中國(guó)古代機(jī)械工程史

1、中國(guó)古代機(jī)械工程史整理：劉成柱 文章來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 點(diǎn)擊數(shù)：389 更新時(shí)間：2009-3-26 10:25:47 中國(guó)古代機(jī)械史中國(guó)是世界上機(jī)械發(fā)展最早的國(guó)家之一。中國(guó)古代在機(jī)械方面有許多發(fā)明創(chuàng)造，在動(dòng)力的利用和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上都有自己的特色。許多專用機(jī)械的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，如指南車(chē)、地動(dòng)儀和被中香爐等，均有獨(dú)到之處。中國(guó)古代金屬冶鑄技術(shù)發(fā)明時(shí)間較早，且技術(shù)精湛。如商周時(shí)期的青銅器樸質(zhì)雄渾，春秋時(shí)期的青銅器纖細(xì)精巧，形成了中國(guó)古代青銅器的獨(dú)特風(fēng)格。已發(fā)現(xiàn)的中國(guó)最早的青銅器，如甘肅東鄉(xiāng)馬家窯出土的銅刀，距今已有4800年左右的歷史。中國(guó)在大約4050萬(wàn)年前，就已出現(xiàn)加工粗糙的刮削器、砍砸器和三棱形尖狀

2、器等原始工具。45萬(wàn)年前出現(xiàn)磨制技術(shù)，許多石器都已比較光滑，刃部也較鋒利，并有單刃、雙刃、凸刃、凹刃和圓刃之分。中國(guó)在28000年前出現(xiàn)弓箭，這是機(jī)械方面最早的一項(xiàng)發(fā)明；公元前8000前2800年期間出現(xiàn)了陶輪(制陶用轉(zhuǎn)臺(tái))；農(nóng)具大約出現(xiàn)在公元前6000前5000年，除石斧石刀外，還有石鋤、石鏟、石鐮、蚌鐮、骨鐮和骨耜。石斧和石刀上已有用硬質(zhì)砂子磨削而成的孔。夏代以前和夏代，先后出現(xiàn)了無(wú)輻條的輇和各種有輻條的車(chē)輪；殷商和西周時(shí)已有相當(dāng)精致的兩輪車(chē)；獨(dú)木舟和筏等水上運(yùn)輸工具早就相繼出現(xiàn)。新石器時(shí)代晚期，人們已能用石范和泥范鑄造簡(jiǎn)陋的工具和武器。商殷時(shí)期，隨著手工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，形成

3、了燦爛的青銅文化。青銅冶鑄技術(shù)得到高度發(fā)展，青銅鑄件司母戊方鼎重達(dá)875千克，春秋時(shí)期的青銅鑄件曾侯乙尊盤(pán)已十分精細(xì)。春秋至魏漢時(shí)期(公元前770公元265年)是中國(guó)古代機(jī)械開(kāi)始較快發(fā)展的時(shí)期。春秋時(shí)期鐵器和生鐵冶鑄技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)；黑心可鍛鑄鐵、白心可鍛鑄鐵和鍛鋼的出現(xiàn)，加速了由銅器向鐵器時(shí)代的過(guò)渡；春秋中期以后發(fā)明了失蠟鑄造法和低熔點(diǎn)合金鑄焊技術(shù)；戰(zhàn)國(guó)時(shí)期又有了疊鑄和錨鏈鑄造等工藝；西漢中期已煉出灰口鑄鐵，并出現(xiàn)了壁厚35毫米的薄壁鑄鐵件。鑄鐵熱處理技術(shù)也有所發(fā)展。春秋時(shí)期出現(xiàn)弩，控制射擊的弩機(jī)已是比較靈巧的機(jī)械裝置。到漢代，弩機(jī)的加工精度和表面光潔度已達(dá)到相當(dāng)高的水平。漢弩有一石至十石等八種

