機械

　　概念來源

　　機械這個詞源自于希臘語之Mechine及拉丁文Machina，最早的“機械”定義為古羅馬建筑師維特魯威（Vitruvii）在其著作《建筑十書》，主要對于搬運重物發(fā)揮效力的機械和工具作了區(qū)別：“機械（machane）和工具（organon）之間似乎有著以下的區(qū)別。即機械是以多數(shù)人工和很大的力量而發(fā)生效果的，如重弩炮和葡萄壓榨機。而工具則是一名操縱人員慎重地處理來達到目的的，如蝎形輕弩炮或不等圓的螺旋裝置。因此工具和機械都是利用上不可缺少的東西。古希臘時期已有圓柱齒輪。亞歷山大利亞·希羅（Heron of Alexandria）在1世紀最早討論了機械的基本要素，他認為機械的要素有五類：輪與軸，杠桿，滑車，尖劈，螺旋。希羅的論述反映了古典機械的特征。中國古代在香爐中應用了能永保水平位置的十字轉架等機件。

　　英國機械學家威利斯（R.Willis）在其《機構學原理》（The Principle of Mechanism，1841年）所給的定義是：“任何機械（machine）都是由用各種不同方式連接起來的一組構件組成，使其一個構件運動，其余構件將發(fā)生一定的運動，這些構件與最初運動之構件的相對運動關系取決于它們之間連接的性質。”德國機械學家勒洛（F.Reuleaux ）在其《理論運動學》（Theoretische Kinematik ，Grundzüge einer Theorie des Maschienenwesens，1875年）中的定義為“機械是多個具有抵抗力之物體的組合體，其配置方式使得能夠借助它們強迫自然界的機械力做功，同時伴隨著一定的確定運動。”

　　總體來講，機械就是能幫人們降低工作難度或省力的工具裝置，像筷子、掃帚以及鑷子一類的物品都可以被稱為機械，他們是簡單機械。而復雜機械就是由兩種或兩種以上的簡單機械構成。通常把這些比較復雜的機械叫做機器。

　　中文概念與來源

　　“機械” 詞語由“機”與“械”兩個漢字組成。“機”——原指局部的關鍵機件；“械”——在中國古代原指某一整體器械或器具。這兩字連在一起，組成“機械” 一詞，便構成一般性的機械概念。[1]

　　“機” 在古漢語中原指某種、某類特定的裝置，后來又泛指一般的機械?！渡袝?middot;太甲》有“若虞機張，往省括于度，則釋”。《莊子·齊物論》：“其發(fā)若機括。”《釋文》稱：“機，弩牙；括，箭括。”《說文解字》對“機”的解釋是“機，主發(fā)者也”，指弩機?！肚f子·山林》道：“豐狐，文豹……不免于網(wǎng)羅機辟之患”即指夾子一類的裝置。古代之“機抒”指織布機。《淮南子·氾論》載“伯余之初作衣也，……手經(jīng)指掛，其成猶網(wǎng)羅。后世為之機抒勝復以便其用。”《史記·酈生傳》有“農(nóng)夫釋耒，二女下機”。由此可知，“機”之本義指機械裝置中構成轉動副的轉動構件。

　　“械”在古代中國指器械、器物等實物?！肚f子·天地》載“有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而見功多”，其“械”在此為一般器械或器具；《墨子·公輸》：“公輸般為楚造云梯之械”在此指兵器；《漢書·司馬遷傳》載：“淮陰（韓信），王也，受械于陳”，在此 “械”指刑具。

　　《莊子·外篇·天地第十二》載“......子貢曰：‘有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而見功多，夫子不欲乎？’為圃者仰而視之曰：‘奈何？’曰：‘鑿木為機，后重前輕，挈水若抽，數(shù)如湯，其名曰槔。’為圃者忿然作色而笑曰：‘吾聞之吾師，有機械者必有機事，有機事者必有機心。機心存于胸中，則純白不備。純白不備，則神生不定。神生不定者，道之所不載也。吾非不知，羞而不為也。’子貢瞞然，俯而不對。”這段對話為子貢與老人的對話給出了機械的概念界定即“機械是能用力甚寡而見功多的器械”?！俄n非子》卷十五《難》二中有類似的論述：“審于地形、舟車、機械之利，用力少，致功大，則入多。”故此中國最遲在戰(zhàn)國時期已形成了與現(xiàn)代機械工程學之“機械”涵義較相近的概念。

　　現(xiàn)代機械

　　1、機械是物體的組合，假定力加到其各個部分也難以變形。

　　2、這些物體必須實現(xiàn)相互的、單一的、規(guī)定的運動。

　　3、把施加的能量轉變?yōu)樽钣杏玫男问?，或轉變?yōu)橛行У臋C械功。

　　機構和機器的定義來源于機械工程學，屬于現(xiàn)代機械原理中的最基本的概念，中文機械的現(xiàn)代概念多源自日語之“機械”一詞。

　　一切具有確定的運動系統(tǒng)的機器和機構的總稱。如：機床、拖拉機等。

　　機械工程就是以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合在生產(chǎn)實踐中積累的技術經(jīng)驗，研究和解決在開發(fā)設計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的理論和實際問題的一門應用學科。

