机械

机械的定义最早来自机械工程学，是人为的实物构件的组合，主要是利用能量达到一特定的目的，机械中一般会有可以移动的物体。广义的机械是利用能量达到一特定目的的装置或者设备，不一定符合上述的定义，例如电机机械包括马达、发电机及变压器等，而变压器中就没有可动件。而肌肉中的分子马达肌球蛋白也不满足人为实物构件的定义。

1、基本定义

机构和机器的定义来源于机械工程学，属于现代机械原理中的最基本的概念，中文机械的现代概念多源自日文之机械一词，日本的机械工程学对机械概念做如下定义（即符合下面三个特征称为机械machine）：

机械是物体的组合，假定力加到其各个部分也难以变形。

这些物体必须实现相互的、单一的、规定的运动。

把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功。

2、历史简介

手斧可能是第一个由人类制造的机械，其作法是将切割燧石来产生的楔，楔是简单机械的一种，可以将纵向的位移和力转变为横向将物体切开力及位移。

简单机械的概念来自西元前三世纪的阿基米德，他提出的简单机械包括杠杆、滑轮及螺旋。阿基米德也研究了杠杆中的机械利益。后来的希腊哲学家发明了斜面除外的五种简单机械，也可以大致计算其机械利益。亚历山大的希罗（约10–75AD）在其著作《力学》中列出了五种“可以使重物移动”的机械，包括杠杆、绞盘、滑轮、楔及螺旋，并且描述其用途及润滑方式，不过希腊当时的了解只限制在简单机械的静力学上，只考虑力的平衡，不考虑机械的动力学，也不考虑在力和位移之间的取舍，以及功的概念。

在文艺复兴时期大家开始研究简单机械的动力学，一开始是研究简单机械可以产生多少有用的功，最后则产生了机械功的概念。1586年时佛兰芒工程师西蒙·斯蒂文推导出斜面的机械利益，因此斜面也被列在简单机械中。简单机械的完整动力学理论是由意大利科学家伽利略·伽利莱在1600年的《力学》中提出。伽利略也是第一个了解简单机械不会创造能量，只会转换能量。

机械中滑动摩擦的古典定律是由达芬奇（1452–1519）发明，但只留在他的笔记本中没有发表。后来纪尧姆·阿蒙顿（1699）再次发现摩擦力的定律，后来夏尔·奥古斯丁·库仑（1785）又作了进一步的发展。

3、主要分类

机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：

按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械、包装机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。

我国机械行业的主要产品包括以下12类：

农业机械：拖拉机、播种机、收割机械等；

重型矿山机械：冶金机械、矿山机械、起重机械、装卸机械、工矿车辆、水泥设备等；

工程机械：叉车、铲土运输机械、压实机械、混凝土机械等；

石化通用机械：石油钻采机械、炼油机械、化工机械、泵、风机、阀门、气体压缩机、制冷空调机械、造纸机械、印刷机械、塑料加工机械、制药机械等；

电工机械：发电机械、变压器、、高低压开关、电线电缆、蓄电池、电焊机、家用电器等；

机床：金属切削机床、锻压机械、铸造机械、木工机械等；

汽车：载货汽车、公路客车、轿车、改装汽车、摩托车等；

仪器仪表：自动化仪表、电工仪器仪表、光学仪器、成分分析仪、

机械齿轮汽车仪器仪表、电料装备、电教设备、照相机等；

基础机械：轴承、液压件、密封件、粉末冶金制品、标准紧固件、工业链条、齿轮、模具等；

包装机械：包装机、装箱机、输送机等；

环保机械：水污染防治设备、大气污染防治设备、固体废物处理设备等；

矿山机械：岩石分裂机、顶石机等。

工程机械是指用于工程建设的施工机械的总称。广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域。

制砖机械：生产建筑用砖的砌块机、免烧砖机、空心砖机、液压砖机、水泥砖机等，主要产生各种砌块、空心砖、建筑用标准砖、路沿砖等新型环保墙体材料。

4、机械制图

机械制图是用图样确切表示机械的结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求的学科。图样由图形、符号、文字和数字等组成，是表达设计意图和制造要求以及交流经验的技术文件，常被称为工程界的语言。

