早期用什麼推動機械

1. 早期蒸汽機的應用

蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動力機械。蒸汽機的出現曾引起了18世紀的工業革命。直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動機，後來才逐漸讓位於內燃機和汽輪機等。

發明歷史
世界上第一台蒸汽機是古希臘的亞歷山大利亞城的希羅於1世紀發明的風光管，不過它只不過是一個玩具而已。

16世紀末到17世紀後期，英國的采礦業，特別是煤礦，已發展到相當的規模，單靠人力、畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求，而現場又有豐富而廉價的煤作為燃料。現實的需要促使許多人，如英國的帕潘、薩弗里、紐科門等就致力於"以火力提水"的探索和試驗。

薩弗里製成的世界上第一台實用的蒸汽提水機，在1698年取得標名為"礦工之友"的英國專利。他將一個蛋形容器先充滿蒸汽，然後關閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中；關閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時，關閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復循環，用兩個蛋形容器交替工作，可連續排水。

薩弗里的提水機依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦井汲水，須將提水機裝在礦井深處，用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面*時無疑是困難而又危險的。

紐科門及其助手卡利在1705年發明了大氣式蒸汽機，用以驅動獨立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機。這種蒸汽機先在英國，後來在歐洲大陸得到迅速推廣，它的改型產品直到19世紀初還在製造。紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低，這主要是由於蒸汽進入汽缸時，在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，只在煤價低廉的產煤區才得到推廣。

1764年，英國的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學修理紐可門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，並於1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，並於1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。

1782年前後，瓦特將機器進一步改進，完成了兩項重要發明：在活寒工作行程的中途，關閉進汽閥，使蒸汽膨脹作功以提高熱效率；使蒸汽在活塞兩面都作功(雙作用式)，以提高輸出功率。這時的活塞既要向下拉動杠桿又要向上推動杠桿，扇形平衡杠桿和拉鏈已不再適用，瓦特使發明了平行四邊形機構。瓦特還於18世紀末將曲柄連桿機構用在蒸汽機上。

瓦特的創造性工作使蒸汽機迅速地發展，他使原來只能提水的機械，成為了可以普遍應用的蒸汽機，並使蒸汽機的熱效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽機的改良者。

自18世紀晚期起，蒸汽機不僅在采礦業中得到廣泛應用，在冶煉、紡織、機器製造等行業中也都獲得迅速推廣。它使英國的紡織品產量在20多年內(從1766年到1789年)增長了5倍，為市場提供了大量消費商品，加速了資金的積累，並對運輸業提出了迫切要求。

在船舶上採用蒸汽機作為推進動力的實驗始於1776年,經過不斷改進，至1807年，美國的富爾頓製成了第一艘實用的明輪推進的蒸汽機船"克萊蒙脫"號。此後，蒸汽機在船舶上作為推進動力歷百餘年之久。

1801年，英國的特里維西克提出了可移動的蒸汽機的概念，1803年，這種利用軌道的可移動蒸汽機首先在煤礦區出現，這就是機車的雛型。英國的斯蒂芬孫將機車不斷改進，於1829年創造了"火箭"號蒸汽機車，該機車拖帶一節載有30位乘客的車廂，時速達46公里/時，引起了各國的重視，開創了鐵路時代。

19世紀末，隨著電力應用的興起，蒸汽機曾一度作為電站中的主要動力機械。1900年，美國紐約曾有單機功率達五兆瓦的蒸汽機電站。

蒸汽機的發展在20世紀初達到了頂峰。它具有恆扭矩、可變速、可逆轉、運行可靠、製造和維修方便等優點，因此曾被廣泛用於電站、工廠、機車和船舶等各個領域中，特別在軍艦*時唯一的原動機。

原理
蒸汽機按蒸汽在活塞一側或兩側工作，可分為單作用和雙作用式；按汽缸布置方式，可分為立和卧式；按蒸汽是在一個汽缸中膨脹或依次連續在多個汽缸中膨脹，可分為單脹式和多脹式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分為迴流式和單流式；按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。

簡單蒸汽機主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機構、滑閥配汽機構、調速機構和飛輪等部分組成，汽缸和底座是靜止部分。從鍋爐來的新蒸汽，經主汽閥和節流閥進入滑閥室，受滑閥控制交替地進入汽缸的左側或右側，推動活塞運動。

