中国机械工程发明史
内容简介本书是“中国机械工程发明史”的第一糯。它是根据作者二十锣年来
对我国古代在机械工程各个方面发明创造的研究工作加以系梳整理l而写成
的。主要内容有：
(I)我吲在各种简单机械方面的发明，如失劈、横杆、滑率
及翰釉、斜面及螺旋等；
(2)我国在利FH弹力、惯力、厦力以及减轻摩擦力和
应用摩擦力等方面的发明；
(3)我国在利用各种原动力方面的发明，如牲畜
力、风力、水力及热力等；
(4)我国在传动机件方面的发明，如榍及皮带的传动、锺的传动、齿翰及齿输系的传动、凸输的传动、杆的传动及自动机构等。
从本书所述，可以看到我国劳动人民在过去几千年里在机械工程各个
方面的发明创造上所取得的秆够光辉成就。因此本书不仅为人类科学技术
发明史增添了不少宝贵内容，而且对帮助我国人民夏进一步孰裁和热爱租
国，也有很大好处。
本书可供机械工程专业的师生朗渍，也可供其他工程技术人且以及关
心我国科学技术发明史的厂大蓣者参考。
中国机械工程发明史
序
我足：学召机械工程的人。'l过去凹I．多年中，主要是从事机械工程方面的教
学工作。11二卜多年以前，我就糨常想到：我佣这个民族存过去，乙千年的历史
里，对：f机械工程的发明冒有过什么表现？授稞时髑以外，每在古代典籍中找些
有关的资料，并在】935年褊印过一小瞰“中国机械工程史料”。1 9 3 7年写过
一篇“王微与我国第一部机械工程学’’的文章。原拟在那一年八月周在太原举行
的中国工程师学会的年会上发表。因七七事变，年会没有开成。往抗战朗髑，随r
学棱迁到昆明，因资料缺乏，仅写了“．口国存热机历史上之地位”（在’1 9 43年东万
杂，淼第3 9卷第1 8号上发表）和“j王十年来的中国机械工程”（秤中国工程师rL;：会
主漏的“三十年来之中国工程”上发表）两篇文章。解放以后，拇教育部的岁：7 J
支持，在清华大学彀匿中国工程发明史褊褥委且会，并邀请数位专朗帮助搜集
资料的人员，共同检蠲古害。后来，中国科学院又支援了一位专人，在城内北京
图害髓和科学院图害馆闼者。他们共网过的古害已有几千多种，搜集的资料电不
少。其中有关采矿、冶金、地簧、耢械等资料已由中国科学院自然科学史研究家
另猜专人分别从事整理。在机械工程方面，我曾程写道“中国存原动力方面的发
明”（在1 9 53年10月机械工程学报第1卷第1期上发表），“中国在传动机件
方面的发明”(在19r)4年7月机械]：程学报第2卷第1期上发表），“中国脊
计时器方面的发明’’（在1 9 56年9月意大利佛劳偷斯召开的第八届国际科学史
会我上宣惹，并存195C年1 2月天文学报第4卷第2期上发表）等谕文。1 9 58年，
重行糯打了“王微与我国第一部机械工程学”一文（在1958年9月机械工陧学
报第6卷第3期上发表）；1 9 59年与王旭蕴同志共同发表了“中国古代对于撕
输系的高度应用’’一文（在19 59年8月清华大学学报第6卷第4期及同年】2
月机械工程学报第7卷第2期上发表）。1 9 60年，我又写了“rr，国古代在筒睁
机械和弹力、惯力、重力的利用以及用滚动摩擦代替滑动摩擦等方面的发明”一
文（在1 960年1 2月清华大学学报第7卷第2期上发表）。现在决定以过去这止龟
龠文的内容为基础，并根据最近得到的新资料加以补充和修正，作为中国机械工 程发明史的第一褊。大体上以我国最初发明的简草机械和各种原动力及传动机件一
为主。至于各种工作机、各种制造工艺和受到西洋影响以后一段时期及解放以后i
大发展时期的发明创造，以后再陆粮整理写出。