用图来状物纪事的起源很早，如中国宋代苏颂和赵公廉所著《新仪象法要》中已附有天文报时仪器的图样，明代宋应星所著《天工开物》中也有大量的机械图样，但尚不严谨。

1799年，法国学者蒙日发表《画法几何》著作，自此机械图样中的图形开始严格按照画法几何的投影理论绘制。为使人们对图样中涉及到的格式、文字、图线、图形简化和符号含义有一致的理解，后来逐渐制定出统一的规格，并发展成为机械制图标准。各国一般都有自己的国家标准，国际上有国际标准化组织制定的标准。中国的机械制图国家标准制定于1959年，后在1974年和1984年修订过两次。

在机械制图标准中规定的项目有：图纸幅面及格式、比例、字体和图线等。

在图纸幅面及格式中规定了图纸标准幅面的大小和图纸中图框的相应尺寸。比例是指图样中的尺寸长度与机件实际尺寸的比例，除允许用1:1的比例绘图外，只允许用标准中规定的缩小比例和放大比例绘图。

在中国，规定汉字必须按长仿宋体书写，字母和数字按规定的结构书写。图线规定有八种规格，如用于绘制可见轮廓线的粗实线、用于绘制不可见轮廓线的虚线、用于绘制轴线和对称中心线的细点划线、用于绘制尺寸线和剖面线的细实线等。

机械图样主要有零件图和装配图，此外还有布置图、示意图和轴制图等。零件图表达零件的形状、大小以及制造和检验零件的技术要求；装配图表达机械中所属各零件与部件间的装配关系和工作原理；布置图表达机械设备在厂房内的位置；示意图表达机械的工作原理，如表达机械传动原理的机构运动简图、表达液体或气体输送线路的管道示意图等。示意图中的各机械构件均用符号表示。轴制图是一种立体图，直观性强，是常用的一种辅助用图样。

表达机械结构形状的图形，常用的有视图、剖视图和剖面图等。

视图是按正投影法即机件向投影面投影得到的图形。

按投影方向和相应投影面的位置不同，视图分为主视图、俯视图和左视图等。视图主要用于表达机件的外部形状。图中看不见的轮廓线用虚线表示。机件向投影面投影时，观察者、机件与投影面三者间有两种相对位置。机件位于投影面与观察者之间时称为第一角投影法。投影面位于机件与观察者之间时称为第三角投影法。两种投影法都能同样完善地表达机件的形状。中国国家标准规定采用第一角投影法。

剖视图是假想用剖切面剖开机件，将处在观察者与剖切面之间的部分移去，将其余部分向投影面投影而得到图形。剖视图主要用于表达机件的内部结构。剖面图则只画出切断面的图形。剖面图常用于表达杆状结构的断面形状。

对于图样中某些作图比较繁琐的结构，为提高制图效率允许将其简化后画出，简化后的画法称为简化画法。机械制图标准对其中的螺纹、齿轮、花键和弹簧等结构或零件的画法制有独立的标准。

图样是依照机件的结构形状和尺寸大小按适当比例绘制的。

图样中机件的尺寸用尺寸线、尺寸界线和箭头指明被测量的范围，用数字标明其大小。在机械图样中，数字的单位规定为毫米，但不需注明。对直径、半径、锥度、斜度和弧长等尺寸，在数字前分别加注符号予以说明。

制造机件时，必须按图样中标注的尺寸数字进行加工，不允许直接从图样中量取图形的尺寸。要求在机械制造中必须达到的技术条件如公差与配合、形位公差、表面粗糙度、材料及其热处理要求等均应按机械制图标准在图样中用符号、文字和数字予以标明。

20世纪前，图样都是利用一般的绘图用具手工绘制的。20世纪初出现了机械结构的绘图机，提高了绘图的效率。20世纪下半叶出现了计算机绘图，将需要绘制的图样编制成程序输入电子计算机，计算机再将其转换为图形信息输给绘图仪绘出图样，或输送给计算机控制的自动机床进行加工。

图样一般需要描绘成透明底图，用透明底图洗印出蓝图或用氨熏出紫图。20世纪中期出现了静电复印机，这种复印机可将原图样直接进行复制，并可将图放大或缩小。采用这种新技术可以省去描图工序。

