中国机械工程发明史

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力量，使需要的时候再发出来，如弓箭上所利用的弹力，舞攒上所利用的惯力等
等。原动力仍是出于人的本身，但是利用机械在一定短时蠲以内储蓄一下，有时
就便于工作。第二步的发展是能使几种筒单机械互相合佛成为比较复杂的机械，以
便达到比较复杂的目的，如剪刀是由尖劈和植桴合佛祖成等等。第三步，也是很
大的一步发展，是在本身以外能利用其他的原动力。开始时先找到利用牲畜力，
后来更发明利用风力、水力和热力，如各种风输、各种水输和各种热机等。秸
果，使机械对人类的生产力和劳动生产率更大为提高。第四步就是向着牟自动化
和自，动化发展，所需要的人力将越来越少，也可以鬣是人的劳动生产卒会越来越
高。对于以上各阶段的发展过程，在我国机械工程发明史上都有一定的表现。
    又就我国的考古资料和有文字记载的史料着，粗制的石器，即机械工程发明
的开始，至少已有五六十万年的历史，而在本身以外找到其他原动力，剐只有四
五千年的历史。就是藐，在本身以外找到其他原动力来帮助或代替我们作i的一
，段时圈和已发明机械但是原动力仍出自本身的一段时蠲相比，只不过是百分之
一。但是因为它对人类生产力的影响越来越大，社会的进展也就越来越快了。
    四，  机械的定义和我国对於杌械定义的表现
    打算研究机械工程发明史应当首先了解一些有关机械的基本知溅。什么噼做
机械是首先应当加以了解的一项。
    什么呲做机械？是不大容易回答的。苏联奥德蘸工业大学B.A．多布罗窝
利斯基教授(B. A. Il06pOBOJibCKHH)冒于1955年3月向大违工学院机械零件
教研祖函嗣我国古代耠机械这一概念下的定义。他们来信蠲我。我当时曾以东汉
静惯所著的藐文解字上对机字的解释答覆他{n，  即：“主发帮之机，，。后来我
又深入地思索了一下，忍为静惯耠机字下的定义主要是对弩机上I}做“机’’的那
一件而言。若把它作为机械的定义不够全面。不如根据庄子上所载的予贡（公元
前520-4 56年）对汉阴丈人所豌的藉(1)，
规定为“机械是能使人用力寡而成功
硅(1)菇子外篇天地第十二：“子员南避予楚，反予翟%过漠隆，兄一丈人，方将为圃眭o
    氅隧而入井，抱褰而出灌o措措然用力甚多面兄功寡o子霞日，有械于此，一日漫百
    哇，用力甚寡而兄功多，，夫子不欲乎？为圃者仰而视之，日：奈何？日：罄木为
    机，后重前轻，挈水若抽，数如浃溻，其名为槔o为圃者忿然作色而笑日，吾阴之吾
    师，有机械者毖有机事，有机事者·珏有机心。机心存予胸中，剐触白不备，触白不
    备剐神生不定，神生不定者道之所不载也。吾非不知，羞而不为也o”
·  4  ‘

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多的器械。’’就是祝我国在公元前五世祀，子真就耠机械下了一个定义，是：
“能使人用力寡而成功多的器械。，，后来斡非子上也有同样的筑法(1)，并且有了
初步的握济观点。
    在西洋第一盥对于机械提出定义的人是凯撒时代（公元前一世粑）罗属的一
位建筑工程家味多稚斯(Vitruvius，王微远西奇器图藐上器作未多)。他耠的定
义是：“机械是由木材制造且具有相互联系的几部分所祖成的一个系抗，它具有
强大的推动物体的力量。’’他还对机械和工具作了区别。他祝：“机械和工具的
区别似乎在于：机械的开动要用大量人力，消耗很多的能量；而工具只要一个入
熟糠的操作就可以作出所要求的工作。’’
    到公元1 724年，德国来比锡的一位机械士廖波尔特(Leopold)把机械和工
具统一起来，耠出一个此较进步的定义。即：“机械或工具是一种人造的设备，
用它来产生有利的运动；同时在不能用其他方法节省时蠲和力量的地方，它能作
到节省。”他明确的表示出机械的目的。在提出运动概念的同时，也提出了时髑
和力量的概念，并提出径济上的考虑。
    在十九世杞晚年和二十世耙初年的几本机械原理的教科者里边有下列的几种
定义：
    (1)“机械是高赧的生产工具。”（稚尔特，公元1871军）
    (2)“机械者，无偷其式样如何，大小如何，皆用以变化运动与力量者也。”
