El desarrollo de la historia mecánica antigua
Las herramientas importantes en la historia temprana fueron el taladro de arco y la plataforma giratoria para la fabricación de cerámica. Un taladro de arco consta de una broca de pedernal, una varilla de perforación, una funda y una cuerda de arco. Al tirar del arco hacia adelante y hacia atrás, la varilla de perforación se puede girar para perforar, escariar y disparar. El taladro de arco evolucionó más tarde hasta convertirse en el torno de arco, convirtiéndose en una herramienta más eficiente.
A principios de la tercera a la sexta dinastía de Egipto (alrededor de 2686 a. C. ~ 265438 + 081 a. C.), se utilizaban en la agricultura arados de madera primitivos y hoces de metal tiradas por bueyes. La forja se utiliza a menudo para fabricar herramientas de cobre. Alrededor del 2500 a. C., en Europa y Asia comenzaron a utilizarse carruajes de madera de dos y cuatro ruedas. Se encontraron carros de dos ruedas en tumbas del antiguo Egipto alrededor del año 1500 a.C. Los molinos manuales para moler mijo se fabricaron en Siria en el año 1200 a.C.
En el proceso de construcción y carga de materiales se han utilizado herramientas sencillas como palancas, rodillos de cuerda y comederos horizontales. Las poleas aparecieron por primera vez en el siglo VIII a.C., cuando los asirios las utilizaban en los castillos como mecanismo para soltar flechas. Los cabrestantes se utilizaban originalmente para extraer mineral de las minas y agua de los pozos. En esta época, los relojes de agua, sifones, fuelles, bombas de pistón y otras maquinarias hidráulicas antiguas egipcias también recibieron un desarrollo y aplicación iniciales.
El período de la antigua Grecia y Roma comprendido entre el 600 a.C. y el 400 d.C. se denomina período cultural clásico. Durante este período nacieron en la antigua Grecia algunos filósofos y científicos famosos, que hicieron destacadas contribuciones al desarrollo de la maquinaria antigua.
Por ejemplo, la teoría del erudito Hiro sobre cinco máquinas simples (palancas, cuñas, poleas, ejes e hilos) que empujan objetos pesados sigue siendo relevante hoy en día. Durante este tiempo, las herramientas para trabajar la madera mejoraron enormemente. Además del conjunto completo de herramientas comúnmente utilizadas en la carpintería, como hachas, sierras de arco, taladros de arco, palas y cinceles, también se han desarrollado taladros de bolas, martillos de garras que pueden sacar clavos y sierras dobles para talar. Los tornos de eje largo y los tornos para bicicletas también se utilizan mucho en la fabricación de muebles y radios de ruedas. La plataforma para bicicletas se utilizó hasta la Edad Media y sentó las bases para el desarrollo del torno moderno.
El estampado de monedas también fue un logro importante en el procesamiento de metales durante este período y fue el germen de la tecnología moderna de producción en masa. Pero con la caída del Imperio Romano, la tecnología se perdió durante cientos de años.
Hacia el siglo I a.C., los antiguos griegos fabricaban molinos de piedra a base de molinos manuales. Este es un progreso mecánico y mecánico. Casi al mismo tiempo, la antigua Roma también desarrolló molinos tirados por burros y molinos similares de ruedas de piedra.
La primera aplicación de trenes de engranajes en Europa se instaló en odómetros utilizados para registrar el kilometraje de los carros. La aplicación del principio de palanca en maquinaria se ha vuelto más común en este momento, como poleas, poleas compuestas, etc., que se utilizan para levantar objetos pesados en los edificios. También se mejoraron los carruajes y carros.
