机械工程导论课程报告：精妙的机械结构

精妙的机械发条装置
人们常说：如果你真的想了解某物，你应该去制造它，比如说你的手，要了解它是如何工作、由什么组成。

如何运转的方法之一就是制造一个像它一样运转的机器。

很长一段时间以来，这都是妄想——能有机器像我们身体一样运转的想法，完全是无稽之谈。

但是大约三百年前，这个梦想实现了。

那段时间，欧洲到处都是这样的机器，它们给贵族们带来娱乐，同时教化公民，它们引发了深刻的哲学问题还推动了革命。

机器是艺术与工程界的杰作，非凡时代里被遗忘的奇迹。

很长一段时间以来，制作能像人或者动物一样运动的机器都只是个幻想；但在中世纪，一种新的科技形式发展起来，可以完成复杂的、受控的、规律的动作，这种技术就是发条装置；它被运用在最早期的自动机械上。

发条装置的发展被一种新的社会组织推动，即新兴的中世纪城市，对于中世纪城市而言，发条是关键工具。

要找到一种技术使城市变得有序并实现理想化治理。

而发条装置提供了解决方式，钟声将分散的人群汇聚起来，为远离自然的城市提供了规律性；钟塔是某些最早期机器的起源，它是由一个惊人的发条装置驱动的；在机器顶部有一个装置能将重锤的动力传递给系统，从而使指针转动。

几乎这种装置一问世，它们的振动和摆动、它们规律性的运动，就被与人体运动相比较。

发条装置和人体的比较引发了钟塔工程师的尝试，试图将钟塔与艺术雕像与设计相结合，发条装置使机器鲜活起来。

钟塔带来了和平秩序与和谐，中世纪欧洲城镇里，伟大的机械钟塔是效果显著的公共建筑，影响了市民的道德品行；但是这一切很快就变了，这些机器变得私有化。

这些新的私有机器中最大最宏伟之一是18世纪40年代在富裕繁荣的奥地利萨尔茨堡建造的，它是专门为海尔布伦宫建造的，用以满足统治阶级的私人享乐，
在规模追求和技术上超过其他所有——一个展现了整个工作城市的机器，一个
城市，住着表现良好的顺从的自动人，你会看到的是一个和谐有序愉快的城市运作景象。

当整个机器开始启动，几乎有两百个雕像动起来，这个迷你城市成为了一个盛大的机器剧场，在机械装置上面，工人们完美机械自动地完成它们的工作。

十八世纪，欧洲作坊的工匠凯斯研制能使钟表组件变得微小的巧妙方式，有了这些更小的装置，机器改变了，它们不再固定在原地；有了这些微型组件，机器可以模仿新的运动，甚至能发出复杂的大自然的声音。

制造这些复杂的机器组件对
工匠们而言使非常困难
的工作，而且环境十分恶
劣；因此对大量工匠劳动
力进行分配与协调对于
钟表和机器制作非常重
要，但在钟表贸易中工匠
的生活非常艰难。

工匠是不断的渐进的创新推动力，以前需要一整座钟塔，现在可以做成放在手掌上的精
巧的钟表。

钟表贸易的杰作所带来的微型化和高度精巧的技术至少有一个重要的影响：这些钟表可以稳定工作，更关键的是可以抵抗环境的改变，这意味着无论环境温度压力如何改变以及日常生活中的碰撞，这些机器都会保持可靠性和规律性，这对一些人来说是非常重要的。

钟表贸易中诞生的技术也是机器设计，机器设计者可能不只是模仿，更是在仿真；在仿真上有一位先锋：他的名字是雅克·德·沃康桑，他创造出了那个时代最美丽最复杂的发条装置，他深信人类和机器之间没有明显差异；他通过仔细观察人体部位学习人体运动规律，希望能通过发条装置来重现，他的想法是十八世纪研究人体的一种新角度；当时的人们逐渐意识到人体运动的方式本质上就是自动化，自动化是描述人体运动的关键词，通过观察长笛演奏的细节，沃康桑制造出一个演奏长笛的设备，这个杰作使用机械肺和银制舌头控制了空气的流动，发条装置控制的手指准确地盖住孔。

这个机器在欧洲掀起了热潮，这是一次工程艺术与解剖学的成功结合，不幸的是长笛演奏机器没能流传下来，但这个机器引发了一整代人怀疑机器与生物之间究竟是否有区别；沃康桑的作品引起了哲学论战以及许多技术革新，但他的成功都建立在
掌握了一个看起来很简单的装置、一个曲线轮廓的金属物——称作凸轮。