5、机械密封

机械密封也称端面密封，主要用于泵、压缩机、液压传动和其他类似设备的旋转轴的密封。机械密封由一对和数对动环与静环组成的平面摩擦副构成的密封装置。

机械密封是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。补偿环的辅助密封为金属波纹管的称为波纹管机械密封。

组成

主要有以下四类部件：

1、主要密封件：动环和静环；

2、辅助密封件：密封圈；

3、压紧件：弹簧、推环；

4、传动件：弹箕座及键或固定螺。

分类

按弹簧元件旋转或静止可分为：旋转式内装内流非平衡型单端面密封，简称旋转式；静止式外装内流平衡型单端面密封，简称静止式。

按静环位于密封端面内侧或外侧可分为：内装式和外装式；

按密封介质泄漏方向可分为：内流失和外流式；

按介质在端面引起的卸载情况可分为：平衡式和非平衡式；

按密封端面的对数可分为：单端面和双端面；

按弹簧的个数可分为：单弹簧式和多弹簧式；

按弹性元件分类：弹簧压缩式和波纹管式；

按非接触式机械密封结构分类：流体静压式、流体动压式、干气密封式；

按密封腔温度分类：高、中、普、低温密封；

按密封腔压力分离：超高、高、中、低压机械密封；

6、注意事项

安装时注意事项：

1、要十分注意避免安装中所产生的安装偏差。

1）上紧压盖应在联轴器找正后进行，螺栓应均匀上支，防止压盖端面偏斜，用塞尺检查各点，其误差不大于0.05毫米；

2）检查压盖与轴或轴套外径的配合间隙（即同心度），四周要均匀，用塞尺检查各点允差不大于0.01毫米。

2、弹簧压缩量要按规定进行，不允许有过大或过小现象，要求误差2.00毫米。过大会增加端面比压，另速端面磨损。过小会造成比压不足而不能起到密封作用。

3、动环安装后髯保证能在轴上灵活移动，将动环压向弹簧后应能自动弹回来。

拆卸时注意事项：

1、在拆卸机械密封时要仔细，严禁动用手锤和扁铲，以免损坏密封元件。可做一对钢丝勾子，在对自负盈亏方向伸入传动座缺口处，将密封装置拉出。如果结垢拆卸不下时，应清洗干净后再进行拆卸；

2、如果在泵两端都用机械密封时，在装配，拆卸过程中互相照顾，防止顾此失彼；

3、对运行过的机械密封，凡有压盖松动使密封发生移动的情况，则动静环零件必须更换，不应重新上紧继续使用。因为在之样楹动后，摩擦副原来运转轨迹会发生变动，接触面的密封性就很容易遭到破坏。

机封正常运行和维护问题：

1、启动前的准备工作及注意事项

1）全面检查机械密封，以及附属装置和管线安装是否齐全，是否符合技术要求；

2）机械密封启动前进行静压试验，检查机械密封是否有泄漏现象。

若泄漏较多，应查清原因设法消除。如仍无效，则应拆卸检查并重新安装。一般静压试验压力用2~3公斤/平方厘米；

3）按泵旋向盘车，检查是否轻快均匀。如盘车吃力或不动时，则应检查装配尺寸是否错误，安装是否合理。

2、安装与停运

1）启动前应保持密封腔内充满液体。对于输送凝固的介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。启动前必须盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂；

2）对于利用泵外封油系统的机械密封，应先启动封油系统。停车后最后停止封油系统；

3）热油泵停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油温降到80度以下时，才可以停止冷却水，以免损坏密封零件。

3、运转

1）泵启动后若有轻微泄漏现象，应观察一段时间。如连续运行4小时，泄漏量仍不减小，则应停泵检查；

2）泵的操作压力应平稳，压力波动不大于1公斤/平方厘米；

3）泵在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封面干摩擦及密封破坏；

4）密封情况要经常检查。运转中，当其泄漏超过标准时，重质油不大于5滴/分，轻质油不大于10/分，如2-3日内仍无好转趋势，则应停泵栓查密封装置。

7、发展趋势

发展工程机械是国民经济建设的重要装备，在装备工业中占有举足轻重的地位。中国工程机械行业2007年的销售收入为2223亿元，位居世界工程机械行业第二位。从2001年到2007年，年均增速超过24%。出口额从1998年的2.24亿美元增长到2007年的87亿美元，10年间增长了37倍，中国的工程机械行业在全球同行中占有重要位置，产品已出口到欧美等工程机械强国，正在向“制造大国”和“制造强国”迈进。

