中国古代各种车辆、指南车和记里鼓车

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                              　　自然科学史研究所 周世德　　

　　早在商代，我国车工已经能制造相当高级的两轮车，车轮有辐条，结构精致华美。周代已经采用油脂作为轴承润滑材料。春秋战国时期除了出现高架车辆巢车等新型车辆以外，还特别注意薄弱环节的加强，如车轮上出现夹辅等。

　　在汉魏时期，盛行独轮车。独轮车在当时是一种极经济而应用很广的交通运输工具，在交通运输史上是一项十分重要的发明。《三国演义》中所着力描述的“木牛流马”，据许多人研究，就是一种独轮车。同时也出现了四轮车。

　　南北朝时期出现驾十二条牛的大型牛丰；又出现磨车，把石磨放在车上，行十里磨十斛。还有用石油做润滑材料的记载，以及装二十个轮子的车。五代时出现三轮车。明代为了运输建筑材料，曾经设计制造性能良好、山地和平原都能适用的八轮车。清代出现挂帆的独轮车和四轮铁甲车。

　　在车辆发展的过程当中，从机械结构方面来说，尤其重要的是指南车和记里鼓车的出现。

　　从三国时期开始，历代史书差不多都有记里鼓车和指南车的记载：但是比较简略。直到宋元时期，《宋史》才详细地记载了它们的内部齿轮构造。

　　指南车是一种双轮独辕车。车上立一个木人伸臂南指。只要一开始行车的时候木人的手臂向南指，此后不管车向东或向西转弯，由于齿轮系的作用，木人的手臂始终指向南方。在宋代，燕肃于宋神宗天圣五年（公元1027年）造指南车，后来又有吴德仁于宋徽宗大观元年（公元1107年）再造指南车。这里介绍的是指南车的基本原理。指南车上的轮和齿轮如下：

　　足轮二个，直径六尺，圆周十八尺①：

　　小轮二个，直径三寸；

　　附足立于轮（齿轮）二个，直径二尺四寸，圆周七尺二寸，齿距三寸，齿数二十四个；

　　左右小平轮（齿轮）二个，直径一尺四寸，齿数十二个；

　　中心大平轮（齿轮）一个，直径四尺八寸，圆周十四尺四寸，齿距三寸，齿数四十八个。

　　所谓足轮就是车脚轮，是着地旋转的行走元件。小轮是滑车。附足立子轮是附在足轮上的齿轮。中心大平轮是平放在车箱当中的一个大齿轮，这个大齿轮的轴向上伸出，轴上立一个木人。中心大平轮转多少度，轴上的木人同样也转多少度。左右小平轮是两个小齿轮，分装在中心大平轮的两边，起传动作用，当车一直向前行驶的时候，左右小平轮和中心太平轮是分离的，不相接触，因此两边足轮的转动不影响中心大平轮。当车辆向左转弯时，辕的前端向左移动，辕的后端就向右移动，辕后端的绳向右经过滑车，把右边的小平轮放落，和中心大平轮相接触。结果中心大平轮受右边车轮的影响向右转动，恰好能抵消车辆向左转弯的影响，使木人手臂所指的方向不变，仍旧指向南方。比如车向左转六十度，中心大平轮就向回转，向右转六十度，使木人保持原来的方向，手臂仍指向南方。

　　指南车结构简单，能使木人的手臂始终指向南方，关键就在于中心大平轮和附足子轮或联或断的设计。这种设计体现了我国古代劳动人民和机械设计人员的高度智慧和创造能力。

　　关于记里鼓车的制造，《宋史·舆服志》也有两项记载：一是宋神宗天圣五年（公元1027年）卢道隆制记里鼓车；一是宋徽宗大观年间（公元1107年到1110年）吴德仁再造记里鼓车。卢道隆记里鼓车的轮和齿轮如下：

　　足轮二个，直径六尺，圆周十八尺；

　　立轮（齿轮）一个，直径一尺三寸八分，圆周四尺一寸四分，齿距二寸三分，齿数十八个，下平轮（齿轮）一个，直径四尺一寸四分，圆周十二尺四寸二分，齿距二寸三分，齿数五十四个；

　　旋风轮（齿轮）一个，齿距一寸二分，齿数三个；

　　中平轮（齿轮）一个，直径四尺，圆周十二尺，齿距一寸二分，齿数一百个；

　　小平轮、上平轮（都是齿轮）各一个，尺寸原文有讹误，齿数分别是十个和一百个。

　　记里鼓车的整个齿轮系是和车辆同行同止的。只要车轮一转动，整个齿轮系就随着转动。车轮一停下来，整个齿轮系也就随着停下来了。

　　足轮直径六尺，转一周车行十八尺，足轮转一百周，车行一百八十丈，恰合一里之数。足轮、下平轮、旋风轮和中平轮等四个齿轮的齿数分别是十八、五十四、三、一百。车行一里，


　　中平轮只转一周。在中平轮的轴上装上一个起凸轮作用的拨子，拨动木人的手臂，就可以使木人击鼓一次。也就是车行一里击鼓一次。如果再加上一个十齿的小平轮和一个一百齿的上平轮，每当车行十里的时候，上平轮才能转一周，它上面的拨子拨动另一个木人的手臂，使木人击镯一次。

　　指南车和记里鼓车都经王振铎氏复原制作模型，如前图所示。

　　记里鼓车本身具有一套减速齿轮系使运动变慢，最后一根轴在车行一里或十里的时候才转一周：而指南车的齿轮系虽然比较简单，但是它是能自动离合的齿轮系，技巧又超过了记里鼓车。总之，这两种车，根据记载，在我国封建社会前期、汉魏时期就已经出现，它体现了两千年前我国机械工程技术的高度水平，是我国古代技术的卓越成就。