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。

首先我们来看它的轮子，也称足轮，如图。足轮上固定有一个齿轮，称为附轮，随足轮一起转动。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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