凸轮的美在于它的多样性，任何机器需要做的事都可以切成凸轮起伏的表面。

凸轮的轮
廓是一种简单的方式使圆周运动变成上下或前后运动，这些运动可以由各种各样的物体完成，而物体范围大的惊人，因此变化和设计变得具有无穷可能性。

凸轮的功能就像机器的记忆，凸轮的边缘越精细越曲折，就能储存越复杂的动作。

机器制造者专注于这个装置，不断地完善凸轮，装置可以包含很多的微型凸轮。

凸轮技术最非凡的成果之一是一个小男孩外形的装置，可能是世界上保留至今最惊人的机器，他是由瑞士最伟大的钟匠之一皮埃尔·雅克德罗在瑞士创造出来的。

这个男孩里面几乎有六千个零件，令人惊讶的是，为了与男孩的身体内部完全合适，每一个工艺部件都被精制缩小了；雅克德罗使用了小型化的稳态技术制造了一个真正的自动机，在这个小作家内部是驱动他的能量来源，和所有的机器不同，他靠自己工作。

他的核心是一堆凸轮，当这些凸轮运动时，三个凸轮从动轴承读取边缘形状并转化为男孩手臂的动作，在这些的共同作用下，凸轮控制了羽毛笔的每一个笔画和施加在纸上的压力大小，成就了优美流畅的书写。

雅克德罗通过逆向研究用这个令人赞叹的机器实现了书写行为；而这个机器男孩甚至还有更多惊人的特性，控制凸轮的转轮是由可移除替换并重新排序的字母组成的，这使得这位作家在原则上能完成任何一个单词或句子，换句话说：这使作家能被安排执行动作，所以这个男孩可以被称为现代可编程计算机的祖先。

在之后新兴的世界贸易中，机器成为了被高度追捧的商品。

十八世纪末有一场严重的危机，欧洲社会经济政治完全改变，昔日的宫廷社会让道给新的国际贸易和全球网络的广阔世界，于此时出现的第一批新式机器的目标明确：出口到中国。

十八世纪末欧洲极度想找到商品可以卖给富有且强大的中国，机器贸易了改变中国与欧洲之间严重的贸易失衡，通过制造并出口这些钟表可以让亚洲人花大钱在欧洲的艺术品上，最后在资金短缺的欧洲贸易中获取现金。

随着中国大量购进机
器，伦敦的车间和展厅扩大并繁荣起来；在这个新世界，机器制造者的地位逐渐提升，出现了无与伦比的机器设计，这些机器使十八世纪末的民众都叹为观止。

其中的杰作之一是一个精妙的天鹅，全银打造，这是当时地位最高的机器，它拥有巧妙的发条装置工程，还有富有想象力的艺术花纹，通过发条装置驱动玻璃圆柱杆来模仿极其复杂的水流，利用灯光产生逼真的水的反射，这个创作的工艺技术和艺术性都是惊人的；这是一个结合钟匠工艺和珠宝工艺为一体的杰作。

当时
的名流都成
群结队地去
观赏这个装
置，都被它的
美和工艺技
术深深打动；
这些装置的成功和它们制作人的名声为机器建立了广大的观众基础，随着市场扩大，新的制造者出现，甚至有更多巧妙的方式使观众惊叹。

这些装置也启发了工业革命最重要的发明之一，18世纪80年代中期，曾经纯手工完成的纺织现在被自动机器所代替，第一个设计出这样的机器的人是受到发条装置的启发，纺织器的投梭臂前后运动很像凸轮作用，曾经机器是为了娱乐，而现在一系列类似的机器彻底改变了世界。

发条装置促进了机械织布机的出现和工业的改变。

但是发条机器的故事没有止步于此，绘图员可能是最伟大遗产中的典范，能够储存记忆然后如愿再现，重现这个复杂的图画所需的信息都存于控制铅笔运动的一堆复杂的凸轮里，这个通过表面不平整的圆盘来储存信息的方法运用
在其它方面诞生了录音技术。

录音技术不仅仅是捕捉声音，还试图让其重现，我们试图用科技来实现这个目标，在影院，我们有能捕捉画面再重现它的机器，我们通常认为这些是新技术，但是机器的故事表明它们有多久远，它们是由一群有梦想的人制造的，梦想着人类和科技能有崭新的更好的关系。