蒸汽機的發展首先體現在功率和效率的提高，而這又主要取決於蒸汽參數的提高。初期蒸汽機的蒸汽壓力僅為0.11～0.13兆帕，19世紀初才達到0.35～0.7兆帕，20世紀20年代曾用到6～10兆帕。在蒸汽溫度上，19世紀末還不超過250℃，而到20世紀30年代曾用到450～480℃。

至於效率，瓦特初期連續運轉的蒸汽機，按燃料熱值計總效率不超過3％；到1840年，最好的凝汽式蒸汽機總效率可達8％；到20世紀，蒸汽機最高效率可達到20％以上。

在轉速方面，18世紀末瓦特蒸汽機僅40～50轉/分；20世紀初轉速達到100～300轉/分，個別蒸汽機曾達到2500轉/分。在功率方面，最初單機功率僅幾馬力，20世紀初的一台船用蒸汽機的功率可達25000馬力。

隨著蒸汽參數和功率的提高，蒸汽已不可能在一個汽缸中繼續膨脹，還必須在相連接的汽缸中繼續膨脹，於是出現了多級膨脹的蒸汽機。蒸汽機因受到潤滑油閃點的限制，所用蒸汽的最高溫度一般都不超過400℃，機車，船用等移動式蒸汽機還略低一些，多數不高於350℃。考慮到膨脹的可能性和結構的經濟性，常用壓力在2.5兆帕以下。蒸汽參數受到限制，從而也限制了蒸汽機功率的進一步提高。

蒸汽機的出現和改進促進了社會經濟的發展，但同時經濟的發展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求，如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對蒸汽機作過許多改進，不斷擴大它的使用范圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機和內燃機的發展，蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。

技術
鍋爐

鍋爐分兩種：

火管造型被用在早期的船隻和蒸汽機車的鍋爐中。在火管式鍋爐中，從燃燒室出來的熱煙通過煙道由煙囪排出。這種鍋爐需要一個比較高的煙囪。

水管造型的水由熱氣通過多個管道加熱。這些管道在交換器的頂部流入一個蒸汽*腔。水管鍋爐的一個重要優點是它在破壞時造成的危險比較小，原因是因為鍋爐里的水的量比較小，此外鍋爐里沒有多少會被磨損的運動的機械組成部分，一些水管鍋爐在排煙道上還有一個熱交換器來提高整個鍋爐的熱效率。

引擎
高壓蒸汽機引擎有多種造型，但最主要的是往復活塞和汽輪機。

往復式

雙動

帶壓蒸汽技術被發明後下一個重要的改進是使用雙動活塞，帶壓蒸汽在一個汽缸壓力降低到普通大氣壓或在其凝結過程中可以推動另一個汽缸。大多數往復式引擎今天使用這個技術。汽缸完全封閉來防止蒸汽逃散。一根滑桿通過一根搖臂軸和曲壁將往復運動轉換為旋轉運動。另一個曲壁和軸承用來控制閥門。

假如兩個雙動活塞同時被使用時，一般它們的曲壁的相正好差90度，這樣一個引擎在任何時候都做功。

多脹式蒸汽機
另一種蒸汽機由多個直徑不斷增大的單動汽缸組成。一般由三個汽缸組成。

從鍋爐出來的高壓蒸汽首先推動第一個和最小的一個活塞。當這個活塞開始回退時一部分擴張的蒸氣被驅入第二個汽缸推動它的活塞，這樣繼續使用在第一個汽缸膨脹的蒸汽。第三個汽缸使用在第二個汽缸中膨脹的蒸汽。

有時人們也使用兩個面積總和與最大的那個活塞的面積相同的小一些的活塞來取代最大的那個活塞，這樣的引擎可以四步工作，比較平穩。

這種蒸汽機尤其對海上的輪船非常重要，因為它的蒸汽在做功的過程中不斷減壓後可以重新進入鍋爐加熱。海上的輪船必須節約用水，因為它可能很長時間無法補充水，而陸上的蒸汽機則可以不斷加水。一直到第二次世界大戰大多數商船都使用這種蒸汽機。1905年以前所有的戰艦也使用這種蒸汽機。缺點是它的效率稍低。

單流蒸汽機
另一種往復式蒸汽機是單流蒸汽機。在這些蒸汽機中閥門由凸輪來控制。汽缸容積最小時入汽閥門打開。然後入汽閥門關閉，蒸汽膨脹。汽缸容積最大時汽缸側面的排氣閥門打開。這些排氣口與凝結腔相連，它們使汽缸內的壓力降低到大氣壓以下。軸承的慣性使活塞重新向上運動。單流蒸汽機總是組成蒸汽機組一起運行。單流蒸汽機入氣口和出氣口的溫度恆定，不象其它蒸汽機那樣不斷變化。

