這一歷史時期內，發生了引起世界巨大變革的工業革命。工業革命首先在英國掀起，後來逐步波及其他各國，前後延續了一個多世紀。工業革命是從出現機器和使用機器開始的。在工業革命中最主要的變革是：用生產能力大和產品質量高的大機器，取代了手工工具和簡陋機械；用蒸汽機和內燃機等無生命動力，取代了人和牲畜的肌肉動力；用大型的集中的工廠生產系統，取代了分散的手工業作坊。在這期間，動力機械、生產機械和機械工程理論都獲得了飛躍性的發展。
基本介紹
- 中文名：近代機械工程史
- 外文名：The modern history of mechanical engineering
- 作用：引起世界巨大變革的工業革命
- 時間段：1750～1900
廣泛套用,紡織機械,動力機械,小型蒸汽機,交通發展,機械原理,機械製造,動力來源,
廣泛套用
在1750～1900年這一近代歷史時期內，機械工程在世界範圍內出現了飛速的發展，並獲得了廣泛的套用。
1847年，在英國伯明罕成立了機械工程師學會，機械工程作為工程技術的一個分支得到了正式的承認。後來在世界其他國家也陸續成立了機械工程的行業組織。
機械工程的發展在工業革命的進程中起著重要的主幹作用。如18世紀中葉以後，英國紡織機械的出現和使用，使紡紗和織布的生產技術迅速提高；蒸汽機的出現和推廣使用，不僅促進了當時煤產量的迅速增長，並且使煉鐵爐鼓風機有了機器動力，而使鐵產量成倍增長，煤和鐵的生產發展又推動各行各業的發展；蒸汽機用於交通運輸，出現了蒸汽機車、鐵道、蒸汽輪船等，又促進了煤、鐵工業和其他工業的發展；汽輪機、內燃機和各種工具機相繼出現。
紡織機械
18世紀中葉，歐洲紡織機械首先在英國出現。1764年，紡織工人哈格里夫斯設計了一台將 八個紗錠豎排起來，由一個輪子帶動的紡紗機。他用幾根棒條或夾子代替人的手指來牽引和握持紗線，使紡紗的生產速度提高八倍。這台機器仍是用人力轉動的，並以他妻子的名字命名為珍妮紡紗機。
1771年出現了水力紡紗機；1779年，克朗普頓在上述兩種紡紗機的基礎上製造出一台稱為“綏爾”的紡紗機，用它紡出比手工紡的更結實更精細的紗線，而且速度更快；1785年卡特賴特又發明了簡單的自動織布機。
隨著紡紗和織布的生產速度的提高，需要更多的原料，於是，1793年美國惠特尼發明了軋棉機。軋棉機的發明既促進了英國紡紗工業的繼續發展，又推動了美國棉花種植業的擴大。
動力機械
瓦特早在17世紀，就有人作過利用蒸汽提高水位的嘗試，例如英國的薩弗里曾於1698年製成一台能從礦井中抽水的蒸汽水泵，被稱為“礦工之友”。
第一台有實用意義的蒸汽動力裝置是英國的紐科門於1705年製成的大氣式蒸汽機，又稱紐科門蒸汽機，曾在英國的煤礦和金屬礦中使用。紐科門蒸汽機的蒸汽汽缸和抽水缸是分開的，蒸汽通入汽缸後在內部噴水使它冷凝，造成汽缸內部真空，汽缸外的大氣壓力推動活塞作功，再通過槓桿、鏈條等機構帶動水泵活塞。
18世紀中葉，瓦特在前人科學研究和實驗的基礎上，對蒸汽機作了重大 的改進，創造出更好更實用的蒸汽機，對在英國發生的工業革命起了關鍵性的和主導的作用。瓦特於1764年開始對蒸汽機的研究和改進。他發現紐科門蒸汽機的汽缸冷卻消耗很多蒸汽，在布萊克教授的潛熱和比熱理論的啟發下他找出蒸汽機效率低下的原因。於是，他把蒸汽的冷凝過程安排在與汽缸分開的冷凝器中進行。
小型蒸汽機
