中国机械工程发明史

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    四、用凸翰传动
    凸输是由一个轴的违箱迥蒋运动传达到另一个机件上使它发生预期的同歇运
动或比较复杂的运动的一种机件。我国在这方面的发明和应用也是很多的。不过
名称很不一致。有的ⅡJ}拨子，有的噼关捩拨子，有的Ⅱ斗拔牙，有的噼拨板，更有
噼滚检的。在原理上它们都是具有一种凸输的作用。现在举出几种实例如下：
    lj水稚上所用的凸输
    我国的遵机水碓是一个很好的凸输传动实例。它的构造如前图70所示。在
装置水输的长轴E，装上若干粗拨板（一般多为四祖，每祖有拨板四个），并使
各粗在圆周上的方向彼此错开，力量更均匀一蝗（例如：四祖共有16个拨板，
装蓬时使每一粗比前一粗落后22÷度）。当每一个拨板蒋下时，下压碓榫的一
头，使另一头升起。当拨板蒋过以后，由于碓自身的重力官口下舂一次。因为在桓
潭（公元前2 4年一公元56年）新徐上已提到“役水而舂，其利百倍，，的黏，
可知l'j输的发明至晚应在西汉末年，即至少应已有豹二千年的历史了。
    2.  水力天文仪器上所用的凸输
    我国的水力天文仪器劁始于张衡。晋害卷卜-一，志笫一，天文志上载着：“至
J唳帝时（公元1 30年左右）张衡又制潭象。……以漏水蒋之于殿上室内。星中出没，
与天相应。因其关捩又蒋璃输莫关于阶下。随月虚盈，依历开落。”文选，张衡
东京赋上载着：“盖奠哭为难莳也，故啧世而不靓。惟我后能植之，方将数帮朝
阶。”茳：“奠荚瑞应之草，王者暨型太平和气之所生。生于阶下。始一日生一
荚，至月牛生十五荚。十六日落一荚，至晦日而尽。小月则一荚厌而不落。”
    有关奠涎的记载还有下列两条：
    班固，白虎通德谕卷第五，封弹：“……日历得其分度，剐羹以荚生于阶
同。萁荧树名也，月一日生一荚，十五日毕。至十六日去蓑。故荚阶生似日月
也。”按白虎逦德擒系班固琵载后汉章帝建初四年（公元7 9年）韶褚儒会白虎
观薷蒸五径同异的事。时蠲早于张衡。
    宋誊卷二十七，志第十七，符瑞上：“帝尧……又有草夹阶而生。月朔始一
荚，月牛而生十五荧。十六日以后，日落一荚，及晦而尽。月小IIU - -.荚焦而不
落。名日冀荚，一日历荧。”
    在张衡的水力天文仪器上，由水输的运动襁过一个齿输系使潭象很规律地每
    ·116 .

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天恰迥蒋一周，已于本章“张衡水力天文仪器上所用的齿输系’’一书上加以叙
速。现在再接着叙速一下由每天迥蒋一周的轴带动控制萁荚开落的部分。
    因为控制冀荚开落的轴迥蒋一周，要代表一个月的时圈，就是说：当潭象迥
蒋一周，它只迥蒋三十分之一周。或者筑是每天只迥蒋12度。如果遇到一个月
只有29天的月份，就得用手帮助它迥蒋1 2度，再糍棱自动地运行。仍参看前
图112，在齿输8的下面，装上一个1 2个齿的齿输9，和一个60个齿的齿
输10相街接。再在齿输1 0的轴E（这一个轴需要有足够的长度才能达到所镉
“阶下，，）装上一个1 5个齿的齿输1 1，和一个90个齿的齿输】2相衔接。
这样，每当潭象迥蒋一周，齿输12只迥蒋
，×昔×等=，×吉×扣击周。
    其次是在齿输12的轴上，装置作用冀廷的曲输的蠲题。
    因冀荚开落是一种嗣歇运动，每个冀荚的升起（即所翻开）和降落（即所稿
落），各估卜五天，且每一个的动作都此前边一个落后一天，这样就必须用十五
个同样的凸输作用十五个奠荚，但是
每一个此前一个的作用落后一天。
    达到这样一种运动的凸榆机构是
相当赞思索的。而且在所有琵载张衡
水力天文仪器的文献里边都没有袷出
任何的启示。汉代以后，所有劁制水力
天文仪嚣的人又部没有糟承张衡这一
