中國古代機械史

中國古代機械史，中國是世界上機械發展最早的國家之一。中國古代在機械方面有許多發明創造，在動力的利用和機械結構的設計上都有自己的特色。許多專用機械的設計和套用，如指南車、地動儀和被中香爐等（見彩圖），均有獨到之處，古代金屬冶鑄技術發明時間較早，且技術精湛。如商周青銅器樸質雄渾，春秋青銅器纖細精巧，形成了中國古代青銅器的獨特風格。已發現的中國最早的青銅器如甘肅東鄉馬家窯出土的銅刀，距今已有4800年左右。

基本介紹

• 中文名：中國古代機械史
• 類型：歷史

歷史沿革

春秋以前（公元前770年前）　

在中國大約40～50萬年前就已出現加工粗糙的刮削器、砍砸器和三棱形尖狀器等原始工具。4～5萬年前出現磨製技術，許多石器已比較光滑，刃部也較鋒利，並有單刃、雙刃、凸刃、凹刃和圓刃之分。28000年前出現弓箭，這是機械方面最早的一項發明。公元前8000～前2800年期間出現了陶輪（制陶用轉台）。農具大約出現在公元前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砂子磨削而成的孔。夏代以前和夏代，先後出現了無輻條的輇和各種有輻條的車輪。殷商和西周時已有相當精緻的兩輪車（見中國古代車輛）。獨木舟和筏等水上運輸工具早就相繼出現。新石器時代晚期，人們已能用石范和泥范鑄造簡陋的工具和武器。商殷時期，隨著手工業生產的發展和技術水平的提高，形成了燦爛的青銅文化。青銅冶鑄技術得到高度發展（見中國古代青銅冶鑄技術），青銅鑄件司母戊方鼎重達875千克，春秋時期的青銅鑄件曾侯乙尊盤已十分精細。

春秋至漢魏時期（公元前770～公元265）　

這一時期是中國古代機械開始較快發展的時期。春秋時期鐵器和生鐵冶鑄技術（見中國古代鑄鐵技術）開始出現。黑心可鍛鑄鐵、白心可鍛鑄鐵和鍛鋼的出現加速了由銅器向鐵器的過渡。春秋中期以後發明了失蠟鑄造法和低熔點合金鑄焊技術。戰國時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，並出現了壁厚3～5毫米的薄壁鑄鐵件。鑄鐵熱處理技術也有所發展。春秋時期出現弩，控制射擊的弩機已是比較靈巧的機械裝置。到漢代，弩機的加工精度和表面光潔度已達到相當高的水平。漢弩有1石至10石等八種規格，這些規格的形成表明機械製造標準在漢代已初步確立。弩機上留下了作工、鍛工、磨工等的名字（見弓和弩）。戰國時期流傳的《考工記》是現存最早的手工藝專著，其中記有車輪的製造工藝。對弓的彈力、箭的射速和飛行的穩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工具櫓。西漢時的被中香爐構造精巧，無論球體香爐如何滾動，其中心位置的半球形爐體都能經常保持水平狀態。陸上交通運輸工具不斷發展。1980年出土的秦始皇陵銅車馬代表了當時鑄造技術、金屬加工和組裝工藝的水平。

東漢以後出現了記里鼓車和指南車。記里鼓車有一套減速齒輪系，通過鼓鐲的音響分段報知里程。三國馬鈞所造的指南車除用齒輪傳動外，還有自動離合裝置，在技術上又勝記里鼓車一籌。自動離合裝置的發明，說明傳動機構齒輪系已發展到相當的程度。東漢時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性製成水運渾象，以漏水為動力通過齒輪系使渾象每天等速旋轉一周。

公元132年張衡創製了世界上第一台地震儀，即候風地動儀。漢代紡織技術和紡織機械也不斷發展，綾機已成為相當複雜的紡織機械。到三國時期，馬鈞將50綜（分組提放經線的綜片）50躡（踏具）和60綜60躡的綾機都改成50綜12躡和60綜12躡，提高了生產效率。

馬鈞還創製了新式提水機具翻車，能連續提水，效率高又十分省力。漢代的農具鐵犁已有犁壁，能起翻土和碎土的作用。漢武帝時趙過既已創製三腳耬，一天能播種一頃地。

兩晉至宋元時期(265～1368)　