汽輪機
高壓汽輪機由一系列帶有螺旋槳式的槳葉的轉盤組成。這些旋輪與不動的定輪交替，定輪的作用是導引氣流的方向。這樣的蒸汽機比往復蒸汽機要平穩。

旋轉式

旋轉蒸汽機是一種比較新的蒸汽機設計。

蒸汽機驅動的運輸工具
1769年尼古拉·約瑟夫·居紐首次用他的"蒸汽車"展示了自動的蒸汽車的可行性。這輛車可以說是第一輛汽車。這輛車作為運輸工具不太有用，但用來拖農具卻很不錯。

一直到20世紀初蒸汽機汽車依然可以與其它驅動方式的汽車抗衡。今天大多數汽車是用內燃機驅動的。蒸汽機汽車最大的缺點是它至少需要30秒鍾時間來獲得足夠的壓力。

世界上第一列蒸汽機火車是1804年2月21日理查德·特拉維斯克在威爾士展示的。

優點
現代蒸汽機的最大的優點是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉化為機械能。不象內燃機那樣它對其燃料不挑剔。此外沒有蒸汽機的話原子能無法被使用。原子反應堆即不直接產生機械能，又不直接產生電能，原子反應堆實際上只是加熱水，這個水被沸騰後的蒸汽通過蒸汽機來轉化為有用的功。蒸汽不一定需要通過燃燒來產生，比如使用太陽能聚熱器也可以產生蒸汽推動蒸汽機。

另一種有類似優點的小巧的外燃機是斯特林發動機。其缺點是它在許多情況下難以運行。現代的混合動力汽車就是為了彌補這個缺點而設計的。

尤其在高山上蒸汽機機車的優點顯著，因為它們也可以在比較低的氣壓下運行。當南美洲將用柴油-電力機車取代它們的蒸汽機車後這一點就被發現了。在高山上他們不得不使用功率比較高的柴油機車。

在瑞士和奧地利新的齒軌鐵路使用現代的蒸汽機，這些蒸汽機只需要一個人來運行，比起過去的蒸汽機它節省60%的燃料，比起電力機和柴油機它輕50%，因此對齒軌的磨損小得多。在日內瓦湖上也有一艘新的蒸汽機船，它是世界上第一艘遙控的蒸汽機船。

缺點
蒸汽機的弱點是：離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性力限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

因此，拋棄了笨重鍋爐的內燃機，最終以其重量輕，體積小、熱效率高和操作靈活等優點，在船舶和機車上逐漸取代了蒸汽機。汽輪機則以其熱效率高、單機功率大、轉速高、單位功率重量輕和運行平穩等優點，將蒸汽機排擠出了電站。

接著電動機又以其使用方便，代替了蒸汽機在工業設備中的應用。然而小功率蒸汽機熱效率比汽輪機高，所以在產煤區或只有劣質燃料的地區或某些特殊場合，蒸汽機仍有發揮作用的餘地。

歷史作用
蒸汽機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業甚至社會的發展。隨著它的發展而建立的熱力學和機構學為汽輪機和內燃機的發展奠定了基礎；汽輪機繼承了蒸汽機以蒸汽為工質的特點，和採用凝汽器以降低排汽壓力的優點，摒棄了往復運動和間斷進汽的缺點；內燃機繼承了蒸汽機的基本結構和傳動形式，採用了將燃油直接輸入汽缸內燃燒的方式，形成了熱效率高得多的熱力循環；同時，蒸汽機所採用的汽缸、活塞、飛輪、飛錘調速器，閥門和密封件等，均是構成多種現代機械的基本元件。