4、規(guī)格，這些規(guī)格的形成表明機(jī)械制造標(biāo)準(zhǔn)在漢代已初步確立。弩機(jī)上留下了作工、鍛工、磨工等的名字。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期流傳的考工記是現(xiàn)存最早的手工藝專著，其中記有車(chē)輪的制造工藝。對(duì)弓的彈力、箭的射速和飛行的穩(wěn)定性等都作了深入的探索。 漢代已有各類艦艇和大量的三四層艙室的樓船。有些艦船已裝備了艉舵和高效率的推進(jìn)工具櫓。西漢時(shí)的被中香爐構(gòu)造精巧，無(wú)論球體香爐如何滾動(dòng)，其中心位置的半球形爐體都能經(jīng)常保持水平狀態(tài)。陸上交通運(yùn)輸工具不斷發(fā)展。1980年出土的秦始皇陵銅車(chē)馬代表了當(dāng)時(shí)鑄造技術(shù)、金屬加工和組裝工藝的水平。東漢以后出現(xiàn)了記里鼓車(chē)和指南車(chē)。記里鼓車(chē)有一套減速齒輪系，通過(guò)鼓鐲的音響分段報(bào)知里程。三國(guó)馬鈞所造的指南車(chē)

5、除用齒輪傳動(dòng)外，還有自動(dòng)離合裝置 ，在技術(shù)上又勝記里鼓車(chē)一籌。自動(dòng)離合裝置的發(fā)明，說(shuō)明傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪系已發(fā)展到相當(dāng)?shù)某潭取|漢時(shí)已有不同形狀和用途的齒輪和齒輪系。有大量棘輪，也有人字齒輪。特別是在天文儀器方面已有比較精密的齒輪系。張衡利用漏壺的等時(shí)性制成水運(yùn)渾象，以漏水為動(dòng)力通過(guò)齒輪系使渾象每天等速旋轉(zhuǎn)一周。公元132年張衡創(chuàng)制了世界上第一臺(tái)地震儀，即候風(fēng)地動(dòng)儀漢代紡織技術(shù)和紡織機(jī)械也不斷發(fā)展，綾機(jī)已成為相當(dāng)復(fù)雜的紡織機(jī)械。到三國(guó)時(shí)期，馬鈞將50綜(分組提放經(jīng)線的綜片)50躡(踏具)和60綜60躡的綾機(jī)都改成50綜12躡和60綜12躡，提高了生產(chǎn)效率。馬鈞還創(chuàng)制了新式提水機(jī)具翻車(chē)，能連續(xù)提水，效

6、率高又十分省力，漢代的農(nóng)具鐵犁已有犁壁，能起翻土和碎土的作用，漢武帝時(shí)趙過(guò)既已創(chuàng)制三腳耬，一天能播種一頃地。在這一時(shí)期，大型銅鐵鑄件和大型機(jī)械結(jié)構(gòu)陸續(xù)出現(xiàn)。五代時(shí)鑄造的滄州鐵獅子重約40噸， 宋代木結(jié)構(gòu)水運(yùn)儀象臺(tái)高3丈5尺，寬2丈1尺。唐末時(shí)期機(jī)械制造已有較高水平。如西安出土的唐代銀盒，其內(nèi)孔與外圓的不同心度很小，子母口配合嚴(yán)緊，刀痕細(xì)密，說(shuō)明當(dāng)時(shí)機(jī)械加工精度已達(dá)到新的水平。在運(yùn)輸工具方面，人力和水力并用，在技術(shù)上有進(jìn)一步發(fā)展。南朝齊祖沖之所造日行百里的所謂千里船和南朝粱侯景軍中的160槳快艇，都是人力推進(jìn)的快速艦艇，南北朝時(shí)期出現(xiàn)了車(chē)船。唐代的李皋對(duì)車(chē)船的改進(jìn)起了承前啟后的作用。水力機(jī)械也有