　　各個工程領域的發(fā)展都要求機械工程有與之相適應的發(fā)展，都需要機械工程提供所必需的機械。某些機械的發(fā)明和完善，又會導致新的工程技術和新的產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展。例如大型動力機械的制造成功，促成了電力系統(tǒng)的建立；機車的發(fā)明導致了鐵路工程和鐵路事業(yè)的興起；內燃機、燃氣輪機、火箭發(fā)動機等的發(fā)明和進步，以及飛機和航天器的研制成功導致了航空、航天事業(yè)的興起；高壓設備的發(fā)展導致了許多新型合成化學工程的成功等等。

　　機械工程就是在各方面不斷提高的需求的壓力下獲得發(fā)展動力，同時又從各個學科和技術的進步中得到改進和創(chuàng)新的能力。

　　機械是簡單的裝置，它能夠將能量、力從一個地方傳遞到另一個地方。它能改變物體的形狀結構創(chuàng)造出新的物件。在生活中，我們周圍有數(shù)不清的不同種類的機械在為我們工作。

　　機械的日常的理解是機械裝置，也就是各種機器與器械。

　　從機械專業(yè)的角度來說：機械具有相當重要的基礎地位。

　　機械是現(xiàn)代社會進行生產(chǎn)和服務的五大要素（即人、資金、能量、材料和機械）之一。

　　在馬克思說到工業(yè)社會時候，說工業(yè)社會，尤其是大工業(yè)社會，即用機器生產(chǎn)機器的時代。

　　無論從生活中接觸的各種物理的裝置，如電燈、電話、電視機、冰箱、電梯等等都包含有機器的成分，或者包含在廣義的機械之中，而從生產(chǎn)中來看，各種機床、自動化裝備、飛機、輪船、神五、神六等等，都缺不了機械。

　　所以，機械是現(xiàn)代社會的一個基礎。如果有人要說農(nóng)業(yè)也是基礎的話，也無可厚非，但是在現(xiàn)代的社會來說，機械作為整個工業(yè)和工程的基礎，可以毫不夸張地認為也是社會一根大柱子。

　　任何現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和工程領域都需要應用機械，就是人們的日常生活，也越來越多地應用各種機械了，如汽車、自行車、鐘表、照相機、洗衣機、冰箱、空調機、吸塵器等等。

　　主要特征

　　機械是一種人為的實物構件的組合。

　　機械各部分之間具有確定的相對運動。

　　機器具備機構的特征外，還必須具備第3個特征即能代替人類的勞動以完成有用的機械功或轉換機械能，故機器能轉換機械能或完成有用的機械功的機構。從結構和運動的觀點來看，機構和機器并無區(qū)別泛稱為機械。

　　研究領域編輯

　　機械工程與技術

　　機械齒輪減速機

　　機械齒輪減速機

　　機械工程

　　機械學

　　機械設計

　　機械制圖

　　機械制造工藝與設備

　　機床技術

　　儀器儀表技術

　　流體傳動與控制（包括氣動液壓控制技術等）

　　機械制造自動化

　　數(shù)控技術

　　工業(yè)機器人技術

　　計算機輔助制造

　　動力機械工程

　　機械工程其他學科

　　主要分類

　　機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械、包裝機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。

　　中國機械行業(yè)的主要產(chǎn)品包括以下12類：

　　農(nóng)業(yè)機械：拖拉機、播種機、收割機械等；

　　重型礦山機械：冶金機械、礦山機械、起重機械、裝卸機械、工礦車輛、水泥設備等；

　　工程機械：叉車、鏟土運輸機械、壓實機械、混凝土機械等；

　　石化通用機械：石油鉆采機械、煉油機械、化工機械、泵、風機、閥門、氣體壓縮機、制冷空調機械、造紙機械、印刷機械、塑料加工機械、制藥機械等；

　　電工機械：發(fā)電機械、變壓器、、高低壓開關、電線電纜、蓄電池、電焊機、家用電器等；

　　機床：金屬切削機床、鍛壓機械、鑄造機械、木工機械等；

　　汽車：載貨汽車、公路客車、轎車、改裝汽車、摩托車等；

　　儀器儀表：自動化儀表、電工儀器儀表、光學儀器、成分分析儀、汽車儀器儀表、電料裝備、電教設備、照相機等；

　　基礎機械：軸承、液壓件、密封件、粉末冶金制品、標準緊固件、工業(yè)鏈條、齒輪、模具等；

　　包裝機械：包裝機、裝箱機、輸送機等；

　　環(huán)保機械：水污染防治設備、大氣污染防治設備、固體廢物處理設備等；

　　礦山機械：巖石分裂機、頂石機等。

　　工程機械是指用于工程建設的施工機械的總稱。廣泛用于建筑、水利、電力、道路、礦山、港口和國防等工程領域。

　　工程機械種類繁多，按其用途主要分為：

　　挖掘機械：如單斗挖掘機（又可分為履帶式挖掘機和輪胎式挖掘機)、多斗挖掘機（又可分為輪斗式挖掘機和鏈斗式挖掘機)、多斗挖溝機（又可分輪斗式挖溝機和鏈斗式挖溝機）、滾動挖掘機、銑切挖掘機、隧洞掘進機（包括盾溝機械、掘進機）等；

　　鏟土運輸機械：如推土機（又可分為輪胎式推土機和履帶式推土機）、鏟運機（又可分為履帶自行式鏟運機、輪胎自行式鏟運機和拖式鏟運機）、裝載機（又可分為輪胎式裝載機和履帶式裝載機、平地機（又可分為自行式平地機和拖式平地機)、運輸車（又可分為單軸運輸車和雙軸牽引運輸車）、平板車和自卸汽車等；