(Rankine)
    (3)“机械者，固定部分与运动部分之祖合体，介乎能力与工作之蠲，所以
使能力变为有用之工作者也。’’(Keown，公元1 9 12年)
    (4)“机械者，两个以上之物体之祖合体，其相对运动酱糕被受一定之限制，使
一种能力由之变化或传达，以作一种特别之工作者也。”(McKay，公元191 5年)
    我在1930年褊辑机械原理一害时，曾参考以上各种教本规定了下列的一个
定义：  ．
    “机械者，两个以上之物体之祖合体，动其一部刖其余各部各发生一定之相
对运动或限制运动，吾人得利用之使一种天然能力或机械能力发生一定之效果或
工作者也。”
缸(1)辣非子箍第_}-五，难二第三卜匕：“舟率机械之利，用力少，致功大，划入多。”
    ．  D  ‘

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    这本君-1935年者出版。1 937年以后，清华大学采用的时候，我曾改订如下：
    “机械者，两个以上具有抵抗力的机件的祖合体，动其一·件，刖其余各件，
除固定的机架以外，各发生一定的相对运动或限制运动，吾人得利用之使L砷天
然能力或机械能力发生一定之效果或工作者也。”
    19 55‘年，前边提到的苏联奥德箧工业大学B. A.多布罗窝利斯基教授在他
写的“彤L械这一概念的发展和进一步明确的必要性’’一，篇萧文中，规定了下面一一
个较好的定义．：    ’
    “机械是为人所使用的劳动工具，在这个劳动工具{_}r，形状和尺寸适合的部
分’是山能疆受很高压力（阻力）的材料所制成；在引入能量的不断作用下，能完
成适合的实际上有利的运动和动作；这些运动和动作是人们为完成技术和工艺目
的所必要的。”
    总/i-'/来看，我国在最近四五百年，对于机械工程的发展虽藐落后于西洋，fB
'缶晒千多年以前就对于机械提出了定义，,时躅上构早于西洋四个世杞。
    五、  机械的分类和我国对於各类机械发明上的表现
    NL械的种类已程太多了。从前有人作过一些分类，H_是就目前的情况藐，这、
些分类法多不够全面。现在仅就各类机械显著的特点分为下列七大类：
  l．筒罩机械
  筋淮机械是人粪最初发明的机械，如尖劈、植桴、输柚、斜面与螺旋等。过
去一般人多噼它们为生产工具，不叫·作机械。其实若就近年以来我们耠机械下的
定义藐，'巴们都应当归入机械之内。有人忍为它们的构造过下简单，且不作工
II寸，似乎r。j有一件，和前边所筑的定义不合。但是徊加分析，任何筒草机械，当
川’芭作工时，总是有另一件配合它。不但桶桴必须有一个支点或蜂轴，就是尖劈，
\liI作¨寸，都可以想象使破劈物体的一边离开；是我们要达到的日的，被劈物体
的另一边，刚起着配合尖劈完成它的功用的作用，阎时又有一定力蘸}1运动的关
系。所以秆构造上虽藐是很简单，但原理上则都是机械。它俐的特点是被人类发
|j月的皎早：构造上特别筒睁就是。后来的多数复杂机械，多包含着它们的一种或
儿砷作为粮成的部分。
  2．  发动机或原动机
  这一凝机械的主要特点是改变能力的种类，就是把不适F趋接作工的他种能

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力改变为适于作工的机械能力，如风输、水输、热机中的蒸汽机、蒸汽输、内燃
机、燃气输等。它们所有的运动多是比较筒草。最大多数是发生迥蒋运动，少数
是发生往复运动，也有的是先发生往复运动再改变为迥转运动的。
    3．工作机
    这一大类包括的太多了。任何一个生产工厂，都根据它的产品有它--；2的工
怍机。如一个机械制造厂有它一定数目的工作机，一个耢撒厂有它一定数日的一[
作机等等。但是所有工作机都有一个很明显的特点，就是加入它的已疆是机械能
力。无萧是由皮带带动，由糨输带动，由锺输带动，由电动机带动，甚事由一·砷
发动机直接带动，加入的总是机械能力，耀过工作机的各部最后作工的地方，性
赏上仍是机械能力。
    4．傅动机
    这一大类是介乎发动机和工作机之蠲的一部分。它由发动机接受的是饥械能
力，最后它耠予工作机的仍然是机械能力。只是传达过去，本身并不作什么工
