中国机械工程发明史

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种橙有趣味地利用惯力的工具，就是所锅“舞攒’’。它的构造如图36所示。在
攒棹的上端装上一块重的圆木或圆石（长形的也可以），下边紧接着装上两条皮
条，在同一方向程稿着缵槔下行。下端再分开，分别装在一个长形横板的两端。
    圈36舞斌
横板中同备有一个圆孔，使缵桴很松的由中同通过。使用开始的时候，把两条皮
条大部分都程橇在锴槔以上，横板当然也偏在上方。然后把攒头放在要攒孔的嚣
位，用一笺手猛力向下压动磺板，箔头受两条皮条转动缵桴的力量，就急剧地转
动起来。但是，因为受：E端重块的惯力，当横板已落到将近最下的地位时，手力
一松，两条皮条就向反方向转动，又把横板提上去，然后使手再用力下压，攒头
就又向原来的方向辖动起来。用这种工具的优点是能用右手草独进行缵的工作，
而用左手掌握着工件。
三、  重力的利用
    利用重力当原动力我国知道的也很早。最初是利用人的体重的一部或全部当
作原动力。桓镡新谕上记载着：“伏牺之制杵臼，万民以济。及后人加巧，因延
力借身重以践碓，而利十倍杵舂。”因为用杵臼舂米，完全是用人两臂肌肉的力
量，比较容易疲劳。后来发展为用脚踏碓，借用一个长的檀桴，把杵头装在桴的
一头，人把两臂扶在一个横棹上，或跨在两个平桴土。当用脚踏动碓桴的另一头
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时，即可借一部分体重作下压的力量。当脚松开时，杵头就自动的舂下去，这样
就比较省力，如图37所示。桓孬是西汉末年到东汉初年的人，所以我国知道利用
体重为原动力至少已有两千年的历史。后来用脚踏动为拐水灌溉用的翻牵，也都
是借用一部分体重，如图38所示。用脚踏动的卓船也是孱于这一类的。
  圃37用脚踏碓
    ＼．
（采宋应星：天工开物）
    圈38翻卓
（采宋膨星：天工开物）
    在锥井机上，有时进一步借用人的全部体重当原动力。如图39的上部所示，
把锥井的工具装在梗棹的一头，由两个人在另一头交替着登上去或跳下来，就能
使锥具上下工作。或如图39的下部所示，由两个人在锥具的同一头上，坐上去
或跳下来，也可以得到一样的糖果。又如前边图29所表示的锥井图，在一个直径很
大用竹木等制成的空输里边，由几个人共同沿着某一方向爬行，他们的全部体重
都使空输迥辖，雏具因之上升；沿着相反的方向爬行，就使空输向反方向迥辖，
锥具因之下降。这也是利用重力为原动力的很好的实例。到明代晚年，1 627年，
王微根据自q导锺的原理彀甜的自蒋磨和自行卓(1)，更是在人体p-).夕{-，完全利用物
体的重量了（前一种系利用悬挂的重量，后一种系利用卓上的载重）。
往(1)划仙渊：王微与我圈第一部机械-程学。机械工程学报第6椎第3期，19584f-9月。
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    圃39笳罩锥井机
（采依~弗·庳鼓涅佐夫：中圜科学技衍史）
四、  诫经摩擦力与利用摩擦力
    当一物体对于另一物体有相对运动并且互相接触着的时候，一定会发生摩擦
力。在任何机械，这种摩擦力总是要消耗所加原动力的一部分。它的大小是和接
触面的物簧，两面髑压力的大小及两个接触面粗糙的程度等有关。当接触面比较
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粗糙的时候，如果能够用一种滚动摩擦或者一种滚动摩擦和一种比较光滑的滑动