1765年，他製做了一台試驗性的有分離凝汽器的小型蒸汽機，肯定了分離凝汽器的優越性，並於1769年取得了標名為“在火力機中減少蒸汽和燃料消耗的新方法”的專利；1776年，瓦特與博爾頓合作製造的兩台蒸汽機開始運轉；1781年瓦特又取得雙作用式蒸汽機的專利。到了1804年，英國的棉紡織業已普遍採用蒸汽機作為生產動力。
到了19世紀中期，內燃機問世。第一台在工廠中實際使用的內燃機，是1860年法國勒努瓦製造的無壓縮過程的煤氣機，其基本結構與當時的蒸汽機相差不多。
1862年，法國羅沙提出四衝程循環的基本原理；1876年，德國奧托製成四衝程往復活塞式單缸臥式煤氣機，比勒努瓦的煤氣機效率更高，功率更大；1878年，英國克拉克製成了二衝程循環的內燃機；1892年，德國狄塞爾提出壓燃式內燃機原理，為提高內燃機熱效率作出了重要貢獻；1897年他製成第一台壓縮點火式內燃機(柴油機)，使用液體燃料，按四衝程原理工作，熱效率高於當時其他任何內燃機。早期的壓燃式內燃機的轉速比較低，進入20世紀後，內燃機的轉速開始大幅度提高。
隨著發電機和電動機的發明，世界開始進入電氣時代。中心發電站迅速興起，大功率的高速汽輪機應運而生。1882年，瑞典的拉瓦爾製成第一台單級衝動式汽輪機。
第一台有實用意義的汽輪機，是英國帕森斯在1884年製成的多級反動式汽輪機，它利用反作用的原理使渦輪旋轉，但功率僅為7.5千瓦。不久，他又製造出每台為1000千瓦的發電用的汽輪機；1896年，法國拉托把幾個單級衝動式汽輪機串聯在一起，形成多級衝動式汽輪機；同年，美國柯蒂斯也獲得一次汽輪機的發明專利，他把蒸汽的動能分兩部分供給兩排動葉片，因而轉速比拉瓦爾的單級衝擊式汽輪機低。汽輪機的進一步發展是把衝擊式和反作用式結合起來，改善了汽輪機的性能。
水輪機雖是一種古老的水力機械，但發展成為高效率、大功率的，能適合機器大工業生產需要的機器，則是近代的事。18世紀50年代，瑞士人尤勒開始試驗反作用水輪機；1827年，法國工程師富爾內隆成功地試驗了能發出6馬力功率的反作用水輪機；1832年已能製造50馬力的水輪機；1838年豪特發明一種向心流動的水輪機；1849年前後美國弗朗西斯設計了混流式水輪機，對水輪機作出了很大的改進。
交通發展
隨著蒸汽機和內燃機的出現和使用，交通運輸工具也得到了發展。第一輛蒸汽汽車是法國人居諾於1769年製成的，它有三個輪子，速度很慢；1803年，英國特里維西克製成高壓蒸汽汽車，並駕駛它行進在倫敦的街道上；19世紀下半葉，汽油機汽車出現；至19世紀末，世界上已有成百家作坊式的汽車工廠。
1807年，美國富爾頓第一次成功地把蒸汽機裝在船上，創造出蒸汽輪船；1811年英國也製成蒸汽輪船。
1829年，英國史蒂芬森試製成功的“火箭”號蒸汽機車，速度為59公里/小時。 史蒂芬森的重要發明是使廢汽從煙囪排出，以便在鍋爐的燃燒室內形成負壓的抽風方法，這大大提高了燃燒效果和機車速度。
史蒂芬森的機車頭
史蒂芬森的機車頭蒸汽機的出現促進了熱力學理論的發展。1824年，法國卡諾出版了《對火的動力的看法》，提出了卡諾定理。他指出熱量只是在不同的溫度之間轉移時才能作功，為以後建立的熱力學第二定律奠定了基礎。
1842年，德國邁爾提出熱功當量的概念，推算出熱功當量的數值；1840年，英國焦耳通過實驗測定熱功當量的數值，由此歸納出熱力學第一定律；德國克勞修斯和英國湯姆森分別於1850和1851年先後提出熱力學第二定律，與熱力學第一定律共同構成了熱力學理論的基本體系。熱力學理論的建立和發展，為蒸汽機等動力機械的改進，和其他新型動力機械的研製和設計提供了理論基礎。