　　起重機械：如塔式起重機、自行式起重機、桅桿起重機、抓斗起重機等；

　　壓實機械：如輪胎壓路機、光面輪壓路機、單足式壓路機、振動壓路機、夯實機、搗固機等；

　　樁工機械：如鉆孔機、柴油打樁機、振動打樁機、壓樁機等；

　　鋼筋混凝土機械：如混凝土攪拌機、混凝土攪拌站、混凝土攪拌樓、混凝土輸送泵、混凝土攪拌輸送車、混凝土噴射機、混凝土振動器、鋼筋加工機械等；

　　路面機械：如平整機、道碴清篩機等；

　　鑿巖機械：如鑿巖臺車、風動鑿巖機、電動鑿巖機、內燃鑿巖機和潛孔鑿巖機等；

　　其他工程機械：如架橋機、氣動工具（風動工具）等。

　　機械制圖

　　機械制圖是用圖樣確切表示機械的結構形狀、尺寸大小、工作原理和技術要求的學科。圖樣由圖形、符號、文字和數(shù)字等組成，是表達設計意圖和制造要求以及交流經(jīng)驗的技術文件，常被稱為工程界的語言。[2]

　　用圖來狀物紀事的起源很早，如中國宋代蘇頌和趙公廉所著《新儀象法要》中已附有天文報時儀器的圖樣，明代宋應星所著《天工開物》中也有大量的機械圖樣，但尚不嚴謹。

　　1799年，法國學者蒙日發(fā)表《畫法幾何》著作，自此機械圖樣中的圖形開始嚴格按照畫法幾何的投影理論繪制。為使人們對圖樣中涉及到的格式、文字、圖線、圖形簡化和符號含義有一致的理解，后來逐漸制定出統(tǒng)一的規(guī)格，并發(fā)展成為機械制圖標準。各國一般都有自己的國家標準，國際上有國際標準化組織制定的標準。中國的機械制圖國家標準制定于1959年，后在1974年和1984年修訂過兩次。

　　在機械制圖標準中規(guī)定的項目有：圖紙幅面及格式、比例、字體和圖線等。在圖紙幅面及格式中規(guī)定了圖紙標準幅面的大小和圖紙中圖框的相應尺寸。比例是指圖樣中的尺寸長度與機件實際尺寸的比例，除允許用1:1的比例繪圖外，只允許用標準中規(guī)定的縮小比例和放大比例繪圖。

　　在中國，規(guī)定漢字必須按長仿宋體書寫，字母和數(shù)字按規(guī)定的結構書寫。圖線規(guī)定有八種規(guī)格，如用于繪制可見輪廓線的粗實線、用于繪制不可見輪廓線的虛線、用于繪制軸線和對稱中心線的細點劃線、用于繪制尺寸線和剖面線的細實線等。

　　機械圖樣主要有零件圖和裝配圖，此外還有布置圖、示意圖和軸制圖等。零件圖表達零件的形狀、大小以及制造和檢驗零件的技術要求；裝配圖表達機械中所屬各零件與部件間的裝配關系和工作原理；布置圖表達機械設備在廠房內的位置；示意圖表達機械的工作原理，如表達機械傳動原理的機構運動簡圖、表達液體或氣體輸送線路的管道示意圖等。示意圖中的各機械構件均用符號表示。軸制圖是一種立體圖，直觀性強，是常用的一種輔助用圖樣。

　　表達機械結構形狀的圖形，常用的有視圖、剖視圖和剖面圖等。

　　視圖是按正投影法即機件向投影面投影得到的圖形。按投影方向和相應投影面的位置不同，視圖分為主視圖、俯視圖和左視圖等。視圖主要用于表達機件的外部形狀。圖中看不見的輪廓線用虛線表示。機件向投影面投影時，觀察者、機件與投影面三者間有兩種相對位置。機件位于投影面與觀察者之間時稱為第一角投影法。投影面位于機件與觀察者之間時稱為第三角投影法。兩種投影法都能同樣完善地表達機件的形狀。中國國家標準規(guī)定采用第一角投影法。

　　剖視圖是假想用剖切面剖開機件，將處在觀察者與剖切面之間的部分移去，將其余部分向投影面投影而得到圖形。剖視圖主要用于表達機件的內部結構。剖面圖則只畫出切斷面的圖形。剖面圖常用于表達桿狀結構的斷面形狀。

　　對于圖樣中某些作圖比較繁瑣的結構，為提高制圖效率允許將其簡化后畫出，簡化后的畫法稱為簡化畫法。機械制圖標準對其中的螺紋、齒輪、花鍵和彈簧等結構或零件的畫法制有獨立的標準。

　　圖樣是依照機件的結構形狀和尺寸大小按適當比例繪制的。圖樣中機件的尺寸用尺寸線、尺寸界線和箭頭指明被測量的范圍，用數(shù)字標明其大小。在機械圖樣中，數(shù)字的單位規(guī)定為毫米，但不需注明。對直徑、半徑、錐度、斜度和弧長等尺寸，在數(shù)字前分別加注符號予以說明。

　　制造機件時，必須按圖樣中標注的尺寸數(shù)字進行加工，不允許直接從圖樣中量取圖形的尺寸。要求在機械制造中必須達到的技術條件如公差與配合、形位公差、表面粗糙度、材料及其熱處理要求等均應按機械制圖標準在圖樣中用符號、文字和數(shù)字予以標明。

