中国机械工程发明史

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踊26鼓差滑单
数的一牛大体上等于重物上升的距离，如图
26所示。倘粗粑两段相差的直径很小，刚
滑卓每蝽一周，重量上升的距离很小。根据
“功的原理”（参考刘仙洲著机械原理第二
章），糖果就能用小力提起较大的重量。
    这一种机械，在西洋的物理者上早就吣
它做中国校卓(chinese windlass)，但是在我
国的文献里边，还没有找到确实发明的年代。
    S．复式滑牵
    复式滑卓也是用小力发大力的一种机械。它主要的桔构也是使最后发力的一
部分逐渐减低速度。仍参看图2 5，即宋代所画的捕氪图，在桴上所装的同一个
轴上，装上直径大小不同的两个滑卓，使原动力一边，印人搬较率的一边，转动
较大的滑卓，再由同轴上一个较小滑卓的转动以牵动搬罾的糨索，这样就可以用
较小的力量搬动较大的重量，使罾容易被搬起来。
    到清代初年以后，凡升起或搬运重物时，采用复式滑卓的实例就更多了。因
为那时多牛已受到西洋科学技术的影响，在第二褊内再加以叙速。
    四、  斜面与螺旋
    利用斜面可以省力的糙腧和应用，在我国日常生活中是很多的。如用斜梯升
高，沿斜楼梯上楼，沿斜塔梯上塔（后一种有时并建成螺旋形），以及沿着盘遭
上山等都是常兄的实例。只是在记载上得到的资料不多。
    我国儿童玩县中有一种毗}做竹蜻蜒的，和吾代葛洪（公元284-363年）著
的抱朴子内篇卷十五上载的“……或用枣心木为飞卓，  以牛革桔环，  剑以引其
机，……上升四十里。……’’无疑都是合于今日螺旋桨的原理。
    清华大学魏西河同志在他最近写的“滑卓与斜面的发现和使用以中国为最
早”一篇箫文里指出：墨子襁下二十八中“不正，所挈之止于拖也’’是指的在斜
面上向上牵动重物，并指出：根据斜面角度的变化可使所需要的力量变更大小。
我忍为是正确的。这样看，关于斜面的发明，在我国至晚是在公元前500年左右。
至于由斜面的原理发展成为螺旋，刖在我国古代琵载上还没有得到可靠的史料。
    直到明代天启元年（公元1 621年），茅元仪在他所著的武备志，天启七年
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（公元1 62 7年）王徵所器的远西奇器图藐及以后不久方以智（公元1 64 0年左
右）所著的物理小溅中考都明确地提出螺旋来。但这都在公元1600年利璃寅来
中国以后，无疑已受到西洋的影响，将来在第二褊内再加以叙速。
    就本章所有的叙速看，可知我国对于各种简草机械，除螺旋一种以外，都很
早就有发明。
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第三章中国在利用弹力、惯力、重力和减轻摩
    擦力、利用摩擦力以及采用建楦搏动
    以代替同歇运动等方面的发明
    一．  弹力的利用
    在日常生活和生产里边，我国劳动人民利用弹力的例子很多。弹力并不是在
我们本身以外找出来的原动力，它是把人力加在一种具有弹性的物体上，使它改
变形状。当使它有恢复本来形状的机会时，它就要恢复原状，把加在它的力量仍
旧轮出来，以便于我们工作上的应用。也可以貌：使具有弹性的物体把我们加在
它上边的力量存储起来，当我佣要利用这一份力量时，它仍旧耠我们发出来。现
在就四种实例叙速一下：
    I．  弓和弩
    利用弹力最早的工具应当是弹弓，其次是射箭的弓和弩。我们可以推想最早
人类是先会用自己的手向着野兽和敌人投捌石块和棍棒等物的。后来为了达到鞍
远的距离才发展为用具有弹性的物体以代替人手投螂，就是后来所翻“弹弓”的
一种工具。再后方发展为弓和弩，被投掷的东西也改变为箭。不但达到的距离比
较远，箭头也制成锋刃状，使射入的效率更高一螳。吴越春秋上有“弩生于弓，
弓生于弹”的瑟，就发展藐是很合理的。’色佣工作的凉动力都是利用弹力。
    我国旧典籍上有关发口月弓和箭的配载很多。易耀蘩辞上我：“黄帝尧舜作，
弦木为弧，剡木为矢。弧矢之剩，以威天下。”‘世本E藐：“黄帝之臣牟夷作
矢。”太白阴翟上筑：“庖牺氏弦木为弓。”山海疆上就：“少吴生股始为弓。’’
孙卿子上靛：“隹作弓。’’墨子上藐：“羿作弓。”殷契卜辞中也有弹和射等
字。若只根据这些记载看，按发明于黄帝时期藐，已在公元前2698年到2 599
年之同。其实，就晚近出土的实物看，比这可能还要早一些。因为在新石器时代
出土的实物中已桎有了石镞。仰韶村发现的新石器时代的实物，除石镞以外，更
