航空航天器械不允许拧错一个螺丝钉,那不恐惧吗?

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kanwenda
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楼主

知乎莫明其妙经常给我推那个问题...题主问得也很笼统,不外我能理解题主的设法。

当然十分恐惧,那申明机械工业的开展底子不是一簇而就的。在现代,一个常见民用飞机,不只需要常人无法想象的常识量,并且需要和长时间的手艺积累。

如今习认为常的工具,可能是前辈霸占了良多年的难关——不只是手艺难关,还有办理难关、财产构造的难关、资金难关、政策难关以至是专利难关等等。一个很好的新手艺常常因为生不逢时、无法缔造效益而被裁减。

简单枚举下传统机械的汗青开展,就能体味到现代机械工业的来之不容易了,也能理解题主说的“恐惧感”。为了有个曲不雅的时间感触感染,“18世纪”会用“17xx”那种写法取代。

文艺复兴

文艺复兴期间人们已经起头研究简单机械了,代表人物当然是达芬奇(其别人的工做可能只是没记录下来罢了...)。他的工做过分超前,更多是概念和想象,所以在其时很少有实物做出。

1490年前后,达芬奇曾绘造过车床、镗床、螺纹加工机床、内圆磨床等概念草图,此中已有曲柄、飞轮、顶尖、轴承等零件。1490年后,他阐述的机械著做从米兰问世。

1496年,达芬奇造做了他的第一部飞翔器,试验以失败了结。

14xx年,意大利人就创造了悬臂式起重机,并配有滑轮。

第一次工业革命前

15xx中叶,瑞士日内瓦呈现了钟表造造业,揭开近代欧洲机械工业序幕。呈现了人力的螺纹和齿轮机床,并培育了一多量机械技师:蒸汽机、纺织机、蒸汽汽船的创造者青年时代都做过钟表匠。

1588年,英国击败西班牙无敌舰队,起头扩张殖民地、逐步成为日不落帝国。同年,扭转泵呈现,水利成为工业的次要动力。

1600年,伽利略在《On Mechanics》中总结了简单机械完好的力学理论,是理解“简单机械只能传递能量而不克不及缔造能量”的第一人。

1638年,伽利略在尝试根底上初次提出梁的强度计算公式,那是质料力学的初步。

1640年,英国资产阶级革命

1653年,德国人O.Guericke做了马德堡半球尝试,证了然大气压力的庞大力量

1660年,英国人波意耳(R. Boyle)指出,“加热的气体压力会升高,若将那些气体释放出来,则能够驱动一台机器”。启发了蒸汽机的创造。

1678年,胡克提出胡克定律,是弹性力学的萌芽。

1687年,牛顿创建典范力学。

1688年,英国成立君主立宪造国度,起头持久连结不变开展

1689年,离心水泵呈现,此时水力仍然是工业的次要动力。

第一次工业革命

1690年,法国物理学家D. Papin在德国造成第一个尝试性蒸汽机。

1698年,英国矿山技师T. Savery造造了一台蒸汽水泵,并贸易化消费近百年。

1699年,法国科学家G. Amontons再次发现达芬奇记录但未颁发的摩擦古典定律。

1712年,英国铁匠T. Newcomen参考前辈的工做,创造了大气压蒸汽机,应用于矿井排水和农田灌溉。

三个蒸汽机奠定者的创造效率都十分低下,并且只能输出往复运动、无法输出扭转运动。

173x年,英国工人J. Kay创造了飞梭织布机,大大进步织布机的效率;60年代,飞梭织布机获得大量应用,那使适当时效率低下的纺纱酿成造约消费的关键问题

1740年,欧洲人创造了坩埚炼钢法,但是产量很低;26年后的1766年,搅炼法被创造出来,能够在火焰炉中炼出能够锻造的钢,该法沿用近百年。

1751年,英国皇家学会赏格纺纱机械的改良;13年后的1764年,纺织工J. Hargreaves创造了珍妮纺纱机,使手工消费的效率进步10倍,能够同时纺出8股纱线。5年后,英国人R. Arkwright创造了水力纺机,他是世界上第一台“大机器”,沿用了半个世纪。

