点

5.2内燃机的发明和新的交通运输革命

5.2.1内燃机的发明和进步

5.2.2汽车的发明和早期发展

5.2.3飞机的发明和早期发展

5.2.4交通工具方面的其他变革

5.3第二次工业革命期间的机械发明

5.3.1动力机械

5.3.2矿山机械

5.3.3工程机械

5.3.4泵和压缩机

5.3.5信息机械

5.3.6武器

5.3.7其他机械

5.4第二次工业革命期间的机械制造业

5.4.1机床的发展

5.4.2刀具材料的进步和切削速度的提高

5.4.3测量水平的提高

5.4.4泰勒的科学管理制度

5.4.5福特首创的大批量生产模式

5.4.6标准化、系列化的发展

5.5机械发展的若干趋势

5.5.1机械和运载工具的高速化和大功率化

5.5.2机械的精密化

5.5.3机械的轻量化

5.5.4机械的半自动化

参考文献

第6章工业革命期间数学和力学的进一步发展

6.1与机械工程密切相关的数学领域的进展

6.1.1变分法

6.1.2微分几何

6.1.3线性代数

6.1.4概率论

6.1.5图论

6.2力学学科的进一步发展

6.2.1分析力学

6.2.2弹性力学

6.2.3塑性力学

6.2.4材料力学

6.2.5振动理论

6.2.6流体力学

6.2.7小结： 力学与数学的关系

参考文献

第7章近代机械工程学科的诞生和发展

7.1机械工程学科的诞生

7.1.1机构学的诞生

7.1.2法国的理论运动学研究

7.1.3机械工程师学会的成立

7.2近代机构学学科的发展

7.2.1机构学的德国学派和俄苏学派

7.2.2连杆机构的应用和理论

7.2.3凸轮机构的演进、分析与设计

7.3机械振动理论与应用的发展

7.4近代的机械动力学

7.4.1机械动力学分析方法的形成

7.4.2转子动力学研究的起步

7.4.3关于机构动力平衡的研究

7.5机械传动与液压传动的演进

7.5.1机械传动的演进

7.5.2流体传动的出现和发展

7.6近代的机械设计学科

7.6.1古代和近代机械设计发展的几个阶段

7.6.2图纸设计法出现

7.6.3机械设计从应用力学中独立出来

7.6.4近代的机械结构强度学

7.6.5主要机械零件设计方法的形成

7.7近代的机械制造学科

7.7.1概述

7.7.2关于金属切削理论的研究

7.7.3机械加工精度理论

参考文献

第8章第三次技术革命概貌

8.1第三次技术革命的科学基础

8.1.1新的物理学革命

8.1.2信息论、控制论和系统论的诞生

8.1.3非线性科学的诞生和发展

8.2第三次技术革命的背景和概貌

8.2.1第二次世界大战对新技术革命的催生作用

8.2.2战后世界形成了有利于经济和科技发展的环境

8.2.3第三次技术革命的概貌

8.2.4第三次技术革命的特点

8.2.5第三次技术革命的影响

8.3第三次技术革命的主要内容

8.3.1航天事业

8.3.2生物技术

8.3.3海洋工程技术

8.3.4新能源技术

8.4信息技术

8.4.1微电子技术

8.4.2电子计算机技术

8.4.3人工智能

8.4.4信号分析

8.4.5网络技术

8.4.6传感技术

8.5新材料技术

8.5.1新材料作用重大

8.5.2各种新材料的发展

8.6与机械工程相关的数学、力学的新进步

8.6.1数值计算方法的巨大进步

8.6.2振动理论的新进展

8.6.3多体动力学的诞生

参考文献

第9章第三次技术革命中的机械工程概述

9.1新时期的机械工程概述

9.1.1新时期推动机械工程发展的四大因素

9.1.2新时期机械工程的全面大发展

9.2新时期机械产品发展的总趋向

9.2.1机械和运载工具进一步的高速化和大功率化

9.2.2对机械的精密化要求提高到更高的水平

9.2.3对机械的可靠性要求提高到更高的水平

9.2.4对机械和运载工具轻量化的要求更为迫切

