f****r
发帖数: 5118 | 1 自行车在近代才得到发明。这个机器如果放在宋代，做一个也未必是不可能吧 |
N***i
发帖数: 4104 | 2 中国古代能发明齿轮链条传动装置吗？恐怕皮带传动都够呛
还有，没有近代炼钢技术，实用自行车的框架材料会比较成问题。
【在 f****r 的大作中提到】
: 自行车在近代才得到发明。这个机器如果放在宋代，做一个也未必是不可能吧
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M****7
发帖数: 2334 | 3 http://www.baike.com/wiki/%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E5%8F%A4%E4%BB%A3%
中国古代齿轮
东汉初年（公元 1世纪）已有人字齿轮。三国时期出现的指南车和记里鼓车已采用齿轮
传动系统。晋代杜预发明的水转连磨就是通过齿轮将水轮的动力传递给石磨的。史书中
关于齿轮传动系统的最早记载，是对唐代一行、梁令瓒于 725年制造的水运浑仪的描述
。北宋时制造的水运仪象台（见中国古代计时器）运用了复杂的齿轮系统。明代茅元仪
著《武备志》（成书于1621年）记载了一种齿轮齿条传动装置.
http://210.60.224.4/ct/content/1997/00010325/0013.htm
中國齒輪始於何時？
考古工作中發現的齒輪
由考古中發現，古代之金屬齒輪共有三類。筆者認為，只有一類是真正的齒輪，其他二
類並非齒輪，而木質齒輪因易腐爛，至今未有發現。
已發表的金屬齒輪之分類
數十年來，相關書刊上曾介紹過許多中國古代的金屬「齒輪」出土的資料和圖片。對這
些資料和圖片，國內外著述中都曾引用，有些實物也在博物館中陳列。現在筆者試將這
些齒輪分為三類：
第一類所謂「齒輪」多為鑄鐵製作，僅永濟出土的兩個為銅製。齒數由16到50，如永濟
和鄭州出土的齒數就較多。外徑約50～80mm之間，厚度約20mm上下，這類「齒輪」的特
點是兩邊齒廓不對稱，一側齒廓與半徑方向大體一致，另一側則半徑方向夾角較大，因
此輪齒傾斜，齒廓曲線接近於直線（見圖一）。這類齒輪發現得比較多，如河北省保定
、磁縣和唐縣；河南省南陽、鎮平、鄭州、鶴壁和澠池；陝西省禮泉和山西省永濟等地
，都有這類齒輪出土。
第二類所謂「齒輪」，僅於1953年從陝西省長安紅慶村東漢墓中出土過兩個，材料為銅
質，外徑30mm，厚約10mm，每輪23個齒。從側面看齒呈人字形，齒廓接近於直線。從齒
的斷面觀察，齒槽較淺，齒形低矮，略成三角形。兩側齒廓基本對稱，與半徑方向之間
夾角較大。圖二就是這兩個齒輪的照片。
第三類齒輪僅於1954年在山西省永濟古代窖藏中發現過兩個。見圖三，材料為銅質，左
邊一個齒數為5，外徑約為30mm，厚度約11mm。右邊一個齒數為6，帶柄，外徑約21mm，
厚度約13mm。齒形瘦長，齒廓彎曲，兩邊大體對稱，齒廓曲線與半徑方向之間的夾角較
小。
長久以來，筆者較注意中國古代金屬齒輪，盡力收集已經發表的資料，更承蒙山西、陝
西和河南省博物館的支持，提供方便，使筆者得以較仔細地觀察並測繪了一部分古代齒
輪，並重點考察了幾處古代齒輪發現的現場，經彙總資料、反覆研究後認為：在以上三
類「齒輪」中，前兩類並非齒輪，唯第三類才是真正的齒輪。
論第一類「齒輪」實非齒輪，當為棘輪
理由是：其輪齒傾斜，有一側壓力角在30°～40°之間，有的甚至高達50°（如保定、
鎮平所出土），如令其傳動，動力性能惡劣，傳動效率低下，甚至會發生卡死，無法正
常工作。同時，齒槽狹小與之相嚙合的輪齒無法進入。兩側齒廓又近於直線，齒頂也很
尖，受力極易折斷，示如圖四。另外，齒輪傳動的重要目的，是用來實現變速，齒輪齒
數應有多有少，以獲得一定的傳動比，那麼，當出土同類齒輪數目較多時，齒輪齒數也
應有多有少，大小齒輪出土的概率應比較接近。而從目前出土的情況看，這一類「齒輪