　　20世紀前，圖樣都是利用一般的繪圖用具手工繪制的。20世紀初出現(xiàn)了機械結構的繪圖機，提高了繪圖的效率。20世紀下半葉出現(xiàn)了計算機繪圖，將需要繪制的圖樣編制成程序輸入電子計算機，計算機再將其轉換為圖形信息輸給繪圖儀繪出圖樣，或輸送給計算機控制的自動機床進行加工。

　　圖樣一般需要描繪成透明底圖，用透明底圖洗印出藍圖或用氨熏出紫圖。20世紀中期出現(xiàn)了靜電復印機 ，這種復印機可將原圖樣直接進行復制，并可將圖放大或縮小。采用這種新技術可以省去描圖工序。

　　機械密封

　　機械密封也稱端面密封，主要用于泵、壓縮機、液壓傳動和其他類似設備的旋轉軸的密封。機械密封由一對和數(shù)對動環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構成的密封裝置。

　　機械密封是由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。補償環(huán)的輔助密封為金屬波紋管的稱為波紋管機械密封。

　　組成

　　主要有以下四類部件：

　　1、主要密封件：動環(huán)和靜環(huán)；

　　2、輔助密封件：密封圈；

　　3、壓緊件：彈簧、推環(huán)；

　　4、傳動件：彈箕座及鍵或固定螺。

　　分類

　　按彈簧元件旋轉或靜止可分為：旋轉式內裝內流非平衡型單端面密封，簡稱旋轉式；靜止式外裝內流平衡型單端面密封，簡稱靜止式。

　　按靜環(huán)位于密封端面內側或外側可分為：內裝式和外裝式；

　　按密封介質泄漏方向可分為：內流失和外流式；

　　按介質在端面引起的卸載情況可分為：平衡式和非平衡式；

　　按密封端面的對數(shù)可分為：單端面和雙端面；

　　按彈簧的個數(shù)可分為：單彈簧式和多彈簧式；

　　按彈性元件分類：彈簧壓縮式和波紋管式；

　　按非接觸式機械密封結構分類：流體靜壓式、流體動壓式、干氣密封式；

　　按密封腔溫度分類：高、中、普、低溫密封；

　　按密封腔壓力分離：超高、高、中、低壓機械密封；

　　注意事項

　　安裝時注意事項：

　　1、要十分注意避免安裝中所產(chǎn)生的安裝偏差。

　　1）上緊壓蓋應在聯(lián)軸器找正后進行，螺栓應均勻上支，防止壓蓋端面偏斜，用塞尺檢查各點，其誤差不大于0.05毫米；

　　2）檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙（即同心度），四周要均勻，用塞尺檢查各點允差不大于0.01毫米。

　　2、彈簧壓縮量要按規(guī)定進行，不允許有過大或過小現(xiàn)象，要求誤差2.00毫米。過大會增加端面比壓，另速端面磨損。過小會造成比壓不足而不能起到密封作用。

　　3、動環(huán)安裝后髯保證能在軸上靈活移動，將動環(huán)壓向彈簧后應能自動彈回來。

　　拆卸時注意事項：

　　1、在拆卸機械密封時要仔細，嚴禁動用手錘和扁鏟，以免損壞密封元件。可做一對鋼絲勾子，在對自負盈虧方向伸入傳動座缺口處，將密封裝置拉出。如果結垢拆卸不下時，應清洗干凈后再進行拆卸；

　　2、如果在泵兩端都用機械密封時，在裝配，拆卸過程中互相照顧，防止顧此失彼；

　　3、對運行過的機械密封，凡有壓蓋松動使密封發(fā)生移動的情況，則動靜環(huán)零件必須更換，不應重新上緊繼續(xù)使用。因為在之樣楹動后，摩擦副原來運轉軌跡會發(fā)生變動，接觸面的密封性就很容易遭到破壞。

　　機封正常運行和維護問題：

　　1、啟動前的準備工作及注意事項

　　1）全面檢查機械密封，以及附屬裝置和管線安裝是否齊全，是否符合技術要求；

　　2）機械密封啟動前進行靜壓試驗，檢查機械密封是否有泄漏現(xiàn)象。若泄漏較多，應查清原因設法消除。如仍無效，則應拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗壓力用2~3公斤/平方厘米；

　　3）按泵旋向盤車，檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動時，則應檢查裝配尺寸是否錯誤，安裝是否合理。

　　2、安裝與停運

　　1）啟動前應保持密封腔內充滿液體。對于輸送凝固的介質時，應用蒸氣將密封腔加熱使介質熔化。啟動前必須盤車，以防止突然啟動而造成軟環(huán)碎裂；

　　2）對于利用泵外封油系統(tǒng)的機械密封，應先啟動封油系統(tǒng)。停車后最后停止封油系統(tǒng)；

　　3）熱油泵停運后不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水，應待端面密封處油溫降到80度以下時，才可以停止冷卻水，以免損壞密封零件。

　　3、運轉

　　1）泵啟動后若有輕微泄漏現(xiàn)象，應觀察一段時間。如連續(xù)運行4小時，泄漏量仍不減小，則應停泵檢查；

　　2）泵的操作壓力應平穩(wěn)，壓力波動不大于1公斤/平方厘米；

　　3）泵在運轉中，應避免發(fā)生抽空現(xiàn)象，以免造成密封面干摩擦及密封破壞；

　　4）密封情況要經(jīng)常檢查。運轉中，當其泄漏超過標準時，重質油不大于5滴/分，輕質油不大于10/分，如2-3日內仍無好轉趨勢，則應停泵栓查密封裝置。

　　機械工程

　　機械工程（mechanical engineering）：以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合生產(chǎn)實踐中的技術經(jīng)驗，研究和解決在開發(fā)、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科。機械是現(xiàn)代社會進行生產(chǎn)和服務的五大要素（人、資金、能源、材料和機械）之一，并參與能量和材料的生產(chǎn)。