在這一時期，大型銅鐵鑄件和大型機械結構陸續出現。

五代時鑄造的滄州鐵獅子重約40噸，宋代木結構水運儀象台高3丈5尺，寬2丈1尺（圖1）。唐宋時期機械製造已有較高水平。如西安出土的唐代銀盒，其內孔與外圓的不同心度很小，子母口配合嚴緊，刀痕細密，說明當時機械加工精度已達到新的水平。在運輸工具方面，人力和水力並用，在技術上有進一步發展。南朝齊祖沖之所造日行百里的所謂千里船和南朝梁侯景軍中的160槳快艇，都是人力推進的快速艦艇。南北朝時期出現了車船。唐代的李皋對車船的改進起了承前啟後的作用。水力機械也有新的進展，唐代已有筒車，從人力提水發展為水力提水。南宋末期又創造出先進的水轉大紡車。三熒、五熒(錠)手搖（圖2）紡車曾是當時世界上比較先進的人力紡紗機具。元代薛景石所著《梓人遺制》是木工名家總結親身經驗之作，並詳細記述了當時通行的紡織機具和車輛，以古代著名的木製機械技術專著而留世。這一時期天文和計時儀器發展迅速。北宋蘇頌和韓公廉等製成的木構水運儀象台，能用多種形式表現天體時空的運行。它由水力驅動，其中有一套擒縱機構（見中國古代計時器）。水運儀象台代表了當時機械製造的高度水平，是當時世界上先進的天文鐘。元代的滾柱軸承也屬當時世界上先進的機械裝置。

明清時期(1368～1840)　

明初的造船業已有很大進展。鄭和下西洋的船隊是世界上最大的船隊。鄭和所乘寶船長約137米，張12帆，舵桿長11米多，是古代最大的遠洋船舶。（見彩圖c）當時的機械製造主要仍靠手工操作。大者如千鈞錨（圖3），是靠人工先鍛成四爪，然後依次逐節鍛接。小者如制針用的冷拔鋼絲，也用手工製成。明代已有活塞風箱。它是宋元木風扇的進一步發展。風箱靠活塞推動和空氣壓力自動啟閉活門，成為金屬冶鑄的有效的鼓風設備。在明中葉或稍前，木帆船已能逆風行駛，並擁有全風向航行的能力。揚州立帆式風輪是將八扇縱帆等距裝置在八角形木架上，圍繞一個垂直軸旋轉，並能自動調節帆面角度。這是中國古代獨具特色的木船風帆的進一步發展和運用。長期以來，中國沿海一帶多利用它推動翻車，以提取海水曬制食鹽（見中國古代風帆）。機械技術的進步促進了學術研究。王徵於1627年編譯和出版了《遠西奇器圖說錄最》，介紹了西方機械工程的概況。來自西方的自鳴鐘表和水銃等也在一定範圍內得到流傳。1634～1637年宋應星編著和出版了《天工開物》，記錄了許多先進的工藝技術和科學創見。它反映出當時的農業和手工業的生產技術水平。記載了不少有關機械製造和產品性能的情況。內容涉及泥型鑄釜、失蠟法鑄造以及鑄錢等鑄造技術，還記述了千鈞錨和軟硬繡花針的製造方法、提花機和其他紡織機械以及車船等各種交通工具的性能和規格等。

《天工開物》被稱為中國17世紀的工藝百科全書。清乾隆年間宮廷造辦處曾製造大更鐘，它依靠懸錘的重力驅動，並增添了精確的報更機構，加工精緻，富有中國民族特色。明清兩朝中國鐘錶工匠創製了不少新奇的鐘表。當時的廣州、蘇州、南京、揚州等，成為有名的製造鐘錶的城市。

參考書目

劉仙洲編著：《中國機械工程發明史》第一編，科學出版社，北京，1962。　

杜石然、范楚玉等編著：《中國科學技術史稿》上、下冊、科學出版社，北京，1982。　

自然科學史研究所主編：《中國古代科技成就》，中國青年出版社，北京，1978。