作。有时也静有便于分配的好处。有时在它传动的同时担鱼着一定的运搬耳务。
这一大类原可忍为是一种传动的机件，不必另分成是一种机械。但为清楚起兄，
，专立一大类也未尝不可。
    5．仪表
    在这一大类，加入的也许是一种天然能力，如风速表、水的流速表等，也许
是一种机械能力或电磁能力，襁过各部分昀传达或变换以后，最后只表现-驯、效
果。我们一般的不祝它是发出了什么工作（当然严格的藐起来，表上的一个指针
反抗摩擦力而移动，也是一种工作的表现）。
    6．  反用发动机原理的机械
    就是(2)顼的反用。如鼓风机、压气机、排水机、制冷机和排热机等等。
它们的特点与(2)类恰相反，加入它们的是机械能力，所得的秸果刖足7气体速
奠的增大，气体压力的增高，水位升高，水压增大及热能的被移出等。它们的运
动也是比较简单，和各种发动机相同，只是在功用上恰恰相反，所以我把它们定
为反用发动机原理的一娄机械。
    7．发鼋机与鼋动机
    发电机与电动机又是另一种特殊机械。不少的人把它们也列入发动机之内，
但实际上是很育不同的地方。发电机所接受的是某一种发动机所发出的机械能
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力，所发出的是电能力。电能力的应用很多，可以变为热能力，如电熄；可以变为
光能力，如电灯；可以变为磁埸能力，如电磁；可以变为化学能力，如电解。这
些性耍就不象一种发动机。但若把发电机所发的电能力直接供耠一个电动机，鼬
电动机所发出的又是机械能力，并且多牛是供袷工作机之用。所以就全部藐起
来，发电机和电动机可以就是介乎发动机和工作机之蠲酌一种东西。发电机接受
的是一种发动机的机械能力，电动机供耠工作机的仍是机械能力，只是便于动力
的分配和就传达动力税，比较翟济而已。就是靛：若草就一个电动机直接带动工
作机税，似乎同一个发动机相当，但若把发电机和电动机合饼起来看，它们又恰
和一个传动机相当。所以最好自列一类。
    除去发电机和电动机以外，在所有其他神类的机械里边，我国古代多有一定
的发明劁造（当然古代西洋也没有发电机和电动机），而且按发明的年代鬣，我：
偶的多比较早。只是在十四世，杞以后，特别在西洋工业革命以后，我们才逐渐落
后了。
    六，  各种机械的功用和我国古代劳动人民
    对於各种功用的掌握
    一种机械有一种机械的功用。因为机械的种类太多了，它们的功用似乎是徐
不完的。但是若在原理上归衲一下，所有机械的功用可以分为下列六大类：
    1，  改变不适于遵接作工的能力为机械能力
    这一类都是改变一种不适于直接作工的天然能力为适于直接作工的机械能
力。如各种风输是改变风的动能力为机械能力的机械；各种水输是改变水的动能
力为机械能力的机械；各种热机是改变各种燃料燃烧时所发出的热能力（原予能
发电站是改变原子分裂时所发出的热能力，原理上也是热机的一种）为机械能办
的机械等。
    2．  改变力量的大小
    这一类多为用较小的力量使发生较大的力量，如各种起重机，压力机等。人
类最初发明的机械多属于这一类。因为那时人类在生产上遇到的困难多是力量有
所不足。子贡称机械的特点是“用力甚寡而兑功多”，味多稚斯耠机械的定义着’
重提出“它具有强大的推动物体的力量”，都可以藐明这一点。
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    3．改变螽动的种囊
    如将迥转运动改变为往复运动，将往复运动改变为迥鹑运动，将迥转运动改
变为摆动和多种比较复杂的运动，把逵穰运动改变为蠲歇运动等，以适应我们生
产上的需要。
    4．  改变运动的方向
    原动部运动的方向可以疆过一种机械改变为从动部另一种运动的方向，以适
应我们工作上的需要。
    5．改变速度的大小
    原动部运动速度的大小，可以径过一种机械使从动部的速度变大或变小，以
适应我们的需要。如我国唐代一行梁令瓒等骰种的水力天文仪器，能使-天迥搏
1920周的水输的运动传到潭象，使它一天只迥蒋一周；更蠲接着传到日环上去，
使它三百六十五天孝迥蒋一周，就是很好的例子。
    6．  第一种功用的反用    4