　　機械工程的發(fā)展簡史：

　　石器時代人類制造和使用的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅。幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用于提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發(fā)展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作3個部分的完整機械。鼓風器對人類社會發(fā)展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫，得從礦石中煉取金屬。西周時期，中國就已有了冶鑄用的鼓風器。15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。17世紀以后，資本主義商品經(jīng)濟在英、法等國迅速發(fā)展，許多人致力于改進各產(chǎn)業(yè)所需要的工作機械和研制新的動力機械——蒸汽機。18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉和冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并逐漸成為重要產(chǎn)業(yè)。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發(fā)展成為有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命和資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術因素。

　　動力機械的發(fā)展 17世紀后期，隨著機械的改進，煤和金屬礦石需求量的增加，只依靠人力和畜力已不能適應生產(chǎn)提高的要求，于是在18世紀初出現(xiàn)了T.紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。1765年，J.瓦特發(fā)明了有分開凝汽器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特又創(chuàng)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(fā)明和發(fā)展，促進礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和搬運機械動力化。幾乎成為19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應用不便。發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動機；20世紀初，出現(xiàn)了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現(xiàn)了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀后期發(fā)明的內燃機經(jīng)過逐年改進，成為輕而小、效率高、易于操縱并可隨時啟動的原動機。內燃機最初用于驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以后又用于汽車、移動機械（如拖拉機、挖掘機械等）和輪船，20世紀中期開始用于鐵路機車。內燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機和噴氣發(fā)動機，還是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎技術因素之一。

　　機械加工技術的發(fā)展：

　　工業(yè)革命以前，機械大都是由木工手工制成的木結構，金屬（主要是鋼和鐵）僅用以制造儀器、鐘表、鎖、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。隨著蒸汽機的廣泛使用以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船和機車等大型機械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，所用金屬材料由銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。機械加工（包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術及其設備以及切削加工技術和機床、刀具、量具等）迅速發(fā)展，從而保證了發(fā)展生產(chǎn)所需要的各種機械裝備供應。同時，隨著生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術的發(fā)展，也促進了大量生產(chǎn)方法（零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等）的形成。

　　機械工程基礎理論的發(fā)展：

　　18世紀以前，機械匠師全憑個人經(jīng)驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎無關。直到18～19世紀才逐漸形成圍繞機械工程的基礎理論。動力機械最先與科學相結合，如蒸汽機的發(fā)明人T.薩弗里和瓦特應用物理學家D.帕潘和J.布萊克的理論，物理學家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文在蒸汽機實踐的基礎上建立起一門新的學科——熱力學等。19世紀初，研究機械中機構結構和運動等的機構學第一次列為高等工程學院（巴黎的工藝學院）的課程。從19世紀后半期起已開始設計計算考慮材料的疲勞。隨后斷裂力學、實驗應力分析、有限元法、數(shù)理統(tǒng)計、電子計算機等相繼被用在設計計算中。

　　機械工程的服務領域：

　　機械工程的服務領域很廣，凡使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，無不需要機械工程的服務。現(xiàn)代機械工程有5大服務領域：

　　1、研制和提供能量轉換機械，包括將熱能、化學能、原子能、電能、流體壓力能和天然機械能轉換為適合于應用的機械能的各種動力機械，以及將機械能轉換為所需要的其他能量的能量變換機械；

　　2、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械，包括農(nóng)、林、牧、漁業(yè)機械和礦山機械以及各種重工業(yè)機械和輕工業(yè)機械等；

　　3、研制和提供從事各種服務的機械，如物料搬運機械，交通運輸機械，醫(yī)療機械，辦公機械，通風、采暖和空調設備以及除塵、凈化、消聲等環(huán)境保護設備等；

　　4、研制和提供家庭和個人生活用的機械，如洗衣機、電冰箱、鐘表、照相機、運動器械和娛樂器械等；

　　5、研制和提供各種機械武器。

　　機械工程的學科內容

　　機械工程的學科內容按工作性質可分為：

　　1、建立和發(fā)展可實際和直接應用于機械工程的工程理論基礎。如工程力學、流體力學、工程材料學、材料力學、燃燒學、傳熱學、熱力學、摩擦學、機構學、機械原理、機械零件、金屬工藝學和非金屬工藝學等；

　　2、研究、設計和發(fā)展新機械產(chǎn)品，改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應當前和未來的需要；

　　3、機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，如生產(chǎn)設施的規(guī)劃和實現(xiàn)、生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調度、編制和貫徹制造工藝、設計和制造工藝裝備、確定勞動定額和材料定額以及加工、裝配、包裝和檢驗等；

　　4、機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理，如確定生產(chǎn)方式、產(chǎn)品銷售以及生產(chǎn)運行管理等；

　　5、機械產(chǎn)品的應用，如選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維修和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械產(chǎn)品和成套機械設備；

　　6、研究機械產(chǎn)品在制造和使用過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染和自然資源過度耗費問題及處理措施。

　　機械工程的學科分支：

　　機械按功能可分為動力機械、粉碎機械、交通運輸機械和物料搬運機械等；

　　按服務的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、化工機械、礦山機械和紡織機械等；

　　按工作原理可分為熱力機械、透平機械、仿生機械和流體機械等。

　　相同的工作原理，相同的功能或服務于同一產(chǎn)業(yè)的機械有相同的問題和特點，因此機械工程就有幾種不同的分支學科體系。另外，全部機械在研究、開發(fā)、設計、制造、運用過程中，要經(jīng)過若干工作性質不同的階段.

