指南車的發明介紹

　　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。以下是小編為你精心整理的，希望你喜歡。

　　指南車的發明

　　它利用差速齒輪原理，它與指南針利用地磁效應不同，它是利用齒輪傳動系統，根據車輪的轉動，由車上木人指示方向。不論車子轉向何方，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，黃帝時代就已經發明瞭指南車，當時黃帝曾憑著它在大霧瀰漫的戰場上指示方向，戰勝了蚩尤。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和離合裝置來指示方向。在特定條件下，車子轉向時木人手臂仍指南。在技術上又勝記裡鼓車一籌。

　　據考證，三國魏馬鈞於青龍3年***235年***創造指南車，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，後秦姚興使令狐生製造指南車。北魏的郭善明也曾研發過，未成，扶風人馬嶽又造，垂成，善明鴆殺之。南朝的祖沖之又發明一次，《南齊書??祖沖之傳》：“初，宋武平關中，得姚興指南車，有外形而無機巧，每行，使人於內轉之。升明中，太祖輔政，使衝之追修古法。衝之改造銅機，圓轉不窮，而司方如一，馬鈞以來未有也。”《宋史??輿服志》對指南車的機械結構，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製出指南車，但之後又失傳了。《宋史·輿服志》對其機械構造有具體記載 。宋代造法有天聖五年***1027***燕肅所獻傳統做法和大觀元年***1107***內侍省吳德仁所獻車制兩種。指南車的創造標誌著中國古代在齒輪傳動和離合器的應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，以顯示皇權的威武與豪華。

　　指南車發明的傳說關於指南車的發明，最早的記錄還得從5000年前黃帝大戰蚩尤的傳說說起。據說黃帝和蚩尤作戰三年，進行了72次交鋒，都未能取得勝利。在一次大戰中，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，制止了風雨，才使得軍隊得以繼續前進。這時詭計多端的蚩尤又放出大霧，霎時四野瀰漫，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。並馬上召集大臣們商討對策。應龍、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。當黃帝來到戰場上時，只見風后獨自一人在戰車上睡覺。黃帝生氣地說：“什麼時候，你怎麼在這裡睡覺?”風后慢騰騰地坐起來說：“我哪裡是在睡覺，我是正在想辦法。”接著，他用手向天上一指，對黃帝說：“你看，為什麼天上的北斗星，鬥轉而柄不轉呢?臣聽人說過，伯高在採石鍊銅的過程中，發現過一種磁石，能將鐵吸住。我們能不能根據北斗星的原理，製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。然後，就由風后設計，大家動手製作。經過幾天幾夜奮戰，終於造出了一個能指引方向的儀器。風后把它安裝在一輛戰車上，車上安裝了一個假人，伸手指著南方。然後告訴所有的軍隊，打仗時一旦被大霧迷住，只要一看指南車上的假人指著什麼方向，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，歷代曾幾度重製，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和離合裝置來指示方向。在特定條件下，車子轉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，這是一種理想的數學模式，在實際中從來不曾有過。我們知道車輪尺寸會有製造誤差，也會有磨損不均，還會有地面的坑坑窪窪。可以這麼說，歷史上大凡成功複製的機械式指南車，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期有較大的差異，被歷史淘汰也是不可避免的。

　　指南車研究製作

　　在使用時先人為地進行調整，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生齧合傳動，因此木人不轉，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，而其後端則必偏右。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生相應的鬆緊，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齧合傳動。若車子向左轉90度，則在轉彎時，左輪不動，右輪要轉半周。與右輪相連的小齒輪也就轉半周***即轉過12個齒***，經過小平輪傳動到大平輪，則大平輪將以相反的方向轉動12個齒，即1/4周***也即90度***，這樣木仙人在和車一起左轉90度的同時，又由於齒輪的齧合傳動右轉了90度，其結果等於沒有轉動，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果可以類推。總之任車子怎麼轉動，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。《宋史·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。由齒數、轉動數，並保證木人指南的目的，可見古人掌握了關於齒輪匹配的力學知識和控制齒輪離合的方法。車輪轉動，帶動附於其上的垂直齒輪***稱「附輪」或「附立足子輪」***，該附輪又使與其齧合的小平輪轉動，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。當車轉彎時，只要操作車上離合裝置，即竹繩、滑輪***分別居於車左或車右的小輪***和鐵墜子，就可以控制大平輪的轉動，從而使木人指向不變，例如，當車向右轉彎，則其前轅向右，後轅必向左。此時只要將繞過滑輪的後轅端繩索提起，使左小平輪下落，從而與大平輪離開;同時使右小平輪上升，從而與大平輪齧合，大平輪就隨右小平輪而逆轉。由於各個齒輪匹配合理，車輪轉向的弧度與大平輪逆轉弧度相同，故木人指向不變。

　　其後，吳德仁鑑於燕肅所制的指南車不能轉大彎，否則指向就失靈這一大缺點，重新設計製作指南車。吳德仁指南車基本原理與燕肅一致，只是在附設裝置方面較為複雜。他的車分上下兩層。上層除木人指南外，繞木人還有二隻龜、四隻鶴和四個童子。上層13個相互齧合的齒輪就是為它們設的。下層的齒輪裝置與結構如前所述，是他發明了繩輪離合裝置，以保證車轉大彎也不影響木人指向。

　　近代，對指南車的研究，受到了國內外學術界的廣泛重視，提出了指南車內部結構的各種猜想，其中有英國學者郎基斯特***G·Lanchester***提出的差動輪系機構。大英博物館中的指南車就是按他的猜想復原製作的。

　　李約瑟博士在對指南車的差動齒輪作詳細研究後指出：無論如何，指南車是人類歷史上第一架有共協穩定的機械***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。