珍妮纺织机几乎标记着第一次工业革命的起头。尔后,纺纱与织布两种机械轮流改良,使英国纺织业称为世界第一大轻工业。

1759年,瓦特起头了他的持续输出!开展了一系列改良蒸汽机的试验。10年后的1769年,瓦特从T. Newcomen创造的大气压蒸汽机的根底上,增加了零丁的冷凝器,降低了热量浪费,进步了效率,并造成一台高效率蒸汽机样机。

1765年,欧拉研究了齿轮啮合的瞬时传动比,初次提出了用渐开线做为齿轮齿廓。

1770年,瓦特创造了螺旋测微器,精度到达0.014mm。

1774年,英国人J. Wilkinson创造了镗床,次要用于加工瓦特的蒸汽机气缸。它能够在加工1270mm曲径缸体时包管1.59mm的公役(等效如今IT13的精度)。

1782年,之前瓦特不断想用曲柄滑块机构使蒸汽机输出扭转运动,然而因为被他人抢先了专利,所以无法利用。所以曲到1782年,才末于用行星齿轮实现了输出扭转运动的蒸汽机。并在同年做出了双向气缸、从低压蒸汽改为高压蒸汽等改进,效率飞跃。

1782年摆布,在企业家伴侣M. Boulton的建议下,瓦特增加了离心式调速器,使蒸汽机驱动火车、汽船、机床成为了可能。那是主动控造最出名的早期应用,并在一百年后引发了有关系统不变性的研究。不外,现实上16xx年那种调速器就被创造出来了。

1794年,曲柄滑块机构专利到期,瓦特才实现了曲柄滑块机构的蒸汽机。蒸汽机的创造从1690年Papin的试造起头,持续了104年。

蒸汽机的利用鞭策了对煤炭的需求,同时增加了高炉炼铁的容量和冶炼温度,使得铁的量量产量大幅进步。那一切都鞭策了人们对机器的沉沦和热情。

1797年,英国工程师莫兹利(H. Maudslay)创造了丝杠传动车床,用刀架加持刀具,刀架拆在溜板上,并用主轴驱动丝杠切确定位溜板,实现螺纹的切确加工。三年后接纳了交换挂轮,能够改动螺纹螺距。

莫兹利不是创造车床的人,但他的工做使得车床在近代工业中被普遍应用。现实上,从螺纹切削机床起头,才降生了近代的机械车间,并催生了近代造造业,使英国成为第一个世界工场。

18xx初,莫兹利初创了螺纹参数的尺度化(第一个企业尺度),并与其学生造做了千分卡尺,使他的企业消费出的零件精度远高于行业程度(那申明加工精度来源于丈量手艺啊)。

1800年摆布,美国人惠特尼(E. Whitney)接过了军方的15000收步枪的订单,他设想了大量的公用机床,创造了快速查验的样规取代卡尺查验,大量利用夹具,开启了互换性消费。他在1801年拿着10收步枪去美国国会演出,工人能够随意用零件组拆起步枪,让在场的人大吃一惊。

1801年,法国纺织工J. Jacquard创造了程控主动编织机,能够用穿孔卡片控造纺织品的斑纹(最早的机械版数控系统??)。因为遭到织工威胁,那种机器在10年后才投放市场,从此丝绸不再豪侈。

1804年,英国工程师R. Trevithick设想了第一台铁路蒸汽机车,但负荷只要15吨、速度仅8km/h,该功效未被重视。R. Trevithick也死于贫病交加。

1807年,美国人R. Fulton创造了蒸轮船,其蒸汽机从英国进口,从哈德逊河上飞行。

1814年,英国工程师史蒂文森(G.Stephenson)设想了他的蒸汽机车并试运行胜利。他后来称为英国机械工程师学会的第一任主席。

1816年,苏格兰牧师斯特林(R. Stirling)提出斯特林轮回(两个等温过程、两个等容过程),最后用于热力策动机其实不胜利,但是鞭策了1860年A.Krik操纵逆斯特林轮回造成胜利的造冷机。