帮助搜集资料的人前后种有：常审言、刘剑青、赵濯民、郭梦武、耿捷忱等-
五位。有关水力天文仪器、指南卓、琵里鼓卓等所用齿翰系的安排种算和袷图j
等，多得到王旭蕴同志的协作。有关石器时代出土遗物年代的制定，多受到裴文
中同志的帮助。郭守敬最早采用滚柱轴承的记载是北京天文髓李镒澄同志向我提
出来的。詹希元五输沙漏里边所用的四对齿输的排列法售根据自然科学史研究室。
钱宝琮同志的意兄加以改正。一部分出土的古代齿输范、古代齿输和汉墓壁画的；
照片系沈阳东北工学院刘致信同志及太原、西安、洛阳、上海等地博物馆供耠。
初稿写成以后，曾蒙严敦杰及席泽宗同志等枚阴一湿，并提出十多处应当改正2-
点，我已尽量加以改正。又在重要的发明里边，有十几种已由中国历史博物馆把
它们复原出来，剐多赖孩馆领导人的大力支持和王振镡同志及几位技术工人同志，
的努力。蓬附此一饼致谢。
害中难免仍有不妥之处或措禊之处，倘承网者提供宝贵意兄，以便修正，笔，
者栖为欢迎。
刘他洲 1 9 62年2月2日于清华大学j 第一章
—一、
—一、
三、
四、
五、
第二章
—一’
一____1’
目 绿
赭谕……一 ………一(1)
整理我国科学技术发明史的重要意义……一 ………一(1)
整理我国科学技术发明史遇到的困难……一 ………一(1)
机械对于人类的关系和它发展的程序……．- ………一(3)
机械的定义和我国对于机械定义的表现…一 ………一(4)
机械的分类和我国对于各类机械发明上的表现…… ………一(6)
1.筒草机械…… ………一(6)
2.发动机或原动机……．- ………一(6)
3.工作机……… ………一(7)
4.传动机……… ………一(7)
5.仪表………… ………一(7)
6.反用发动机原理的机械……… ………一(7)
7.发电机与电动机……一 …………………(7)
各种机械的功用和我国古代劳动人民对于各种功用的掌握…………(8)
1.改变不适于直接作工的能力为机械能力…………………………(8)
2．改变力量的大小……．- …………………(8)
3.改变运动的种类……一 ………一(9)
4.改变运动的方向……．． ………一(9)
5.改变速度的大小……一 ………一(9)
6.第一种功用的反用…．． ………一(9)
中国在筒草机械方面的发明……… ………一(10)
尖劈……．． ………一(10)
)L~桴- - - - - - - ………一(16)
滑牵与输轴……… ………一(19)
1．滑卓与鞔韫…………．- ………一(19) 2．双辘椎、花辘辘或复式辘憾………一 ‘(20)
3．技卓………一 一(22)
1．鞍差滑牵…．． 一(13)
5．复式滑牵…一 一(14)
四、斜面与螺旋……一 ．‘(24)
第三章中国在利用弹力、惯力、重力和溅程摩擦)J-利用摩擦力以及采用
违授转动以代替髑歇运动等』j．丽的’眨明………．． 一（州）
一、弹力的利用……一 ．’(=2(；)
1.弓和弩……一 一（如）
2．雠井fiL……一 一(29)
3．弹簧………一 -。(30)
二、惯力的利用……一 一(32j
三、重力的利用……．． 一(34)
四、减轻摩擦力与利用摩擦力………一 _。(3‘；)
五、采用逋精转动以代替吲歇运动…一 一(38)
1．风扇………一 一(38)
2．石袍与火炮………… 一(“)
3．由“桨船’’发展为“牵船”一 一(4=2)
4．由桔樟辘端发展为翻卓、水牵及筒卓………． 一(43)
第四章中国在原动力方而的发明………一 一(41)
一、牲吝力…一 一：44）
1．利用牲帝力为农业方面的原动力…… 一(45)