機械原理
1806年，在法國巴黎首先建立了機構學的分支學科。1834年，法國物理學家安培把這一學科分支命名為機構運動學。按照他的意見，這一分支是研究機構中發生的運動，而不考慮產生這些運動的力。
機構運動學誕生後，1841年英國威利斯提供了各種機構的概要圖表，對相對運動的分析作出了貢獻；德國F．勒洛在1875～1900年期間發表《理論運動學》著作，對機構提出新的看法。他把各種機械構件看作是由兩個互相作用的表面接連起來的、具有一定相對運動的對偶，即機構變換原理，為機構運動學的發展作出了有價值的貢獻。1885年，英國史密斯用圖解法，獲得了聯動機構的速度和加速度的分析結果，他的研究成果有很大的實際意義。
機械製造
革新和工具機工業的形成，是工業革命後期的非常重要的一個方面。英國大約用了半個世紀的時間完成了機械製造方面的革命，到1861年所有的機械和機器基本上都可以用機器來製造了。
在歐洲，加工技術的改進從十七世紀就已經開始了。十八世紀時，車床逐漸由木結構改為金屬結構。1750年，法國蒂奧在車床上安裝了一個刀架，用絲槓驅動作縱向移動，比過去手握車刀前進了一大步；1774年威爾金森製造了一台新的炮筒鏜床，可以加工直徑達1.83米的內圓，1775年他曾為瓦特成功地製造出蒸汽機汽缸；1770年英國拉姆斯登首先用車床製造螺絲；1784年布拉默製成一把具有比較複雜的機構的鎖，他還和莫茲利共同改進和製造了幾種工具機。
1797年，莫茲利在車床上安裝了絲桿、光桿和滑動刀架，能加工精密平面和精密螺絲，使機械製造技術的精度水平大為提高。1836年，內史密斯製成刨床。這台刨床已經具備了現代牛頭刨床的基本結構。1842年他還設計製造了單作用和雙作用的蒸汽錘，擴大了鍛件的尺寸。1830～1850年間，惠特沃思利用螺紋微調原理製造的測量裝置，使機械產品質量進一步提高，為後來的互換性生產創造了條件。
19世紀機械製造方面的重大技術進步是發展了零件的互換性，提高了生產的經濟性。1845年,美國製造出轉塔車床，用八個刀具裝在可旋轉塔形支架上，由一人操作輪流完成八種加工工序，1861年又實現了轉塔的自動轉動。之後，為進一步節省勞力，又研製出自動螺絲車床。
19世紀下半葉，新的工具材料和新的動力來源也促進了工具機的繼續發展。1850年的碳素鋼刀具只能在約12米/分以下的切削速度下工作。1868年穆舍特發明含有鎢和釩的錳鋼(合金工具鋼)使切削速度提高到18.3米/分。1898年泰勒等人用含鉻的高速鋼把切削速度提高到36.6米/分。切削速度的提高反過來又促進了工具機各部分強度、軸承、變速機構的改進。
動力來源
在19世紀的大部分年代裡，工具機的動力來源主要是蒸汽動力，車間頂棚布滿縱橫交錯的軸和傳動皮帶。1873年，電動機成為工具機的動力，開始了電力取代蒸汽動力的時代。
最初，電動機安裝在工具機以外的一定距離處，通過皮帶傳動。後來把電動機直接安置在工具機本身內部。19世紀末，已有少數工具機使用兩台或多台電動機，分別驅動主軸和進給機構等。至此，被稱為“機械工業的心臟”的工具機工業已初具規模。
進入20世紀後，迅速發展的汽車工業和後來的飛機工業，又促進了機械製造技術向高精度、大型化、專用化和自動化的方向繼續發展。