7、新的進(jìn)展，唐代已有筒車(chē)，從人力提水發(fā)展為水力提水。南末末期又創(chuàng)造出先進(jìn)的水轉(zhuǎn)大紡車(chē)，三摧、五摧(錠)手搖紡車(chē)曾是當(dāng)時(shí)世界上比較先進(jìn)的人力紡紗機(jī)具。元代薛景石所著梓人遺制是木工名家總結(jié)親身經(jīng)驗(yàn)之作，并詳細(xì)記述了當(dāng)時(shí)通行的紡織機(jī)具和車(chē)輛，以古代著名的木制機(jī)械技術(shù)專著而留世。這一時(shí)期天文和計(jì)時(shí)儀器發(fā)展迅速。北宋蘇頌和韓公廉等制成的木構(gòu)水運(yùn)儀象臺(tái)，能用多種形式表現(xiàn)天體時(shí)空的運(yùn)行。它由水力驅(qū)動(dòng)，其中有一套擒縱機(jī)構(gòu)。水運(yùn)儀象臺(tái)代表了當(dāng)時(shí)機(jī)械制造的高度水平，是當(dāng)時(shí)世界上先進(jìn)的天文鐘。元代的滾柱軸承也屬當(dāng)時(shí)世界上先進(jìn)的機(jī)械裝置。明初的造船業(yè)已有很大進(jìn)展。鄭和下西洋的船隊(duì)是當(dāng)時(shí)世界上最大的船隊(duì)。鄭和所乘寶船長(zhǎng)約

8、137米，張12帆，舵桿長(zhǎng)11米多，是古代最大的遠(yuǎn)洋船舶。當(dāng)時(shí)的機(jī)械制造主要仍靠手工操作。大者如千鈞錨，是靠人工先鍛成四爪，然后依次逐節(jié)鍛接。小者如制針用的冷拔鋼絲，也用手工制成。明代已有活塞風(fēng)箱。它是宋元木風(fēng)扇的進(jìn)一步發(fā)展，風(fēng)箱靠活塞推動(dòng)和空氣壓力自動(dòng)啟閉活門(mén)，成為金屬冶鑄的有效的鼓風(fēng)設(shè)備。在明中葉或稍前，木帆船已能逆風(fēng)行駛，并擁有全風(fēng)向航行的能力。揚(yáng)州立帆式風(fēng)輪是將八扇縱帆等距裝置在八角形木架上，圍繞一個(gè)垂直軸旋轉(zhuǎn)，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)帆面角度。這是中國(guó)古代獨(dú)具特色的木船風(fēng)帆的進(jìn)一步發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)沿海一帶多利用它推動(dòng)翻車(chē)，以提取海水曬制食鹽。機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了學(xué)術(shù)研究。王徵于1627年編譯

9、和出版了遠(yuǎn)西奇器圖說(shuō)錄最，介紹了西方機(jī)械工程的概況。來(lái)自西方的自鳴鐘表和水銃等也在一定范圍內(nèi)得到流傳。16341637年 ，明朝的宋應(yīng)星編著和出版了天工開(kāi)物，記錄了許多先進(jìn)的工藝技術(shù)和科學(xué)創(chuàng)見(jiàn)。它反映出當(dāng)時(shí)的農(nóng)業(yè)和手工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平。記載了不少有關(guān)機(jī)械制造和產(chǎn)品性能的情況。內(nèi)容涉及泥型鑄釜、失蠟法鑄造以及鑄錢(qián)等鑄造技術(shù)，還記述了千鈞錨和軟硬繡花針的制造方法、提花機(jī)和其他紡織機(jī)械以及車(chē)船等各種交通工具的性能和規(guī)格等。天工開(kāi)物被稱為中國(guó)17世紀(jì)的工藝百科全書(shū)。清乾隆年間宮廷造辦處曾制造大更鐘，它依靠懸錘的重力驅(qū)動(dòng)，并增添了精確的報(bào)更機(jī)構(gòu)，加工精致，富有中國(guó)民族特色。明清兩朝中國(guó)鐘表工匠創(chuàng)制了不少