1817年,莫兹利的学生R. Roberts创造了能够改动车床主轴转速的机构。同年创造了龙门刨床,那工具是工业母机,用来消费高精度的重型机床。

1814-1818年,有良多工程师同时停止着铣床的开发,铣床是其时机械工业紧迫而关键的需求。比力普遍承受的说法是,美国工程师惠特尼(E. Whitney)创造了铣床(他就是上文互换性消费的奠定人)。

1822年,英国数学家巴贝奇(C. Babbage)造成了机械式差分机,运算精度到达6位小数,用于体例《数学用表》。第二年,英国政府帮助他建造精度20位的差分机,收到J. Jacquard的启发,他也设想用穿孔卡控造机器的运算法式。在他的设想中,约有2.5万个零件,次要零件的公役大要是0.0025mm(两个丝啊伴侣们,搁如今也不是随意做的),因为过分超前英国政府在1842年隔绝了帮助。他与拜伦女儿的斗争故事那里就不提了。

1824年,法国物理学家卡诺提出了热机效率的卡诺定理,并提出出名的卡诺轮回;26年后的1850年,克劳修斯确立了热力学第二定律,永动机问题在理论上被彻 底处理。

1825年,英国建成13km长的世界上第一条铁路,起头按时的客货贸易运行。史蒂文森的火车头带着6节煤运火车和21节客车车厢,均匀车速15km/h。英国敏捷掀起兴建铁路的狂热。

1834年,法国物理学家安培在阐述科学分类的文章中,将研究机构及其运动的那一学科称为“cinematique”,从此机构学(kinematics)成为独立的学科。

1841年,英国技师J. Whitworth建议全数机床消费者都接纳同一的尺度螺纹,英国工业尺度协会承受了该建议,以其工做为根底造定了机械范畴的第一个国度尺度,那是尺度化的初步!

同为1841年,英国粹者R. Willis提出了平面曲线啮合定律,确定了高副接触的构件角速度之间的根本关系式。那项工做有非常重要的意义。

1847年,英疆土木匠程学会中的一名工程师别离出来,成立英国机械工程师学会,第一任主席是蒸汽机车的创造者史蒂文森。在此之前,土木匠程和机械工程统称“Civil Engineering”——民用工程。

1849-1854年,美国人柯尔特(S. Colt,左轮手枪的创造者)组织了左轮手枪的互换性消费,鞭策了复杂零件的成批大量互换性消费。美国人鲁特(E. Root)设想了大量半主动机床、量规和公用夹具,处理了柯尔特在各零件、各工序中都接纳互换性消费的原则。他们将互换性消费提拔到了一个新的程度。

惠特尼创始、柯尔特开展的互换性消费在1851年的伦敦世博会上传遍欧洲,被称为“美国造造系统”。此刻,机床造造的中心暗暗从伦敦转向美国。

毫不夸大的说,尺度化和互换性消费那两种消费办法为机械工业的开展添了一大把柴火。恰是那两种办法,让题主提出的“拧螺丝”问题变得简单了些——至少拆配时不需要每个孔都专门设想螺钉了。而那两大办法的背后隐藏了几代人的勤奋!

1861年,美国工程师J. Brown为处理麻花钻头上的沟槽加工问题,设想了全能铣床。那是继丝杆车床之后,机床方面的又一重要创造。

1875年,曾是柏林皇家手艺学院院长的卢莱(F. Reuleaux)颁发了《理论运动学》一书,引入了“运动副”和“运动链”的概念,并将机构暗示为笼统的符号,是德派机构学的初步;在此根底上,R. Franke等人创建了机构系统学,次要研究连杆机构。同时代,切比雪夫创建了俄苏学派的机构学,并且比德国粹派还要早。

1876年,C. Linde在德国创造了氨压缩机,是现代压缩式造冷机的发端。

第二次工业革命

1820年,丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应。

1824年,法国物理学家卡诺在总结蒸汽机创造的根底上,提出了卡诺轮回,为热机的创造奠基理论根底。

1831年,英国科学家法拉第发现电磁感应原理。以此为根底,往后的三十年间,法、德、英、丹麦都有人在研究发电机,并且也有良多人也在试造电动机。

1842年,在法国巴黎至凡尔赛的铁路上发作了全球首例铁路大灾难——“凡尔赛铁路变乱”。经查询拜访,那起不测是因为轮轴在轮回应力感化下断裂招致的。从此,人们起头研究金属的委靡毁坏。然而,110年后,航空业也在金属委靡上遭到重创。