9.2.5追求产品的性能价格比

9.2.6降低机器对环境的不良影响

9.2.7机器应安全、舒适、怡人

9.2.8产品的多样化与个性化

9.3新时期机械的重大发明与改进

9.3.1机电一体化产品

9.3.2机器人

9.3.3高速铁路车辆

9.3.4大型工程机械

9.3.5信息机械

9.3.6动力机械

9.3.7纺织机械

9.3.8农业机械

9.4机械制造业几个重点领域的迅速发展

9.4.1汽车工业

9.4.2航空航天工业

9.4.3大型发电设备制造业

9.4.4IC制造业

9.4.5机床制造业

9.5关于复杂机电系统

参考文献

第10章新时期机械学理论的发展

10.1机构学

10.1.1机构学的美国学派

10.1.2现代机构学的进展： 机构运动学

10.1.3现代机构学的进展： 新的机构类型

10.1.4现代机构学的进展： 机构动力学

10.1.5机构学在中国的发展简介

10.2机械传动学

10.2.1齿轮强度计算标准的建立

10.2.2齿轮动力学与减振降噪的研究

10.2.3啮合理论研究的新进展

10.2.4新型啮合传动的发展

10.2.5其他机械传动

10.2.6机械传动的信息化和智能化

10.3机器人学

10.3.1机器人机构学

10.3.2机器人动力学

10.4机械动力学

10.4.1新时期机械动力学发展概述

10.4.2机械动力学分析模型

10.4.3动力学建模的精细化

10.4.4动力学分析与仿真的发展

10.4.5机械动力学在横向形成几个分支领域

10.5机械强度学

10.5.1疲劳设计方法的建立

10.5.2断裂力学的发展

10.5.3智能结构与健康监测

10.6摩擦学

10.6.1近代关于摩擦、磨损和润滑的研究

10.6.2当代的摩擦学研究

10.7微机械学

10.7.1MEMS的技术革命历程

10.7.2MEMS的应用前景

10.7.3关于微机械系统的研究

10.8流体传动与控制

参考文献

第11章新时期机械设计的全新面貌

11.1新时期机械设计概述

11.1.1新时期机械设计的全面大发展

11.1.2设计理论和方法学

11.2机械创新设计的理论和方法

11.2.1创造学在美国的诞生和发展

11.2.2苏联的TRIZ理论和方法

11.2.3机械创新设计

11.2.4反求设计

11.2.5仿生设计

11.3计算机图形学和计算机辅助设计

11.3.1计算机图形学

11.3.2计算机辅助设计

11.4保证产品主要性能的现代设计方法

11.4.1优化设计

11.4.2可靠性设计

11.4.3保值设计

11.5动态设计与振动控制

11.5.1静态设计与动态设计

11.5.2动态设计方法的发展

11.5.3振动控制技术的发展

11.6其他现代设计方法

11.6.1价值工程

11.6.2工业设计与人机工程

参考文献

第12章新时期机械制造的全新面貌

12.1新时期机械制造概述

12.1.1新时期对机械制造技术提出的新挑战

12.1.2新时期机械制造技术发展的总趋向

12.2自动化——先进制造技术发展的主线

12.2.1数控加工和数控机床的诞生和发展

12.2.2工艺编制技术的进步

12.2.3CAD/CAPP/CAM的集成

12.2.4柔性制造系统

12.2.5机器人在制造中的应用

12.3切削加工技术的进步

12.3.1刀具材料的新进步

12.3.2高速切削技术

12.3.3精密与超精密加工技术

12.3.4难加工材料的加工技术

12.3.5干式加工技术

12.3.6关于加工振动控制的理论与实践

12.3.7与切削加工的进步相适应的机床技术

12.4特殊表面的加工技术

12.4.1自由曲面加工

12.4.2螺旋锥齿轮齿面的加工

12.5特种加工技术的出现和发展

12.5.1电火花加工

12.5.2电化学加工

12.5.3超声波加工