自动表示每月日数的装莲。后来我们
推想：在张衡以前一百多年的时期，
已桎发明了水碓，而水碓的机构主要
是由一个立式水输带着一个横轴迥
蒋(仍参看前图70)，在横轴上错袱
圃126具有凸输作甩的擞板
    （表示展开的情肜）
着装上具有凸输作用的拨板若干个。当水榆转动时，这些拨板按着一定的次序向
下拨动各个难桴的一头，使碓桴的另一头时起时落。张衡很可能是受到这一机构
构启示，改为在一个立轴上装上十五个具有凸输作用的拨板，使它们依次分别作
用十五个萁爽，各按着应有的时刻升起和降落。
    - 117．
目、m

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    仍参看前图112，在齿输1 2的轴上装一个高构七尺的圆柱。并在它的周围，
由下往上装上十五条具有凸输作用的拨板。每一个拨板展开后的形状略如图126
所示。每一个的长度豹估180度稍多一点就够了（群后）。因为当每一个冀荚降
落后的一段时蠲里边，只用它自身的重力就可以保持它应在的地位，不必再用拨
板作用它。假定每一个冀荚在升起和落下的位莲各对水平成4 5度。由右端起，开
始时使板面向下倾斜45度，越向左越变为与立柱垂直。蒋过6度的时候，就完
全与立柱垂直。过此以后变为逐渐向上倾斜。辖过12度的时候，即向上倾斜
4 5度，直到最左端为止。冀荚的形状，根据金石索一害上所采汉武氏石室祥瑞
图的冀爽图（如图12 7所示），制成一个橙桴形的长叶，外端较长较重，并将尖
端展为叶片'}是。内端特短，如图1 28右边所示。在末尾装上一个灵活蒋动的小
球（没有也可以），以减蛏被拨板推动时的摩擦力。又由下往上，每个拨板均较
下边一个偏前12度。
    假定每一个冀荚都是在前一天的中午就开始上升，到孩升起的那一天的中午
完全升起，到应霰落的那一天上午六时（相当从前的卯时正）立即落下。这样，每
圈127金石索上的荬茭嗣
  (采弱云瞄：金石索)
    , 118·

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圈128援板推动羹荚情形腿    fm 129套筒表面展开情形嘲
一拨板在圆柱上的全长应该包着189度。开始上升到完全升起，拨板上曲袋的
一部分,估12度。图126和图128所表示的拨板就是按照这样彀种的。如果蹶
意使萁荚授授地下落，假定每一冀荚在前一天的中午就开始下落，到应孩落的那
一天中午才完全落下，刖每一拨板在圆柱上的全长应该估192度。开始上升到
完全升起及开始下落到完全落下，拨板上曲彼的部分各估．12度，但弯曲的方向
恰相反。立柱的外面围着一个套筒。在套筒的周围，沿着一条整螺旋形的曲棱
r-把表面展开时成一条斜直彼，如图129所示），共开十五个长方口。每一个口上
横装一个小横轴，把十五个冀荚分别装在各小横轴上。各长方口在横的方面中心
相距24度，使十五个冀荚很均匀地沿着一条螺旋彼橇套筒一周。这样桔构就完
全可以达到所要求的动作。
    为了稠整一个月只有二十九天时的差异，把齿输11用一个滑键活装在轴
上，使它可以由齿输12移开，同时在它的对方再装上一个小齿输13，也是活
装在轴上，可以左右移动一定的距离。遇到某个月只有二十九天的时候，在第十
四个萁荚落下以后，一面把齿输11移开，一面把齿输13向左移（也是装在一
个滑瓣土，平时把它管住在右边—止L-），使与齿输12衔接，并转动它三个齿，
即相当第三十天应蒋的齿数，第十五个冀荚即行落下。然后仍使两个齿输恢复原
来的位置。这样就又由下一个月的初一开始了。在每月有三十天的月份，就无缀
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稠整（近代装有表示每月日数的挂锺，对于不同日数的月份也是这样稠整）。这
一设计也已由中国历史博物铭复原成功了。