    印花赞一部分机械能力使发生其他的能力以适应我们的需要。如前段所藐，
风扇或鼓风机：可以靛是风输的反用；迥蒋式拐水机可以祝是水输的反用；制冷
机及排热机可以鬣是热机的反用。它们都是把已有的机械能力改变为风的动能力‘
或气体压力、水的动能力或水的压力和得到热能力的迁移等。这也是机械的一雄
特殊功用。
    在我国古代劳动人民所发明的各种机械里边，对于这些主要的功用的植大部，
分也都早就掌握了。
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第二章’中国在简单机械方面的发明
    在第一章机械的分类一段上曾藐过，筒淮机械是人类最初发明的机械，它们
有：尖劈、梗桴、输袖、斜面与螺旋等几大类。现在把我国对于这几类的发明分
别叙逍如下：
    一、  尖  劈
    尖劈是筒电机械的一种。在力学上，我们知道它能够用小力发大力。而且阴
面所夹的角度越小，用同大的原动力它发生的力量就越大。它发明的时期比较最
早。
图l甩口店第，13地点凄现的雨匾石器（采簧桶坡：，蟹石器时代文化）
    J．’
两2山西芮城繇匾河村癸现的石器（采人民画报1961年第12期）
    ·10．  ‘

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    图l表示在周口店第13地点发现的两面石器。它保持有600-7 50的刃角。
贾兰坡先生忍为它是一件用作砍伐的小型两面器。因为用放大镜观察它的刃部，
还分怖着有因使用而划落碎屑的痕跻。图2表示贾兰坡先生等1 960年在山西
芮城县匾河村发现的大型砍伐器及尖状器，也都有打制和使用的痕跻。以上这两
种石器的时代，据推断都比中国猿人还早一些。图3表示在周口店中国猿人化石
产地发现的石器，周围边椽也有因砍伐而剿落碎屑的痕跻。．时同已构有四五十万
年了。
圃3周口J苫中圆猿人化石虚地餮现的石器（采真荫坡：管石器时代文化）
    后来在内蒙古伊克昭盟患审旗所发现的石器里边更有了尖锥状器。考古学
家称这一时期为河套文化时期，大拘是在二十万年以前。在四川资阳发现了大豹
十几万年以前的资阳人使用的骨锥。在周口店山顶洞里发掘出杓几万年芝前的入
骨化石，同时除石器以外，也有了骨器。而骨器之中更有了骨针。在华北、江南
和东北广大地区都发现有大量的衽过研磨的石器，同时更发现了磨制的骨器、角
器及牙器。时同构在一万至五六千年以前。可知我国从周口店中国猿人以前一段
时蠲开始，衽过五六十万年漫长的岁月，原有的旧石器又有三方面的发展。第
一，石器的类型不但增乡了，而且越来越具有磨光的表面，如图4到图6所示。
第二，所用的材料，不仅限于石材，更加上了骨、角、牙及蚌等。第三，除了刃
状及尖状j外，更发展出一部分具有尖雏状的工具，如锥、针及钩等。就力学上
的原理藐，仍与尖劈相同。只是在全圆周都越来越徊下去，具有与尖劈不同的应
用就是。
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  圃4安踢小屯出土石刀
（采原田淑人：支那古器圃考）
圃S杭州老和山出土新石器时代石肇
（采垒圆基建工程中出土文物嘲缘）
蹴6信踢三里店出土新石器时代石矛
（采全圃基建工程中出土文物圈缘）
    到新石器时代，窟口五六千年以前，刃状和尖锥状的工具不f邑类型更多，制造
的艺术也更高了。图7表示西安半坡遗址出土的各种重要骨器。时期距现在构有
五千年左右。
    ·  12  ．

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    到四千多年以前，先有了社铜器的发明(”。这是我国进入使用金魇工具的开
始。不久，就又发明了采用铜踢合金而制成硬度较高的青铜器。用青铜铸造的刃
    圃7西安牛坡融土骨器
（采西安牛坡博物馑牛坡遗址介糨）
    圃8安踢出土青铜刀
（采绑振铎：中圃睡史参考圃谱）
盏(1)最近中阈睡史饽物鼯陈列出甘赢武威皇娘娘台出土a9rj于齐家文化J枉锏器致
    件，其中有锏刀、锏锥、铜氅等o时代在青铜器以前。
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