指南车原理, 指南车原理是什么(中国古代机械)

关于【指南车原理】：指南车原理是什么，今天小编给您简单介绍一下，希望能对大家有所帮助。

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1、指南车原理
2、中国古代机械——燕肃指南车

1、指南车原理

对今天的我们来说，找到自己在哪和方向从来就不是问题——只要打开手机就行了，但对于古人来说，这还是一个比较有难度的问题。最通常的方式，是依赖太阳、星星和指南针。而我们智慧的祖先，还发明了一些令人惊叹的机械来解决这一问题。

先说说指南车吧，指南车上面有个小人，其手指所指方向即为南方。你可能会觉得指南车就是一个马车上面放了一个指南针吧？笔者一开始也这样以为，但是在博物馆偶然见到复原实物和介绍的时候就被震撼了。原来，中国古代的指南车是使用纯粹的机械齿轮结构实现的，《宋史舆服志》对宋代指南车进行了详细描述，使用前先通过外部调整使其对准南向，车内采用的是一套差动离合齿轮机构，在直行时齿轮分离，左转时左侧齿轮啮合，根据左右两轮差速传动方向轮向相反方向旋转，以保持南向不变，右转则右侧齿轮啮合，可实现同样的效果。（原文记载如下：“其法，用独辕车，车箱外笼上有重构，立木仙人于上，引臂南指。用大小轮九，合齿一百二十。足轮二，高六尺，围一丈八尺。附足立子轮二，径二尺四寸，围七尺二寸，出齿各二十四，齿间相去三寸。辕端横木下立小轮二，其径三寸，铁轴贯之。左小平轮一，其径一尺二寸，出齿十二；右小平轮一，其径一尺二寸，出齿十二。中心大平轮一，其径四尺八寸，围一丈四尺四寸，出齿四十八，齿间相去三寸。中立贯心轴一，高八尺，径三寸。上刻木为仙人，其车行，木人指南。若折而东，推辕右旋，附右足子轮顺转十二齿，击右小平轮一匝，触中心大平轮左旋四分之一，转十二齿，车东行，木人交而南指。若折而西，推辕左旋，附左足子轮随轮顺转十二齿，击左小平轮一匝，触中心大平轮右转四分之一，转十二齿，车正西行，木人交而南指。若欲北行，或东，或西，转亦如之。”）怎么样，祖先的智慧是不是也让你吃了一惊呢？其实，史书上记载的指南车最早可以追溯到黄帝（《古今注》：起黄帝与蚩尤战于涿鹿之野。蚩尤作大雾，兵士皆迷，于是作指南车，以示四方，遂擒蚩尤，而即帝位），但根据现在的考古资料，我国古代的齿轮大概出现在战国到西汉时期之间，所以这个黄帝造指南车的说法传说的可能性更大一些。其实，跟指南车有关系的还包括很多中国古代科学史上大家耳熟能详的名人，比如发明地震仪的张衡和祖冲之，都曾经成功的设计并制造过指南车。另一个记里鼓车，就没有指南车那么大的名气了，最早的记载见于西汉时期的《西京杂记》，之后《宋书》、《古今注》、《隋书》等文献中均有记载，《宋书》中记载：“……制如司南，其上有鼓。行一里，木人辄击一槌。”推想其原理应该类似于机械式钟表中的减速齿轮系，通过一系列齿轮的传动减速，使得最末端齿轮在车轮的转动一里时刚好旋转一周，触发击鼓的传动机构。指南车和记里鼓车结合使用，就可以知道相对于一个已知的起点向什么方向，行进了多少距离，这一定位的思想原理与当今通用的惯性导航有几分相似，都是一种推算式的导航定位方法。虽然指南车和记里鼓车的原理依赖于车轮与地面进行“纯滚动”这一理想情况，并且受限于车轮的加工精度等多方因素的影响，使得在实际应用中很难在较远距离的导航中取得较好的效果，但这些精巧的机械和它们所证明的我们祖先的非凡智慧和光辉成就仍然让我们惊叹并心驰神往。