12.5.4高能束流加工

12.5.5水射流加工

12.6增量制造技术

12.6.1快速原型技术

12.6.23D打印技术

12.7绿色制造技术

12.7.1绿色制造——从认识到行动

12.7.2绿色制造技术的内容

12.7.3再制造技术

12.8企业活动的信息化、智能化和网络化

12.8.1计算机集成制造系统

12.8.2制造活动的网络化

参考文献

第13章毛坯生产技术的历史发展

13.1铸造技术的历史发展

13.1.1工业革命期间铸造技术的进步

13.1.2新技术革命中的现代铸造技术

13.2压力加工技术的历史发展

13.2.1锻造

13.2.2轧制

13.2.3冲压

13.2.4挤压

13.2.5冷锻

13.2.6旋压

13.3焊接技术的历史发展

13.3.119世纪焊接技术的发展

13.3.220世纪上半叶焊接技术的发展

13.3.3第三次技术革命中的焊接技术

13.4其他毛坯成形方法和热处理技术的历史发展

13.4.1爆炸成形

13.4.2粉末冶金

13.4.3塑料成形

13.4.4热处理技术

参考文献

第14章近代的高等机械工程教育

14.1近代工程教育的诞生和发展（19世纪）

14.1.1英国： 走向落伍

14.1.2法国： 近代机械工程教育的先锋

14.1.3德国： 建立现代大学，领先机械科技

14.1.4美国： 工程教育的崛起

14.2近代工程教育的发展（20世纪）

14.2.1苏联： 专才教育的极端化

14.2.2前所未有的知识难民潮

14.2.3美国成为当代科学技术和工程教育的中心

14.3近代的两种工程教育模式

14.3.1通才教育和专才教育的基本概念

14.3.2实例对比

14.3.3两种教育模式的区别和选择

参考文献

第15章近当代中国的机械工程

15.1洋务运动中的机械工程

15.1.1鸦片战争以前西方机械技术的传入

15.1.2洋务运动概况

15.1.3中国近代机械工业的诞生

15.1.4中国近代高等工程教育的诞生

15.1.5洋务运动的失败

15.2民国时期的机械工程

15.2.1民国时期的机械工业

15.2.2民国时期的机械工程教育与研究

15.2.3中国机械工程学会的成立

15.3当代中国的机械工程（改革开放以前）

15.3.1新中国成立后的机械工业与机械科技

15.3.2新中国成立后的高等机械工程教育

15.3.3文化大革命中的机械工业和教育

15.4当代中国的机械工程（改革开放以来）

15.4.1改革开放以来中国机械工业的跨越式发展

15.4.2改革开放以来中国的机械科学与技术

15.4.3改革开放以来中国的高等机械工程教育

参考文献

跋

附录A人名表

附录B术语的汉英对照和索引

本书介绍自铜器时代以来机械工程的发展历史，以介绍机械发明、机械科学与技术的发展为主线，也涉及机械工业的发展和机械工程教育的发展。本书将机械的发展分为3个时代，即古代（远古至欧洲文艺复兴）、近代（主要包括两次工业革命）和当代（第二次世界大战以后）。本书既注意讲清机械科技本身的发展，也试图揭示出机械科技背后的推动力： 经济的发展、国防事业和人类科学探索活动的需求； 揭示出科技与社会、科技与自然的关系。

《机械工程史》主要是给高等学校和职业学校的教师和学生写的，当然也可以供研究人员和工程技术人员参考。本书编写的宗旨和思路已经在绪论中表达清楚。我特别注意不能就科技论科技，而要把机械工程的发展放到社会的发展、经济的发展和整个科技进步的大背景下加以论述。我主张对机械类专业的本科生应开设“机械工程史”的选修课（学时8~16）或讲座（学时4~8）；对研究生则要求自学相关的三级学科的发展史（不是所做课题的发展史），并撰写读书报告。这件事目前做起来的难度主要是没有教材。如果有学校开始“机械工程简史”这门选修课，本书应该是一本可用的教师参考书。反之，我也期望本书的出版能有助于把科技史的教育开展起来。