2. 第二次工業革命前用什麼作為動力機械

蒸汽機。更准確的說，是熱力機。包括內燃機和外燃機。

3. 中國機械產業發展史

中國上海機械製造業展覽會

參展范圍：
·金屬切削機床類：
各類數控機床、加工中心、工業機器人及柔性製造單元；車床、銑床、磨床、鑽床、鏜床、制齒機床、螺紋加工機床、切割機床、專用機床、組合機床等；電加工、激光加工等特殊加工機床；
·鍛壓機床類：
液壓機、沖壓機床、剪板機、折彎機、彎管機、卷板機、效正效平機、鉚接機、壓鑄機等；
·工夾量具類：
各種刀具、工具、夾具、磨料磨具、砂輪；各種量具、測量儀器儀表、測量設備、試驗設備、三坐標測量機、探傷機、平衡機及各類檢測工具；
·數控與自動化類：
數控系統（NC、CNC、DNC、PLC）；步進、伺服驅動系統、數顯裝置、電主軸、數控刀塔、直線導軌、滾動絲桿副、計算機應用技術（CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM）；網路技術；機床電控電器、機床附件、功能部件及變頻設備；液壓、氣動、密封裝置及冷卻裝置；傳動裝置；潤滑油及冷卻液等；
·模具及材料類：
注塑機、模具設備及製造技術，模具CAD/CAE/CAM專業系統、冷沖模、塑料模、鍛壓模、壓鑄模、玻璃模、陶瓷模、粉末冶金模、模具配套件、模具材料及輔料、石墨、電極絲；
·鑄造機械：
混砂機、造型機、落砂機、拋砂機、熔化爐、拋丸機、時效設備等；
★ 塑料及橡膠原材料和添加劑；
★ 橡膠及塑料製品；
包括：各種輪胎、膠帶、膠管（含樹脂管）、膠鞋、密封製品及各種塑料製品等；
★ 塑料及橡膠注射成型生產技術及設備；
系列塑料注塑機、雙色注塑機、圓盤注塑機及橡膠注射機等；
塑料及橡膠擠出生產技術及設備；
★ 塑料發泡板材、管材（硬管、軟管、波紋管、復合管）異型材、片材、復合膜、圓絲、扁絲、電線、電
纜、混煉造粒等生產技術與設備；
塑料中空成型生產技術及設備。塑料擠出吹塑、注射吹塑、注射拉伸吹塑中空成型等生產技術與設備；
★ 塑料包裝，印刷生產技術及設備；
編織袋、水泥袋、流涎復合、真空吸塑成型、復合軟包裝、印刷分切制袋、燙金等生產技術及設備；
★ 其它：相關的生產技術及設備聚氨酯、聚苯乙烯發泡、塑料焊接、平板硫化、塑料門窗組裝、塑料地板、人造革等生產技術及設備；
★ 相關配套及各類配件，模具；
★ 密煉設備：混合機、上料器、乾燥機、破碎機、冷水機、振動器、切料機、減速機、電動機、電器元件、氣動液壓元件、加熱器螺桿機筒、模具等；

展會說明：
支持單位：德國塑料和橡膠機械製造商協會
歐洲橡膠工業製造商聯合會
德國塑料製造商聯合會
全球跨國采購中心
主辦單位：中國機械企業管理協會 中國機電流通協會
塑料和橡膠機械專委會 塑料和橡膠分會

支持單位：歐洲模具製造商聯合會 全球跨國采購中心
德國模具製造商協會 香港生產力促進局
德國機床製造商協會 漢諾威模具工商會
主辦單位：中國機械企業管理協會 中國機電產品流通協會
機床模具專委會 工模具分會
承辦單位：德國斯克特國際會展有限公司
北京科順展覽服務有限公司

