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第1章 绪论1

1.1 机械发展的历史分期2

1.1.1 古代（公元前5000年左右至欧洲文艺复兴）2

1.1.2 近代（文艺复兴至第二次工业革命结束）3

1.1.3 当代（19世纪末的新物理学革命以来）4

1.2 自然、社会、科学和技术间的几个重要关系4

1.2.1 第一个重要关系：社会、科技和自然5

1.2.2 第二个重要关系：科技发展背后的推动力5

1.2.3 第三个重要关系：经济、科技的发展和整个社会的发展、变革密不可分6

1.2.4 第四个重要关系：自然科学基础与相关科技领域的作用7

1.3 关于技术革命和工业革命7

1.3.1 几种革命的概念与关系8

1.3.2 关于第三次工业革命的提法9

1.4 为什么要学习一些科技发展史？10

1.4.1 扩大知识面要从横向和纵向两个方向进行10

1.4.2 回溯历史，了解自然、社会和科技之间的关系11

1.4.3 回溯历史，激发创新精神12

1.5 关于机械工程学科12

参考文献15

第2章 古代机械的发展17

2.1 概述18

2.1.1 古代人类使用工具的三个时代18

2.1.2 古代机械发展的三个主要区域18

2.1.3 中国的辉煌与落伍19

2.1.4 欧洲发展中的曲折21

2.2 各种古代机械发展简介21

2.2.1 简单机械22

2.2.2 冶炼设备23

2.2.3 舟与车24

2.2.4 农业机械25

2.2.5 纺织机械25

2.2.6 计时器与天文仪器26

2.2.7 起重运输机械29

2.2.8 兵器29

2.2.9 礼仪与娱乐性机械30

2.2.10 各种机构与传动31

2.3 古代的机械制造技术31

2.3.1 铸造技术31

2.3.2 锻造和其他压力加工技术32

2.3.3 焊接技术33

2.3.4 切削加工技术34

2.3.5 热处理技术34

2.4 关于古代机械的几个问题35

2.4.1 古代机械的动力35

2.4.2 依靠直觉和灵感的巧妙创造35

2.4.3 古代与现代相通36

2.4.4 关于中国古代科技的两个深层次问题36

参考文献37

第3章 工业革命前欧洲社会和科技的进步39

3.1 文艺复兴至工业革命期间的社会发展40

3.1.1 资本主义生产方式的出现40

3.1.2 地理大发现40

3.1.3 文艺复兴运动41

3.1.4 宗教改革运动42

3.1.5 启蒙运动42

3.1.6 资产阶级革命43

3.2 文艺复兴至工业革命前欧洲的机械科学技术43

3.2.1 列奥纳多·达·芬奇44

3.2.2 工业革命前力学、机械理论的若干进展45

3.2.3 工业革命前的机械技术45

3.3 经典力学的创立和发展50

3.3.1 天文学的突破和科学精神的解放50

3.3.2 经典力学创立之前的理论准备51

3.3.3 经典力学的创立52

3.3.4 经典力学的局限性53

3.4 微积分理论与微分方程理论的建立54

3.4.1 微积分理论的建立55

3.4.2 微分方程理论的建立和发展55

参考文献57

第4章 第一次工业革命59

4.1 第一次工业革命发展概况60

4.1.1 英国发生工业革命的背景60

4.1.2 第一次工业革命概述61

4.2 蒸汽机的发明和交通运输革命62

4.2.1 蒸汽机发明的漫长过程62

4.2.2 瓦特的贡献63

4.2.3 瓦特——优秀的创新型人才64

4.2.4 蒸汽机发明的划时代意义65

4.2.5 铁路时代65

4.2.6 蒸汽远洋轮船66

4.2.7 交通运输革命的重要意义66

4.3 第一次工业革命中的机械发明67

4.3.1 蒸汽动力的广泛应用68

4.3.2 纺织和缝纫机械69

4.3.3 工程机械与矿山机械71

4.3.4 农业机械72

4.3.5 制冷机械73

4.3.6 流体机械74

4.3.7 武器75

4.3.8 信息机械76

4.4 近代机械制造业的诞生和早期发展78

4.4.1 瓦特时代机械加工的状况78

4.4.2 机床的改进和发明79

4.4.3 互换性生产的出现82

4.4.4 标准化的开端83

4.5 永动机问题的理论解决83

参考文献84

第5章 第二次工业革命87

5.1 第二次工业革命发展概况88

5.1.1 第二次工业革命的历史背景88

