指南车

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复原模型
三才图会的描述

指南车,又称司南车,是一种用差速器来辨认方向的仪器,传说中指南车乃是由轩辕黄帝[1]周公[2]发明。史书又记载了三国时魏国马钧制作司南车[3]。车上有一小人,其手指的方向即为南方。

最早在《西京杂记》记载有:“司南车,驾四,中道”。青龙三年(235年)曹魏马钧创造指南车,而此指南车是采用齿轮的原理制作,并没有使用磁极,与司南罗盘完全不同。东晋安帝义熙十三年(417年),刘裕北伐进兵长安,后秦姚兴使令狐生制造指南车。[4]北魏的郭善明也曾研发过,未成,扶风人马岳又造,垂成,善明鸩杀之。南朝的祖冲之又发明一次,“昇明中,太祖辅政,使冲之追修古法。冲之改造铜机,圆转不穷,而司方如一,马钧以来未有也。”当时北方人索驭𬴊也号称能造指南车,但“颇有差僻,乃毁焚之”。[5]宋史·舆服志》对指南车的机械结构,作了比较具体的记述,[6]此车仅用为帝王出行的仪仗。金朝的燕肃于天圣五年(1027年)造指南车,车上立一木人,伸臂指南,能自动离合,“……至国朝,不闻得其制”,大观元年(1107年)吴德仁改良了燕肃指南车,但之后又失传了。

1924年英国学者穆尔(Moule)发表了研究指南车的论文并根据《宋史》文献记载给出了具体的复原方案,接着又有很多国内外学者研究。1937年王振铎曾发表《指南车记里鼓车之考证及模制》,他改良穆尔的设计,并成功的制作出指南车模型。1971年王振铎根据史书记载,复制马钧的“黄帝指南车”成功。

指南车发明人
年代 朝代·发明人 成果
?年 传说时代·黄帝 无法证实
?年 西周·周公 无法证实
?年 汉·张衡 成功
235年 三国·马钧 成功
333年 后赵·魏猛、解飞 成功
417年 后秦·令狐生 成功
?年 后魏·郭善明
424年 后魏·马岳
477年 刘宋·祖冲之[7] 成功
1107年 刘宋·索驭𬴊 成功
616年 唐·杨务廉
808年 唐·金公立 成功
1027年 宋·燕肃[8] 成功
1107年 宋·吴德仁[8] 成功

指南车的原理[编辑]

国立自然科学博物馆复原的指南车齿轮组。

指南车使用了差动齿轮装置,或者称加法机构, 或者称差速器。其原理是当车辆直线行驶时左右两车轮转动角速度相等。差动机构没有输出。车辆转弯时两侧车轮角速度不相等,这时差动机构输出这个差值。驱动指示机构。

类似的装置应用在现代汽车的差速器和工业上加工齿轮的专用设备插齿机以及滚齿机中。

相关[编辑]

注释[编辑]