10、新奇的鐘表。當(dāng)時(shí)的廣州、蘇州、南京、揚(yáng)州等，成為有名的制造鐘表的城市。附：指南車(chē)指南車(chē)是中國(guó)古代用來(lái)指示方向的一種機(jī)械裝置。它與指南針利用地磁效應(yīng)不同，它是利用齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，由車(chē)上木人指示方向。據(jù)考證是在三國(guó)時(shí)期由馬鈞創(chuàng)造的。被中香爐被中香爐是中國(guó)古代盛香料熏被褥的球形小爐。它的球形外殼和位于中心的半球形爐體之間有兩層或三層同心圓環(huán)。爐體在徑向兩端各有短軸，支承在內(nèi)環(huán)的兩個(gè)徑向孔內(nèi)，能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，內(nèi)環(huán)支承在外環(huán)上，外環(huán)支承在球形外殼的內(nèi)壁上。爐體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)和外殼內(nèi)壁的支承軸線依次互相垂直。爐體由于重力作用，不論球如何滾轉(zhuǎn)，爐口總是保持水平狀態(tài)。  被中香爐的最早

11、記載為西漢司馬相如的美人賦。1963年在西安沙坡村出土的唐代銀質(zhì)被中香爐，球體外徑50毫米，整理精細(xì)、鏤刻雅致。被中香爐不僅是一種藝術(shù)珍品，從機(jī)構(gòu)學(xué)的觀點(diǎn)看，也是一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)造。天工開(kāi)物天工開(kāi)物是世界上第一部關(guān)于農(nóng)業(yè)和手工業(yè)生產(chǎn)的綜合性著作，是中國(guó)歷史上著名的科技著作，明代科學(xué)家宋應(yīng)星（1587-1661），字長(zhǎng)庚，江西奉新人）撰。它對(duì)中國(guó)古代的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地總結(jié)，構(gòu)成了一個(gè)完整的科學(xué)技術(shù)體系。對(duì)農(nóng)業(yè)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，全面反映了工藝技術(shù)的成就。書(shū)中記述的許多生產(chǎn)技術(shù)，一直沿用到近代。該書(shū)文字簡(jiǎn)潔，記述扼要，書(shū)中所記均為整理直接觀察和研究所得。問(wèn)世以后，有不少版本流傳，先后被譯成日、

12、英、法。王徵年譜王徵(15711644)明代科學(xué)家。字良甫，又字葵心。咸陽(yáng)涇陽(yáng)人。天啟、崇禎年間，任直隸廣平府推官、南直隸揚(yáng)州府推官及山東按察司僉事等職。從政后留心經(jīng)世致用之學(xué)，后以經(jīng)算教授鄉(xiāng)里，致力于傳授西方學(xué)術(shù)，為最早的陜籍天主教徒之一。譯著遠(yuǎn)西奇器圖說(shuō)、西儒耳目資、圣經(jīng)直解等，對(duì)傳播西方科學(xué)、促進(jìn)文化交流卓有貢獻(xiàn)，被譽(yù)為“南徐(光啟)北王”。另著有易子解等。 人物簡(jiǎn)介 王徵父親是個(gè)擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)的私塾先生，舅父通曉兵法。國(guó)古代水力紡紗機(jī)械。大約發(fā)明于南宋后期，元代盛行于中原地區(qū)，是當(dāng)時(shí)世界上先進(jìn)的紡紗機(jī)械。水轉(zhuǎn)大紡車(chē)專供長(zhǎng)纖維加拈，主要用于加工麻紗和蠶絲。麻紡車(chē)形制較大,估計(jì)全長(zhǎng)約9米,高2.

