中國機(jī)械工程發(fā)明史

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力量，使需要的時(shí)候再發(fā)出來，如弓箭上所利用的彈力，舞攢上所利用的慣力等
等。原動力仍是出于人的本身，但是利用機(jī)械在一定短時(shí)蠲以內(nèi)儲蓄一下，有時(shí)
就便于工作。第二步的發(fā)展是能使幾種筒單機(jī)械互相合佛成為比較復(fù)雜的機(jī)械，以
便達(dá)到比較復(fù)雜的目的，如剪刀是由尖劈和植桴合佛祖成等等。第三步，也是很
大的一步發(fā)展，是在本身以外能利用其他的原動力。開始時(shí)先找到利用牲畜力，
后來更發(fā)明利用風(fēng)力、水力和熱力，如各種風(fēng)輸、各種水輸和各種熱機(jī)等。秸
果，使機(jī)械對人類的生產(chǎn)力和勞動生產(chǎn)率更大為提高。第四步就是向著牟自動化
和自，動化發(fā)展，所需要的人力將越來越少，也可以鬣是人的勞動生產(chǎn)卒會越來越
高。對于以上各階段的發(fā)展過程，在我國機(jī)械工程發(fā)明史上都有一定的表現(xiàn)。
    又就我國的考古資料和有文字記載的史料著，粗制的石器，即機(jī)械工程發(fā)明
的開始，至少已有五六十萬年的歷史，而在本身以外找到其他原動力，剮只有四
五千年的歷史。就是藐，在本身以外找到其他原動力來幫助或代替我們作i的一
，段時(shí)圈和已發(fā)明機(jī)械但是原動力仍出自本身的一段時(shí)蠲相比，只不過是百分之
一。但是因?yàn)樗鼘θ祟惿�產(chǎn)力的影響越來越大，社會的進(jìn)展也就越來越快了。
    四，  機(jī)械的定義和我國對於杌械定義的表現(xiàn)
    打算研究機(jī)械工程發(fā)明史應(yīng)當(dāng)首先了解一些有關(guān)機(jī)械的基本知濺。什么噼做
機(jī)械是首先應(yīng)當(dāng)加以了解的一項(xiàng)。
    什么呲做機(jī)械？是不大容易回答的。蘇聯(lián)奧德蘸工業(yè)大學(xué)B.A．多布羅窩
利斯基教授(B. A. Il06pOBOJibCKHH)冒于1955年3月向大違工學(xué)院機(jī)械零件
教研祖函嗣我國古代耠機(jī)械這一概念下的定義。他們來信蠲我。我當(dāng)時(shí)曾以東漢
靜慣所著的藐文解字上對機(jī)字的解釋答覆他{n，  即：“主發(fā)幫之機(jī)，，。后來我
又深入地思索了一下，忍為靜慣耠機(jī)字下的定義主要是對弩機(jī)上I}做“機(jī)’’的那
一件而言。若把它作為機(jī)械的定義不夠全面。不如根據(jù)莊子上所載的予貢（公元
前520-4 56年）對漢陰丈人所豌的藉(1)，
規(guī)定為“機(jī)械是能使人用力寡而成功
硅(1)菇子外篇天地第十二：“子員南避予楚，反予翟%過漠隆，兄一丈人，方將為圃眭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？為圃者仰而視之，日：奈何？日：罄木為
    機(jī)，后重前輕，挈水若抽，數(shù)如浹溻，其名為槔o為圃者忿然作色而笑日，吾陰之吾
    師，有機(jī)械者毖有機(jī)事，有機(jī)事者·玨有機(jī)心。機(jī)心存予胸中，剮觸白不備，觸白不
    備剮神生不定，神生不定者道之所不載也。吾非不知，羞而不為也o”
·  4  ‘

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多的器械�！�’就是祝我國在公元前五世祀，子真就耠機(jī)械下了一個定義，是：
