
中國(guó)機(jī)械發(fā)展史
中國(guó)是世界上機(jī)械發(fā)展最早的國(guó)家之一。中國(guó)的機(jī)械工程技術(shù)不但歷史悠久,而且成就十分輝煌,不僅對(duì)中國(guó)的物質(zhì)文化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的促進(jìn)作用,而且對(duì)世界技術(shù)文明的進(jìn)步做出了重大貢獻(xiàn)。 中國(guó)機(jī)械發(fā)展史可分為傳統(tǒng)機(jī)械時(shí)期和現(xiàn)代機(jī)械時(shí)期。
(一)傳統(tǒng)機(jī)械時(shí)期
這一時(shí)期是中國(guó)機(jī)械發(fā)展的第一個(gè)時(shí)期,石器的使用標(biāo)志著這一時(shí)期的開始。這是一個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)期,經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。
第一個(gè)階段相當(dāng)于舊石器時(shí)代。這一階段的工具主要用石料和木料制作,同時(shí)也有一些骨制工具。這一階段后期出現(xiàn)了磨制的石器,使工具的形狀趨于合理。弓箭的出現(xiàn)表明這時(shí)的機(jī)械技術(shù)已有了一定的水平。
第二個(gè)階段相當(dāng)于新石器時(shí)代。這一階段對(duì)石器的選擇、切割、磨制和鉆孔等都有了一定的要求。這時(shí)還出現(xiàn)了原始紡織機(jī)、制陶轉(zhuǎn)輪等較復(fù)雜的機(jī)械,反映了這一階段機(jī)械的發(fā)展水平有了顯著的提高。
第三個(gè)階段大約從新石器時(shí)代末期到西周時(shí)期。從動(dòng)力方面看,這一階段已經(jīng)開始使用畜力和風(fēng)力作為原動(dòng)力。農(nóng)業(yè)機(jī)械的種類更多,還出現(xiàn)了桔槔、轆轤等復(fù)合機(jī)械工具。商代青銅工具和器械開始得到較廣泛的應(yīng)用,到西周時(shí)期,青銅冶鑄技術(shù)達(dá)到了高潮。青銅器的出現(xiàn)標(biāo)志著一種新的機(jī)械技術(shù)和制造工藝的誕生。青銅冶鑄工藝在這一階段經(jīng)歷了由低級(jí)到高級(jí)逐漸成熟的過(guò)程。商中期已廣泛使用分鑄法等先進(jìn)工藝。這一階段后期,陶范熔鑄技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。
總的來(lái)看,這一時(shí)期在動(dòng)力方面由只利用人力發(fā)展為人力、畜力等并用。在材料方面由以石質(zhì)材料為主發(fā)展為以木、銅質(zhì)材料為主。在結(jié)構(gòu)方面由簡(jiǎn)單工具發(fā)展為復(fù)合工具和較為復(fù)雜的機(jī)械。在原理方面從杠桿、尖劈等原理的利用發(fā)展為對(duì)慣性、摩擦、彈性和重力等原理的利用。在制造工藝方面經(jīng)歷了由石器制造工藝向銅器和其他機(jī)械工藝的轉(zhuǎn)變。這些情況說(shuō)明在這一時(shí)期中國(guó)傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)已經(jīng)形成并有了一定的發(fā)展。
從春秋時(shí)期開始,我國(guó)傳統(tǒng)機(jī)械的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。這一時(shí)期鐵器開始得到使用,使古代機(jī)械在材料方面取得了重大突破。鋼鐵技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展為制造高效生產(chǎn)工具提供了條件。隨著鋼鐵技術(shù)的產(chǎn)生、鑄造、鍛造和柔化處理等機(jī)械熱加工技術(shù)在這一時(shí)期
得到了迅速發(fā)展。從春秋時(shí)期開始,就已用生鐵來(lái)鑄造多種機(jī)械,特別是農(nóng)業(yè)機(jī)械。這一時(shí)期鍛造工藝有了新的發(fā)展,許多工具都是用鍛造方法制成的。戰(zhàn)國(guó)早期就已出現(xiàn)鑄鐵柔化處理技術(shù),到東漢末期,大多數(shù)鑄造的機(jī)械工具都經(jīng)過(guò)了柔化處理。
在動(dòng)力方面,這一時(shí)期除使用前面的動(dòng)力外,開始利用水力為機(jī)械的原動(dòng)力,出現(xiàn)了一些水力機(jī)械。在結(jié)構(gòu)原理方面也有新的突破。在不少機(jī)械上出現(xiàn)了齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)等復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。水排、水碓、指南車以及渾天儀、地動(dòng)儀等機(jī)械的出現(xiàn)反映了這一時(shí)期的機(jī)械在結(jié)構(gòu)原理方面已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。
這一時(shí)期的農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展很快,出現(xiàn)了三腳樓這樣的重要播種機(jī)械。還發(fā)明了高效糧食加工機(jī)械—風(fēng)扇車。磨、碓等谷物加工機(jī)械都已出現(xiàn),并有了很大的發(fā)展。東漢時(shí)期還出現(xiàn)了用了齒輪傳動(dòng)的連磨和用水力推動(dòng)的槽碓和水碓。西漢時(shí)期已有犁壁出現(xiàn),到東漢時(shí)期犁的結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本定型。在紡織機(jī)械方面出現(xiàn)了手搖紡車、布機(jī)和提花機(jī)等重要機(jī)械。這一時(shí)期的造船技術(shù)已比較發(fā)達(dá),櫓、舵、帆等部件逐漸完善了起來(lái),并且能夠制造大型的樓船和戰(zhàn)船。
在這一時(shí)期,生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械系統(tǒng)有了很大的變化。許多機(jī)械已用自然力代替人力作為
原動(dòng)力。對(duì)機(jī)械的操作開始由直接操作向間接操作轉(zhuǎn)變。動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳輸開始由機(jī)械本身來(lái)完成。對(duì)機(jī)械的控制開始由人的直接控制向間接控制發(fā)展。水排、水碓和馬排等機(jī)械具備了機(jī)器的基本組成要素,都已具有原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)。
唐末時(shí)期機(jī)械制造已有較高水平。如西安出土的唐代銀盒,其內(nèi)孔與外圓的不同心度很小,子母口配合嚴(yán)緊,刀痕細(xì)密,說(shuō)明當(dāng)時(shí)機(jī)械加工精度已達(dá)到新的水平。
在運(yùn)輸工具方面,人力和水力并用,在技術(shù)上有進(jìn)一步發(fā)展。南朝齊祖沖之所造日行百里的所謂千里船和南朝粱侯景軍中的160槳快艇,都是人力推進(jìn)的快速艦艇,南北朝時(shí)期出現(xiàn)了車船。唐代的李皋對(duì)車船的改進(jìn)起了承前啟后的作用。
水力機(jī)械也有新的進(jìn)展,唐代已有筒車,從人力提水發(fā)展為水力提水。南末末期又創(chuàng)造出先進(jìn)的水轉(zhuǎn)大紡車,三摧、五摧(錠)手搖紡車曾是當(dāng)時(shí)世界上比較先進(jìn)的人力紡紗機(jī)具。元代薛景石所著《梓人遺制》是木工名家總結(jié)親身經(jīng)驗(yàn)之作,并詳細(xì)記述了當(dāng)時(shí)通行的紡織機(jī)具和車輛,以古代著名的木制機(jī)械技術(shù)專著而留世。