    图1 30表示张衡水力天文仪器楹中国历史博物鲒复原后的情形。
躅130礞衡水力天文仪器复原躅
  （现陈列在中圃膝兜博物锫）
    在唐代一行和梁令瓒
刽作的水力天文仪器上所
就的：“立木人二于地平
上，其一前置鼓以候刻，
至一刻剐自击之；其一前
置镜以候辰，至一辰亦自
撞之。’’无疑是采用的凸
输机构。
    在北宋苏颂的水运仪
象台上，在木圈第一层，
锺鼓输上装有“拔牙”。
每时初（即每一时辰开始
时）印有服祧司辰于左朗
内摇蛉，每刘至即有服禄
司辰于中朗内击鼓，每时
正即有服紫司辰于右朗内
扪锺。所藐的“拔牙”都
是相当于凸输的传动机
件。又在木圜第四层，彀有夜漏金衄输，上彀夜漏更筹箭，每筹施一拔牙。每更
筹歪，日入，日出，凿击金衄。所貌的“拔牙”也和凸翰的作用相同。
    此后王黼郭守敬等的水力天文仪器及詹希元的五榆沙漏，它们的自动击鼓击
赞的部分无疑都是采用的凸输传动的原理。
    3.  配里鼓辜上所用的凸翰
    在本章前边“用齿输和齿输系传动’’-节上，有关就里鼓卓上击鼓击镯的机
构鄙是al凸输机构相同。如果西rri ~记上所载的琵道卓是可靠的帮，剐凸输的友
明更当上推二百多年。
    4．  小孩风率上所用的凸翰
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    在第四章风力一节上昕逍的小孩风卓，其中拨动敲鼓小横桴的小横板完全照
着凸输的作用。
    S．謇卓上所用的凸翰
    鄹中琵上载着：“石虎有舂卓木人及作行碓于卓上。牵动则术人踏碓舂。
行十里成米一斛。’’木人踏碓的机构一定是一种凸输机构。
  6.  走蜀灯上所用的凸输
  在第四章热力一节中所叙速的走属灯，其中在内层立轴上所装的粑铁蒜也
是具有凸输的作用。因为它每参迥蒋到前面的时候就拨动由外层伸入的釉铁蒜一
次，使祗人等发生一定的运动。转过去以后，作用就又停止了。这完全是一种凸
输传动的性赞。
五、用楫传动
    我国对于用桴传动的实例也很
多，越举几种如下：
    1．  脚打罗
    用罗笳魉的工作普通多系用人
手的力量。脚打罗系利用一部分身
体的重力（这也是利用重力的一个
例子）由两脚工作。这种罗的装置
法可参看图1310用辊把魉罗悬在
一个大埏箱里边，两边各装一桴通
到箱的外部，再由一个摇桴带动它。
这一个摇榫再装置在下部具有横稃
的一个横轴上。人用两脚交替踏动
横榫的两头，HU摇桴左右摆动，趣
罗郎受其影响往复摆动而簖趣。
    又在通到箱外的两桴上，按左
右摆动的范围装上两个短横楫，并
在当中立一个撞棍（图上噼做撞
·121．
  圈131脚打罗圈
（采宋应星：天工开物）

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机），使往复摆动的时候各发生撞击一次，则筛灏的效果更加增大。人工作的时
候，若把两肘俯在一个悬挂着的横桴或横板上，更可J/减程劳累的程度。我们
看，这样的秸构是由两脚交替地踏动，径过几个桴传达到趣罗变成它的往复运
动。
  2．水击鞠罗
  水击趣罗，在罗的一方面和上段所速的脚打罗完全相同。只是使两桴f复运
  圃132土磐圆
（采宋应星：天工开物）
动的原动力是由一个水输传来。
传动的情况如前图67所示。水输
的转动先带动一个大糨翰，再由
糨套带动一个小釉输。在小糯输
上装置一个曲柄。由一个建槔先
传到中蠲横放的一个摆动轴上。
由摆动轴再糨过一个摆动楫和一
个迪桴传到趣罗的两桴上，使它
们带动瓤罗往复运动。实际上相
当两个曲柄遵桴机构的祖合。
    3．水力风箱
    水力风箱就是第四章水力
一节里边的水排。它的构造和水
击瓤罗完全相同，而且是在东汉
初年（公元31年）发明的。
  4．辇或馨唐
  磬是用以去掉稻粒外壳的
磨。前在第四章牲畜力一节上