摩擦把原来比较粗糙接触面的滑动摩擦代替掉，就可以使所黄的原动力减去很
多。就是虢，作同样的工作可以省很大的力量。我国古代人民在这方面的发明是
很早的。其中最主要的一项实例就是卓的发明。根据记载，卓发明于轩辕黄帝时
代（公元前2698到公元前2599年），并且虢是受到了飞蓬蒋动的启发(1)。近
年来，在考古工作方面，发现甲骨文中的卓字已有九个，金文中的卓字已有二十
二个，陶文中也有卓字。第十三次在小屯发掘，曾发现一辆怒四匹餍的战卓遗
赫‘2)，更可断定在殷代以前早就有了卓。因为在古代由开始有牵发展到有四匹属
褒着的战牵，是需要相当长的时圃的。
    章的重要功用是当移动重物时，把重物对地面的滑动摩擦改为卓输对地面的
滚动摩擦和卓轴对输毂中圈或卓轴对轴承比较光滑的滑动摩擦。秸果大大减省了
所需要的原动力。到周代更发明了用动物油作涸滑剂（兄菏径，国风，筒兮一章）。
到汉代又采用了红铜（即采用了铁的滑动摩擦面，兄静慎祝文解字及刘熙释名），
更大大减程了摩擦力。
    我国劳动人民运蒋木石等重物时，多在下面横放若干铁的或木的滚柱，这也
是用滚动摩擦代替滑动摩擦的实倒(3)。实际上用的很多。
茌(1)淮南子，没山引：“兑恭蓬耱而知为率。”
    汜狳引：“为之炎Ⅱ输建舆，嚣禺服牛，民以致速而不劳。”
    通典：“靓蓬蒋而为输…复为之舆。舆输相承，流蒋罔梗。任重致速，以利天下。
    此卓之始也。”
    轺物开智：“兑蒋凰之蓬不已者于是制乘率。横木为籽，直木为辕。以尊太上，故
    、日轩祓氏o”
缸(2)石璋如：段城最近之重要瀣现，中嘲考古学报，0 1947年第二珊。
    甲骨文的率字，据孙海波甲骨文搦所收，共有九个。金文的牵字，据容麇全文糯所
    收共有二十二个。陶文中也有率字。第十三次在小屯琏掘，鼗现了一蝻蔫四匹禺的
    战卓蘧跻。可断定在殷代早已有了率o叉在小屯鼗现的率餍同坑，更ll:薤明禺系鞔
    率之用。
驻(3)哭兢，寅观政要卷第二，枘辣第五：“直观四年（公元630年），……臣（指强支素）
    尝冕隋窒（公元581-618年）初修此殿（指洛隔乾元殿），楹栋宏壮，大木非近道所
    有o多宜豫章揉乘。二千人拽,柱o其下施毂，皆以生跌为之。中蠲若甩木蝓，动静
    火出。”
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    又元史卷四十八，天文志第一，郭守敬造筒仪法上载着：“……百刻环内广面
  卧施圆轴四，使赤道环旋蒋无涩滞之患。’’这更是很明确地刽用了滚柱轴承。最
  近英国Charles Singer等所著的工艺史(A History .of  Technology)第三铿第327
  厦上载着：“在达芬奇(Leonardo da Vinci，  公元14 52-1519年)的笔琵
  本上有关于滚柱轴承的草图，但是那时用的并不多。’’在同一卷第658页上载
  着：“公元1 561年WilliamⅣ的锺匠Eberhardt Beldewin制造的一个锺上售朵
．用了滚柱轴承。”
    所以草就滚柱轴承藐，我国的发明是早于西洋二百年左右（因为郭守敬是公
元12 31-1316年的人）。他的天文仪器是公元1276年所制。
    』青亲又知道把卓输对地面的摩擦力当作一种传动的媒介，把卓前进的运动蠲
接传到其它机构，以达到一定的目的。最显著的实例如记里鼓卓、指南卓、舂
