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中国古代的机械发明

分类: 每日文章 发布时间:23-11-07 浏览量:67

    中国是世界上机械发展最早的国家之一。中国古代在机械方面有许多发明创造,在动力的利用和机械结构的设计上都有自己的特色。许多专用机械的设计和应用,如指南车、地动仪和被中香炉等。如商周青铜器朴质雄浑,春秋青铜器纤细精巧,形成了中国古代青铜器的独特风格。已发现的中国最早的青铜器如甘肃东乡马家窑出土的铜刀,距今已有4800年左右。

    春秋以前(公元前770年前)在中国大约40~50万年前就已出现加工粗糙的刮削器、砍砸器和三棱形尖状器等原始工具。4~5万年前出现磨制技术,许多石器已比较光滑,刃部也较锋利,并有单刃、双刃、凸刃、凹刃和圆刃之分。28000年前出现弓箭,这是机械方面最早的一项发明。公元前8000~前2800年期间出现了陶轮(制陶用转台)。农具大约出现在公元前6000~前5000年,除石斧石刀外,还有石锄、石铲、石镰、蚌镰、骨镰和骨耜。石斧和石刀上已有用硬质砂子磨削而成的.

    夏代以前和夏代,先后出现了无辐条的辁和各种有辐条的车轮。殷商和西周时已有相当精致的两轮车(见中国古代车辆)。独木舟和筏等水上运输工具早就相继出现。 新石器时代晚期,人们已能用石范和泥范铸造简陋的工具和武器。商殷时期,随着手工业生产的发展和技术水平的提高,形成了灿烂的青铜文化。青铜冶铸技术得到高度发展(见中国古代青铜冶铸技术),青铜铸件司母戊方鼎重达875千克,春秋时期的青铜铸件曾侯乙尊盘已十分精细。 春秋至汉魏时期(公元前770~公元265) 这一时期是中国古代机械开始较快发展的时期。

    春秋时期铁器和生铁冶铸技术(见中国古代铸铁技术)开始出现。黑心可锻铸铁、白心可锻铸铁和锻钢的出现加速了由铜器向铁器的过渡。春秋中期以后发明了失蜡铸造法和低熔点合金铸焊技术。战国时期又有了叠铸和锚链铸造等工艺。西汉中期已炼出灰口铸铁,并出现了壁厚3~5毫米的薄壁铸铁件。铸铁热处理技术也有所发展。

    春秋时期出现弩,控制射击的弩机已是比较灵巧的机械装置。到汉代,弩机的加工精度和表面光洁度已达到相当高的水平。汉弩有1石至10石等八种规格,这些规格的形成表明机械制造标准在汉代已初步确立。弩机上留下了作工、锻工、磨工等的名字(见弓和弩)。

    战国时期流传的《考工记》是现存最早的手工艺专著,其中记有车轮的制造工艺。对弓的弹力、箭的射速和飞行的稳定性等都作了深入的探索。

    汉代已有各类舰艇和大量的三四层舱室的楼船。有些舰船已装备了艉舵和高效率的推进工具橹。西汉时的被中香炉构造精巧,无论球体香炉如何滚动,其中心位置的半球形炉体都能经常保持水平状态。

    以下是中国古代发明的九大机械:

1.指南车

    又称司南车,相传为黄帝所作,亦有说周公所作,东汉的张衡、三国时魏国的马钧都曾造过指南车,其后历代史书差不多都有指南车的记载。到宋代的史籍才对燕肃和吴德仁制造的指南车有较详细的记述。指南车的车身为一辕双轮车,车箱为重构结构,上立一本人,引臂南指。车箱内部设置有一套可自动离合的齿轮传动机构。当车子行进中偏离正南方向,向东(向左)转弯时,车辕前端向左移动,而后端向右(向西)移动,即将右侧传动齿轮放落,使车轮的转动能带动本人下方的大齿轮向右转动,恰好抵消车辆向左转弯的影响,使木人手臂仍指南方。当车子向西(向右)转弯时,则左侧的传动齿轮放落,使大齿轮向左转动,以抵消车子右转的影响。而车子向正前方行进时,车轮与齿轮系是分离的,因此木人手臂所指的方向不受车轮转动的影响。如此,不管车子的运动方向是东西南北,或不断变化,车上木人的手臂总是指向南方,起着指引方向的作用。

中国古代发明的机械

中国古代发明的机械

中国古代发明的机械

2.记里鼓车

    即利用车轮的转动距离而自动报告车行里程的车子,其原理和作用类似于现汽车上的计程表。关于记里鼓车的最早文字记载亦是在《西京杂记》中,其云“记道车,驾四,中道”。其后各代史书亦都有记述。《宋史・舆服一》记有天圣五年内侍卢道隆和大观元年吴德仁所造的记里鼓车,对车子的型制、大小、齿轮传动结构等都有较详细的记载。

中国古代发明的机械

中国古代发明的机械

    其制为独辕双轮车,车箱分上下两层,下层有木人执槌司鼓,上层有木人执槌司镯(或钲)。车箱里设置有一套减速齿轮系,并分别与上下两木人相联。当车子每行走一里时,控制下层木人的齿轮转动一周,木人击鼓一次;当车子每行走十里时,控制上层木人的齿轮转动一周,木人击镯(或钲)一次,从而达到报告行程里数的效果。