冒叙逍过一种啬力磬。人力罄则
是一种用捍传动的实例，如图1 32
所示。用糨悬挂一个横桴，再用一个违桴和磬上的曲柄相连。当人用两手往复地
并且稍有摆动地推动横桴，就可以桎过蘧桴曲柄等件使磬的上牛发生遘精的蒋
动。这一种机构，就膘理蔽，也是一种曲柄违桴机构的作用。
  5．轧花机
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    我国用人力轧棉花的轧牵，主要的运动是把右脚向下踏动的运动圈接传达到
．_个轴上去，使它发生违箱的转动’。它的构造和功用如前图35所示，不再群
逍01工作的时候，先用左手向前搬动飞输使它开始蒋动，随着用右脚踏动脚踏
桴，就能逋檀地转动下去，铁轴也就跟着蒋动。一面用右手径过曲柄蒋动下边的
木轴，与绞轴转向相反，使两轴之髑向内。用左手把子棉喂到两轴之圈，则棉
子落在前边，皮棉或械棉落到后边。主要的传动机构也相当一种曲柄建桴机构。
    六，各种自动机构
    在我国旧日的琵载里边，还有不少属于自动机构的发明。虽挽没有图的表示
和缺乏群徊的记载，但多数可以看出它们都是采用桴的传动和凸输的传动。崔择
要分类叙速如下：
    1．  就里鼓卓及水力天文仪器上的自动机精
    (1)在琵里鼓牵及水力天文仪器两疆发明里边，都有自动机构的部分。在甏
里鼓卓上开始时只是行一里就自动地打一下鼓；后来更加上行十里就自动地打一
下锺或敲一下镯。它们在性冒上都是属于自动机构的。
    (2)在水力天文仪器上，如张衡利用拨板控制十五个冀荚按每月的日数自动
地起落；一行梁命瓒利用拨牙使每一刻自动地击鼓，每一辰自动地撞锺；苏颈也
是利用拨牙使每一个时辰的开始自动地摇铪，每一刻自动地啬鼓，每一个时辰的
正中自动地撞锺。后来王黼的水力天文仪器和詹希元的五输沙漏也都具有同样的
自动机构。
    元代郭守敬劁制的大明殿灯漏，其中自动的机构就更加复杂了。关于它的蟊
载如下。新元史，历志二（元史卷四十八，天文志所载同）：“大明殿灯漏之制，
高丈有七尺。架以金为之。其曲梁之上，中彀云珠，左日右月。云珠之下复悬一
珠。梁之两端，饰以龙首。张吻蒋目可以审平水之缓急。中梁之上有戏珠龙二，随
珠傀仰，又可祭准水之均稠。凡此皆非徒彀也。灯毡杂以金宝为之。内分四层，上
环布四种，旋当日月参辰之所在。左蒋日一周。灰为龙虎舄龟之象，各居其方，
依刻跳跃。镜q岛以应于内。又次通分百刻，上列十二神，各执时牌，至其时四朗
通报。又一人当朗内，常以手指其刻数。下四隅锺鼓钲镜各一人。一刻唱锺，二
刻鼓，三钲，四统。初正皆如是。其机发隐于楹中，以水激之。’’
    由以上的记载看，可知在这种仪器-卜边的自动机构，不但能使龙虎扁龟之象
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依刻跳跃，又能使四个木人一刻唱锺，二刻鼓，三钲，四镜。更进一步的是能自
动地利用“龙首张吻蒋目以审平水之摄急，随珠傥仰，以察准水之均稠。”
    (3)古今图誊集成引元氏掖庭琵：“帝（指顺帝）又自制宫漏，豹高六七
尺。为木殛藏壶其中。运水上下。楹上彀西方三壁殿，摄腰毂玉女捧时刻筹，时
至刖浮水而上。左右列二金甲种人。一悬锺，一悬钲。夜刖种人能按更而击，分
毫无爽。锺鼓瞎时，狮凤在侧飞舞应节。柩两旁有日月宫。宫前飞仙六人。予午
之蠲，仙自耦进，渡桥进三壁殿。已复退立如常。’’
    (4)明史卷二十五天文志：“明太租平元，司天监进水晶刻漏。中彀二木偶
人，能按时自击氟鼓。太诅以其无盆而碎之。”
    又明实录，太租：“洪武元年（公元1368年）冬十月甲午，司天监进元主所
制水晶宫刻漏，备楹机巧。中彀二木偶人，能按时自击钲鼓。上霓之，帮侍臣日：
废万几之务而用心于此，所稆作无盆害有盆也。使移此心以治天下，蚩至亡灭。
命左右碎之。’’
    2．  由自动的木人或其它动物发出种种运动
