一堂生动的机械基础课

2012年4月，一部饱含着所有机器人粉丝回忆的好莱坞大片《变形金刚3》让全世界的变形金刚迷重新苏醒，汽车扮演的角色在影片中眩目出场，让我们在领略三维特效所营造出的视听震撼的同时，也都拜倒在机械文明的脚下。毫无疑问，汽车人的一代领袖擎天柱是最具人气的变形金刚，他稳重、睿智、勇敢和富于同情心的个性深得众粉丝的爱戴。而在这部电影中，擎天柱不管是18个车轮的载重汽车造型，机器人形，还是变形过程都给人留下深刻的印象。由于设计和制造水平的限制，我们还无法加工这样的机械。但是，对于一般的通用机械，通过学习，我们是可以设计加工这些通用的机械的。要达到真正能够设计一般的通用的机械，还有多远呢？还有一步之遥。这一步之遥是多少？就是我们今天要学习的这门课程——机械设计基础。

下面，我们就从绪论开始学习。机械设计基础，顾名思义研究对象就是机械的。大家在生活中接触到了许许多多的机械，那大家能不能举出几个机械的实例来呢？机械的种类还有很多。到底什么是机械呢？广义地说，任何简单的工具都是机械。从这个角度上来说，170万年前元谋人所使用的石器就是最早的机械，由此拉开了机械史的序幕。随着人类社会的进步，人们逐渐创造出了各种多件实物的组合体，用来减轻或者替代人类的劳动。而从制造简单工具演变到制造多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程。机械由简单到复杂的发展过程一般可分为原始机械、传统机械和现代机械三个阶段。

一、原始机械

在远古时代，人类就创造并使用了杠杆、滑轮、斜面、螺旋等简单机械。当人类从石器时代进入青铜时代，再进而到铁器时代，用来吹旺炉火的鼓风器的发展起了重要作用。有足够强大的鼓风器，才能使冶金炉获得足够高的炉温，才能从矿石中炼得金属。在中国，古代使用的水排就是利用水力鼓风炼铁，其中应用了齿轮和连杆机构。

在西汉时期，中国还发明了指南车。指南车是我国古代的文化瑰宝之一，是古代科技成果的杰出代表。在车子行驶的过程中，无论车子如何转向，车上小人的手始终指向南方。它巧妙地采用了一个自动离合的齿轮系统，通过这个齿轮系统来实现指南的动作。这一发明充分体现了古人伟大的智慧，是中国人民的骄傲。动力是发展生产的重要因素，原始机械的动力不外乎就是人力、畜力和水力，它的功能就是减轻人的体力劳动。

二、传统机械

随着各种机械的改进和发展，随着煤和金属矿石需求量的逐年增加，人们感到依靠人力和畜力不能将生产提高到一个新的阶段。于是，1765年瓦特发明了蒸汽机，揭开了第一次工业革命的序幕。

蒸汽机的出现给人们带来了强大的动力，各种由动力驱动的产业机械——纺织机、车床等如雨后春笋般出现。由于蒸汽机无法实现小型化，所以在当时的工厂里都采用集中驱动的方式。又由于蒸汽机及其锅炉等体积庞大笨重，应用很不方便。于是在19世纪末，随着第二次工业革命的到来，人们发明了电动机和内燃机。20世纪初，电动机已在工业生产中取代了蒸汽机，在机床和纺织机上都安装了独立的电机。而内燃机的出现为汽车、飞机的出现提供了可能性。与原始机械相比，传统机械有了自己的心脏—动力驱动，其功能不仅可以减轻人的体力劳动，而且可以替代人的体力劳动。

三、现代机械

20世纪后半叶，计算机技术的发明是科学发展史上划时代的大事。随着计算机和伺服电机的出现，机器人作为现代机器的代表登上了历史的舞台。这是本田公司研制出的Manoi机器人，他是类人型的机器人，有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足，有一定的语言功能，可以动态步行，甚至可以跳舞，俨然成了一个街舞大师。

现代机械与传统机械和原始机械相比，具有自己的大脑——控制系统，其功能不只是替代人的体力劳动，而且可以替代人的脑力劳动。

机械的发展呼唤着机械设计及理论的发展。在当代，随着机械工业的发展，各种学科、各种知识与传统的机械设计及理论相结合形成了许多新的设计方法。首先是可靠性设计，产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定功能的能力。通过采用可靠性设计，可以提高产品的可靠性，防止故障和事故的发生。其次是绿色设计，近年来，绿色设计、绿色产品、绿色食品、绿色工业等等这些名词在各个行业中为人们所耳熟能详，“绿色”也成为产品时代的特征之一。

（作者单位 第二炮兵工程大学士官职业技术学院）

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