El desarrollo de la maquinaria hidráulica antigua durante este período es el siguiente: en primer lugar, se ha ampliado el ámbito de aplicación de las herramientas de elevación de agua de cáscara de naranja y las ruedas hidráulicas de cangilones, como el molino de rodetes y el molino Northwater; sido creado. El primero utiliza un tornillo giratorio para elevar el agua desde un lugar bajo a un lugar alto, y se utilizó principalmente para el suministro de agua de Roma. El segundo utiliza el flujo de agua para empujar un impulsor cuadrado para moler granos y hacerlos girar, con menos de medio caballo de fuerza. . El molino de agua más potente es el Víctor Rubia. La rueda hidráulica es impulsada por el flujo de agua descendente. Seleccionando adecuadamente el número de dientes del engranaje, se puede ajustar la velocidad del molino de agua. Su potencia era de unos tres caballos de fuerza y luego aumentó a cincuenta caballos de fuerza, lo que lo convirtió en el motor más poderoso de su época.
Durante este período también se desarrollaron bombas de presión y bombas de succión compuestas por pistón y cilindro. Las bombas de presión Philo se utilizaron por primera vez para extinguir incendios. Posteriormente aparecieron las bombas de succión y de presión para bombear agua de los pozos, así como las bombas de pistón de doble cañón utilizadas por los romanos para extinguir incendios.
Los motores térmicos en esta época aparecían principalmente como juguetes de los eruditos y filósofos griegos. En el siglo I d. C., la bola giratoria de Hong (también llamada Rueda del Dios del Viento) es un ejemplo. El vaporizador en la parte inferior de la bola giratoria se llena con agua y se le conecta una bola hueca a través de un ramal. La bola tiene dos boquillas tangenciales en direcciones opuestas. Cuando el fuego arde debajo de la olla y el agua en la bola hierve y se convierte en vapor, si el empuje de la fuerza de reacción del chorro generado es lo suficientemente grande, empujará la bola a girar continuamente. Famosa por ser el primer dispositivo que convirtió la presión del vapor en potencia mecánica, la bola giratoria fue probablemente el primer dispositivo en aplicar el principio de la reacción del chorro.
El período comprendido entre el 400 y el 1500 d.C. pertenece a la Edad Media, el período anterior al 1000 es la Alta Edad Media, el período del 1000 al 1500 es el período tardío y los siguientes 250 años son el período cercano. la Revolución Industrial.
La Alta Edad Media duró unos 600 años. Debido a la depresión de la cultura clásica en la antigua Grecia y Roma, el desarrollo de la tecnología mecánica cayó en un largo estancamiento. Posteriormente, con el desarrollo de la agricultura y la artesanía, países como Italia, Francia y el Reino Unido establecieron universidades una tras otra para desarrollar las ciencias naturales y las humanidades y cultivar talentos. Al mismo tiempo, absorbieron la ciencia y la tecnología avanzadas de los imperios chino, árabe e islámico de la época, y la tecnología mecánica comenzó a recuperarse y desarrollarse.
Primero, Europa occidental fundió arrabio a partir de carbón y lo convirtió en piezas fundidas de gran tamaño. Con el desarrollo de las turbinas hidráulicas, hubo suficiente potencia para accionar grandes fuelles de cuero para obtener temperaturas de fusión más altas. Los talleres para fundir cañones y relojes también aumentaron gradualmente, y el peso de las piezas fundidas aumentó gradualmente.
En la agricultura, durante la época romana, se utilizaba un arado con una vertedera cóncava curva en lugar del arado partido y afilado.
En esta época también apareció el taladro manual, cuya estructura muestra que el principio del mecanismo de manivela se ha utilizado en maquinaria. Entre la maquinaria de procesamiento se encuentra un gran torno de ruedas. En el siglo XII y la segunda mitad del XIII aparecieron los relojes primitivos y los de volante con escapes de cuerda. El reloj de volante fue el primer reloj mecánico práctico, equipado con manecillas de hora y segundero, lo que indica el mayor desarrollo del sistema de engranajes del reloj y su uso generalizado en los hogares europeos en el siglo XV.
Los relojes se fabricaban antes del 1500 d.C. Las mejoras importantes fueron el uso de resortes helicoidales en lugar de pesas para generar electricidad y la adición de un mecanismo de trinquete. El éxito de los relojes mecánicos no fue sólo una necesidad para la civilización moderna, sino que también impulsó la tecnología de fabricación de piezas de precisión. Posteriormente, los relojes mecánicos y los relojes de pulsera se mejoraron ampliamente, por ejemplo, los relojes de péndulo simples reemplazaron a los relojes de péndulo originales. En 1676, Gran Bretaña fabricó dos relojes de precisión con diferentes longitudes de péndulo para el Observatorio de Greenwich. Los relojes de bolsillo de esta época utilizaban piezas bimetálicas para solucionar el problema de la compensación de temperatura del volante.