-．利用牲帝力为工业方面的原动力…… ．‘(49j
一二、风力……一 ．‘(56)
1．利用风力以表明风的方向…一 一(57)
2．利用风力为一·种原动力以帮助行船及行卓…- 一(57)
3.刹用一种风输把风的叵彼街动力改变为一种迥转动yJ，以便作
种种工作………．。 ：………一(59)
三、水力…… 一：61）
1．用水的E浮力……… 一(6l、 2．用水力拉风箱和簖面………一 ．‘(63)
3．用水力为天文仪器的原动力………… ．‘(64)
4．用水力为舂米的原动力……一 ．。(65)
5．用水力为碾米磨趣的原动力………… ．‘(67)
6．用水力扬水………………一．…………． -’(67)
7．用水力祷耖………… ………一 ．．(09)
四、热力……． ．。(70)
1．燃气输的始租——走属灯…一 一(71)
2．火箭及其发展……… ………一 ．‘(72)
3．群型的喷射飞机……………………… ．’(77)
4．鹾型的飞弹………… ………．- ．‘(78)
5．自动爆炸的地雷、水雷和定时炸弹… ………一 一(80)
6．雒型的两汲火箭．：…． 一(80)
第五章中国在传动机或传动机件方面的发明…… ………一 ．‘(82)
一、用糯蒂传动………………………．． 一(82)
1．牛稗襁输凿井……… 一(82)
…………一 ．．(82)
2．，木棉耪牵…、…………
3．簿牵………一 ．’(84)
4．代耕或木牛………… ．‘(85)
5．衽磨床上用襁索牵引………~ ．‘(s6)
二、用链传动………一 一……… ．‘(87)
1．翻章及拔率．-………． ”(88)
”，高婚简牵…一 ．‘(89)
3．水牵………一 一(89)
4．夕：梯…～…一 ．-(90)
三、用齿喻和齿输系传动…… 一(91)
1．就里鼓牵上所用的融输系…．|(94)
2．张衡水力天文仪器上所用的齿输系… ………．． …(98)
3．指南卓上所用的齿输系…… ．(100)
4．奁浅一·行梁令璜水力天文仪器t昕用的齿翰系……． ．(105) 四、
五、
第六章
。一、
-一、
：：
—一、
四、
五、
5．北宋苏颈辑公廉所制水运仪象台上所用的齿输系……………(110)
6．北宋未年王黼和元代郭守敬所制水力天文仪器上所用的齿输
系………一 ………．(114)
7．元末明初詹希元所制五输沙漏上所用的齿输系………………(114)
用凸输传动……“ ………’(116)
1．水碓上所用的凸输… ………。(116)
2．水力天文仪器上所用的凸输………… ………‘(116)
3．甏里鼓直上所用的凸输……一 ………’(1=20)
4．小孩风卓上所用的凸输……一 ………‘(120)
5．舂草上所用的凸输… …．……(121)
6．竞属灯上所用的凸输………．． ………‘(121)
用桴传动………一 ………’(121)
1．脚打罗……．． ………’(121)
2．水击麴罗…………… ………’(122)
3．水力风箱……一：…… ………(122)
4．磐或磐磨…一 ………(122)
5．轧花机……．． ………(122)
各种自动机构…一 ………(123)
1．琵里鼓卓及水力天文仪器上的自动机构……‘ ………(123)
2．由自动的木人或其它动物发出种种运动……． ………．(124)
3．用自动机构捕捉动物…………………………． ………‘(125)
4，用自动机构以防衔墓葬或坑陷敌人… ………’(126)-
5．水饰及其它………… …：……(127)
秸束话… ………‘(129)