5.1.2 电气时代89

5.1.3 钢铁时代91

5.1.4 第二次工业革命期间机械发展概况92

5.1.5 第二次工业革命的特点92

5.2 内燃机的发明和新的交通运输革命94

5.2.1 内燃机的发明和进步94

5.2.2 汽车的发明和早期发展96

5.2.3 飞机的发明和早期发展98

5.2.4 交通工具方面的其他变革101

5.3 第二次工业革命期间的机械发明103

5.3.1 动力机械103

5.3.2 矿山机械106

5.3.3 工程机械110

5.3.4 泵和压缩机111

5.3.5 信息机械111

5.3.6 武器113

5.3.7 其他机械114

5.4 第二次工业革命期间的机械制造业115

5.4.1 机床的发展116

5.4.2 刀具材料的进步和切削速度的提高120

5.4.3 测量水平的提高122

5.4.4 泰勒的科学管理制度123

5.4.5 福特首创的大批量生产模式123

5.4.6 标准化、系列化的发展124

5.5 机械发展的若干趋势125

5.5.1 机械和运载工具的高速化和大功率化125

5.5.2 机械的精密化127

5.5.3 机械的轻量化128

5.5.4 机械的半自动化128

参考文献130

第6章 工业革命期间数学和力学的进一步发展133

6.1 与机械工程密切相关的数学领域的进展134

6.1.1 变分法134

6.1.2 微分几何135

6.1.3 线性代数135

6.1.4 概率论136

6.1.5 图论137

6.2 力学学科的进一步发展138

6.2.1 分析力学138

6.2.2 弹性力学140

6.2.3 塑性力学141

6.2.4 材料力学142

6.2.5 振动理论143

6.2.6 流体力学147

6.2.7 小结：力学与数学的关系147

参考文献148

第7章 近代机械工程学科的诞生和发展151

7.1 机械工程学科的诞生152

7.1.1 机构学的诞生152

7.1.2 法国的理论运动学研究154

7.1.3 机械工程师学会的成立155

7.2 近代机构学学科的发展155

7.2.1 机构学的德国学派和俄苏学派156

7.2.2 连杆机构的应用和理论158

7.2.3 凸轮机构的演进、分析与设计160

7.3 机械振动理论与应用的发展163

7.4 近代的机械动力学165

7.4.1 机械动力学分析方法的形成165

7.4.2 转子动力学研究的起步168

7.4.3 关于机构动力平衡的研究170

7.5 机械传动与液压传动的演进172

7.5.1 机械传动的演进172

7.5.2 流体传动的出现和发展175

7.6 近代的机械设计学科177

7.6.1 古代和近代机械设计发展的几个阶段177

7.6.2 图纸设计法出现178

7.6.3 机械设计从应用力学中独立出来179

7.6.4 近代的机械结构强度学180

7.6.5 主要机械零件设计方法的形成181

7.7 近代的机械制造学科184

7.7.1 概述184

7.7.2 关于金属切削理论的研究186

7.7.3 机械加工精度理论187

参考文献190

第8章 第三次技术革命概貌195

8.1 第三次技术革命的科学基础196

8.1.1 新的物理学革命196

8.1.2 信息论、控制论和系统论的诞生198

8.1.3 非线性科学的诞生和发展202

8.2 第三次技术革命的背景和概貌204

8.2.1 第二次世界大战对新技术革命的催生作用204

8.2.2 战后世界形成了有利于经济和科技发展的环境206

8.2.3 第三次技术革命的概貌207

8.2.4 第三次技术革命的特点208

8.2.5 第三次技术革命的影响210

8.3 第三次技术革命的主要内容212

8.3.1 航天事业212

8.3.2 生物技术215

8.3.3 海洋工程技术215

8.3.4 新能源技术216

8.4 信息技术220

8.4.1 微电子技术220

8.4.2 电子计算机技术220

8.4.3 人工智能223

8.4.4 信号分析225

8.4.5 网络技术226

8.4.6 传感技术227

8.5 新材料技术227

8.5.1 新材料作用重大228

8.5.2 各种新材料的发展228

8.6 与机械工程相关的数学、力学的新进步231

8.6.1 数值计算方法的巨大进步231

8.6.2 振动理论的新进展234