3.水转百戏

    三国时马钧所创制。当时,有人送给魏明帝一木制玩具,上有百戏的造型,形象优美,制作精巧,但却是静止固定的,不会活动。马钧便对之进行改制,他用木料做了一个大原动轮,平放于地上,用水力驱动,原动轮便会带动戏中的各种造象活动起来。

    “水转百戏”的具体构造现已无从得知,但从其能使各种戏中的造形活动,可推断其内部一定运用有一套复杂的齿轮系以及凸轮、连杆等传动机构。其所达到的机械水平,即使在今天看来也是令人惊叹的。

4.五轮沙漏

    1360年的元代,我国大书法家詹希元创制的五轮沙漏。詹希元认为仅让两个沙斗之间的流沙来计时似乎太简单了。他创制的五轮沙漏增加了机械齿轮组,用流沙的动力推动齿轮组转动。这样的沙漏设有时刻盘,上面刻有一天的时刻,相当于当今时钟的钟面,时刻盘中心有一根指针,指针由最后一级齿轮的轴转动,齿轮转动使指针在时刻盘上指示时刻。詹希元还巧妙地在中轮上添加了一组机械传动装置,这些机械装置能使五轮沙漏上的二个小木人每到整时能够转出来击鼓报时。

中国古代发明的机械

5.地动仪

    东汉张衡于公元132年发明,为世界上第一架观测地震的仪器,李约瑟称之为“地震仪的鼻祖”。地动仪“以精铜铸成,员(圆)径八尺,合盖隆起,形似酒尊”。其内部有精巧的结构,中间为“都柱”,相当于一种倒立型的震摆;周围分“八道”,即按八个方向装置的八组机械装置。外面相应八个方向各设一条口含铜珠的龙,龙头下各有一只蟾蜍张口向上。一旦发生较强的地震,“都柱”便会因震动失去平衡而触发地震方向的机构,该向的龙口即张开,使钢珠落入蟾蜍口中,“振声激扬”,观测者就能测知何时、何方向发生了地震。据记载,地动仪曾成功地记录到公元138年甘肃发生的一次强震,证明了地动仪的准确性和可靠性。

 中国古代发明的机械

6.鼓风机械

    在金属冶炼中,为了使燃料充分燃烧,以提高炉温,一般都装设有鼓风机械。最早的鼓风器称为橐,是一种皮囊。把多个橐排在一起称排橐,用马力、人力、水力推动就称马排、人排、水排。水排是东汉时南阳太守杜诗于公元31年发明的,用于鼓铸农器,收到了“用力少,见功多,百姓便之”的效果。

    三国时韩暨在魏国官营冶铁作坊进行推广,以代替马排、人排。由于鼓风器何时由皮橐发展为风扇,现尚不清楚,故杜诗、韩暨的水排是用皮橐或风扇,结构如何,不得而知。但至迟在北宋时,木风扇已取代皮橐。北宋的《武经总要》中的行炉,元代王祯《农书》中的水排,都用的是水风扇。书中的水排图,有立轮式和卧轮式两种,是用水作动力推动轮子旋转,进而拉推风扇以鼓风,应用的是通过轮轴、拉杆,或者传动带,把圆周运动改变为直线往复运动的机械原理。

中国古代发明的机械

7.活塞式风箱

    中国在鼓风技术方面最重要的发明,是活塞式风箱。活塞式风箱可能出现于唐代或宋代。公元1280年印制的《演禽斗数三世相书》中,刊载有一幅世界上最古老的双动式活塞风箱图,相传该书是唐初袁天罡所撰著的,宋代初次刊行。明代《天工开物》中所载的活塞式风箱,与此类似。活塞式风箱正逆行程都作有用功,每行程中一端排气鼓风,一端同时吸取等量空气,因而能提供连续风流,提高鼓风效率,是鼓风技术上的重大进步。欧洲直至公元1716年方发明了类似的双动往复式水泵,为后来的活塞式机械打开了道路。

中国古代发明的机械

8.走马灯

    大约发明于唐代。唐时的“影灯”可能即是走马灯,宋代称马骑灯。《全唐诗》崔液《上元夜六首》之二:“神灯佛火百轮张,刻像图形七宝装。影里如闻金口说,空中似散玉毫光”;宋范成大《石湖居士诗集》卷二十三《上元纪吴中节物俳谐体三十二韵》的“转影骑纵横”,生动地为人们描绘了走马灯的形象。走马灯的构造是在一根立轴上部横装一个斜翼系统和叶轮,立轴下端附近则装一盏灯或一支烛。灯(或烛)点燃后,上方空气受热膨涨,密度降低,热空气即上升,而冷空气由下方进入补充,产生空气对流,从而推动叶轮旋转,并带动与立轴相联的各种图象转动。走马灯的制作原理,与现代燃汽机相一致,可称之为燃汽机的始祖。所憾的是,中国古代一直把其作为玩物,没有能进一步加以研究,使之走向实际应用。欧洲在公元1550年发明了类似的燃汽轮,用于烤肉,以后随着工业革命的浪潮,很快得到发展,在工业生产中被广泛地应用。

中国古代发明的机械

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文章标题:中国古代的机械发明
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