13、7米左右（絲紡車(chē)規(guī)格稍?。?。它與人力紡車(chē)不同，裝有儬（錠子）32枚，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜和龐大，有轉(zhuǎn)儬、加拈、水輪和傳動(dòng)裝置等4個(gè)部分。 用兩條皮繩傳動(dòng)使32枚紗錠運(yùn)轉(zhuǎn)。這種紡車(chē)用水力驅(qū)動(dòng)，工效較高，農(nóng)書(shū)稱每車(chē)每天可加拈麻紗100斤(見(jiàn)圖)。南北朝時(shí)期的中國(guó)人，已發(fā)明了輪船。以船側(cè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)代替劃槳，以輪激水前進(jìn)。古稱為"車(chē)船"、"車(chē)輪軻"。在 這里，輪成為以連續(xù)運(yùn)動(dòng)代替間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。車(chē)船車(chē)船，中國(guó)在世界造船史上的又一大貢獻(xiàn), 現(xiàn)在已是人們公認(rèn)的現(xiàn)代輪船的始祖。史載，祖沖之發(fā)明千里船，在建康 (南京) 新亭江試航，日行百余里。可惜，該記載未明確指出，祖沖之是否

14、以輪代槳作為動(dòng)力機(jī)械。至宋代，火藥與輪船，已成為兩項(xiàng)最重要的軍事武器。宋將韓世忠在 1129 年鎮(zhèn)江黃天蕩戰(zhàn)役中"用飛輪八楫，踏車(chē)蹈回江面"，有力打擊金人完顏亮；在采石磯戰(zhàn)役中，宋將虞允文的輪船戰(zhàn)艦使金兵"相顧駭愕"等史事，都是明證。隨輪船制造技術(shù)的提高，船中槳輪數(shù)量也從 2 輪發(fā)展到 4 輪、 8 輪、 20 輪，甚至 32 輪。 司母戊大方鼎司母戊大方鼎是中國(guó)商代晚期最重的青銅器，1939年在河南安陽(yáng)出土。通高133厘米,長(zhǎng)166厘米，重875千克。器形凝重，紋飾華美。體現(xiàn)了殷商時(shí)期中國(guó)青銅業(yè)的技術(shù)水平，具有重要?dú)v史價(jià)值。  此鼎用陶范鑄造

15、，鼎體渾鑄，鼎耳后鑄。鼎的化學(xué)成分為：銅84.77%,錫11.64%,鉛2.79%，其他0.8%。秦始皇陵銅車(chē)馬1980年冬，在秦始皇陵西側(cè)20米處7.8米深的地下出土了兩乘大型銅車(chē)馬。本圖為二號(hào)銅車(chē)馬，出土?xí)r破碎為1555塊，經(jīng)修復(fù)，完整如初。車(chē)通長(zhǎng)3.17米，高1.06米，相當(dāng)于真車(chē)馬的一半?？傊亓繛?241公斤，由大小3462個(gè)零部件組裝而成。其中青銅制件1742個(gè)，黃金制件737個(gè)，白銀制件983個(gè)。其形體之大，堪稱“青銅之冠”。其設(shè)計(jì)整理也與現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)有著驚人的相似，大大超出人們的想象。 銅車(chē)為單轅雙輪車(chē)，轅長(zhǎng)2.46米，輪徑為0.59米，車(chē)輿分前后，平面呈凸字形，凸突部

16、分是馭手所坐之處。教材圖上可以見(jiàn)到跪坐著的銅御者。銅御者高0.51米，重52公斤。其神態(tài)恭敬中又有一絲得意，充分表現(xiàn)出一個(gè)高級(jí)奴仆的心理。車(chē)室的后面有門(mén)，左、右與正前辟有三個(gè)窗戶。正前窗板為鏤空的菱形花紋，窗板可以開(kāi)啟，便于主人與御手互通信息。兩側(cè)窗可以前后推拉，窗板亦是鏤空菱形紋，從室內(nèi)可以觀察到車(chē)外的情況，但外面的人難以看清車(chē)內(nèi)。蓬蓋面積達(dá)2.3平方米，將御水也罩在下面。蓬用銅骨架、銅條支撐，上覆以絹帛。4匹馬的高度為0.91棗0.93米，長(zhǎng)度為1.1棗1.15米。4匹馬的重量也不相同，分別為177公斤、180.7公斤、183公斤和212.97公斤。四馬神態(tài)各異。中間的兩匹馬昂首正視前方，