“能使人用力寡而成功多的器械。，，后來斡非子上也有同樣的筑法(1)，并且有了
初步的握濟(jì)觀點(diǎn)。
    在西洋第一盥對于機(jī)械提出定義的人是凱撒時(shí)代（公元前一世粑）羅屬的一
位建筑工程家味多稚斯(Vitruvius，王微遠(yuǎn)西奇器圖藐上器作未多)。他耠的定
義是：“機(jī)械是由木材制造且具有相互聯(lián)系的幾部分所祖成的一個系抗，它具有
強(qiáng)大的推動物體的力量。’’他還對機(jī)械和工具作了區(qū)別。他祝：“機(jī)械和工具的
區(qū)別似乎在于：機(jī)械的開動要用大量人力，消耗很多的能量；而工具只要一個入
熟糠的操作就可以作出所要求的工作�！�’
    到公元1 724年，德國來比錫的一位機(jī)械士廖波爾特(Leopold)把機(jī)械和工
具統(tǒng)一起來，耠出一個此較進(jìn)步的定義。即：“機(jī)械或工具是一種人造的設(shè)備，
用它來產(chǎn)生有利的運(yùn)動；同時(shí)在不能用其他方法節(jié)省時(shí)蠲和力量的地方，它能作
到節(jié)省。”他明確的表示出機(jī)械的目的。在提出運(yùn)動概念的同時(shí)，也提出了時(shí)髑
和力量的概念，并提出徑濟(jì)上的考慮。
    在十九世杞晚年和二十世耙初年的幾本機(jī)械原理的教科者里邊有下列的幾種
定義：
    (1)“機(jī)械是高赧的生產(chǎn)工具。”（稚爾特，公元1871軍）
    (2)“機(jī)械者，無偷其式樣如何，大小如何，皆用以變化運(yùn)動與力量者也�！�
(Rankine)
    (3)“機(jī)械者，固定部分與運(yùn)動部分之祖合體，介乎能力與工作之蠲，所以
使能力變?yōu)橛杏弥�工作者也。’�?Keown，公元1 9 12年)
    (4)“機(jī)械者，兩個以上之物體之祖合體，其相對運(yùn)動醬糕被受一定之限制，使
一種能力由之變化或傳達(dá)，以作一種特別之工作者也�！�(McKay，公元191 5年)
    我在1930年褊輯機(jī)械原理一害時(shí)，曾參考以上各種教本規(guī)定了下列的一個
定義：  ．
    “機(jī)械者，兩個以上之物體之祖合體，動其一部刖其余各部各發(fā)生一定之相
對運(yùn)動或限制運(yùn)動，吾人得利用之使一種天然能力或機(jī)械能力發(fā)生一定之效果或
工作者也�！�
缸(1)辣非子箍第_}-五，難二第三卜匕：“舟率機(jī)械之利，用力少，致功大，劃入多�！�
    ．  D  ‘

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    這本君-1935年者出版。1 937年以后，清華大學(xué)采用的時(shí)候，我曾改訂如下：
    “機(jī)械者，兩個以上具有抵抗力的機(jī)件的祖合體，動其一·件，刖其余各件，
除固定的機(jī)架以外，各發(fā)生一定的相對運(yùn)動或限制運(yùn)動，吾人得利用之使L砷天
然能力或機(jī)械能力發(fā)生一定之效果或工作者也�！�
    19 55‘年，前邊提到的蘇聯(lián)奧德篋工業(yè)大學(xué)B. A.多布羅窩利斯基教授在他
寫的“彤L械這一概念的發(fā)展和進(jìn)一步明確的必要性’’一，篇蕭文中，規(guī)定了下面一一
個較好的定義．：    ’
    “機(jī)械是為人所使用的勞動工具，在這個勞動工具{_}r，形狀和尺寸適合的部
分’是山能疆受很高壓力（阻力）的材料所制成；在引入能量的不斷作用下，能完
