指南車的發(fā)明介紹
指南車，又稱司南車，是中國古代用來指示方向的一種機械裝置。以下是學習啦小編為你精心整理的指南車的發(fā)明介紹，希望你喜歡。
指南車的發(fā)明
它利用差速齒輪原理，它與指南針利用地磁效應(yīng)不同，它是利用齒輪傳動系統(tǒng)，根據(jù)車輪的轉(zhuǎn)動，由車上木人指示方向。不論車子轉(zhuǎn)向何方，木人的手始終指向南方，“車雖回運而手常指南”。 相傳早在5000多年前，黃帝時代就已經(jīng)發(fā)明了指南車，當時黃帝曾憑著它在大霧彌漫的戰(zhàn)場上指示方向，戰(zhàn)勝了蚩尤。西周初期，當時南方的越棠氏人因回國迷路，周公就用指南車護送越棠氏使臣回國。三國馬鈞所造的指南車除用齒輪傳動外，還有自動離合裝置 ，是利用齒輪傳動系統(tǒng)和離合裝置來指示方向。在特定條件下，車子轉(zhuǎn)向時木人手臂仍指南。在技術(shù)上又勝記里鼓車一籌。
據(jù)考證，三國魏馬鈞于青龍3年(235年)創(chuàng)造指南車，雖有記載，但造法失傳。東晉安帝義熙十三年(417年)，劉裕北伐進兵長安，后秦姚興使令狐生制造指南車。北魏的郭善明也曾研發(fā)過，未成，扶風人馬岳又造，垂成，善明鴆殺之。南朝的祖沖之又發(fā)明一次，《南齊書??祖沖之傳》：“初，宋武平關(guān)中，得姚興指南車，有外形而無機巧，每行，使人于內(nèi)轉(zhuǎn)之。升明中，太祖輔政，使沖之追修古法。沖之改造銅機，圓轉(zhuǎn)不窮，而司方如一，馬鈞以來未有也。”《宋史??輿服志》對指南車的機械結(jié)構(gòu)，作了比較具體的記述，此車僅用為帝王出行的儀仗。宋、金兩朝的燕肅與吳德仁等科學家都研制出指南車，但之后又失傳了?！端问?middot;輿服志》對其機械構(gòu)造有具體記載 。宋代造法有天圣五年(1027)燕肅所獻傳統(tǒng)做法和大觀元年(1107)內(nèi)侍省吳德仁所獻車制兩種。指南車的創(chuàng)造標志著中國古代在齒輪傳動和離合器的應(yīng)用上已取得很大成就。指南車是古代一種指示方向的車輛，也是古代帝王出門時，作為儀仗的車輛之一，以顯示皇權(quán)的威武與豪華。
指南車發(fā)明的傳說關(guān)于指南車的發(fā)明，最早的記錄還得從5000年前黃帝大戰(zhàn)蚩尤的傳說說起。據(jù)說黃帝和蚩尤作戰(zhàn)三年，進行了72次交鋒，都未能取得勝利。在一次大戰(zhàn)中，蚩尤在眼看就要失敗的時候，請來風伯雨師，呼風喚雨，給黃帝軍隊的進攻造成困難。黃帝也急忙請來天上一位名叫旱魃的女神，施展法術(shù)，制止了風雨，才使得軍隊得以繼續(xù)前進。這時詭計多端的蚩尤又放出大霧，霎時四野彌漫，使黃帝的軍隊迷失前進的方向。黃帝十分著急，只好命令軍隊停止前進，原地不動。并馬上召集大臣們商討對策。應(yīng)龍、常先、大鴻、力牧等大臣都到齊了，唯獨不見風后。
有人懷疑風后是不是被蚩尤殺害了。黃帝立即派人四下尋找，可是找了很長時間，仍不見風后的蹤影，黃帝只好親自去找。當黃帝來到戰(zhàn)場上時，只見風后獨自一人在戰(zhàn)車上睡覺。黃帝生氣地說：“什么時候，你怎么在這里睡覺?”風后慢騰騰地坐起來說：“我哪里是在睡覺，我是正在想辦法。”接著，他用手向天上一指，對黃帝說：“你看，為什么天上的北斗星，斗轉(zhuǎn)而柄不轉(zhuǎn)呢?臣聽人說過，伯高在采石煉銅的過程中，發(fā)現(xiàn)過一種磁石，能將鐵吸住。我們能不能根據(jù)北斗星的原理，制造一種會指方向的東西，有了這種東西就不怕迷失方向了。”黃帝把風后的這個想法告訴眾臣，大家議論了一番，都認為這是一個好辦法。然后，就由風后設(shè)計，大家動手制作。經(jīng)過幾天幾夜奮戰(zhàn)，終于造出了一個能指引方向的儀器。風后把它安裝在一輛戰(zhàn)車上，車上安裝了一個假人，伸手指著南方。然后告訴所有的軍隊，打仗時一旦被大霧迷住，只要一看指南車上的假人指著什么方向，馬上就可辨認出東南西北。
指南車基本資料
指南車是古代一種指示方向的車輛，也作為帝王的儀仗車輛。指南車起源很早，歷代曾幾度重制，但均未留下資料。直至宋代才有完整的資料。它利用齒輪傳動系統(tǒng)和離合裝置來指示方向。在特定條件下，車子轉(zhuǎn)向時木人手臂仍指南。指南車的自動離合裝置顯示了古代機械技術(shù)的卓越成就。
