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1、年第兰期中国古代指南车的原理和构造机械工程系颜志仁提要,。指南车是中国古代一项杰出的创造发明失传至令己年本文从原理上和构造,以及上揭示了它的奥秘提出了设计指南车的两个基本公式根据公式确定出它。,,的尺寸配比一种差动式指南车模型于年由本院复现成功经实验验证其性能与史书记载吻合。一引言,指南车是为了达到定向目的和具有负反馈性能的一种自动机械它在原理和构造方面都。,不同于我国古代的另一伟大发明磁性的指南针指南车的发明在控制论发展史和机械,—、发展史上都占有重要地位因为它是负反馈和自动控制的一个代表也是近代自动机的先。驱,,《》“指南车一名司南车传说最早造指南车的是黄帝古今注云黄帝之与蛋尤战于琢,,
2、,”“,鹿之野蛋尤作大雾士皆迷路故作指南车又云周公所作越裳氏重译来献使者,,”。,迷其归路周公赐耕车五乘皆为司南之制然而根据考证指南车的发明年代虽然不排除,西周约公元前一前的可能性但以在春秋战国公元前一前年较为可。,,靠据史载发明指南车的创始意念主要出于军事目的其最初形制是带有旗的在行军和战,《》日“”。斗中用来明确方向的一种军车孙殡兵法辨疑以旗舆辨别方向用带有旗的车,,秦以后由于战车作为主力军种地位逐步消失等原因指南车被移用到大驾卤簿皇帝仪仗,。队用来显示皇帝的威仪和尊贵,,根据史书记载在我国漫长的古代史中创作过指南车的人很多并且是几经失传而又多次。,、重新创造的仅就作者查阅史料所及未佚名
3、的指南车创作者除了传说的黄帝风后斌离女,、、、、、、,、、齐之外尚有周公管仲张衡马钧魏猛解飞令狐生马岳祖冲之索驭鳞聆、、、、、。《》,询区纸卫普善金公立燕肃吴德仁等多人按金史记载指南车最后一次在关,,。驾卤簿中出现是金大定十一年公元年因此它的失传从这年起算至今已年了,,指南车失传后直到公元王年以前国外人士一贯否定我国古代曾多次创造指南车的本文年月日收到©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net上海机械学院学报,,《》“史实甚至错误的认为指南车就是指南
4、针李乔萍先生节译中国科学技术史要略云耶,,”。、、教士来华之后推想这种车指南车当是磁罗盘的另一种型式后经翟理斯摩尔、、、、,王振铎刘仙洲鲍思贺伦彻斯脱李约瑟等学者的研究和考证特别是年王振铎先,,生复现成功了北宋燕肃的定轴式指南车模型存放在中国历史博物馆从而我国古代指南车。,是一种自动机械的史实再次为世人所知可是直到五十年代仍有国外学者将指南车和指南,,。,针混淆起来甚至做了一个应用磁铁的指南车模型但试验没有成功总之本世纪以来指,,南车虽然吸引了不少中外学者对它进行了研究和考证但仍然没有见到对其原理和构造作,《》出透彻揭示的论文或专著正如李约瑟博士在中国科学技术史一书中指出旨南车至”。今还没有
5、被精通不同学科的学者们作出概括性的总结,本文认为我国古代指南车的复现或复原首先应在原理上和构造上对它的奥秘作出透,、。彻的揭示使它在科学理论上得到证明和确立使之不再有任何怀疑这正是本文所要解决。的问题二定轴式指南车,,。指南车实为定向车则无论车子直行或任意转弯车上的木仙人恒指一个固定方向因,此指南车的设计原则或设计思想是,印,当车子即车架相对于地面转过角度时车上的木仙人应相对于车架转过角度且甲二一,,从而使木仙人相对于地面的角位移为零即木仙人的指向不变其数学表达为甲二协,。上式中冲为木仙人相对于地面的转角。式应在行车的任何时刻都被指南车自动执行,。。根据机械原理指南车可以是齿轮系的结构轮系有
6、定轴轮系和差动轮系两类在定轴轮,。,系中其每一齿轮的轴线都是固定的定轴轮系的机构自由度为故只能也只需一个原动。,件因此用定轴轮系构造的指南车定轴式指南车其作为原动件的两个车轮不能同时驱,,动木仙人而必需有一套自动控和自动离合的装置并根据车子直行或转弯的情况来实现。自动控制和保证式的自动执行,,。年王振铎先生所复现的北宋燕肃的指南车是一种定轴式指南车如图所示图装置是利用辕的左右摆动来实现自动控制的,、、,车子直行辕的后方处于中间位置左右两个小平轮吊空两车轮都。,二,,。不驱动与大平轮固联的木仙人此时甲。所以币,式成立,车子向左转弯辕的后方偏向右边小平轮放下小平轮吊空,使轮、、、的啮合而驱动木在
7、与大平轮啮合的同时还与附足轮啮合从而使车轮通过轮。,,仙人与此同时车轮不应滚动或滑动从而使车轮在地面上滚出的轨迹是一条以轮、。,与地面的接触点为圆心以轮距为半径的圆弧由于轮与轮之间有负反馈性质即、、,,轮啮合点的速度方向与轮啮合点的速度方向相反再根据式的尺寸配比而。使式成立,,,车子向右转弯辕的后方偏向左边小平轮放下小平轮吊空从而使。,轮驱动木仙人类似于情况而使式成立©1994-2010ChinaAcadem