成適合的實(shí)際上有利的運(yùn)動和動作；這些運(yùn)動和動作是人們?yōu)橥瓿杉夹g(shù)和工藝目
的所必要的�！�
    總/i-'/來看，我國在最近四五百年，對于機(jī)械工程的發(fā)展雖藐落后于西洋，fB
'缶曬千多年以前就對于機(jī)械提出了定義，,時(shí)躅上構(gòu)早于西洋四個世杞。
    五、  機(jī)械的分類和我國對於各類機(jī)械發(fā)明上的表現(xiàn)
    NL械的種類已程太多了。從前有人作過一些分類，H_是就目前的情況藐，這、
些分類法多不夠全面。現(xiàn)在僅就各類機(jī)械顯著的特點(diǎn)分為下列七大類：
  l．筒罩機(jī)械
  筋淮機(jī)械是人糞最初發(fā)明的機(jī)械，如尖劈、植桴、輸柚、斜面與螺旋等。過
去一般人多噼它們?yōu)樯�產(chǎn)工具，不叫·作機(jī)械。其實(shí)若就近年以來我們耠機(jī)械下的
定義藐，'巴們都應(yīng)當(dāng)歸入機(jī)械之內(nèi)。有人忍為它們的構(gòu)造過下簡單，且不作工
II寸，似乎r。j有一件，和前邊所筑的定義不合。但是徊加分析，任何筒草機(jī)械，當(dāng)
川’芭作工時(shí)，總是有另一件配合它。不但桶桴必須有一個支點(diǎn)或蜂軸，就是尖劈，
\liI作¨寸，都可以想象使破劈物體的一邊離開；是我們要達(dá)到的日的，被劈物體
的另一邊，剛起著配合尖劈完成它的功用的作用，閻時(shí)又有一定力蘸}1運(yùn)動的關(guān)
系。所以稈構(gòu)造上雖藐是很簡單，但原理上則都是機(jī)械。它俐的特點(diǎn)是被人類發(fā)
|j月的皎早：構(gòu)造上特別筒睜就是。后來的多數(shù)復(fù)雜機(jī)械，多包含著它們的一種或
兒砷作為糧成的部分。
  2．  發(fā)動機(jī)或原動機(jī)
  這一凝機(jī)械的主要特點(diǎn)是改變能力的種類，就是把不適F趨接作工的他種能

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力改變?yōu)檫m于作工的機(jī)械能力，如風(fēng)輸、水輸、熱機(jī)中的蒸汽機(jī)、蒸汽輸、內(nèi)燃
機(jī)、燃?xì)廨數(shù)�。它們所有的運(yùn)動多是比較筒草。最大多數(shù)是發(fā)生迥蔣運(yùn)動，少數(shù)
是發(fā)生往復(fù)運(yùn)動，也有的是先發(fā)生往復(fù)運(yùn)動再改變?yōu)殄霓D(zhuǎn)運(yùn)動的。
    3．工作機(jī)
    這一大類包括的太多了。任何一個生產(chǎn)工廠，都根據(jù)它的產(chǎn)品有它--；2的工
怍機(jī)。如一個機(jī)械制造廠有它一定數(shù)目的工作機(jī)，一個耢撒廠有它一定數(shù)日的一[
作機(jī)等等。但是所有工作機(jī)都有一個很明顯的特點(diǎn)，就是加入它的已疆是機(jī)械能
力。無蕭是由皮帶帶動，由糨輸帶動，由鍾輸帶動，由電動機(jī)帶動，甚事由一·砷
發(fā)動機(jī)直接帶動，加入的總是機(jī)械能力，耀過工作機(jī)的各部最后作工的地方，性
賞上仍是機(jī)械能力。
    4．傅動機(jī)
    這一大類是介乎發(fā)動機(jī)和工作機(jī)之蠲的一部分。它由發(fā)動機(jī)接受的是饑械能
力，最后它耠予工作機(jī)的仍然是機(jī)械能力。只是傳達(dá)過去，本身并不作什么工
作。有時(shí)也靜有便于分配的好處。有時(shí)在它傳動的同時(shí)擔(dān)魚著一定的運(yùn)搬耳務(wù)。
這一大類原可忍為是一種傳動的機(jī)件，不必另分成是一種機(jī)械。但為清楚起兄，