4. 飛機的飛行操作系統早期的機械操作系統是靠什麼驅動

人力

5. 機械的發展簡史

人類成為「現代人」的標志就是製造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單粗糙的工具是後來出現的機械的先驅。從製造簡單工具演進到製造由多個零件、部件組成的現代機械，經歷了漫長的過程。
幾千年前，人類已創制了用於穀物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行於江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，製造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。
人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。古埃及第十八王朝勒克米爾（Rekhmir,約公元前1450年）已有用以冶鑄用的罐狀鼓風器。在中國，公元前1000～前900年有了冶鑄用的鼓風器，並逐漸從人力鼓風發展到畜力和水力鼓風。
15～16世紀以前，機械工程發展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發展方面還是積累了相當多的經驗和技術知識，成為後來機械工程發展的重要潛力。17世紀以後，資本主義在英、法和西歐諸國出現，商品生產開始成為社會的中心問題。
18世紀後期，蒸汽機的應用從采礦業推廣到紡織、麵粉、冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械製造工業開始形成，並在幾十年中成為一個重要產業。
機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發展成為一門有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命，以及資本主義機械大生產的主要技術因素。
動力是發展生產的重要因素。17世紀後期，隨著各種機械的改進和發展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產提高到一個新的階段。
在英國，紡織、磨粉等產業越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產需要下，18世紀初出現了紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用於煤礦。
1765年，瓦特發明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發明和發展，使礦業和工業生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統等體積龐大、笨重，應用很不方便。
19世紀末，電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機已在工業生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產發揮作用。
發電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統的蓬勃發展。
19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易於操縱、並可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以後又用於汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用於鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以後發明的燃氣輪機、噴氣發動機的發展，是飛機、航天器等成功發展的基礎技術因素之一。
工業革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工製成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以製造儀器、鎖、鍾表、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發展到以鋼為主。
機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切削加工技術和機床、刀具、量具等，得到迅速發展，保證了各產業發展生產所需的機械裝備的供應。
社會經濟的發展，對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術的進展，促進了大量生產方法的形成，如零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等。
簡單的互換性零件和專業分工協作生產，在古代就已出現。在機械工程中，互換性最早體現在莫茨利於1797年利用其創制的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示了互換性的可行性和優越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成了所謂「美國生產方法」。 20世紀初期，福特在汽車製造上又創造了流水裝配線。大量生產技術加上泰勒在19世紀末創立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想像的高度。
20世紀中、後期，機械加工的主要特點是：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度；利用數控機床、加工中心、成組技術等，發展柔性加工系統，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近於大量生產的水平；研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。
18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械製作，與科學幾乎不發生聯系。到18～19世紀，在新興的資本主義經濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產，而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識，他們之間的交流和互相啟發取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。
動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發明人薩弗里、瓦特，應用了物理學家帕潘和布萊克的理論；在蒸汽機實踐的基礎上，物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學——熱力學。內燃機的理論基礎是法國的羅沙在1862年創立的；1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創造的粗陋笨重、雜訊大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發展，而理論也在實踐中得到改進和提高。
早在公元前，中國已在指南車上應用復雜的齒輪系統，在被中香爐中應用了能永保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關於齒輪傳動瞬時速比與齒形的關系和齒形曲線的選擇，直到17世紀之後方有理論闡述。
手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構學的成就。機構學作為一個專門學科，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構，包括復雜的空間連桿機構的運動，並進而能按需要綜合出新的機構。
機械工程的工作對象是動態的機械，它的工作情況會發生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預見；實際應用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差等等。
與以靜態結構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結合實踐經驗進行工作。設計計算多依靠經驗公式；為保證安全，都偏於保守，結果製成的機械笨重而龐大、成本高、生產率低、能量消耗很大。
從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數學方法的發展，使設計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀，出現各種實驗應力分析方法，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。
20世紀後半葉，有限元法和電子計算機的廣泛應用，使得對復雜的機械及其零件、構件進行力、力矩、應力等的分析和計算成為可能。對於掌握有充分的實踐或實驗資料的機械或其元件，已經可以運用統計技術，按照要求的可靠度，科學地進行機械設計。