牵、磨牵等C群见中国在传动机或传动机件方面的发明一章），它们都是利用卓输
对地面的摩擦力把卓前进的运动传达到其它机构上去，以表现一定的运动或发生
一定的力量而作工。这也是一项很聪明的发明。
五、  采用迪横搏动以代替嗣歇运动
    当入类利用一种工具或一种机械作工的时候，开始多是蠲歇的。就是每隔一
定的时踊工怍一次。中蠲无徐或熨或短，总有一部分浪费的时蠲，秸果使劳动生
产率不高。后来孑’发明用建粳的蒋动代替髑歇运动，以达到连稽或接近于遵赖的-
工作，效率因之大大提高。我国劳动人民在过去几千年里边，在这方面的表现很
不少，毽择要叙速如下：
    1．风屠
    扇是使空气由一个地方流向另一个地方的工具。目的或是取凉，或是帮助冶
铸，或是帮助分清程重不同的子粒等。在罗蔟所著的物原上藐：“舜始造扇”。
如果忍为可靠的器，已有四千年以上的历史。但开始的时候，它的动作一定是躅
歇的。到西汉时，丁霞就发明了输扇。西京杂琵上载着：“长安巧工丁聂（有用
糯字的）……作七输大扇，皆径丈，，相连精。一人运之，满堂寒战。”后来，在
．寂器里，分开子粒的鼹扇或扇卓，更是完全达到了用输形的风扇以违横搦风的目
的。王安石（公元1021 - 1086年）“和农具待十五首’’中第二首就是咏蹋扇
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的‘”，可见最晚在北宋就已程发明了。
    王祯农害卷十五上载着：“鼹扇。集颓云：飚，风飞也。拐毂器。其制中置
箕轴，列穿四扇或六扇，用薄板或糊竹为之。复有立扇队扇之别。各带掉轴，或
手蒋足蹈，扇即随蒋。凡舂辗之际，以糠米聍之高槛，底通作匾德，下漓均釉如
廉。即将机轴掉蒋搦之。糠粞既去，乃得净米。又有舁之埸圃蠲用之者，薷之扇
卓。凡蹂打麦禾等稼，族粒旧杂，亦须用此风掘。比之枚掷箕簸，其功多倍。”
    圈40扇牵
    （采宋应星：天工开物）
图40系天工开物上的扇卓图，现在北省通用的和这一样。图41系同害．卜的飚
扇图。此图表示的不够完全，但输扇一部分表示的比较清楚，又原动力是用足蹑。
    用于冶铸方面的鼓风器，开始时系用牵囊，后来用属排、水排（洋兄第四章图
益(1)宋李膈湖：王荆公薷笺注卷_}．Lo
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53)，都是向一个方向运动时搦风，回行时风就停止j后来发明风箱，虽靛仍1日
是没有脱离往复运动，但除去掮风板到达两桎端的一点时图以外，基本上已能达
到建精搦风的目的，所以没有向输扇方向发展。图42表示风箱的构造。图中A
    圃41飓扇
（采宋应星：天工开物）
圃42凰箱
是一个木制的箱（也有不少采用圆筒形的），中蠲装置一个掘风板B。箱内左下
方附有一个方形管，俗名噼做炕。前后MN两口都和箱内通着，中固有一个向外
的风口G。风口的内部有一个活髑V，可使空管的前牟和后牛交替通于风口，如
附图所示。E与F为箱两端的两个活髑，只能向里开，使空气只能由外部入箱，
不能由箱外出。用时，推搦风板之柄向前，刖掘风板后的空气稀薄，压力降低，
外部空气遂压开E朗向箱内流入。同时搦风板前的空气浓厚，压力升高，F F弓被
压紧阴，掮风板前的空气函箱流入空管，推活腻V使之向右，并程过出风OG而吹
入冶炼墟中。反之，若拉掘风板之柄向后，剐一切与前相反，掘风板后的空气由
箱流入空管，推活髑V使之向左，并径过出风口G而吹入冶炼墟中。如此往复推
拉，箱中高压的空气几乎是违糟的吹出，能使墟火盛燃。．图43表示风箱正在工