　　這些分支學科系統(tǒng)互相交叉、互相重疊，使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如按功能分的動力機械，與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力裝置、核動力裝置，內燃機、燃氣輪機，以及按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，也可能屬于核動力裝置。而驅動時鐘用的發(fā)條和重錘裝置也是動力機械，但不是熱力機械、流體機械、透平機械或往復機械。其他分支之間也有類似的重疊、交叉關系。但實用價值不大。

　　展望：

　　機械工業(yè)是為國民經(jīng)濟提供裝備的基礎工業(yè)，將隨著科學技術的發(fā)展而產(chǎn)生變化。

　　機械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務。

　　機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。

　　人類已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。

　　人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。

　　人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。

　　19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。

　　由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。

　　綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。

　　綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。

　　機電一體化：

　　機電一體化技術和機電一體化產(chǎn)品的統(tǒng)稱，是在機電產(chǎn)品中引入微電子元器件和技術之后形成的。機電一體化技術又稱機械微電子技術，是機械工程、微電子技術、信息處理技術等多種技術融合成的一種系統(tǒng)技術。機電一體化產(chǎn)品是運用機電一體化技術設計、生產(chǎn)的一種帶有軟、硬件系統(tǒng)的多功能的單機或成套裝置，通常由機械本體、微電子裝置、傳感器和執(zhí)行機構等組成。機電一體化技術涉及的學科有機械工程（如機構學、機械加工和精密技術等）、電工與電子技術（如電磁學、計算機技術和電子電路等）、共性技術（如系統(tǒng)技術、控制技術和傳感器技術等）。機電一體化產(chǎn)品主要有商品生產(chǎn)用（如機器人、自動生產(chǎn)線和工廠等）、商品流通用（如數(shù)控包裝機械及系統(tǒng)、微機控制交通運輸機具和數(shù)控工程機械設備等）、商品貯存銷售用（如自動倉庫、自動稱量和銷售及現(xiàn)金處理系統(tǒng)等）、社會服務性（如自動化辦公機械和醫(yī)療及環(huán)保等自動化設施等）和家庭、科研、農(nóng)林牧漁、航空航天及國防等用的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化使機械工業(yè)的技術結構、產(chǎn)品結構、功能和構成、生產(chǎn)方式和管理體系等發(fā)生巨大變化。

　　日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機電一體化技術”這一概念，當時他們取名為“Mechatronics”，即結合應用機械技術和電子技術于一體。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展，總體分解成相互關聯(lián)的若干成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統(tǒng)技術，正向光機電一體化技術（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應用范圍愈來愈廣。

　　機電一體化技術具體包括以下內容：

　　1、機械技術：機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現(xiàn)結構上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術均屬于計算機信息處理技術。

　　2、系統(tǒng)技術：系統(tǒng)技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。

　　3、自動控制技術：其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

　　4、傳感檢測技術：傳感檢測技術是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。

　　5、伺服傳動技術：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質量和功能有決定性的影響。

　　機電一體化系統(tǒng)組成：

　　1、機械本體：機械本體包括機架、機械連接、機械傳動等，它是機電一體化的基礎，起著支撐系統(tǒng)中其他功能單元、傳遞運動和動力的作用。與純粹的機械產(chǎn)品相比，機電一體化系統(tǒng)的技術性能得到提高、功能得到增強，這就要求機械本體在機械結構、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面能夠與之相適應，具有高效、多功能、可靠和節(jié)能、小型、輕量、美觀的特點。

　　2、檢測傳感部分：檢測傳感部分包括各種傳感器及其信號檢測電路，其作用就是檢測機電一體化系統(tǒng)工作過程中本身和外界環(huán)境有關參量的變化，并將信息傳遞給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)檢查到的信息向執(zhí)行器發(fā)出相應的控制。

　　3、電子控制單元：電子控制單元又稱和節(jié)奏發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的地進行。

　　4、執(zhí)行器：執(zhí)行器的作用是根據(jù)電子控制單元的指令驅動機械部件的運動。執(zhí)行器是運動部件，通常采用電力驅動、氣壓驅動和液壓驅動等幾種方式。

　　5、動力源：動力源是機電一體化產(chǎn)品能量供應部分，其作用是按照系統(tǒng)控制要求向機械系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能，以電能為主。

　　機械工程與人類生存環(huán)境：

　　工程技術的發(fā)展在提高人類物質文明和生活水平的同時，也對自然環(huán)境起破壞作用。20世紀中期以來，最突出的問題是資源，尤其是能源的大量消耗和對環(huán)境的污染。未來，機械新產(chǎn)品的研制將以降低資源耗費，發(fā)展純凈的再生能源，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為重要任務。