，專立一大類也未嘗不可。
    5．儀表
    在這一大類，加入的也許是一種天然能力，如風(fēng)速表、水的流速表等，也許
是一種機(jī)械能力或電磁能力，襁過各部分昀傳達(dá)或變換以后，最后只表現(xiàn)-馴、效
果。我們一般的不祝它是發(fā)出了什么工作（當(dāng)然嚴(yán)格的藐起來，表上的一個指針
反抗摩擦力而移動，也是一種工作的表現(xiàn)）。
    6．  反用發(fā)動機(jī)原理的機(jī)械
    就是(2)頊的反用。如鼓風(fēng)機(jī)、壓氣機(jī)、排水機(jī)、制冷機(jī)和排熱機(jī)等等。
它們的特點(diǎn)與(2)類恰相反，加入它們的是機(jī)械能力，所得的秸果刖足7氣體速
奠的增大，氣體壓力的增高，水位升高，水壓增大及熱能的被移出等。它們的運(yùn)
動也是比較簡單，和各種發(fā)動機(jī)相同，只是在功用上恰恰相反，所以我把它們定
為反用發(fā)動機(jī)原理的一婁機(jī)械。
    7．發(fā)黿機(jī)與黿動機(jī)
    發(fā)電機(jī)與電動機(jī)又是另一種特殊機(jī)械。不少的人把它們也列入發(fā)動機(jī)之內(nèi)，
但實(shí)際上是很育不同的地方。發(fā)電機(jī)所接受的是某一種發(fā)動機(jī)所發(fā)出的機(jī)械能
    ·  7  ．

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力，所發(fā)出的是電能力。電能力的應(yīng)用很多，可以變?yōu)闊崮芰�，如電熄；可以變�(yōu)?br /> 光能力，如電燈；可以變?yōu)榇袍�能力，如電磁；可以變�(yōu)榛瘜W(xué)能力，如電解。這
些性耍就不象一種發(fā)動機(jī)。但若把發(fā)電機(jī)所發(fā)的電能力直接供耠一個電動機(jī)，鼬
電動機(jī)所發(fā)出的又是機(jī)械能力，并且多牛是供袷工作機(jī)之用。所以就全部藐起
來，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)可以就是介乎發(fā)動機(jī)和工作機(jī)之蠲酌一種東西。發(fā)電機(jī)接受
的是一種發(fā)動機(jī)的機(jī)械能力，電動機(jī)供耠工作機(jī)的仍是機(jī)械能力，只是便于動力
的分配和就傳達(dá)動力稅，比較翟濟(jì)而已。就是靛：若草就一個電動機(jī)直接帶動工
作機(jī)稅，似乎同一個發(fā)動機(jī)相當(dāng)，但若把發(fā)電機(jī)和電動機(jī)合餅起來看，它們又恰
和一個傳動機(jī)相當(dāng)。所以最好自列一類。
    除去發(fā)電機(jī)和電動機(jī)以外，在所有其他神類的機(jī)械里邊，我國古代多有一定
的發(fā)明劁造（當(dāng)然古代西洋也沒有發(fā)電機(jī)和電動機(jī)），而且按發(fā)明的年代鬣，我：
偶的多比較早。只是在十四世，杞以后，特別在西洋工業(yè)革命以后，我們才逐漸落
后了。
    六，  各種機(jī)械的功用和我國古代勞動人民
    對於各種功用的掌握
    一種機(jī)械有一種機(jī)械的功用。因?yàn)闄C(jī)械的種類太多了，它們的功用似乎是徐
不完的。但是若在原理上歸衲一下，所有機(jī)械的功用可以分為下列六大類：
    1，  改變不適于遵接作工的能力為機(jī)械能力
    這一類都是改變一種不適于直接作工的天然能力為適于直接作工的機(jī)械能
