中國機械工程發(fā)明史

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種橙有趣味地利用慣力的工具，就是所鍋“舞攢’’。它的構造如圖36所示。在
攢棹的上端裝上一塊重的圓木或圓石（長形的也可以），下邊緊接著裝上兩條皮
條，在同一方向程稿著纘槔下行。下端再分開，分別裝在一個長形橫板的兩端。
    圈36舞斌
橫板中同備有一個圓孔，使纘桴很松的由中同通過。使用開始的時候，把兩條皮
條大部分都程橇在鍇槔以上，橫板當然也偏在上方。然后把攢頭放在要攢孔的囂
位，用一箋手猛力向下壓動磺板，箔頭受兩條皮條轉動纘桴的力量，就急劇地轉
動起來。但是，因為受：E端重塊的慣力，當橫板已落到將近最下的地位時，手力
一松，兩條皮條就向反方向轉動，又把橫板提上去，然后使手再用力下壓，攢頭
就又向原來的方向轄動起來。用這種工具的優(yōu)點是能用右手草獨進行纘的工作，
而用左手掌握著工件。
三、  重力的利用
    利用重力當原動力我國知道的也很早。最初是利用人的體重的一部或全部當
作原動力�；哥喰轮I上記載著：“伏犧之制杵臼，萬民以濟。及后人加巧，因延
力借身重以踐碓，而利十倍杵舂�！币驗橛描凭属┟祝�完全是用人兩臂肌肉的力
量，比較容易疲勞。后來發(fā)展為用腳踏碓，借用一個長的檀桴，把杵頭裝在桴的
一頭，人把兩臂扶在一個橫棹上，或跨在兩個平桴土。當用腳踏動碓桴的另一頭
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時，即可借一部分體重作下壓的力量。當腳松開時，杵頭就自動的舂下去，這樣
就比較省力，如圖37所示�；肛�是西漢末年到東漢初年的人，所以我國知道利用
體重為原動力至少已有兩千年的歷史。后來用腳踏動為拐水灌溉用的翻牽，也都
是借用一部分體重，如圖38所示。用腳踏動的卓船也是孱于這一類的。
  圃37用腳踏碓
    ＼．
（采宋應星：天工開物）
    圈38翻卓
（采宋膨星：天工開物）
    在錐井機上，有時進一步借用人的全部體重當原動力。如圖39的上部所示，
把錐井的工具裝在梗棹的一頭，由兩個人在另一頭交替著登上去或跳下來，就能
使錐具上下工作�；蛉鐖D39的下部所示，由兩個人在錐具的同一頭上，坐上去
或跳下來，也可以得到一樣的糖果。又如前邊圖29所表示的錐井圖，在一個直徑很
大用竹木等制成的空輸里邊，由幾個人共同沿著某一方向爬行，他們的全部體重
都使空輸迥轄，雛具因之上升；沿著相反的方向爬行，就使空輸向反方向迥轄，
錐具因之下降。這也是利用重力為原動力的很好的實例。到明代晚年，1 627年，
王微根據(jù)自q導鍾的原理彀甜的自蔣磨和自行卓(1)，更是在人體p-).夕{-，完全利用物
體的重量了（前一種系利用懸掛的重量，后一種系利用卓上的載重）。
往(1)劃仙淵：王微與我圈第一部機械-程學。機械工程學報第6椎第3期，19584f-9月。
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    圃39笳罩錐井機
（采依~弗·庳鼓涅佐夫：中圜科學技衍史）
四、  誡經(jīng)摩擦力與利用摩擦力
    當一物體對于另一物體有相對運動并且互相接觸著的時候，一定會發(fā)生摩擦
力。在任何機械，這種摩擦力總是要消耗所加原動力的一部分。它的大小是和接
觸面的物簧，兩面髑壓力的大小及兩個接觸面粗糙的程度等有關。當接觸面比較
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粗糙的時候，如果能夠用一種滾動摩擦或者一種滾動摩擦和一種比較光滑的滑動
摩擦把原來比較粗糙接觸面的滑動摩擦代替掉，就可以使所黃的原動力減去很