有骨镞、只镞及角镞等，呵兄当时已普湿使用了弓箭。时同杓在公元前三千年左
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右，印已构有五千年的历史。图27表示安阳小屯出土的石镞、骨镞及具镞。
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    圃27石镞、骨镞及只镞
    （采原田淑人：支邢古器圃考，兵器篇）
    为了射出的距离更远和同时射出的箭数更多，由弓又发展为弩。古史考上
说：“黄帝作弩。’’周礼夏官也有关于弩的记载。若就出土实物看，罗振玉所著
的古器物裁小录上载有“三代弩机’’的机身。汉魏两代弩机实物出土的更多。总
起来看，如果藐弩创始于黄帝的时候，恐怕失之太早。但陆懋德在1 927年清华
大学学报第四容第二期“由甲骨文考兄商代之文化,, -3上称：“近时河南出土
铜制弩机，其古朴无字者或即商人遗物。’’若断定弩机发明在周代P前或周代初
年，却已有三千年以上的历史似乎是没有多大误差的。
    弩和弓不同的地方，第一，它不是在射箭的时候才临时用手拉开，而是把弦
拉开先管在一个搬机上，等要把箭射出去的时候把机搬开，再由弓把箭射出
去。弦在搬机上扣着的n寸固可长可短。第二，用弓射箭时，拉开弓弦的力量多仅
限于一人的手力和臂力；用弩射箭，拉开弓弦的力量有用脚蹬的‘，’和卓胶的(。)
等等方怯。有时更把两张弓或三张弓合成一个弩，不但力量可以比较大，用的人
数也可以比较多。图2 8表示由多人用校卓张开的三弓驽。三弓弩和双弓弩多装
置l= (1)沈括：萝溪簟谈患第-”九，  “熙宁中（公元1068-1077年）李定献偏架驽，,似弓而
    施蜍镫，以箍距地而礞之。射三百步。能洞重札，r之种臂弓o”（宋）
缸(2)杜佑通典，“作轴蒋卓……捐之卓弩。”．（唐）
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    圊28三弓弩
    （采茅元仪：武备志）
在一个床子上，所以也噼床子弩。图的左部系多人搬动的较卓，下部表示拉弦的
糨索和打击搬机的雄子。第三，因为弦上所储蓄的弹力比较大，不但箭射的
远，射的力量大，同时发出去的箭数也可以较多‘1）。
    以上所挽的各种弩，当发射的时候仍旧是用人力搬动搬机或敲击搬机放开弩
弦，把箭射出。此外还有一种自动的装置，或代替射猎，或射杀敌人，即把弩张
it (1)三圆志，蜀善三十五卷，糍葛亮傅，荏：“魏氏春秋日……义摄益洼弩，相之元戎。
    以跌为矢，矢是八寸。一弩卜矢俱登。”
    信公亮：武桎总耍十三箍，“双弓床弩，  前后各施一弓，  以辄蛐救强之。下施床承
    弩。……大者稷时用十静人，  次者五七人。……三弓床弩，前二弓，盾一弓。张
    时凡百扦人。……其次者用五七f-人。……黎铁斟予弦上，  斟中著常箭数-卜笺o凡
    一鼗可中数{，人。”（宋）
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好以后，当兽类或敌人走近时，一触机关，即被射中(1)。
    总之，所有弹、弓和弩，能够把弹丸或箭射出去的力量都是利用弹力。
    2．  锥井机
    中国旧日的雏井机多采用一部分弹力。它的装置和弓弩的道理有些相似，如
图29所示。把一稠竹桴弯成弓状，把维具的上端用桴或襁繁在弓弦的中蠲。当
圃29中圆锥井机
使锥具下行时，完全利用人力。不但使锥具向下锥，同时也使弓弦被拉下，储蓄
一部分弹力。当维具需要上行时，即利用弓弦和竹樨的弹力拉它向上。我国旧
靛(1)史乳箍六秦始皇本祝：  “……葬始皇鄢山……令匠作机弩矢，有Pfr穿近者鞭射之o”
    余窿逮：稚西昆圈耗（昆邵润懿舟率所至鬓刻），“椠矢条，蘖矢及镞皆刨竹而成o
    镞沾岛头汁，射中禽默立刻麻木而僵。若穴地褥小羊于下，机袢穴口。虎豹至，，
    以瓜攫羊，机动矢鼗，中其胸膏，行数武郡倒。”
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曰昕用弹棉花的弹弓和减布的腰机也是利用弹力的实例。图30表示弹棉弓，
图31表示腰机。
    圃．30弹棉弓
（采宋应鹾：天工开物）
    3．弹簧
    我国利用弹簧的实例很多，最普通并且是种类很多的是簧锁。如图32所
示，把几个弹簧片的一头固定在一个金魇（铜或铁）榫L-，使另一头离开一定的
距离。当锁时使各弹簧片由一个狄隘的开口挤入敛内，由弹力自行展开，就自