但是，与国际先进水平相比，中国工程机械的整体水平尚有差距，部分产品在国际主流市场上处于二、三流产品的地位；中国工程机械企业与大型工程机械跨国企业集团相比，竞争力还比较弱。在迈向工程机械制造强国的征途中，发展的形势将更严峻、面临的挑战将更大。

面临的形势是经济与市场的全球化、竞争的白热化以及需求的个性化与便利化、相关利益主体的多元化、科技发展的高速化，这就要求我们科学、准确地预测未来，快速应对，只有这样才能保持已形成的优势并赶超先进。

人文关怀、可持续发展成为行业科技创新的理念工程机械作为人自身能力的延伸，一直与人类文明进步共同发展。随着科学技术的进步，人类对生活质量的不断追求以及对尊严的重视，为工程机械发展提出了许多新的课题。中国工程机械行业顺应需求，重视加强微电子技术、信息技术、光电技术、新材料技术与机械制造技术之间的结合、融合，促进产品向多样化、智能化、绿色化等领域攻关与创新。

智能化和产品规格延伸彰显人文关怀工程机械产品的应用空间随着人类对生活品质日渐增长的需求而逐渐得以拓展，已由原来的建筑、筑路、水利电力、矿业等传统领域向城市狭窄施工场所、山区丘陵地区的农业施工场所及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、园林、园艺、建筑物层内和地下工程作业环境，及大型、特大型施工工程和矿山拓展。因此，要求工程机械逐步向两端延伸，即微型化与大型化、特大型化。大型、特大型工程机械产品随着大型、特大型工程的不断增多，市场需求量不断增长。它们具有研制与生产周期长、科技含量高、附加值高的特点，代表了一个国家或一个重要企业工程机械制造水平，这些产品多被发达国家的几家跨国公司垄断。

另一方面，为了提高生产效率，减轻劳动强度，改善劳动条件，尽可能地用机械作业替代人力劳动成为一种发展趋势，为适应这种工程作业环境使用要求，小型及微型工程机械的需求将迅速增长。微型产品不但其外形尺寸受到具体约束，同时其外观形态、色调等方面的设计愈来愈体现了与自然、环境的融合，更彰显了对人性尊重的人文关怀。

其次是同一产品由单一功能向多功能化、柔性化方向发展，即在通用产品的基础上增加模块化的功能部件，实现产品功能的多样化；或通过全新的模块化设计、制造以及不同模块之间的柔性化组合，实现功能多样化，传统意义上的工程机械产品种类划分将受到挑战。工程推土机应向微型、小型与大型、特大型等两端延伸，开发适应如湿地、沙漠、灌木丛等不同工况要求的，多功能、多用途、高效节能的产品以及相应的辅助功能模块。装载机应开发斗容量大、发动机功率大、掘起力大、倾翻负荷大、牵引力大、废气排放少的大型环保产品和可装载、可抓物、可侧卸、可起重，经济性好的一机多用型产品（如破碎机）。

工程挖掘机要延伸发展大型液压挖掘机、微型挖掘机、无人驾驶液压挖掘机、遥控水下挖掘机、水下推土机、水下挖沟机。比如三一重工这样的企业，在大型机械方面很擅长。

轮式起重机要开发技术先进、可靠性高、寿命长、施工质量好而且新技术含量高的一机多用型的多功能产品等。通过工程机械的信息化、智能化，可以提高工程机械各种故障的自我诊断和修复能力，降低施工人员的劳动强度、提高工作效率和工程质量。在一些特殊工况下，如高温、严寒、高空、辐射、水下和地下等工况，可以代替施工人员进行智能化、高质量施工。操作系统的自动化控制与远程控制、施工的精确定位与控制、故障诊断与监控等技术在工程机械上的应用将会越来越普遍。应用机电液一体化技术、电子计算机技术、监测控制技术以及这些技术的集成技术开发的装载机、挖掘机、筑养路机械、叉车、混凝土搅拌运输机械和起重机等新型工程机械产品将会不断出现。