但是，正如永動機不可能成功，機械式指南車也有它解不開的死穴。因為所有機械指南車，都是以兩輪之間的“差動”來工作的，它希望兩輪與地面作純滾動，這是一種理想的數(shù)學模式，在實際中從來不曾有過。我們知道車輪尺寸會有制造誤差，也會有磨損不均，還會有地面的坑坑洼洼。可以這么說，歷史上大凡成功復(fù)制的機械式指南車，在短時期短距離以及路況相對平整的條件下，會有正確的指向能力。若將試驗條件相對放寬，機械式指南車必定會與預(yù)期有較大的差異，被歷史淘汰也是不可避免的。
指南車研究制作
在使用時先人為地進行調(diào)整，使木仙人的手指向正南。若馬拖著轅直走，則左右兩個小平輪都懸空，車輪小齒輪和車中大平輪不發(fā)生嚙合傳動，因此木人不轉(zhuǎn)，當然也不會改變指向。若車子向左拐彎，則車轅的前端也必向左，而其后端則必偏右。車轅的這種變化，會使系在車轅上的吊懸兩小平輪的繩子發(fā)生相應(yīng)的松緊，從而把左邊的小平輪向上拉，但仍使它懸空;而右邊的小平輪則借鐵墜子及其本身的重量往下落，從而造成了車輪小齒輪和大平輪的嚙合傳動。若車子向左轉(zhuǎn)90度，則在轉(zhuǎn)彎時，左輪不動，右輪要轉(zhuǎn)半周。與右輪相連的小齒輪也就轉(zhuǎn)半周(即轉(zhuǎn)過12個齒)，經(jīng)過小平輪傳動到大平輪，則大平輪將以相反的方向轉(zhuǎn)動12個齒，即1/4周(也即90度)，這樣木仙人在和車一起左轉(zhuǎn)90度的同時，又由于齒輪的嚙合傳動右轉(zhuǎn)了90度，其結(jié)果等于沒有轉(zhuǎn)動，所以它的指向仍然不變。車子向右拐彎的情況或其他運動情況的結(jié)果可以類推?？傊诬囎釉趺崔D(zhuǎn)動，木仙人總能保持它的指向不變。
燕肅的指南車是一輛雙輪獨轅車，車上立一木人，伸臂指南。車中，除兩個沿地面滾動的足輪(即車輪)外，尚有大小不同的7個齒輪?！端问?middot;輿服志》分別記載了這些齒輪的直徑或圓周以及其中一些齒輪的齒距與齒數(shù)。由齒數(shù)、轉(zhuǎn)動數(shù)，并保證木人指南的目的，可見古人掌握了關(guān)于齒輪匹配的力學知識和控制齒輪離合的方法。車輪轉(zhuǎn)動，帶動附于其上的垂直齒輪(稱「附輪」或「附立足子輪」)，該附輪又使與其嚙合的小平輪轉(zhuǎn)動，小平輪帶動中心大平輪。指南木人的立軸就裝在大平輪中心。當車轉(zhuǎn)彎時，只要操作車上離合裝置，即竹繩、滑輪(分別居于車左或車右的小輪)和鐵墜子，就可以控制大平輪的轉(zhuǎn)動，從而使木人指向不變，例如，當車向右轉(zhuǎn)彎，則其前轅向右，后轅必向左。此時只要將繞過滑輪的后轅端繩索提起，使左小平輪下落，從而與大平輪離開;同時使右小平輪上升，從而與大平輪嚙合，大平輪就隨右小平輪而逆轉(zhuǎn)。由于各個齒輪匹配合理，車輪轉(zhuǎn)向的弧度與大平輪逆轉(zhuǎn)弧度相同，故木人指向不變。
其后，吳德仁鑒于燕肅所制的指南車不能轉(zhuǎn)大彎，否則指向就失靈這一大缺點，重新設(shè)計制作指南車。吳德仁指南車基本原理與燕肅一致，只是在附設(shè)裝置方面較為復(fù)雜。他的車分上下兩層。上層除木人指南外，繞木人還有二只龜、四只鶴和四個童子。上層13個相互嚙合的齒輪就是為它們設(shè)的。下層的齒輪裝置與結(jié)構(gòu)如前所述，是他發(fā)明了繩輪離合裝置，以保證車轉(zhuǎn)大彎也不影響木人指向。
近代，對指南車的研究，受到了國內(nèi)外學術(shù)界的廣泛重視，提出了指南車內(nèi)部結(jié)構(gòu)的各種猜想，其中有英國學者郎基斯特(G·Lanchester)提出的差動輪系機構(gòu)。大英博物館中的指南車就是按他的猜想復(fù)原制作的。
李約瑟博士在對指南車的差動齒輪作詳細研究后指出：無論如何，指南車是人類歷史上第一架有共協(xié)穩(wěn)定的機械(homoeostaticmachine);當駕車人與車輛成一整體看待時，它就是第一部摹控機械。
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