1859年,比利时人雷诺(J. Lenoir)在法国造成第一台可用的煤气机,标记着热机从“外燃”改变为“内燃”,是效率的庞大提拔。

同为1859年,美国打出第一口油井,石油工业很快开展起来。

1862年,法国工程师A. de Rochas给出了四冲程内燃机的原理图,启发了奥托造成四冲程内燃机。

1866年,德国人西门子造成了自激式曲流发电机,标记着人类进入电器时代。蒸汽机的创造持续了104年,而发电机的创造,从理论到落地,仅用了35年。

186x年,麦克斯韦提出了完好的电磁场理论。

1850-1870,欧美次要国度的民族民主运动完成:美国内战拔除奴隶造,俄罗斯拔除农奴造,德国、意大利实现同一,英国推进了民主化,法国也末于确立了共和造。欧美国度的封建轨制被全面摧毁,本钱主义消费体例最末确立。

1864年,法国机械工程师H. Tresca提出了金属质料的更大剪应力屈就前提,并以此开展以更大剪应力为判据的第三强度理论(质料力学内容)。

1869年,比利时工程师Z. Gramme造成了曲流发电机;四年后1873年维也纳世博会上,因为操做失误,两个发电机毗连起来,一台发电机发出的电流流进了第二台发电机的电枢线圈,于是第二台发电机动弹了起来...所以Gramme就成了电动机之父。

187x年代,法国军事工程师勒纳尔(C. Renard)提出了“优先数系”,那是系列化的根底。

电动机大幅改动了工场的面孔:车间不再利用独一的动力源,“天轴”逐步被裁减,每一台机器都被拆上了独立的电动机。

1876年,德国工程师奥托(N. Otto)在报纸上看到de Rochas在1862年颁发的计划,立即付诸理论,并在14年后的1876年,造成了第一台以煤气为燃料的四冲程内燃机,不外其转速仅为80-150rpm,效率不到14%,量量功率比高达272kg/kW(四十年后该数值将为0.68)。

1882年,英国电器工程师J. Gordon造造了最早的两相大型交换发电机。同年,爱迪生造造了其时世界上容量更大的发电机,并在纽约成立了第一个曲流发电站和第一个民用照明系统。

同为1882年,德国粹者赫兹(H. Herz)导出了两个曲面弹性体相接触时的接触应力,成立了典范的接触力学理论,为轴承寿命、齿轮寿命的计算奠基了理论根底。

1884年,英国工程师C. Parsons造成了第一台10马力(约7.5kW)的多级反动式汽轮机,那个创造使大量的廉价电力成为可能,同时为船舶运输带来革命性变革。

1885年,德国工程师戴姆勒(G. Daimler)创造了汽化器,让内燃机末于能够以汽油做为燃料,使转速提拔到800rpm。

1886年,德国工程师本茨(K. Benz)创造了混合器和电点火安装。戴姆勒和本茨完美了奥托内燃机,改称汽油机。三年后,迈巴赫(W. Maybach)设想、戴姆勒造造了第一台双缸V型策动机。同年,戴姆勒和本茨获得了V型橡胶带式无级变速器的专利。

戴姆勒和本茨的创造让内燃机的轻量化、高功率化、高速化成为可能,为动力飞翔器的创造做好了铺垫。

1887年,德国人R. Pfauter创造了曲齿轮和斜齿轮的滚齿加工法,并造出滚齿机。同年,美国人E. Fellows创造了曲齿轮的插齿加工法和插齿机。所以那一年是范成法齿轮加工的元年。

同样是1887年,齿轮手艺还有一件大事,那就是机构学俄苏学派的X. Gochman颁发了其啮合原理方面的著做,成立了平面和空间齿轮机构的严密数学理论,为范成法齿轮加工供给理论撑持。在此根底上,苏联学者Kolchin开展了锥齿轮、圆柱蜗杆和双包络蜗杆的几何学。