多。就是虢，作同樣的工作可以省很大的力量。我國古代人民在這方面的發(fā)明是
很早的。其中最主要的一項實例就是卓的發(fā)明。根據(jù)記載，卓發(fā)明于軒轅黃帝時
代（公元前2698到公元前2599年），并且虢是受到了飛蓬蔣動的啟發(fā)(1)。近
年來，在考古工作方面，發(fā)現(xiàn)甲骨文中的卓字已有九個，金文中的卓字已有二十
二個，陶文中也有卓字。第十三次在小屯發(fā)掘，曾發(fā)現(xiàn)一輛怒四匹饜的戰(zhàn)卓遺
赫‘2)，更可斷定在殷代以前早就有了卓。因為在古代由開始有牽發(fā)展到有四匹屬
褒著的戰(zhàn)牽，是需要相當長的時圃的。
    章的重要功用是當移動重物時，把重物對地面的滑動摩擦改為卓輸對地面的
滾動摩擦和卓軸對輸轂中圈或卓軸對軸承比較光滑的滑動摩擦。秸果大大減省了
所需要的原動力。到周代更發(fā)明了用動物油作涸滑劑（兄菏徑，國風，筒兮一章）。
到漢代又采用了紅銅（即采用了鐵的滑動摩擦面，兄靜慎祝文解字及劉熙釋名），
更大大減程了摩擦力。
    我國勞動人民運蔣木石等重物時，多在下面橫放若干鐵的或木的滾柱，這也
是用滾動摩擦代替滑動摩擦的實倒(3)。實際上用的很多。
茌(1)淮南子，沒山引：“兌恭蓬耱而知為率。”
    汜狳引：“為之炎Ⅱ輸建輿，囂禺服牛，民以致速而不勞�！�
    通典：“靚蓬蔣而為輸…復為之輿。輿輸相承，流蔣罔梗。任重致速，以利天下。
    此卓之始也�！�
    軺物開智：“兌蔣凰之蓬不已者于是制乘率。橫木為籽，直木為轅。以尊太上，故
    、日軒祓氏o”
缸(2)石璋如：段城最近之重要瀣現(xiàn)，中嘲考古學報，0 1947年第二珊。
    甲骨文的率字，據(jù)孫海波甲骨文搦所收，共有九個。金文的牽字，據(jù)容麇全文糯所
    收共有二十二個。陶文中也有率字。第十三次在小屯璉掘，鼗現(xiàn)了一蝻蔫四匹禺的
    戰(zhàn)卓蘧躋�？蓴喽ㄔ谝蟠�早已有了率o叉在小屯鼗現(xiàn)的率饜同坑，更ll:薤明禺系鞔
    率之用。
駐(3)哭兢，寅觀政要卷第二，枘辣第五：“直觀四年（公元630年），……臣（指強支素）
    嘗冕隋窒（公元581-618年）初修此殿（指洛隔乾元殿），楹棟宏壯，大木非近道所
    有o多宜豫章揉乘。二千人拽,柱o其下施轂，皆以生跌為之。中蠲若甩木蝓，動靜
    火出。”
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    又元史卷四十八，天文志第一，郭守敬造筒儀法上載著：“……百刻環(huán)內(nèi)廣面
  臥施圓軸四，使赤道環(huán)旋蔣無澀滯之患�！�’這更是很明確地劊用了滾柱軸承。最
  近英國Charles Singer等所著的工藝史(A History .of  Technology)第三鏗第327
  廈上載著：“在達芬奇(Leonardo da Vinci，  公元14 52-1519年)的筆琵
  本上有關于滾柱軸承的草圖，但是那時用的并不多。’’在同一卷第658頁上載
  著：“公元1 561年WilliamⅣ的鍾匠Eberhardt Beldewin制造的一個鍾上售朵
．用了滾柱軸承�！�
    所以草就滾柱軸承藐，我國的發(fā)明是早于西洋二百年左右（因為郭守敬是公
元12 31-1316年的人）。他的天文儀器是公元1276年所制。
    』青親又知道把卓輸對地面的摩擦力當作一種傳動的媒介，把卓前進的運動蠲
接傳到其它機構，以達到一定的目的。最顯著的實例如記里鼓卓、指南卓、舂
牽、磨牽等C群見中國在傳動機或傳動機件方面的發(fā)明一章），它們都是利用卓輸