动的鲼紧，如图中A。  当要开时，用锦匙由下边一个开口伸入，把簧片向金
嚼桴压紧，如图中B，就可以由原口推出来。更有一个很有意义的记载是北
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    圃31腰机
（采宋心星：天工开物’）
熬簧
圆32簧毁
匙
宋燕肃的一段故事。燕肃是我国二l匕宋时代的一位大科学家，他曾制成过指南卓和
遵花漏等。在归Ff1录和宣和面藉，E都记载着他信利用琐簧把一个鼓环装在鼓内的
事(’。
    琐簧的发明年代，还没有得到很明确的记载，f日在蔡侯墓出二li的遗物里边
已疆有“镇形饰”，可知镣的发明一定远在春秋末年（即拘公元前500年）以
前。
    其次是一种lu}做袖箭的武器，用一个短箭的下端向下压紧一个筒内的弹簧，
再由一个搬机把它管住。用手把握在袖口以内。当遇到敌人的时候，要想用箭射
他，就伸出手来，对准目标，搬动搬机，箭就由弹簧的弹力射出去。
at(1)欧隰修归田缘：“燕蘸商谢宵ITj思。初为永兴推官，知府寇荣公好舞柘枝，有一妓
    藏惜之，其环忽瞻。公碾然，以踊褚匠，皆奠知所为。燕薪j只环脚为毁蝥内之，剐
    不盼矣。”
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又在茅元仪武备志，火器图税上的棚子也表示一种弹簧的应用，如图33所示。
    蹴33捌子
（采茅元仪：武备志）
二．  惯力的利用
    我国对于惯力的应用是相当早的。第一个
著名的实例是汉代张衡在顺帝阳嘉元年（公
元1 32年）所发明的地动仪‘D。  关于这一项发
明，远在八十年以前，日本和英国的学者就曾加
以研究。我国人慰于它的研究以王振镡先生为
最早。他最后比较正确的推断是假定所锅“都
柱，，是一个I-粗下和的立柱，周围装着八个曲
梗桴。当地面一有震动，都柱就楹容易向震的
方向倒下去，压在震源方向一个曲橙桴的下端。当静止时如图34左边所示。
在每一个曲植桴的上端都装着一个龙首的上额，  与下额相合街定一个铜丸。
当某一个曲檀桴的下端被都柱压下时，龙首的上额就张开，Ffi衔的鳎丸就下落到
正对着它的蟾蜍口中（如图34右边所示），  发出声营，  使掌管的人知晓，  并
圆34张衡地震仪的主要机耩
  （根据王派鳋先生的推断）
菇(1)后漠着卷八-九礞衡博：“翰嘉元年，复造陕凰地动仪。以精掘露威。圆径八尺，
    合盖隆起，形似酒镎。宦钷以篆文山铬岛戥之形。cP有都柱，傍行八道，施关鼗机。
    外有八髓，首街铜丸。- F有蟠蜍，礞口西：之。其牙机巧剐皆隘在霉中。覆盖周密无
    际，如有J动，尊则振，髓机鼗吐丸~ri谵蜍f之，振声激锡，伺者因此觉知。虽一
    i鼗机而匕酋不动。霉其方呵，乃知震之F在。腧之以喜，台契若神。”
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  就    子
  7上    '  蝴
  黪
m惟m…川…山
    靴
    下

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能辩明地震来源的方向。后来清代康熙七年（公元1663年）吴明炬又有一种类
似的劁蘸(1)。不过他是把都柱改为一个浚球。根据球在铜盘上滚动的方向以推断
地震来源的方向。原理上也是利用惯力。其次是我国旧日所用的轧棉机(俗名轧
卓)。在它上边由一个脚蹬的上下运动转变为一个轴的迥转运动的那一部分已径
完金具备了飞输的作用。如图35所示，在一个桌上固定一个木架。架的上部横
    图35孰卓
装着-个木轴，一个铁轴。木轴在下，铁轴在上。铁轴上用一个钢刀（俗名剩
刀）划上若干小沟，使它的表面粗糙，以便易于抓住棉械。两轴之蠲留有很小的
狭楗。木轴右边一头装上一个小曲柄，由轧棉人的右手搏动它。铁轴左边的一头
装上一个飞榆（实际上多为一个十字形的木架，十字架的外端四个头上各装上一
个重木块，转动起来具有飞输的作用）。因为脚的力量只是蹬向下方，打算把脚
的力量传到铁轴上去使它糕粮迥蒋，  非有飞输的帮助不可。我们的先人能发明
这样利用惯力的方法是很聪明的。它确实发明的时期还没有找出来，但元代王祯
农害上已有就载，可知最晚应在公元1 3 1 3年（农害写成的年代）以前。更有一
注(1)康熙夹缘：“康熙七年（公元1663年）五月，…．t．歙天盛盟副吴明煊疏雷，……叉地
    震方向，各有所占。旃浩滚毡铜整一座，韭殴古上……。”
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