6. 古代機械史的發展

公元前三千年以前(史前期)，人類已廣泛使用石制和骨制的工具。搬運重物的工具有滾子、撬棒和滑橇等，如古埃及建造金字塔時就已使用這類工具。公元前3500年後不久，古巴比倫的蘇美爾已有了帶輪的車，是在橇板下面裝上輪子而成。
史前期的重要工具有弓形鑽和制陶器用的轉台。弓形鑽由燧石鑽頭、鑽桿、窩座和弓弦等組成。往復拉動弓便可使鑽桿轉動，用來鑽孔、擴孔和取火。弓形鑽後來又發展成為弓形車床，成為更有效的工具。
埃及第三至第六王朝(約公元前2686～前2181)的早期，開始將牛拉的原始木犁和金屬鐮刀用於農業。銅制工具的製造多用鍛打法。約公元前2500年，歐亞之間地區就曾使用兩輪和四輪的木質馬車。埃及古代墓葬中曾發現公元前1500年前後的兩輪戰車。敘利亞在公元前1200年製造了磨穀子用的手磨。
在建築和裝運物料過程中，已使用了杠桿、繩索滾棒和水平槽等簡單工具。滑輪最早出現於公元前8世紀，亞述人用作城堡上的放箭機構。絞盤最初用在礦井中提取礦砂和從水井中提水。這時，埃及的水鍾、虹吸管、鼓風箱和活塞式唧筒等古代水力機械也得到初步的發展和應用。
公元前六百年至公元四百年的古希臘和古羅馬被稱為古典文化時期。這一時期在古希臘誕生了一些著名的哲學家和科學家，他們對古代機械的發展作出了傑出的貢獻。
如學者希羅關於五種簡單機械(杠桿、尖劈、滑輪、輪與軸、螺紋)推動重物的理論，至今仍有意義。這一時期木工工具有了很大改進，除木工常用的成套工具如斧、弓形鋸、弓形鑽、鏟和鑿外，還發展了球形鑽、能拔鐵釘的羊角錘、伐木用的雙人鋸等。廣泛使用的還有長軸車床和腳踏車床，用來製造傢具和車輪輻條。腳踏車床一直延用到中世紀，為近代車床的發展奠定了基礎。
沖制錢幣也是這一時期金屬加工方面的一大成就，是現代成批生產技術的萌芽。但隨著羅馬帝國的滅亡，這種技術失傳了幾百年。
約在公元前一世紀，古希臘人在手磨的基礎上製成了石磨。這是機械和機器方面的進步。約在同時，古羅馬也發展了驢拉磨和類似的石輪磨。
齒輪系在歐洲最早的應用是裝在戰車用來記錄行車里程的里程計上。杠桿原理在機械上的應用此時已較普遍，如用在建築上起吊重物的滑車和復式滑車。馬車和戰車也有了改進。
這時期在古代水力機械方面的發展是，首先擴大了桔槔式提水工具和吊桶式水車的使用范圍；創造了渦形輪和諾斯水磨等新的流體機械，前者靠轉動螺紋形桿，將水由低處提到高處，主要用於羅馬城市的供水，後者用來磨穀物，靠水流推動方葉輪而轉動，其功率不到半馬力。功率較大的有維特魯維亞水磨，水輪靠下沖的水流推動，通過適當選擇大小齒輪的齒數，就可調整水磨的轉速，其功率約三馬力，後來提高到五十馬力，成為當時功率最大的原動機。
利用活塞和氣缸製成的壓力泵和吸水泵，在此時期也有發展。最早出現的是用來滅火的菲羅壓力泵，後來又有了從井中提水的吸水泵和壓力泵，以及羅馬人用於滅火的雙筒柱塞泵。
熱力機械這時主要是作為希臘學者和哲學家們的玩物而出現的。在公元一世紀，希羅的汽轉球(又叫風神輪)就是一例。汽轉球下部的蒸鍋盛水，其上用支管連接著一隻空心球。球上有兩支方向相反的切向噴口。當鍋下燒火、球內的水沸騰變成蒸汽噴出時，如產生的噴氣反作用推力足夠大，便會推動球體不斷轉動。汽轉球作為第一個把蒸汽壓力轉化為機械動力的裝置而聞名於世，它也許是最早應用噴氣反作用原理的裝置。
公元400～1500年時期屬於中世紀，1000年以前為中世紀的前期，1000～1500年為後期，以後的250年為臨近工業革命時期。