8.6.3 多体动力学的诞生238

参考文献240

第9章 第三次技术革命中的机械工程概述245

9.1 新时期的机械工程概述246

9.1.1 新时期推动机械工程发展的四大因素246

9.1.2 新时期机械工程的全面大发展247

9.2 新时期机械产品发展的总趋向249

9.2.1 机械和运载工具进一步的高速化和大功率化250

9.2.2 对机械的精密化要求提高到更高的水平251

9.2.3 对机械的可靠性要求提高到更高的水平251

9.2.4 对机械和运载工具轻量化的要求更为迫切252

9.2.5 追求产品的性能价格比252

9.2.6 降低机器对环境的不良影响253

9.2.7 机器应安全、舒适、怡人253

9.2.8 产品的多样化与个性化253

9.3 新时期机械的重大发明与改进254

9.3.1 机电一体化产品255

9.3.2 机器人257

9.3.3 高速铁路车辆261

9.3.4 大型工程机械262

9.3.5 信息机械263

9.3.6 动力机械264

9.3.7 纺织机械265

9.3.8 农业机械265

9.4 机械制造业几个重点领域的迅速发展266

9.4.1 汽车工业267

9.4.2 航空航天工业269

9.4.3 大型发电设备制造业270

9.4.4 IC制造业271

9.4.5 机床制造业272

9.5 关于复杂机电系统273

参考文献274

第10章 新时期机械学理论的发展277

10.1 机构学278

10.1.1 机构学的美国学派278

10.1.2 现代机构学的进展：机构运动学279

10.1.3 现代机构学的进展：新的机构类型281

10.1.4 现代机构学的进展：机构动力学282

10.1.5 机构学在中国的发展简介285

10.2 机械传动学286

10.2.1 齿轮强度计算标准的建立286

10.2.2 齿轮动力学与减振降噪的研究287

10.2.3 啮合理论研究的新进展288

10.2.4 新型啮合传动的发展288

10.2.5 其他机械传动290

10.2.6 机械传动的信息化和智能化291

10.3 机器人学291

10.3.1 机器人机构学291

10.3.2 机器人动力学293

10.4 机械动力学296

10.4.1 新时期机械动力学发展概述296

10.4.2 机械动力学分析模型297

10.4.3 动力学建模的精细化298

10.4.4 动力学分析与仿真的发展299

10.4.5 机械动力学在横向形成几个分支领域299

10.5 机械强度学301

10.5.1 疲劳设计方法的建立301

10.5.2 断裂力学的发展302

10.5.3 智能结构与健康监测304

10.6 摩擦学304

10.6.1 近代关于摩擦、磨损和润滑的研究305

10.6.2 当代的摩擦学研究306

10.7 微机械学307

10.7.1 MEMS的技术革命历程307

10.7.2 MEMS的应用前景308

10.7.3 关于微机械系统的研究309

10.8 流体传动与控制310

参考文献311

第11章 新时期机械设计的全新面貌315

11.1 新时期机械设计概述316

11.1.1 新时期机械设计的全面大发展316

11.1.2 设计理论和方法学319

11.2 机械创新设计的理论和方法321

11.2.1 创造学在美国的诞生和发展321

11.2.2 苏联的TRIZ理论和方法322

11.2.3 机械创新设计324

11.2.4 反求设计324

11.2.5 仿生设计325

11.3 计算机图形学和计算机辅助设计326

11.3.1 计算机图形学326

11.3.2 计算机辅助设计329

11.4 保证产品主要性能的现代设计方法331

11.4.1 优化设计331

11.4.2 可靠性设计332

11.4.3 保值设计333

11.5 动态设计与振动控制334

11.5.1 静态设计与动态设计334

11.5.2 动态设计方法的发展334

11.5.3 振动控制技术的发展336

11.6 其他现代设计方法340

11.6.1 价值工程340

11.6.2 工业设计与人机工程341

参考文献343

第12章 新时期机械制造的全新面貌347

12.1 新时期机械制造概述348

12.1.1 新时期对机械制造技术提出的新挑战348

12.1.2 新时期机械制造技术发展的总趋向351