En la maquinaria hidráulica antigua, existían turbinas de carrera descendente o ascendente (molinos de agua), así como molinos de viento y turbinas. Las turbinas horizontales de tiro descendente fueron mejoradas a partir de los primeros molinos de agua y se utilizaron para impulsar la minería, la trituración y la fundición en los siglos XII y XIII. Después de mejoras, esta turbina se convirtió en una gran turbina de corriente ascendente en el siglo XIV, utilizada para levantar minerales. Durante este período, Europa occidental logró grandes avances en la utilización de la energía hidráulica y el número de talleres de turbinas aumentó rápidamente.
De 1500 a 1750, la tecnología mecánica se desarrolló muy rápidamente. El progreso en materiales se refleja principalmente en el uso de acero, especialmente arrabio, en lugar de madera para fabricar máquinas, instrumentos y herramientas. Al mismo tiempo, para resolver el problema del transporte en la minería, Gran Bretaña desarrolló vagones tirados por caballos alrededor de 1770. Primero se utilizaron barandillas de madera, pero luego fueron sustituidas por barandillas.
Durante este período, las máquinas herramienta también lograron muchos logros, como la fabricación de maquinaria rodante hidráulica y varios tipos de máquinas herramienta, como máquinas cortadoras de engranajes, tornos de hilo, pequeñas rectificadoras de pedal y lentes para pulir instrumentos ópticos. máquina. Las bombas de agua también se desarrollaron durante este período, utilizadas principalmente para resolver los problemas de drenaje de minas y suministro de agua urbana en ese momento, incluidas bombas de drenaje de minas, bombas de avance (1588) y bombas centrífugas (1689).
En ese momento, Italia inventó el compresor de aire hidráulico (comúnmente conocido como caja de viento de agua), que puede usarse como soplador para la fabricación de acero, reemplazando al antiguo tigre de cuero. 1759 Aparecen de nuevo los grandes sopladores. La maquinaria impulsada por el viento, como los molinos de viento, se ha generalizado y su número ha aumentado. Sólo en el Reino Unido hay miles de ellos, que se utilizan para moler, bombear agua y serrar madera.
En cuanto a maquinaria eléctrica, en 1698, la bomba de vapor minera fabricada por Savery en Inglaterra recibió el nombre de "Miner's Friend" y fue pionera en el uso del vapor para realizar trabajo. En 1705, Newcomen de Inglaterra inventó la máquina de vapor atmosférica. Aunque no fue perfecta, fue la primera máquina de vapor que funcionó de manera relativamente confiable y se usó principalmente para levantar agua, con una potencia de seis caballos de fuerza. Este tipo de máquina de vapor fue popular en Europa antes de 1750 y luego se extendió a los Estados Unidos.
Durante este periodo nace la ciencia de la ingeniería en Europa. Muchos científicos, como Newton, Galileo, Leibniz, Boyle, Hooke, etc., sentaron diversas bases teóricas para esta nueva ciencia.
Para fomentar la invención, Italia e Inglaterra establecieron agencias de patentes en 1474 y 1561 respectivamente. En la década de 1760 se formaron sociedades científicas como la Royal Society. Gran Bretaña comenzó a publicar informes científicos en 1665 y Francia estableció la Academia Francesa de Ciencias aproximadamente al mismo tiempo. Rusia y Alemania también establecieron la Academia de Ciencias de Rusia y la Academia de Ciencias de Berlín en 1725 y 1770 respectivamente. Estas instituciones académicas rompieron las cadenas de la iglesia en ese momento para discutir libremente e intercambiar opiniones académicas y resultados experimentales, promoviendo así en gran medida el desarrollo de la ciencia, la tecnología y la ingeniería mecánica.