    (1)刘歆，西京杂就：“作九层博山香镳，铵为奇禽怪兽，穷藉灵异，皆自
然运动。”  （初学琵上运字作能）
    (2)傅立，傅子：“有上百戏者，能段而不能动。帝（指魏明帝）以圈毙生
（指餍钧），可动否？钧日：可动。帝日：其巧可盆否？对曰：可益。受韶作
之。以大木雕构，使形若输。平地旋之，潜以水发焉。彀为歌乐舞象，至令人击
鼓吹箫。作山擞，使木人跳丸，掇剑，橡短倒立，出入自在。百官行署，舂磨斗
黜，变巧百端。’’
    太平御霓，魏害方伎传，均有类似的记载。
    (3)溻球，晋阳秋辑本：“衡阳区糸电者，甚有巧思。造作木室，作一妇人居
其中。人扣其户，妇人开户而出，当卢再拜。还入户内，踢乒。又作鼠市于中，
四方丈余。开有四朗，朗中有一木人。袱四五鼠于中，欲出朗，木入辄以檄雅之
（一作瓤推木掩之），明朗如此，鼠不得出。”搜种后祀上也载着：“东晋元帝
太兴中（公元318-321年）有衡阳区番屯，善机巧。尝作鼠市，四方丈余。开四朗，
朗有一木人。辙四五鼠于中。欲出朗，木人辄以手击之。”
    (4)陆翩鄹中琵：“石虎性好佞佛，众巧奢靡，不可耙也。尝作檀牵，广丈
余，长二丈。四榆。作金佛象坐于卓上，九龙吐水灌之。又作木道人，恒以手摩
    ·124·

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佛心腹之圈。又十余木道人，长二尺余，皆披袈裟橇佛行。当佛前，辄揖礼佛，
又以手撮香投嫡t{I’与人无异。章行则木入行，龙吐水。卓止则止。亦解飞所造
也。”
    (5)愈安期，唐类函卷二百七十二：。“胡太后（北齐，公元550-577年）使沙P弓
灵昭造七宝镜台。合有三十六乒。每户有一妇人执簇。才下一关，三十六Fi-时
自髓。若抽此关，褚朗皆启，妇人各出乒前。”
    (6)图害集成考工典卷二五O引山西通志：“属待封（唐代人）为皇后遣粒
具，中立镜台。台下两层，皆有朗户。后将榔沐，启镜奁后，台下开明，有木妇
人手巾榔至。后取已，妇人即还。面脂粒粉，眉黛髻花等，皆木人糍途，毕，其q
朗户复闰。凡供耠皆木人。粒罢朗尽围，乃持去其台。……”
    (7)封演，封氏圈兄琵卷下：“道祭，大历中（公元766-779年）太原节
度使辛景云葬日，藉道节度使使人修范阳祭。祭盘最为高大。刻木为尉迟郑公突
厥斗将之戏。机关动作，不异于生。祭花，灵卓欲过。使者rIH日，对数未尽。又
停卓，段项羽与汉高租会鸿朗之象，良久乃IIL。”
    (8)张嚣，朝野众载：  “洛州殷文亮曾为县命。性巧，好酒。刻木为人，衣
以糟揉，酌7行筋，皆有次第。又作妓女，歌唱吹笙，皆能应节，钦不尽[11j木小
儿不’F把杯，饮未竟剐木妓女歌管建催。此亦莫测其神妙也。”
    同耆上载着：“将作大匠榻务廉甚有巧思，尝于沁州市内刻木作伶。手执一
枕，能自行乞。枕中钱满，关踺忽发，自然作声云：  t布施，。市人竟观。欲其
作声，施者日盈数千。”
    同害上载着：“刖天如意中（公元692年）海州进一匠，  造十二辰章。迥
辕正南剐午朗开，属头人出。四方迥蒋，不爽毫厘。”
    3．  用自动机耩捕捉动物
    (1)王安石，周官新义：“秋官，冥氏掌骰弧张。为阱楼以攻猛兽，以灵鼓敲之”
静：“彀弧以射之，段张以伺之，为阱攫以陷之。以灵鼓酸之，刖使趋所陷焉。”
    (2)张蔫，朝野众载：“郴州刺史王琚刻木为缎，沉于水中，取焦，引首而
出。盖媚口中安饵，为蒋关。以石槌之剐沉。焦取其铒，关即发。口合剐街焦，
石发刖浮出。”
    ( 3)沈括，梦溪笔谈卷第七：“庆历中（公元1041-104 8年）有一术士，
姓李，多巧思。尝木刻一舞锺馗，高二三尺。右手持铁筒，以香饵置锺馗左手
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