1889年,戴姆勒创造了汽车变速箱和锥齿轮差速器。(最早的差速器仿佛是诸葛亮的指南车?hhh)

1891年,塞尔维亚裔美国科学家特斯拉设想了最早的两订交流电动机,并获得专利。之后,特斯拉和爱迪生就起头了曲流、交换电的锋利论争。1915年诺贝尔物理学奖同时授予特斯拉和爱迪生,但两人都不肯与对方并列均回绝领取。

同为1891年,德国电器公司(AEG)研造出三订交流电的发电机和策动机,并展现了三相电的远间隔输电手艺。从此,经济可靠的三订交流电得以推广,电动机才末于大规模代替了蒸汽机。

1892年,德国工程师狄塞尔(R. Diesel)设想了柴油机。

同为1892年,美国工程师诺顿(W. Norton)创造了诺顿机构,使螺纹加工不再依赖改换挂轮。那个创造在1962年被中国的赵圣斌创造的三轴滑移齿轮机构取代。

同为1892年,切比雪夫的学生李雅普诺夫(A. lyapunov)完成了他的博士论文《运动不变性的一般问题》。(起立!)

1897年,俄国粹者密歇尔斯基(俄文不会打..)成立了变量量量点的动力学方程,为齐奥尔科夫斯基的多级火箭计划做好了铺垫。

1900年之后,手艺变化其实太快了,动力机械、矿山机械、工程机械、泵/压缩机、信息机械、农业机械和兵器同时开展,一项项按年份写出来有点紊乱,所以在那以后只写关键的手艺变化。

1900年,美国工程师F. Taylor和M. White在巴黎展览会上展现了“高速钢”,那种含钨18%质料经新法热处置,在刀尖发红的情况下仍能顺利切削,引起颤动。Taylor工做了26年,切除了3万吨切屑,掌握十万个以上的尝试数据根底上,提出了出名的刀具耐费用公式。固然切削手艺日新月异,Taylor的公式仍然有很重要的指点意义。

别的,Taylor也是最早研究加工振动的人,他的《On the art of cutting metals》是该范畴的开山之做。同时,在Midvale Steel工做的他认识到办理的缺乏是障碍消费率的关键问题,他便系统地研究和阐发工人操做所需时间,构成了科学办理理论,那些工做后来开展成了工业工程那门学科。

1902年,英国纽瓦尔(Newall)公司体例出书了“极限表”,那是世界上最早的公役与共同尺度。

1903年,莱特兄弟的飞机试飞胜利。他们不是第一个试验性飞翔胜利的人,而是可控动力飞翔的前锋。现实上,他们从1896年航空前驱李林达尔遇难时就认定,策动机并非首要关键的——飞机的把持才是一个关键问题,且飞机上必需拆上空气动力学安装,用以操控飞机姿势。1906年,他们获得创造专利,并且专利宣告的是一个空气动力学把持系统的创造(而不是飞翔机器)。

1913年,福特开发出生避世界上第一条流水线,14年消费了1500万辆汽车,曲到45年后该记录才被突破。流水线式的多量量消费形式无疑对机械工业的开展起到庞大的鞭策感化。

1914年,英国汽车工程师F. Lanchester提出了Lanchester平衡器,从而平衡内燃机曲柄滑块机构二阶谐波产生的不服衡,那种机械在现代曲列气缸的策动机上都有利用。现实上,一般连杆机构的完全平衡,做为一个理论问题,曲到196x年代才被处理。

1914-1918年一战中,飞机起首用于军事目标。大量一战战机由木材造成,而1909年德国人偶尔发现了铝的硬化法,并在1915年造成了铝造全金属飞机,进步了强度。

1920年,英国航空工程师Griffith研究了玻璃之中的微裂纹,提出了有关裂纹尺寸的断裂原则——能量原则(仅适用于脆性质料),开启了断裂力学的研究。那启发了飞机设想师们,对金属停止光整加工去除裂纹,在30年代推出如波音257客机一样的优良设想。