對地面的摩擦力把卓前進的運動傳達到其它機構上去，以表現(xiàn)一定的運動或發(fā)生
一定的力量而作工。這也是一項很聰明的發(fā)明。
五、  采用迪橫搏動以代替嗣歇運動
    當入類利用一種工具或一種機械作工的時候，開始多是蠲歇的。就是每隔一
定的時踴工怍一次。中蠲無徐或熨或短，總有一部分浪費的時蠲，秸果使勞動生
產(chǎn)率不高。后來孑’發(fā)明用建粳的蔣動代替髑歇運動，以達到連稽或接近于遵賴的-
工作，效率因之大大提高。我國勞動人民在過去幾千年里邊，在這方面的表現(xiàn)很
不少，毽擇要敘速如下：
    1．風屠
    扇是使空氣由一個地方流向另一個地方的工具。目的或是取涼，或是幫助冶
鑄，或是幫助分清程重不同的子粒等。在羅蔟所著的物原上藐：“舜始造扇”。
如果忍為可靠的器，已有四千年以上的歷史。但開始的時候，它的動作一定是躅
歇的。到西漢時，丁霞就發(fā)明了輸扇。西京雜琵上載著：“長安巧工丁聶（有用
糯字的）……作七輸大扇，皆徑丈，，相連精。一人運之，滿堂寒戰(zhàn)�！焙髞恚�在
．寂器里，分開子粒的鼴扇或扇卓，更是完全達到了用輸形的風扇以違橫搦風的目
的。王安石（公元1021 - 1086年）“和農(nóng)具待十五首’’中第二首就是詠蹋扇
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的‘”，可見最晚在北宋就已程發(fā)明了。
    王禎農(nóng)害卷十五上載著：“鼴扇。集頹云：飚，風飛也。拐轂器。其制中置
箕軸，列穿四扇或六扇，用薄板或糊竹為之。復有立扇隊扇之別。各帶掉軸，或
手蔣足蹈，扇即隨蔣。凡舂輾之際，以糠米聹之高檻，底通作匾德，下漓均釉如
廉。即將機軸掉蔣搦之�？肤鸭热�，乃得凈米。又有舁之埸圃蠲用之者，薷之扇
卓。凡蹂打麥禾等稼，族粒舊雜，亦須用此風掘。比之枚擲箕簸，其功多倍�！�
    圈40扇牽
    （采宋應星：天工開物）
圖40系天工開物上的扇卓圖，現(xiàn)在北省通用的和這一樣。圖41系同害．卜的飚
扇圖。此圖表示的不夠完全，但輸扇一部分表示的比較清楚，又原動力是用足躡。
    用于冶鑄方面的鼓風器，開始時系用牽囊，后來用屬排、水排（洋兄第四章圖
益(1)宋李膈湖：王荊公薷箋注卷_}．Lo
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53)，都是向一個方向運動時搦風，回行時風就停止j后來發(fā)明風箱，雖靛仍1日
是沒有脫離往復運動，但除去掮風板到達兩桎端的一點時圖以外，基本上已能達
到建精搦風的目的，所以沒有向輸扇方向發(fā)展。圖42表示風箱的構造。圖中A
    圃41颶扇
（采宋應星：天工開物）
圃42凰箱
是一個木制的箱（也有不少采用圓筒形的），中蠲裝置一個掘風板B。箱內(nèi)左下
方附有一個方形管，俗名噼做炕。前后MN兩口都和箱內(nèi)通著，中固有一個向外
的風口G。風口的內(nèi)部有一個活髑V，可使空管的前牟和后牛交替通于風口，如
附圖所示。E與F為箱兩端的兩個活髑，只能向里開，使空氣只能由外部入箱，
不能由箱外出。用時，推搦風板之柄向前，刖掘風板后的空氣稀薄，壓力降低，
外部空氣遂壓開E朗向箱內(nèi)流入。同時搦風板前的空氣濃厚，壓力升高，F(xiàn) F弓被
壓緊陰，掮風板前的空氣函箱流入空管，推活膩V使之向右，并程過出風OG而吹
入冶煉墟中。反之，若拉掘風板之柄向后，剮一切與前相反，掘風板后的空氣由
箱流入空管，推活髑V使之向左，并徑過出風口G而吹入冶煉墟中。如此往復推
拉，箱中高壓的空氣幾乎是違糟的吹出，能使墟火盛燃。．圖43表示風箱正在工
作的情形。
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    2．石確與火炮