力。如各種風(fēng)輸是改變風(fēng)的動能力為機(jī)械能力的機(jī)械；各種水輸是改變水的動能
力為機(jī)械能力的機(jī)械；各種熱機(jī)是改變各種燃料燃燒時(shí)所發(fā)出的熱能力（原予能
發(fā)電站是改變原子分裂時(shí)所發(fā)出的熱能力，原理上也是熱機(jī)的一種）為機(jī)械能辦
的機(jī)械等。
    2．  改變力量的大小
    這一類多為用較小的力量使發(fā)生較大的力量，如各種起重機(jī)，壓力機(jī)等。人
類最初發(fā)明的機(jī)械多屬于這一類。因?yàn)槟菚r(shí)人類在生產(chǎn)上遇到的困難多是力量有
所不足。子貢稱機(jī)械的特點(diǎn)是“用力甚寡而兌功多”，味多稚斯耠機(jī)械的定義著’
重提出“它具有強(qiáng)大的推動物體的力量”，都可以藐明這一點(diǎn)。
·  8  ．

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    3．改變螽動的種囊
    如將迥轉(zhuǎn)運(yùn)動改變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動，將往復(fù)運(yùn)動改變?yōu)殄涅囘\(yùn)動，將迥轉(zhuǎn)運(yùn)動改
變?yōu)閿[動和多種比較復(fù)雜的運(yùn)動，把逵穰運(yùn)動改變?yōu)轭眯�運(yùn)動等，以適應(yīng)我們生
產(chǎn)上的需要。
    4．  改變運(yùn)動的方向
    原動部運(yùn)動的方向可以疆過一種機(jī)械改變?yōu)閺膭硬苛硪环N運(yùn)動的方向，以適
應(yīng)我們工作上的需要。
    5．改變速度的大小
    原動部運(yùn)動速度的大小，可以徑過一種機(jī)械使從動部的速度變大或變小，以
適應(yīng)我們的需要。如我國唐代一行梁令瓚等骰種的水力天文儀器，能使-天迥搏
1920周的水輸?shù)倪\(yùn)動傳到潭象，使它一天只迥蔣一周；更蠲接著傳到日環(huán)上去，
使它三百六十五天孝迥蔣一周，就是很好的例子。
    6．  第一種功用的反用    4
    印花贊一部分機(jī)械能力使發(fā)生其他的能力以適應(yīng)我們的需要。如前段所藐，
風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)：可以靛是風(fēng)輸?shù)姆从�；迥蔣式拐水機(jī)可以祝是水輸?shù)姆从�；制�?br /> 機(jī)及排熱機(jī)可以鬣是熱機(jī)的反用。它們都是把已有的機(jī)械能力改變?yōu)轱L(fēng)的動能力‘
或氣體壓力、水的動能力或水的壓力和得到熱能力的遷移等。這也是機(jī)械的一雄
特殊功用。
    在我國古代勞動人民所發(fā)明的各種機(jī)械里邊，對于這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’中國在簡單機(jī)械方面的發(fā)明
    在第一章機(jī)械的分類一段上曾藐過，筒淮機(jī)械是人類最初發(fā)明的機(jī)械，它們
有：尖劈、梗桴、輸袖、斜面與螺旋等幾大類�，F(xiàn)在把我國對于這幾類的發(fā)明分
別敘逍如下：
    一、  尖  劈
    尖劈是筒電機(jī)械的一種。在力學(xué)上，我們知道它能夠用小力發(fā)大力。而且陰
面所夾的角度越小，用同大的原動力它發(fā)生的力量就越大。它發(fā)明的時(shí)期比較最
早。
圖l甩口店第，13地點(diǎn)凄現(xiàn)的雨匾石器（采簧桶坡：，蟹石器時(shí)代文化）