12.2 自动化——先进制造技术发展的主线352

12.2.1 数控加工和数控机床的诞生和发展352

12.2.2 工艺编制技术的进步354

12.2.3 CAD/CAPP/CAM的集成355

12.2.4 柔性制造系统356

12.2.5 机器人在制造中的应用357

12.3 切削加工技术的进步358

12.3.1 刀具材料的新进步358

12.3.2 高速切削技术359

12.3.3 精密与超精密加工技术360

12.3.4 难加工材料的加工技术361

12.3.5 干式加工技术362

12.3.6 关于加工振动控制的理论与实践362

12.3.7 与切削加工的进步相适应的机床技术364

12.4 特殊表面的加工技术365

12.4.1 自由曲面加工365

12.4.2 螺旋锥齿轮齿面的加工367

12.5 特种加工技术的出现和发展368

12.5.1 电火花加工369

12.5.2 电化学加工369

12.5.3 超声波加工370

12.5.4 高能束流加工370

12.5.5 水射流加工371

12.6 增量制造技术371

12.6.1 快速原型技术372

12.6.2 3D打印技术373

12.7 绿色制造技术375

12.7.1 绿色制造——从认识到行动375

12.7.2 绿色制造技术的内容376

12.7.3 再制造技术376

12.8 企业活动的信息化、智能化和网络化378

12.8.1 计算机集成制造系统378

12.8.2 制造活动的网络化380

参考文献381

第13章 毛坯生产技术的历史发展385

13.1 铸造技术的历史发展386

13.1.1 工业革命期间铸造技术的进步386

13.1.2 新技术革命中的现代铸造技术388

13.2 压力加工技术的历史发展389

13.2.1 锻造389

13.2.2 轧制391

13.2.3 冲压391

13.2.4 挤压393

13.2.5 冷锻394

13.2.6 旋压394

13.3 焊接技术的历史发展395

13.3.1 19世纪焊接技术的发展395

13.3.2 20世纪上半叶焊接技术的发展396

13.3.3 第三次技术革命中的焊接技术397

13.4 其他毛坯成形方法和热处理技术的历史发展398

13.4.1 爆炸成形398

13.4.2 粉末冶金399

13.4.3 塑料成形399

13.4.4 热处理技术400

参考文献401

第14章 近代的高等机械工程教育403

14.1 近代工程教育的诞生和发展（19世纪）404

14.1.1 英国：走向落伍404

14.1.2 法国：近代机械工程教育的先锋406

14.1.3 德国：建立现代大学，领先机械科技407

14.1.4 美国：工程教育的崛起410

14.2 近代工程教育的发展（20世纪）412

14.2.1 苏联：专才教育的极端化412

14.2.2 前所未有的知识难民潮414

14.2.3 美国成为当代科学技术和工程教育的中心414

14.3 近代的两种工程教育模式416

14.3.1 通才教育和专才教育的基本概念416

14.3.2 实例对比416

14.3.3 两种教育模式的区别和选择418

参考文献420

第15章 近当代中国的机械工程423

15.1 洋务运动中的机械工程424

15.1.1 鸦片战争以前西方机械技术的传入424

15.1.2 洋务运动概况425

15.1.3 中国近代机械工业的诞生426

15.1.4 中国近代高等工程教育的诞生428

15.1.5 洋务运动的失败430

15.2 民国时期的机械工程430

15.2.1 民国时期的机械工业430

15.2.2 民国时期的机械工程教育与研究431

15.2.3 中国机械工程学会的成立432

15.3 当代中国的机械工程（改革开放以前）433

15.3.1 新中国成立后的机械工业与机械科技433

15.3.2 新中国成立后的高等机械工程教育435

15.3.3 文化大革命中的机械工业和教育438

15.4 当代中国的机械工程（改革开放以来）439

15.4.1 改革开放以来中国机械工业的跨越式发展439

15.4.2 改革开放以来中国的机械科学与技术442

15.4.3 改革开放以来中国的高等机械工程教育444

参考文献447

跋449

附录A 人名表451

附录B 术语的汉英对照和索引467