    我國古代的所幫袍，都是“p機發(fā)石’’。有的把一個長桴的下頭固定住，用
力搬或拉它的上頭，使它儲蓄一定的彈力。利用這種彈力把石塊打到敵人那邊
去。有的把一個植桴的中蠲裝在一個可以旋蔣的橫軸上，上端裝一個兜子，兜住
石塊。再由多人用多條糨索同時猛拉下端，把石塊拋到敵人那邊去。宋代曾公亮
所著的武桎總要上載的五梢袍、七梢袍等，都是這一類的實例。在所有這些辦法
中，他們的運動都是蠲歇的。
圖43虱箱正在工作情形
（采宋應星：天工開物）
    三國時局鈞（公元230年左右）曾試駿用章輸使石塊違植的飛出去。傅
子上載著：“……（屬鈞）又患舊發(fā)石卓，中敵刖喹石不能連屬而荃。欲作一
翰，懸大石數(shù)十，以機鼓輸如常，且q以斷懸石飛擊敵城，使首尾電歪。嘗試以章
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輸懸瓿甓數(shù)十，飛之數(shù)百步矣�！�’
  ’后來火炮也有同樣的發(fā)展。當開始發(fā)明火炮的時候，動作當然是髑歇的o后
來，先發(fā)明了所翻遵珠炮，就是幾個炮筒餅在一起，可以追植著點火打出去。到明
    圓44摩輸炮
    （采茅元儀：武備志）
代天啟元年（公元1 621年）茅元儀所著的武備志卷一百二十三上載著卓輸炮的計
劃。它的示意圖如圖4 4。謄上的貌明如下：“每輸幅條十八根，長一尺四寸。
每條左右傍毓二桿�！�…銃內(nèi)裝火蘗鉛子。一瞬馱架二輸。架中糙鐵蔣柱。以皮
條護銃口以固菜子。違木架杓重二百余斤。三罩附之。如臨敵，將架鼠地，先取
一輸安架柱上，隨其高低蔣打。二罩可執(zhí)七十二人之器也。”就稅明看，可知一
架卓輸炮_L裝著三十六個炮。如一騾馱二輸，就共有七十二個炮，可以遵植著點
火打出去。
  3.  由“爨船”發(fā)展為“章船”
  由槳船發(fā)展為卓船，即使船前進由圈歇運動的槳發(fā)展為建糖蔣動的輸形槳，
也是一個很好的例子。  根據(jù)已得到的瓷料，  這一發(fā)明可能是由j租沖之（公元
42J-500年）開始的。南齊者卷五十二租沖之傳上載著：“又造千里船，于新
亭江斌之，。日行百余里�！比粲霉绦�運動的槳，是不容易達到這樣速度的。其次
即唐代李阜所發(fā)明的戰(zhàn)隘，很明顯的是一種卓船了。舊唐者卷一百三十一李卑傳
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-載著：“……常運心巧思為戰(zhàn)隘，挾二輸?shù)钢�，翔風鼓疾，若掛帆席：”宋代
陸游老學庵筆記b載著：“擂相榻么，戰(zhàn)/舒卓船，有槳船。……官罩戰(zhàn)船亦傲
戚卓船而增大�！�…至完顏亮入寇，牽船優(yōu)在，頒有功云。”宋史卷三百八十三
摩允文傳上載著：“……亮至瓜州，允文與存中臨江按弒。命戰(zhàn)士踣卓船，中流
．E下，三周金山，回蔣如飛。敵持浦以待，相顧胲愕。……”這都藐明改為違禳
運動的輸形槳PJ后，船的速度大大的提高了。圖4 5表示牽船。茅元儀武備志上
嗎做卓輸舸。    ‘
    圃45卓昭嗣
    （采茅元儀：武衙志）
    4．  由桔槔璇稿發(fā)展為翻牽、水牽及簡章
    桔槨和轆襤都足嗣歇的由低處向高處揚水的機械。到東/R l一嵐和三國屬鈞就
發(fā)展為翻卓，唐代又發(fā)展出水章取j簡牽（都群木害其他章節(jié)）。它W的運動就由闊
歇的變?yōu)樵�禎迥率的了�！?br />     就本章所有的敘jL看，可知我國在利用彈力、慣力、重力方面，在V程摩擦力
和利用摩擦力方面以及".燕采用遵瀨運動以代替閉歇運動方面，都有很早的發(fā)明。