作的情形。
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    2．石确与火炮
    我国古代的所帮袍，都是“p机发石’’。有的把一个长桴的下头固定住，用
力搬或拉它的上头，使它储蓄一定的弹力。利用这种弹力把石块打到敌人那边
去。有的把一个植桴的中蠲装在一个可以旋蒋的横轴上，上端装一个兜子，兜住
石块。再由多人用多条糨索同时猛拉下端，把石块抛到敌人那边去。宋代曾公亮
所著的武桎总要上载的五梢袍、七梢袍等，都是这一类的实例。在所有这些办法
中，他们的运动都是蠲歇的。
图43虱箱正在工作情形
（采宋应星：天工开物）
    三国时局钧（公元230年左右）曾试骏用章输使石块违植的飞出去。傅
子上载着：“……（属钧）又患旧发石卓，中敌刖喹石不能连属而荃。欲作一
翰，悬大石数十，以机鼓输如常，且q以断悬石飞击敌城，使首尾电歪。尝试以章
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输悬瓿甓数十，飞之数百步矣。’’
  ’后来火炮也有同样的发展。当开始发明火炮的时候，动作当然是髑歇的o后
来，先发明了所翻遵珠炮，就是几个炮筒饼在一起，可以追植着点火打出去。到明
    圆44摩输炮
    （采茅元仪：武备志）
代天启元年（公元1 621年）茅元仪所著的武备志卷一百二十三上载着卓输炮的计
划。它的示意图如图4 4。誊上的貌明如下：“每输幅条十八根，长一尺四寸。
每条左右傍毓二杆。……铳内装火蘖铅子。一瞬驮架二输。架中糙铁蒋柱。以皮
条护铳口以固菜子。违木架杓重二百余斤。三罩附之。如临敌，将架鼠地，先取
一输安架柱上，随其高低蒋打。二罩可执七十二人之器也。”就税明看，可知一
架卓输炮_L装着三十六个炮。如一骡驮二输，就共有七十二个炮，可以遵植着点
火打出去。
  3.  由“爨船”发展为“章船”
  由桨船发展为卓船，即使船前进由圈歇运动的桨发展为建糖蒋动的输形桨，
也是一个很好的例子。  根据已得到的瓷料，  这一发明可能是由j租冲之（公元
42J-500年）开始的。南齐者卷五十二租冲之传上载着：“又造千里船，于新
亭江斌之，。日行百余里。”若用固歇运动的桨，是不容易达到这样速度的。其次
即唐代李阜所发明的战隘，很明显的是一种卓船了。旧唐者卷一百三十一李卑传
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-载着：“……常运心巧思为战隘，挟二输蹈之，翔风鼓疾，若挂帆席：”宋代
陆游老学庵笔记b载着：“擂相榻么，战/舒卓船，有桨船。……官罩战船亦傲
戚卓船而增大。……至完颜亮入寇，牵船优在，颁有功云。”宋史卷三百八十三
摩允文传上载着：“……亮至瓜州，允文与存中临江按弑。命战士踣卓船，中流
．E下，三周金山，回蒋如飞。敌持浦以待，相顾胲愕。……”这都藐明改为违禳
运动的输形桨PJ后，船的速度大大的提高了。图4 5表示牵船。茅元仪武备志上
吗做卓输舸。    ‘
    圃45卓昭嗣
    （采茅元仪：武衙志）
    4．  由桔槔璇稿发展为翻牵、水牵及简章
    桔椁和辘褴都足嗣歇的由低处向高处扬水的机械。到东/R l一岚和三国属钧就
发展为翻卓，唐代又发展出水章取j简牵（都群木害其他章节）。它W的运动就由阔
歇的变为渣祯迥率的了。‘
    就本章所有的叙jL看，可知我国在利用弹力、惯力、重力方面，在V程摩擦力
和利用摩擦力方面以及".燕采用遵濑运动以代替闭歇运动方面，都有很早的发明。