中世紀的前期延綿約600年，機械技術的發展因古希臘和羅馬的古典文化處於消沉而陷於長期停頓。後期，隨著農業和手工業的發展，意、法，英等國相繼興辦大學，發展自然科學和人文科學，培養人才，同時又吸取了當時中國、阿拉伯和伊斯蘭帝國的先進科學技術，機械技術開始恢復和發展。
首先在西歐開始用煤冶煉生鐵，製造了大型鑄件。隨著水輪機的發展，已有足夠的動力來帶動用皮革製造的大型風箱，以獲得較高的熔化溫度，鑄造大炮和大鍾的作坊逐漸增多，鑄件重量漸漸增大。在農業方面創造出裝有曲凹面犁板的犁頭，以取代羅馬時代的尖劈犁頭。
這個時期還出現了手搖鑽，其構造表明，曲柄連桿機構的原理已用於機械。加工機械方面出現了大輪盤的車床。12世紀和13世紀後半期，先後出現了裝有繩索擒縱機構的原始鍾和天平式的鍾。天平式的鍾是第一種實際應用的機械式的鍾，其中裝有時針和秒針，表明時鍾齒輪系有了進一步的發展，在15世紀的歐洲家庭中已得到較為普遍的應用。
表是公元1500年前開始製造的。重要的改進是用螺旋彈簧代替重物以產生動力，此外還加了棘輪機構。機械式鍾表創造的成功，不僅為現代文明所必需，也推動了精密零件的製造技術。機械式鍾表後來又得到全面改進，如單擺式時鍾取代了原來的天平式時鍾。1676年，英國為格林威治天文台製作了擺長不同的兩種精密時鍾。這時期的懷表採用雙金屬條，解決了平衡輪的溫度補償問題。
在古代水力機械方面，出現了下沖或上沖式水輪機(水磨)，以及風磨和風輪機。水平下沖式水輪機是由早期水磨改進而成的，到12、13世紀已用作采礦、粉碎、冶煉等作業的動力。這種水輪機經過改進後，於14世紀又發展成為大型上沖式水輪機，用於提升礦石。這一時期西歐在水力利用方面有很大進展，水輪機作坊迅速增加。
公元1500～1750年，機械技術發展極為迅速。材料方面的進展主要表現在用鋼鐵、特別是用生鐵代替木材製造機器、儀器和工具。同時，為了解決采礦中的運輸問題，在1770年前後，英國發展了馬拉有軌貨車。先是用木軌，後又換成鐵軌。
這一時期工具機也獲得了不少成就，比如製造出水力輾軋機械和幾種機床，如齒輪切削機床、螺紋車床、小型腳踏砂輪磨床及研磨光學儀器鏡片的拋光機等。水泵在此時期也有了發展，它主要用於解決當時礦井排水和城市供水問題，包括礦井排水泵、正向旋轉泵(1588)和離心泵(1689)等。
這時義大利發明了水壓空氣壓縮機(俗稱水風箱)，它可用作熔煉鋼鐵的鼓風機，以取代舊式的皮老虎。1759年又出現了大型鼓風機。風力機械如風磨的應用也更廣泛，數量增加，僅英國就已有數千台之多，用於磨粉、泵水和鋸木。
在動力機械方面，1698年，英國的薩弗里製造的礦井蒸汽水泵，被稱為「礦工之友」，它開創了用蒸汽作功的先河。1705年，英國的紐科門發明大氣式蒸汽機，它雖然很不完善，但卻是第一台工作比較可靠的蒸汽機，主要用於提水，功率可達六馬力，這種蒸汽機在1750在前已在歐洲推廣，後來又傳到美國。
這一時期，在歐洲誕生了工程科學。許多科學家，如牛頓、伽利略、萊布尼茲、玻意耳、胡克等，他們為新科學奠定了多方面的理論基礎。
為了鼓勵創造發明，義大利和英國分別在1474和1561年建立了專利機構。十七世紀60年代還建立了科學學會，如英國皇家學會。英國於1665年開始出版科學報告會文獻，法國約於同時建立了法國科學院。俄、德兩國也分別於1725和1770年建立了俄國科學院和柏林科學院。這些學術機構沖破了當時教會的禁錮展開自由討論，交流學術觀點和實驗結果，因而極大的促進了科學技術以及機械工程的發展。