  1. ^ 见《古今注》,卷上舆服第一原文:“大驾指南车,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。故后常建焉。旧说周公所作也。周公治致太平,越裳氏重译来贡白雉一,黑雉二,象牙一,使者迷其归路,周公锡以文锦二匹,軿车五乘,皆为司南之制,使越裳氏载之以南。缘扶南林邑海际,期年而至其国。使大夫宴将送至国而还,亦乘司南而背其所指,亦期年而还至。始制车辖轊皆以铁,还至,铁亦销尽,以属巾车氏收而载之,常为先导,示服远人而正四。方车法具在《尚方故事》。汉末丧乱,其法中绝,马先生绍而作焉。今指南车,马先生之遗法也。”《太平御览》卷十五引《志林》:“黄帝与蚩尤战于涿鹿之野。蚩尤作大雾弥三日,军人皆惑。黄帝乃令风后法斗机,作指南车,以别四方,遂擒蚩尤。”
  2. ^ 《尚书大传·归禾》:“交趾之南,有越裳国。周公居慑六年,制礼作乐,天下和平,越裳以三象重九译而献白雉曰:道路悠远,山川阻深恐使之不通,故九译而朝。”《古今注》:“周公致太平,越裳氏重译来献,使者迷其归路,周公赐軿车五乘,皆为司南(车)之制。” 《太平御览》卷七七五引《鬼谷子》:“肃慎氏献白雉于文王。还,恐迷路问,周公因作指南车以送之。”
  3. ^ 《三国志·魏书》卷二十九
  4. ^ 《宋书》卷十八《礼志五》:“明帝青龙中,令博士马钧更造之而车成。晋乱复亡。石虎使解飞,姚兴使令狐生又造焉。安帝义熙十三年,宋武帝平长安,始得此车。其制如鼓车,设木人于车上,举手指南。车虽回转,所指不移。”
  5. ^ 《南齐书·祖冲之传》
  6. ^ 见《宋史志第102舆服一,原文:“……指南车,一曰司南车。赤质,两箱画青龙、白虎,四面画花鸟,重台,勾阑,镂拱,四角垂香囊。上有仙人,车虽转而手常南指。一辕。凤首,驾四马。驾士旧十八人,太宗雍熙四年,增为三十人。……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。诏以其法下有司制之。大观元年,内侍省吴德仁又献指南车、记里鼓车之制,二车成,其年宗祀大礼始用之。其指南车身一丈一尺一寸五分,阔九尺五寸,深一丈九寸,车轮直径五尺七寸,车辕一丈五寸。车箱上下为两层,中设屏风,上安仙人一执仗,左右龟鹤各一,童子四各执缨立四角,上设关戾。卧轮一十三,各径一尺八寸五分,围五尺五寸五分,出齿三十二,齿间相去一寸八分。中心轮轴随屏风贯下,下有轮一十三,中至大平轮。其轮径三尺八寸,围一丈一尺四寸,出齿一百,齿间相去一寸二分五厘,通上左右起落。二小平轮,各有铁坠子一,皆径一尺一寸,围三尺三寸,出齿一十七,齿间相去一寸九分。又左右附轮各一,径一尺五寸五分,围四尺六寸五分,出齿二十四,齿间相去二寸一分。左右叠轮各二,下轮各径二尺一寸,围六尺三寸,出齿三十二,齿间相去二寸一分;上轮各径一尺二寸,围三尺六寸,出齿三十二,齿间相去一寸一分。左右车脚上各立轮一,径二尺二寸,围六尺六寸,出齿三十二,齿间相去二寸二分五厘。左右后辕各小轮一,无齿,系竹{}并索在左右轴上,遇右转使右辕小轮触落右轮,若左转使左辕小轮触落左轮。行则仙童交而指南。车驾赤马二,铜面,插羽,鞶缨,攀胸铃拂,绯绢屉,锦包尾。……”
  7. ^ 见《宋书志第八礼五,原文:“……指南车,其始周公所作,以送荒外远使。地域平漫,迷于东西,造立此车,使常知南北。……范阳人祖冲之,有巧思,常谓宜更构造。宋顺帝升明末,齐王为相,命造之焉。车成,使抚军丹阳尹王僧虔、御史中丞刘休试之。其制甚精,百屈千回,未尝移变。……”
  8. ^ 8.0 8.1 见《宋史》,志第102舆服一,原文:“...指南车,一曰司南车。...仁宗天圣五年,工部郎中燕肃始造指南车,肃上奏曰:黄帝与蚩尤战于涿鹿之野,蚩尤起大雾,军士不知所向,帝遂作指南车。周成王时,越裳氏重译来献,使者惑失道,周公赐軿车以指南。其后,法俱亡。汉张 衡、魏马钧继作之,属世乱离,其器不存。宋武帝平长安,尝为此车,而制不精。祖冲之亦复造之。后魏太武帝使郭善明造,弥年不就,命扶风马岳造,垂成而为善 明鸩死,其法遂绝。唐元和中,典作官金公立以其车及记里鼓上之,宪宗阅于麟德殿,以备法驾,历五代至国朝,不闻得其制者,今创意成之。大观元年,内侍省吴德仁又献指南车、记里鼓车之制,二车成,其年宗祀大礼始用之。...”