参考文献：中国古代指南车和记里鼓车邓学忠姚明万

中国古代指南车的原理与构造颜志仁

2、中国古代机械——燕肃指南车

指南车可以说是一件上古神器。因为它的确很古，而且很神。古自不必说，黄帝那时候就有了。《古今注》有云：“……蚩尤作大雾，兵士皆迷四方，于是作指南车以示四方，遂擒蚩尤而即帝位……”它的神，当然不仅在于能指南，更在于为华夏民族的发展做出了巨大的贡献。也许这只是传说，然而神器不正是因为代代相传才神起来的么？

可惜的是，这代代相传，把神奇传了下来，却不传它神奇的奥秘。于是后人只得重复发明了，据说祖冲之、马钧等都成功做出过指南车，但又没有传下来。到了宋代，一个叫燕肃的人又做出了指南车，这回它的结构终于记在《宋史.舆服志》上：“其法：用独辕车，车箱外笼上有重构，立木仙人于上，引臂南指。用大小轮九，合齿一百二十。足轮二，高六尺，围一丈八尺。附足立子轮二，径二尺四寸，围七尺二寸。出齿各二十四，齿间相去三寸……”

可见，指南车并不是用司南那样的原理，而是使用了机械结构来实现指向目的的。由于目前没有挖出指南车来，我们只能根据记载把它大致还原出来，如图，马在前面拉车，当转弯的时候，车上的小木人手指一直指向南方。其原理简单来讲就是，在车转弯时，通过控制齿轮的离合来同步调整木人的指向。

中国古代机械——燕肃指南车

再来看它的辀。辀是将马的动力传至马车的部件，一般的马车辀是固定的，而指南车的辀需要能略微旋转，从而带动齿轮的离合。因此它需要有一个轴，如图。

中国古代机械——燕肃指南车

同时，它还需要一个限位装置，要不然就不能带动马车转向了，如图。

中国古代机械——燕肃指南车

在车厢也就是“舆”上面，竖两个立杆，两个铁坠可以沿杆上下滑动，如图。

中国古代机械——燕肃指南车

铁坠上面有小齿轮，称为小平轮。小平轮跟随铁坠上下滑动，往下则与附轮啮合，往上则分离，如图。之所以用铁坠是要用到铁坠自身的重力，当给一个足够大的向上的力，铁坠升起，外力撤销时，铁坠凭借重力回复原位。这可以说是一个古老的离合装置。

中国古代机械——燕肃指南车

如图，在舆上设一大齿轮，称大平轮，与辀同轴，与两个小平轮啮合，其上固定着一根竖杆，竖杆的顶部就是小木人。当小平轮转动的时候，带动大平轮转动，从而使小木人也跟着转动，达到指南的目的。大平轮虽然与辀同轴，但相互之间并不影响。

中国古代机械——燕肃指南车

如图，在两根竖杆上设一横木，横木下设两个滑轮，用来引导绳子。

中国古代机械——燕肃指南车

辀的末端有一木块，绳子的一端系在它上面，另一端穿过滑轮，系在铁坠上。当辀在正中位置时，绳子把两个铁坠都提起一定距离，使得两个小平轮均与附轮分离。当辀前端向右摆动时，辀末端的木块向左摆动，由于绳子的牵引，右边的小平轮被提起，左边的小平轮被放下，与附轮啮合，将附轮的转动传递给大平轮，带动小木人旋转，反之亦然。而且，两个小平轮只能有一个与附轮啮合，其中一个与附轮啮合，另一个必然分离。

中国古代机械——燕肃指南车

指南车还有很多装饰结构，如“ 两箱画青龙、白虎，四面画花鸟，重台，勾阑，镂拱，四角垂香囊”等，这里我们只探讨它的原理，装饰结构就省略掉了。

中国古代机械——燕肃指南车

参考视频

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