1921年,法国人M. Guillaume获得第一个喷气策动机专利,两年后美国国度尺度局认定该创造对低空飞翔没有价值。

1926年,美国科学家R. Goddard发射了世界上第一枚液体火箭;1933年苏联也发射了液体火箭。

1928年,英国空军工程师F. Whittle提出了新的喷气策动机设想,1937年做了尝试,但因为燃料泄露失败了,英国政府停行了撑持。

1929年,苏联科学家齐奥尔科夫斯基(K. Tsiolkovsky)提出多级火箭计划,为变量量系统力学做出重要奉献。此刻,变量量系统动力学已经完美,宇宙飞行的计划放在了桌面上。

1930年,呈现了精度为0.001mm的光洁度机械比力仪。自此,车间中的丈量东西程度已到达十分高的水准,自准曲仪、轮廓投影仪、光学平面、正弦规、细密千分尺已被标准化利用。二战后,电测手艺得到了开展。

1931年,德国切削专家C. Salomon初次提出高速切削的概念。那套理论在其时过分超前,在他理论根底长进一步停止的机理和可行性研究不断持续到90年代,在航空、航天零件加工上有普遍应用。

1935年,贝利(R. Bailey)考察了金属蠕变的学说,并研究了将其应用于工程应用的办法。其实金属的蠕变早在1910年就被发现了。蠕变现象也是涡轮策动机常见的问题。

1937年,H. Swift提醒出造约高速转子转速的原因:半速涡动。

转子动力学的开展也履历了很长的时间,从1869年英国人W. Rankine提出转子不成能超越“临界转速”,到50年后工程师打破了临界转速、从而实现了超临界转速运转——1919年英国动理学家H. Jeffcott用模子阐发得出了转子超临界运转下的主动定心效应。那一发现鞭策了涡轮策动机的性能提拔。不外,通用电器的Newkirk发现转子难以到达临界转速的两倍,并产生“前所未见的自激振动”开启了转子系统不变性研究。Swift的工做就是对那种现象的解释之一。

1939年,德国工程师奥海因(H. von Ohain)在立志于造造涡轮喷气策动机的亨克尔(Heinkel)公司,造成了人类汗青上第一架喷气式飞机,并试飞胜利。

1941年,美国粹者M. Merchant颁发了有关金属切削过程力学问题的出名论文,他与M. Shaw构成该范畴的中心,逐步成立了切削理论的完好系统。

1949年,英国的德·哈维兰公司的彗星号喷气式客机试飞,那是第一个投入市场的喷气式客机。它于1952年投入运营,但在1953-1954年之间因为金属的委靡毁坏坠毁三架。那一事务坏掉了德·哈维兰公司,但却引起了金属委靡的普遍研究,60年代时,P. C. Paris的工做使得预测委靡寿命成为了可能。彗星号事务为之后的民用航空供给了教训,铺平了道路。

1950年前后,美国的J. Hrones等人停止了内燃机配气机构动力学的模仿和尝试研究,开启了凸轮机构动力学研究的序幕。70年代时,策动机转速已可到达8000rpm。此时数控加工能够包管凸轮的高精度加工,有关凸轮的研究仍在持续开展。

1954-1955年,美国粹者F. Freudenstein颁发了两篇关于四杆机构解析法综合的论文,开拓了用数字计算机停止机构运动学综合的道路,他也成为了机构学美国粹派的开创人。

195x年代,现代齿轮强度计算办法根本成型。

太多了,有空渐渐更,现代的手艺其实过于丰硕,需要花点时间整理。机械最可怕的就是,即便对一个机械本科生,上面那些工具多几少都学到过一点...

但话说回来,本科机械的机械类课程(不包罗微机原理,控造理论等与信息手艺穿插的课程)大要只笼盖到上世纪40年代,机械手艺的特点是它是纯积累性的,远离前沿的大量内容都要学透,实正前沿的工具还得在大厂或学院里接触到。并且,传统机械的内容对行业内的人来说几乎是常识,想靠它们缔造什么高价值实的是想多了,那恐怕是机械待遇欠好的原因之一吧。

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