我国古代在机械工程各方面的发明劁造都有不少的光辉成就……(129)
生产和生活上的需要是促进科学技术发明的原动力………………(130、
所有发明创造都径过逐渐发展的过程…… ………‘(131)
社会制度对于科学技术发展的影n向……… ………‘(131)
光荣的历史和伟大的将来………． ………‘(133) 第一章括谕
一，整理我国科学技术发明史的重要意义
我们中国已有四五千年的历史。历代的劳动人民因为生产和生活上的需要，
在各种科学和工程技术方面都有不少的发明劁造。因为过去一两千年，我国的敲
害人对这方面重视不够，又向来不好自我宣传，以致西洋写科学技术史的人们，
除了提到最显著的所捐中国四大发明-~l&、印刷、罗聋、火蕖-等以4r\，
似乎我,rfltJ就没有其宦重要的发明。自1840年以后，帝国主义侵入我国，他们的
一部分科学技术也随之橡A（十七世耙初年，即明代末年，有少数西洋传教士蛾
．入了一部分科学技术i但是没有发生多大影响）。我国一部分瑟害人悚于他们的船
坚炮利，曾发生过不应有的自卑感。器为我国在各种科学技术的发明上，事事不
如人。甚至忍为ifjk,ff什么也没有。今后如果想着使我们国家的科学文化向前进
步，只有一切都向外国学召。就是所狷要“全盘西化’’的主张。但是同时也有另
一部分蔼害人却妄自尊大，器为我国什么都有。在古害里找到同西洋某种科学
技术影似的一两甸蟊，就加以穿凿附会，藐这些东西我国早已发明过。甚至筑西
详的许多发明都是由我国传去的。这两方面都是错禊的，因为都和实际的情况不
合。我们应当根据现有昀科学技术知裁，实事求是地，依据充分的豇据，把我国历
代劳动人民的发明刽造分别的整理出来。有就是有，没有就是没有。早就是早，
魄就是晚。主要依据过去几千年可靠的琵载和最近几十年来，尤其是解放以后十
多年来在考古发掘方面的成就，板客观地叙速出来。这样，‘不但对人类发明史上
7JP增加不少宝贵的内容，同时也使我国过去几千年劳动人民的光辉成就不致湮
披。在糯写中国通史和有关的科学技术教材时，更可择要选入，对于后∑代青年
的爱国主义教育也将有一定的好影响。
二、整理我国科学技术发明史遇到的困难
在整理我国科学技术发明史的过程中，遇到以下各种困难：
在秦汉以前，一般的祝，我国对于各种科学技术上的发明创造还箅重税。如
·17 ?荔旌垂辞上藐：：“备物致用，立成器以为天下利，莫大乎壁人。，，周礼考i配上
筑：“智者詹0物，巧者逍之’，守之世，鬻之工。百工之事酱壁人之作也。,!又祝：
“牒金以为刃，凝土以为器，作牵以行陆，作舟以行水，昔壁人之所作也。’’但
是也有反面的思想，对于新奇的发明创造加以轻祝或排斥。如札记王制上虢：
“凡执技以事上者，祝、史、射、御、医、卜及百工。凡执技以事上者，不贰
事，不移官，不与士齿。”老子上靓：“民多利器，国家滋昏。人多技巧，奇物
滋起o袒巧弃利，盗贼无有。’’到秦汉以后，剐除去对于有关农业生产的发明角q
造以外，一般的多改为轻观。更晚一些，甚至有发明者向当时的梳治者贡献自己
的发明劁造而得罪的。明史卷二十五，志第一，天文：“……明太租平元，司天
监进水晶刻漏。中彀二木偶人，能按时自击鲕鼓。太租以其无盆而碎之。”可作
为在封建时期梳浩者对科学技术狡辊的一例。明末王徵在远西奇器图就的序文里
边藐：“客有爱余者腹而言日……吾子祷刻‘西儒耳目资’，犹可翻文人学士所不
坡也。令效所录，特工匠技艺流耳，君子不器，子何敝敝焉于斯‘！’’宋应星在天．
工开物的序文里边税：。“丐大业文人弃掷案头，此者于功名进取毫不相美也！’’
都是针对着当时藕耆人轻视科学技术而发出的感慨。