17、兩側(cè)的馬略側(cè)視，張大鼻如喘息狀。圖中能見(jiàn)到的，聳立于馬頭之上的物體是車(chē)撐，用于支撐車(chē)轅，這樣在長(zhǎng)途休息時(shí)可減輕馬的壓力。銅車(chē)馬在整理上運(yùn)用了鑄造、焊接、鑲嵌、粘接以及子母扣、紐環(huán)扣、錐度配合、銷(xiāo)釘連接等各種工藝。鉆孔的最小直徑為1毫米，飾件多處用如發(fā)絲的銅絲，窗板的銅片僅厚至0.12棗0.2厘米，車(chē)輛頭的內(nèi)孔滾圓，就象車(chē)床加工的一般。銅車(chē)馬的許多零件都與現(xiàn)代使用的相似，如車(chē)門(mén)、前窗用的活動(dòng)鉸頁(yè)，其形狀與今日門(mén)窗上使用的活頁(yè)非常相似；系馬肚子、馬頸的套環(huán)采用了策扣連接，策扣與今日人們用的腰皮帶上的策扣完全相同。 秦陵出土的銅車(chē)馬共有兩乘。前乘為護(hù)衛(wèi)武士所居，此圖為后乘。據(jù)考證，這僅是秦

18、始皇車(chē)隊(duì)中的屬車(chē)，屬于后妃一類人的乘車(chē)。史書(shū)記載，秦始皇出游時(shí)這樣的車(chē)乘有81駕，其盛況觀此銅車(chē)馬可想而知，而他本人乘坐的車(chē)馬就當(dāng)更為豪華氣派了.記里鼓車(chē)記里鼓車(chē)又名記道車(chē)、大章車(chē)。它是利用車(chē)輪帶動(dòng)大小不同的一組齒輪，使車(chē)輪走滿一里時(shí)，其中一個(gè)齒輪剛好轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，該輪軸撥動(dòng)車(chē)上木人打鼓或擊鐘，報(bào)告行程，第一個(gè)在史書(shū)中留下姓名的記里車(chē)機(jī)械專家，是三國(guó)時(shí)代的馬鈞。 馬鈞，字德衡，三國(guó)時(shí)曹魏人，是當(dāng)時(shí)聞名的機(jī)械大師。他不僅制造了指南車(chē)、記里鼓車(chē)，而且改進(jìn)了綾機(jī)，提高織造速度；創(chuàng)制翻車(chē)(即龍骨水車(chē)) ；設(shè)計(jì)并制造了以水力驅(qū)動(dòng)大型歌舞木偶樂(lè)隊(duì)的機(jī)械等，可惜，他的生卒年并無(wú)詳盡記載，只知道他當(dāng)過(guò)小官吏，并因不擅辭令，一生并不得志。到宋代，盧道隆于1027年制成記里鼓車(chē)，以及吳德仁于1107年同時(shí)制成指南車(chē)和記里鼓車(chē)的詳情，則被記載于宋史·輿服志中。滄州鐵獅子滄州鐵獅子位于滄州市政府駐地東南偏北16.5公里。坐落在東關(guān)村西0.5公里處。鐵獅身高5.78米，長(zhǎng)5.34米，寬3.17米，體重約50噸。背負(fù)巨盆相傳是文殊菩薩蓮坐，獅身向南，頭向西南，兩左腳在前，兩右腳再后，呈前進(jìn)狀，姿態(tài)雄偉，昂首闊步，徐徐如生鐵獅是我國(guó)大型的驚巧鑄鐵工藝。也是我國(guó)著名發(fā)源的古跡。距今已有一千多年的歷史，它充分的顯示出我國(guó)古代勞動(dòng)人民的智慧和藝術(shù)才華。解放后鐵獅子受到了黨