　　機械工程專業(yè)化和綜合化：

　　19世紀下半葉，機械工程成為一門獨立學科。分解趨勢在20世紀中期（第二次世界大戰(zhàn)結束前后）達到最高峰。由于機械工程的知識總量已擴大到遠非一個人所能全部掌握，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和技術整體的進步，對外界條件變化（如新技術、新材料和新產(chǎn)品的出現(xiàn)、材料與半成品的供應及價格變化等）的適應能力很差。因此，從20世紀中、后期開始，機械工程又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地關注基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。

　　機械設計

　　1、構件多功能設計

　　所謂構件多功能就是一個構件具有多個作用功能.在機構運作過程中能產(chǎn)生多個有用的動作。例如：在進料機構中推料構件既有推料到位的作用又有定位夾緊的功能在夾緊機構中，壓緊構件既起壓緊作用又有定位的功能；在作往復運動的機構中，對行程開關觸動構件。既起觸發(fā)機構作反向運動的作用，又有推動計數(shù)器作記錄的功能。

　　采用構件多功能的設計，可使結構簡單、緊湊和靈巧，可使機構運行穩(wěn)定可靠。

　　2、運動交換機構簡單可靠

　　運動變換機構的設計，要根據(jù)使用的功能要求和技術條件，選擇合理的機構，力求機構能簡單可靠地實現(xiàn)運動形式和運動方向的變換能方便地進行作用力和工作位里的調節(jié)。機構類型的選擇，要考慮其固有的特性，例如：減速機構必有省力和運行較平穩(wěn)的功能。反之，增速機構不省力也不大平穩(wěn)但有增大行程(或增大轉角)和延時的作用。

　　機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。

　　不論服務于哪一領域，機械工程的工作內容基本相同，主要有：

　　建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如：研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導和轉換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。

　　研究、設計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應當前和將來的需要。

　　機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質量進行有效的控制。

　　機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。

　　機械產(chǎn)品的應用這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。

　　研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。

　　發(fā)展簡史

　　20世紀前

　　人類成為“現(xiàn)代人”的標志就是制造工具。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后來出現(xiàn)的機械的先驅。從制造簡單工具演進到制造由多個零件、部件組成的現(xiàn)代機械，經(jīng)歷了漫長的過程。

　　幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷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，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發(fā)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(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶車，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(fā)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，并逐漸從人力鼓風發(fā)展到畜力和水力鼓風。

　　15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發(fā)展方面還是積累了相當多的經(jīng)驗和技術知識，成為后來機械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀以后，資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn)，商品生產(chǎn)開始成為社會的中心問題。

　　18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制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。機械制造工業(yè)開始形成，并在幾十年中成為一個重要產(chǎn)業(yè)。

　　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(fā)展成為一門有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命，以及資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術因素。

　　動力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀后期，隨著各種機械的改進和發(fā)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(chǎn)提高到一個新的階段。

　　在英國，紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)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(chǎn)需要下，18世紀初出現(xiàn)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，基本上只應用于煤礦。

　　1765年，瓦特發(fā)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(chuàng)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(fā)明和發(fā)展，使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、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(tǒng)等體積龐大、笨重，應用很不方便。

　　19世紀末，電力供應系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產(chǎn)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(chǎn)發(fā)揮作用。

　　發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現(xiàn)了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現(xiàn)了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。

　　19世紀后期發(fā)明的內燃機經(jīng)過逐年改進，成為輕而小、效率高、易于操縱、并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，以后又用于汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用于鐵路機車。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。內燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機、噴氣發(fā)動機的發(fā)展，是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎技術因素之一。

　　工業(yè)革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、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(xiàn)的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發(fā)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(fā)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(fā)展，保證了各產(chǎn)業(yè)發(fā)展生產(chǎn)所需的機械裝備的供應。

　　社會經(jīng)濟的發(fā)展，對機械產(chǎn)品的需求猛增。生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術的進展，促進了大量生產(chǎn)方法的形成，如零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等。

　　簡單的互換性零件和專業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn)，在古代就已出現(xiàn)。在機械工程中，互換性最早體現(xiàn)在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車床所生產(chǎn)的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產(chǎn)方法生產(chǎn)火槍，顯示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產(chǎn)方法在美國逐漸推廣，形成了所謂“美國生產(chǎn)方法”。

　　20世紀后

　　20世紀初期，福特在汽車制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產(chǎn)技術加上泰勒在19世紀末創(chuàng)立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產(chǎn)的機械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率很快達到了過去無法想象的高度。

　　20世紀中、后期，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(shù)控機床、加工中心、成組技術等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)效率提高到近于大量生產(chǎn)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(jīng)驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎不發(fā)生聯(lián)系。到18～19世紀，在新興的資本主義經(jīng)濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產(chǎn)，而直接進行生產(chǎn)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(fā)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(fā)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(chuàng)立的；1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創(chuàng)造的粗陋笨重、噪聲大、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(fā)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(tǒng)，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，關于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世紀之后方有理論闡述。

　　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，并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(tài)的機械，它的工作情況會發(fā)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(tài)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(jīng)驗進行工作。設計計算多依靠經(jīng)驗公式；為保證安全，都偏于保守，結果制成的機械笨重而龐大、成本高、生產(chǎn)率低、能量消耗很大。

　　從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數(shù)學方法的發(fā)展，使設計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀，出現(xiàn)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世紀后半葉，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。對于掌握有充分的實踐或實驗資料的機械或其元件，已經(jīng)可以運用統(tǒng)計技術，按照要求的可靠度，科學地進行機械設計。