7. 不明白早期的車子用蒸汽怎麼能推動車子

蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動力機械。蒸汽機需要一個使水沸騰產生高壓蒸汽的鍋爐，這個鍋爐可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至可燃垃圾作為熱源。蒸汽膨脹推動活塞做功。
朗肯循環是蒸汽機的基本熱力學循環，其中用到了在簡易發電設備中常用的元件，並且用到了水的相變化（將水煮沸產生水蒸汽，將水蒸汽冷凝產生液態水）來實現熱和功的轉換。熱能由外界加入此封閉工質迴路中，廢熱會由冷凝器排出。幾乎所有的發電應用都是使用朗肯循環。
在1990年代，世界上約90%的電力是由朗肯循環產生的，幾乎包括了所有使用太陽熱能、生質能、火力、核能的發電廠。朗肯循環得名自蘇格蘭的博學家威廉·約翰·麥誇恩·蘭金。

8. 求螺旋彈簧在早期機械中的應用，強調是早期！胡克前後的，我知道的是鍾表就不必提了，謝謝！

彈簧早期的運用局限於蓄能，從這個角度去想他可能的實際運用吧，這種事情似乎不會計入史冊的，後期運用
1.測量功能
我們知道，在彈性限度內，彈簧的伸長（或收縮）跟外力成正比。利用彈簧這一性質製成彈簧秤。
2.緊壓功能
觀察各種電器開關會發現，開關的兩個觸頭中，必然有一個出頭裝有彈簧，以保證兩個出頭緊密接觸，是導通良好。如果接觸不良，接觸處的電阻變大，電流通過時產生的熱量變大，嚴重時還會是接觸處的金屬融化。卡口燈頭的兩個金屬柱都裝有彈簧也是為了接觸良好；至於螺口燈頭的中心金屬片以及所有插座的接插金屬片都是簧片，其功能都是使雙方緊密接觸，以保持到同良好。在何時磁帶中，有一塊磷青銅的簧片，利用它彎曲形變時產生的彈力使磁頭與磁帶密切接觸。在訂書機中有一個長螺旋彈簧它的作用一方面是頂緊釘書釘，另一方面是當最前面的釘被推出後，可以將後面的釘送到最前面以備釘舒適推出，這樣，就能自動的將一個個釘推到最前面，直到釘全部推出為止。許多機器自動供料，自動步槍中的子彈自動上膛都靠彈簧的這種功能。此外，象夾衣服的夾子，圓珠筆，鋼筆套上的夾片都利用彈簧的緊壓功能夾在衣服上。
3.復位功能
彈簧在外力作用下發生形變，撤去外力後，彈簧就能恢復狀態。很多工具和設備都是利用彈簧這一性質來復位的。例如，許多建築物大門的合頁上都裝了復位彈簧人們進出後，門會自動復位。人們還利用這一功能製成了自動傘、自動鉛筆等用品，十分方便。此外，各種按鈕和按鍵也少不了復位彈簧。
4.帶動功能
機械鍾表，發條玩具都是靠上緊發條帶動。當發條被上緊時發條產生彎曲形變，存儲一定的彈性勢能。釋放後，彈性勢能轉變為動能，通過傳動裝置帶動轉動。在玩具槍和發令槍和軍用槍支也是利用彈簧的之一性質工作的。
5.緩沖功能
在機車汽車車架與車輪之間裝有彈簧，利用彈簧的彈性來減緩車輛的顛簸。
6.振動發聲功能
當空氣從口琴，手風琴中的簧孔中流動時，沖擊簧片，簧片震動發出聲音。

9. 第一次工業革命的主要發明

1、飛梭

飛梭實際上是安裝在滑槽里帶有小輪的梭子，滑槽兩端裝上彈簧，使梭子可以極快地來回穿行。所以飛梭的發明使織布速度變快。它大大提高了織布效率。

飛梭於1733年被鍾表匠約翰·凱伊發明，大大提高了織布效率，也刺激了對棉紗的需求。

2、珍妮機

18世紀中期，大英帝國商品越來越多地銷往海外，手工工場的生產技術供應不足。為了提高產量，人們想方設法改進生產技術。在棉紡織部門，人們先是發明了一種叫飛梭的織布工具，大大加快了織布的速度，也刺激了對棉紗的需求。

18世紀60年代，織布工詹姆士·哈格里夫斯發明了「珍妮機（Spinning Jenny）」的手搖紡紗機。「珍妮機」一次可以紡出許多根棉線，極大地提高了生產率。

3、水力織布機

英國紡紗業的大發展，使織布業反倒顯得落後了。1785年，理發匠卡特萊特發明水力織布機，使織布工效提高了四十倍。到1800年，英國棉紡業基本實現了機械化。

紡紗機、織布機由水力驅動，使工廠必須建造在河邊，而且受河流水量的季節差影響，造成生產不穩定，這就促使人們研製新的動力驅動機械。

1785年，瓦特的改良蒸汽機開始用做紡織機械的動力，並很快推廣開來，引起了第一次技術和工業革命的高潮，人類從此進入了機器和蒸汽時代。到1830年，英國整個棉紡工業已基本完成了從工場手工業到以蒸汽機為動力的機器大工業的轉變。

4、蒸汽輪船

蒸汽輪船是用蒸汽機作動力的機械推進船舶。蒸汽機的出現使船舶動力發生了革命性變化，從而完成了船舶動力的革命。船舶的推動力從人力、自然力轉變為機械力，船舶用蒸汽機提供的巨大動力，使人類有可能建造越來越大的船，運載更多的貨物。

真正解決船用蒸汽機的是詹姆斯·瓦特。他在1765年發明了雙缸蒸汽機。1768年他與英國伯明翰輪機廠的老闆馬修·博爾頓合作，專門研製了一台用於船舶推進的特殊用途的蒸汽機，這就是世界上早期蒸汽機船上普遍使用的博爾頓--瓦特發動機，船舶用上了蒸汽機，出現了蒸汽機輪船。

5、瓦特改良蒸氣機

1764年，英國的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學修理紐可門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，並於1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，並於1769年取得了英國的專利。

初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。