    J．’
兩2山西芮城繇匾河村癸現(xiàn)的石器（采人民畫報(bào)1961年第12期）
    ·10．  ‘

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    圖l表示在周口店第13地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的兩面石器。它保持有600-7 50的刃角。
賈蘭坡先生忍為它是一件用作砍伐的小型兩面器。因?yàn)橛梅糯箸R觀察它的刃部，
還分怖著有因使用而劃落碎屑的痕躋。圖2表示賈蘭坡先生等1 960年在山西
芮城縣匾河村發(fā)現(xiàn)的大型砍伐器及尖狀器，也都有打制和使用的痕躋。以上這兩
種石器的時(shí)代，據(jù)推斷都比中國猿人還早一些。圖3表示在周口店中國猿人化石
產(chǎn)地發(fā)現(xiàn)的石器，周圍邊椽也有因砍伐而剿落碎屑的痕躋。．時(shí)同已構(gòu)有四五十萬
年了。
圃3周口J苫中圓猿人化石虛地餮現(xiàn)的石器（采真蔭坡：管石器時(shí)代文化）
    后來在內(nèi)蒙古伊克昭盟患審旗所發(fā)現(xiàn)的石器里邊更有了尖錐狀器。考古學(xué)
家稱這一時(shí)期為河套文化時(shí)期，大拘是在二十萬年以前。在四川資陽發(fā)現(xiàn)了大豹
十幾萬年以前的資陽人使用的骨錐。在周口店山頂洞里發(fā)掘出杓幾萬年芝前的入
骨化石，同時(shí)除石器以外，也有了骨器。而骨器之中更有了骨針。在華北、江南
和東北廣大地區(qū)都發(fā)現(xiàn)有大量的衽過研磨的石器，同時(shí)更發(fā)現(xiàn)了磨制的骨器、角
器及牙器。時(shí)同構(gòu)在一萬至五六千年以前。可知我國從周口店中國猿人以前一段
時(shí)蠲開始，衽過五六十萬年漫長的歲月，原有的舊石器又有三方面的發(fā)展。第
一，石器的類型不但增鄉(xiāng)了，而且越來越具有磨光的表面，如圖4到圖6所示。
第二，所用的材料，不僅限于石材，更加上了骨、角、牙及蚌等。第三，除了刃
狀及尖狀j外，更發(fā)展出一部分具有尖雛狀的工具，如錐、針及鉤等。就力學(xué)上
的原理藐，仍與尖劈相同。只是在全圓周都越來越徊下去，具有與尖劈不同的應(yīng)
用就是。
·11·

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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時(shí)代石肇
（采壘圓基建工程中出土文物嘲緣）
蹴6信踢三里店出土新石器時(shí)代石矛
（采全圃基建工程中出土文物圈緣）
    到新石器時(shí)代，窟口五六千年以前，刃狀和尖錐狀的工具不f邑類型更多，制造
的藝術(shù)也更高了。圖7表示西安半坡遺址出土的各種重要骨器。時(shí)期距現(xiàn)在構(gòu)有
五千年左右。
    ·  12  ．

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    到四千多年以前，先有了社銅器的發(fā)明(”。這是我國進(jìn)入使用金魘工具的開
始。不久，就又發(fā)明了采用銅踢合金而制成硬度較高的青銅器。用青銅鑄造的刃
    圃7西安牛坡融土骨器
（采西安牛坡博物饉牛坡遺址介糨）
    圃8安踢出土青銅刀
（采綁振鐸：中圃睡史參考圃譜）
盞(1)最近中閾睡史餑物鼯陳列出甘贏武威皇娘娘臺出土a9rj于齊家文化J枉锏器致
    件，其中有锏刀、锏錐、銅氅等o時(shí)代在青銅器以前。
·  13 -