因为在过去的历史上有重视和程观的两种思想，桔果就发生了两种不同的偏．
差。-在比‘蔽重视的时期，对于科学技术的发明创造，在重要的著作上多加以记
载。如世本_L作篇专记载古代的发明劁造。这是好的一面。但是多把发明刽造归
之于所嗣“粤王”或他们的大臣，如砷农、黄帝、虞舜、夏禹等。就是祝，因为
重视的椽故，就多把劳动人民的发明创造都归之于当时的统治者，不能表出其实
情况。在轻碗的时期又t'j此相反，秤多发明创造在正史上记载的不多，只偶尔散，
觅于笔琵和杂冕等著作之’中。即使在正史上或笔记杂琵上偶有记载，也多失之太．
略，很难根据就载以明了他们的构造。糖果不但是资料JF'i常散乱，难于整理，甚
至有不少很重要的发明詹Ij造无法查出是何人所发明。
又我国古代有关科学技术发明的记载，加世本上作篇的记载，易橙臻辞及裔
子上的记载，多保本之传圈，且每有彼此不完全一致的地方，如牵的发f1月各者上
所载的竟有七八人之多。后来，秤事物柑珠、物原、壹是耙始等蔷里，每提到一
种发明的创始者，又从不耠出所根据的证据来，赭果更不敢衽子依据。
其次是：其丑i作出发明创造的人或自己不会用文牢冠教，或因础会上不予重
irr7a,之故而没有加以记载。一部分幸而被i汜散的又多出于当时战后世的文人。他们 在琵载时多在文字的筒辣上注意，同时又不真正了解这些发明创造的内客，到．致
或过于筒略、或记载失实、或过分矜大、或故事神奇、或群于记载外形和表面的
作用而略于记载内部的枯构及传动的机构，使后人无法根据记载而加以全部地
了解。我记得在中学黄害的时候，教历史的先生曾批释：在二十四史里边以宋交
写的最为蕉杂（实际上是写的最群捆，过去一般文人忍为不合前此写历史的传
统）。其实，自后汉张衡以后，历代的天文仪器、指南卓、琵里鼓率等发明，如
果没有宋史舆服志及律历志上几段比较弹徊的记载供我们研究探索，简直是无法
加以了解，只有归之于“失传”了事。
我国向来不甚重视对于器物的输图，糌果有不少古代的发明劁造，因为没有
冶图的帮助，很难把它们搞明白。到宋代以后的著作中才‘好了些。但是图的画法
往往不完全合理，有时甚至还有错毅。
又我国古者上的琵散，多没有句穗，有时文字更非常赞解。如“左右龟鹤各
一’’和“三寸少牛寸”等甸子，黄了长时鞠的思索和讨徐，才搞清楚。有的直到
现在还搞不十分清楚。这都是进行这一工作的困难。
以上是就着我国古代所有的各种科学技术藐的。因为达本害是专朗萧遵我国
古代机械工程方面的发明的j所以下边将专朗谕速有关机械工钍的东西。
’三、机械对於人类的关系和它发展的程序
机械的发明是人类区别于其它动物的一项主要标愁。恩格斯私他所著的皇然
瓣薤法上蔽：“没有一笺猿手曾衽制造过一把a. r使是最粗笨的石刀。”（1’呵兄开
始发明劁造机械是人类离开其他动物的一个根本特征。
人类发明劁造机械的动力是迫于生产和生活上的需要。
当人类制造出机械以后，首先就能增加生产力和提高劳动生产牵。紧接着就
影响到生产方式和生活方式。以后又根据机械的发展和逐步提高，人类的社会褪
徽电就随着前进。所以机械的发生和发展是推动人类社会前进的一种重要因素。
无谕在那一个民族，机械的发明和发展都是先由几种筋草机械开始，如石刀
石斧等。脊用它们进行工作的时候，所需要的原动力是直接出由，人．的本身。利用
这些筒草机械，只是能够省力或便于用力。人直接用手作不到的工作利用这些机
械就能作到。第一·步的发展是在一定的短时阔以内会骰法储磐一部分术身所出的
益e1）恩格斯：自然瓣托法，第138其：人民出版社，1955年。
·3.