　　發(fā)展趨勢

　　發(fā)展工程機械是國民經(jīng)濟建設的重要裝備，在裝備工業(yè)中占有舉足輕重的地位。中國工程機械行業(yè)2007年的銷售收入為2 223億元，位居世界工程機械行業(yè)第二位。從2001年到2007年，年均增速超過24%。出口額從1998年的2.24億美元增長到2007年的87億美元，10年間增長了37倍，中國的工程機械行業(yè)在全球同行中占有重要位置，產(chǎn)品已出口到歐美等工程機械強國，正在向“制造大國”和“制造強國”邁進。

　　但是，與國際先進水平相比，中國工程機械的整體水平尚有差距，部分產(chǎn)品在國際主流市場上處于二、三流產(chǎn)品的地位；中國工程機械企業(yè)與大型工程機械跨國企業(yè)集團相比，競爭力還比較弱。在邁向工程機械制造強國的征途中，發(fā)展的形勢將更嚴峻、面臨的挑戰(zhàn)將更大。

　　面臨的形勢是經(jīng)濟與市場的全球化、競爭的白熱化以及需求的個性化與便利化、相關利益主體的多元化、科技發(fā)展的高速化，這就要求我們科學、準確地預測未來，快速應對，只有這樣才能保持已形成的優(yōu)勢并趕超先進。

　　人文關懷、可持續(xù)發(fā)展成為行業(yè)科技創(chuàng)新的理念工程機械作為人自身能力的延伸，一直與人類文明進步共同發(fā)展。隨著科學技術的進步，人類對生活質量的不斷追求以及對尊嚴的重視，為工程機械發(fā)展提出了許多新的課題。中國工程機械行業(yè)順應需求，重視加強微電子技術、信息技術、光電技術、新材料技術與機械制造技術之間的結合、融合，促進產(chǎn)品向多樣化、智能化、綠色化等領域攻關與創(chuàng)新。

　　智能化和產(chǎn)品規(guī)格延伸彰顯人文關懷工程機械產(chǎn)品的應用空間隨著人類對生活品質日漸增長的需求而逐漸得以拓展，已由原來的建筑、筑路、水利電力、礦業(yè)等傳統(tǒng)領域向城市狹窄施工場所、山區(qū)丘陵地區(qū)的農(nóng)業(yè)施工場所及在貨棧、碼頭、倉庫、艙位、農(nóng)舍、園林、園藝、建筑物層內和地下工程作業(yè)環(huán)境，及大型、特大型施工工程和礦山拓展。因此，要求工程機械逐步向兩端延伸，即微型化與大型化、特大型化。大型、特大型工程機械產(chǎn)品隨著大型、特大型工程的不斷增多，市場需求量不斷增長。它們具有研制與生產(chǎn)周期長、科技含量高、附加值高的特點，代表了一個國家或一個重要企業(yè)工程機械制造水平，這些產(chǎn)品多被發(fā)達國家的幾家跨國公司壟斷。

　　另一方面，為了提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，改善勞動條件，盡可能地用機械作業(yè)替代人力勞動成為一種發(fā)展趨勢，為適應這種工程作業(yè)環(huán)境使用要求，小型及微型工程機械的需求將迅速增長。微型產(chǎn)品不但其外形尺寸受到具體約束，同時其外觀形態(tài)、色調等方面的設計愈來愈體現(xiàn)了與自然、環(huán)境的融合，更彰顯了對人性尊重的人文關懷。

　　其次是同一產(chǎn)品由單一功能向多功能化、柔性化方向發(fā)展，即在通用產(chǎn)品的基礎上增加模塊化的功能部件，實現(xiàn)產(chǎn)品功能的多樣化；或通過全新的模塊化設計、制造以及不同模塊之間的柔性化組合，實現(xiàn)功能多樣化，傳統(tǒng)意義上的工程機械產(chǎn)品種類劃分將受到挑戰(zhàn)。工程推土機應向微型、小型與大型、特大型等兩端延伸，開發(fā)適應如濕地、沙漠、灌木叢等不同工況要求的，多功能、多用途、高效節(jié)能的產(chǎn)品以及相應的輔助功能模塊。裝載機應開發(fā)斗容量大、發(fā)動機功率大、掘起力大、傾翻負荷大、牽引力大、廢氣排放少的大型環(huán)保產(chǎn)品和可裝載、可抓物、可側卸、可起重，經(jīng)濟性好的一機多用型產(chǎn)品（如破碎機）。

　　工程挖掘機要延伸發(fā)展大型液壓挖掘機、微型挖掘機、無人駕駛液壓挖掘機、遙控水下挖掘機、水下推土機、水下挖溝機。

　　輪式起重機要開發(fā)技術先進、可靠性高、壽命長、施工質量好而且新技術含量高的一機多用型的多功能產(chǎn)品等。通過工程機械的信息化、智能化，可以提高工程機械各種故障的自我診斷和修復能力，降低施工人員的勞動強度、提高工作效率和工程質量。在一些特殊工況下，如高溫、嚴寒、高空、輻射、水下和地下等工況，可以代替施工人員進行智能化、高質量施工。操作系統(tǒng)的自動化控制與遠程控制、施工的精確定位與控制、故障診斷與監(jiān)控等技術在工程機械上的應用將會越來越普遍。應用機電液一體化技術、電子計算機技術、監(jiān)測控制技術以及這些技術的集成技術開發(fā)的裝載機、挖掘機、筑養(yǎng)路機械、叉車、混凝土攪拌運輸機械和起重機等新型工程機械產(chǎn)品將會不斷出現(xiàn)。