指南车

復原模型
三才圖會的描述

指南车,又稱司南車,是一种用差速器来辨认方向的仪器,傳說中指南車乃是由軒轅黃帝[1]周公[2]發明。史書又记载了三國時魏國馬鈞制作司南車[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”。青龍三年(235年)曹魏马钧創造指南車,而此指南车是采用齒輪的原理製作,並沒有使用磁極,與司南羅盤完全不同。東晉安帝義熙十三年(417年),劉裕北伐進兵長安,後秦姚興使令狐生製造指南車。[4]北魏的郭善明也曾研發過,未成,扶風人馬嶽又造,垂成,善明鴆殺之。南朝的祖沖之又發明一次,“昇明中,太祖輔政,使沖之追修古法。沖之改造銅機,圓轉不窮,而司方如一,馬鈞以來未有也。”當時北方人索馭驎也號稱能造指南車,但“颇有差僻,乃毁焚之”。[5]宋史·輿服誌》對指南車的機械結構,作了比較具體的記述[6],此車僅用為帝王出行的儀仗。金朝的燕肅於天圣五年(1027年)造指南車,車上立一木人,伸臂指南,能自動離合,“……至国朝,不闻得其制”,大观元年(1107年)吳德仁改良了燕肅指南車,但之後又失傳了。

1924年英國學者穆爾(Moule)發表了研究指南車的論文並根據《宋史》文獻記載給出了具體的復原方案,接著又有很多國內外學者研究。1937年王振鐸曾發表《指南車記里鼓車之考證及模制》,他改良穆爾的設計,並成功的製作出指南車模型。1971年王振铎根据史书记载,複製马钧的“黄帝指南车”成功。

指南車發明人
年代朝代·發明人成果
?年傳說時代·黃帝無法證實
?年西周·周公無法證實
?年漢·張衡成功
235年曹魏·馬鈞成功
333年後趙·魏猛、解飛成功
417年後秦·令狐生成功
?年後魏·郭善明
424年後魏·馬岳
477年劉宋·祖沖之[7]成功
1107年劉宋·索馭驎成功
616年唐·楊務廉
808年唐·金公立成功
1027年宋·燕肅[8]成功
1107年宋·吳德仁[8]成功

指南车的原理

國立自然科學博物館復原的指南車齒輪組。

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。