古代各種車輛、記里鼓車和指南車的發(fā)明

作者：周世德南北朝時期出現(xiàn)駕十二條牛的大型牛車；又出現(xiàn)磨車，把石磨放在車上，行十里磨十斛。還有用石油做潤滑材料的記載，以及裝二十個輪子的車。五代時出現(xiàn)三輪車。明代為了運輸建筑材料，曾經(jīng)設(shè)計制造性能良好、山地和平原都能適用的八輪車。清代出現(xiàn)掛帆的獨輪車和四輪鐵甲車。

早在商代，我國車工已經(jīng)能制造相當(dāng)高級的兩輪車，車輪有輻條，結(jié)構(gòu)精致華美。周代已經(jīng)采用油脂作為軸承潤滑材料。春秋戰(zhàn)國時期除了出現(xiàn)高架車輛巢車等新型車輛以外，還特別注意薄弱環(huán)節(jié)的加強，如車輪上出現(xiàn)夾輔等。

在漢魏時期，盛行獨輪車。獨輪車在當(dāng)時是一種極經(jīng)濟而應(yīng)用很廣的交通運輸工具，在交通運輸史上是一項十分重要的發(fā)明?！度龂萘x》中所著力描述的“木牛流馬”，據(jù)許多人研究，就是一種獨輪車。同時也出現(xiàn)了四輪車。從三國時期開始，歷代史書差不多都有記里鼓車和指南車的記載；但是比較簡略。直到宋元時期，《宋史》才詳細(xì)地記載了它們的內(nèi)部齒輪構(gòu)造。

在車輛發(fā)展的過程當(dāng)中，從機械結(jié)構(gòu)方面來說，尤其重要的是指南車和記里鼓車的出現(xiàn)。

指南車是一種雙輪獨轅車。車上立一個木人伸臂南指。只要一開始行車的時候木人的手臂向南指，此后不管車向東或向西轉(zhuǎn)彎，由于齒輪系的作用，木人的手臂始終指向南方。在宋代，燕肅于宋神宗天圣五年（公元1027年）造指南車，后來又有吳德仁于宋徽宗大觀元年（公元1107年）再造指南車。這里介紹的是指南車的基本原理。指南車上的輪和齒輪如下：足輪二個，直徑六尺，圓周十八尺①；小輪二個，直徑三寸；附足立子輪（齒輪）二個，直徑二尺四寸，圓周七尺二寸，齒距三寸，齒數(shù)二十四個；左右小平輪（齒輪）二個，直徑一尺四寸，齒數(shù)十二個；中心大平輪（齒輪）一個，直徑四尺八寸，圓周十四尺四寸，齒距三寸，齒數(shù)四十八個。所謂足輪就是車腳輪，是著地旋轉(zhuǎn)的行走元件。小輪是滑車。附足立子輪是附在足輪上的齒輪。中心大平輪是平放在車箱當(dāng)中的一個大齒輪，這個大齒輪的軸向上伸出，軸上立一個木人。中心大平輪轉(zhuǎn)多少度，軸上的木人同樣也轉(zhuǎn)多少度。左右小平輪是兩個小齒輪，分裝在中心大平輪的兩邊，起傳動作用。當(dāng)車一直向前行駛的時候，左右小平輪和中心大平輪是分離的，不相接觸。因此兩邊足輪的轉(zhuǎn)動不影響中心大平輪。當(dāng)車輛向左轉(zhuǎn)彎時，轅的前端向左移動，轅的后端就向右移動，轅后端的繩向右經(jīng)過滑車，把右邊的小平輪放落，和中心大平輪相接觸。結(jié)果中心大平輪受右邊車輪的影響向右轉(zhuǎn)動，恰好能抵消車輛向左轉(zhuǎn)彎的影響，使木人手臂所指的方向不變，仍舊指向南方。比如車向左轉(zhuǎn)六十度，中心大平輪就向回轉(zhuǎn)，向右轉(zhuǎn)六十度，使木人保持原來的方向，手臂仍指向南方。指南車結(jié)構(gòu)簡單，能使木人的手臂始終指向南方，關(guān)鍵就在于中心大平輪和附足子輪或聯(lián)或斷的設(shè)計。這種設(shè)計體現(xiàn)了我國古代勞動人民和機械設(shè)計人員的高度智慧和創(chuàng)造能力。關(guān)于記里鼓車的制造，《宋史·輿服志》也有兩項記載：一是宋神宗天圣五年（公元1027年）盧道隆制記里鼓車；一是宋徽宗大觀年間（公元1107年到1110年）吳德仁再造記里鼓車。盧道隆記里鼓車的輪和齒輪如下：足輪二個，直徑六尺，圓周十八尺；立輪（齒輪）一個，直徑一尺三寸八分，圓周四尺一寸四分，齒距二寸三分，齒數(shù)十八個；下平輪（齒輪）一個，直徑四尺一寸四分，圓周十二尺四寸二分，齒距二寸三分，齒數(shù)五十四個；旋風(fēng)輪（齒輪）一個，齒距一寸二分，齒數(shù)三個；中平輪（齒輪）一個，直徑四尺，圓周十二尺，齒距一寸二分，齒數(shù)一百個；小平輪、上平輪（都是齒輪）各一個，尺寸原文有訛誤，齒數(shù)分別是十個和一百個。記里鼓車的整個齒輪系是和車輛同行同止的。只要車輪一轉(zhuǎn)動，整個齒輪系就隨著轉(zhuǎn)動。車輪一停下來，整個齒輪系也就隨著停下來了。足輪直徑六尺，轉(zhuǎn)一周車行十八尺。足輪轉(zhuǎn)一百周，車行一百八十丈，恰合一里之?dāng)?shù)。足輪、下平輪、旋風(fēng)輪和中平輪等四個齒輪的齒數(shù)分別是十八、五十四、三、一百。車行一里，中平輪只轉(zhuǎn)一周。在中平輪的軸上裝上一個起凸輪作用的撥子，撥動木人的手臂，就可以使木人擊鼓一次。也就是車行一里擊鼓一次。如果再加上一個十齒的小平輪和一個一百齒的上平輪，每當(dāng)車行十里的時候，上平輪才能轉(zhuǎn)一周，它上面的撥子撥動另一個木人的手臂，使木人擊鐲一次。

指南車和記里鼓車都經(jīng)王振鐸氏復(fù)原制作模型，如前圖所示。

記里鼓車本身具有一套減速齒輪系使行動變慢，最后一根軸在車行一里或十里的時候才轉(zhuǎn)一周；而指南車的齒輪系固然相對簡略，不過它是能主動聚散的齒輪系，技巧又超過了記里鼓車?？傊@兩種車，據(jù)記載，在我國封建社會前期、漢魏期間就已出現(xiàn)，它體現(xiàn)了兩千年前我國機械工程技術(shù)的高度水平，是我國古代科技技術(shù)的杰出造詣。

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