」絕大多數為16齒，有些從當時生產下場遺址出土的這類「齒輪」，只有一種齒數，甚
至河北省幾處出土的這類「齒輪」，也都是同一種齒數。有些「齒輪」大小不同，而齒
數仍然相同，這或能說明這種零件並不用於傳動。
中國著名的科技史專家王振鐸教授，在1937年曾指出：這類零件並非用於傳動的齒輪，
而是用於實現間歇運動的棘輪。長期以來，王振鐸教授的看法似未引起學術界應有的重
視，在許多考古發掘報告和著述中，仍普遍將其稱為「齒輪」。順便提及，也有的將其
稱為棘齒輪、斜齒輪和圓錐齒輪，在概念上比較混亂；實際上，日本關西大學下間賴一
教授和中國的華覺明教授也都指出了這一點。
這種棘輪用於何處呢？王振鐸、華覺明兩位教授推測可能用於弩機上，而下間賴一教授
則認為用於紡織機或起重機械上，這些看法都很有價值，但都還有待今後加以證實。由
於齒輪和棘輪的工作原理、功用都不相同，他們分屬於性質不同的兩類機構，所以棘齒
輪的說法不夠明確，甚至將其稱為斜齒輪或圓錐齒輪，顯然是不正確的。
論第二類「齒輪」，亦非齒輪
理由如下：仔細觀察這種所謂「人字形齒輪」實物，可以看出各齒的高度和厚度、齒槽
的深淺都不均勻。兩輪齒形互不一致，無法嚙合。有的齒還不夠直，有些彎曲。同時，
齒廓略呈三角形，齒槽又淺，對方輪齒也無法進入，如令其嚙合，則齒廓壓力角很大，
無法正常工作。
另外，從發展過程看，應當是先有直齒輪，而後出現了斜齒輪以改善齒輪嚙合平穩性，
再後才出現了人字形齒輪以減少或消除斜齒輪所產生的軸向推力。而斜齒輪和人字形齒
輪的出現，都應是在出現高轉速、大功率的動力機械以後，才有這種需要。在中國古代
，並沒有這類高轉速、大功率的動力機械，也就不需要應用斜齒輪和人字齒輪。實際上
，至今也從未發現古代出現過斜齒輪。同時，人字形齒輪製作也更困難。因此，中國古
代尚不具備出現人字形齒輪的條件，這種零件也就不是人字形齒輪。
那麼，這種零件是什麼呢？筆者僅以觀察實物的印象而言，它們可能是某種手柄或飾物。
對前述第三類齒輪，宜做專門的討論。
齒輪出土情況的進一步調查和分析
齒輪出土的過程
如圖三齒輪的出土情況，以前曾有簡略介紹，我也曾赴現場做過調查，大致過程如下：
1954年秋季，一次黃河河水猛漲，山西省永濟縣薛家崖一帶緊臨黃河東岸，也遭洪水淹
沒，農民謝伯孝、謝純孝的棉花地因遭洪水沖擊，不斷塌陷河中。當時他們正站在黃河
水中設法搶救棉花地，忽見棉花地塌陷處有銅器暴露，有些銅器已隨泥土陷入河中。他
們立即進行挖掘和打撈，共得生活用品、兵器、車馬器、生產工具和機械零件等多種銅
器共四百多斤，不久，將其上交省文物部門。其中，即包括如圖三所示的兩個齒輪。從
情況推斷，出土場所當為古代窖藏。
這批銅器出土時十分緊迫，不可能從容挖掘，現場隨遭洪水淹沒，事後也無法做進一步
研究，所以，以後凡提及這兩個齒輪的資料就都很簡略，關於這兩個齒輪的年代說法也
都不夠肯定，互相也不一致，終未最後解決，此事放置達幾十年。
筆者三赴山西調查的情況
由於這兩個齒輪的重要性，所以我曾於近年先後三次赴晉調查，尤其希望能斷定這兩個
齒輪的年代與應用場合。在山西我得到了有關人員的熱情幫助。第二次還曾去永濟縣薛
家崖查尋出土現場，訪問謝純孝老人。第三次去山西，在太原會會同省博物館張副館長
，保管部胡主任等專家，再次共同鑑定這批銅器。可以判斷：在共存物中，自身有斷代
標誌的銅器，如車馬器、印章等為戰國之物；而工具等不易斷代，也可能是戰國的東西
；但是銅器中夾有西漢初年半兩錢一枚，則是公元前二世紀時遺物，其時間明顯晚於前
述有斷代標誌的銅器。發生這種情況，估計存在兩種可能性：一種可能窖藏確實是西漢
初年以後所存留；但也有可能這僅有的一枚半兩錢，只是在這批銅器出土以後偶然混入
其中的。因為在洪水沖刷的情況下匆忙打撈，撈出一枚半兩錢的可能性是很小的。我曾
就此詢問謝純孝老人，可惜因時間過久，謝老人已無法作出確切的回答，對這批銅器的
出土過程也就無法做更為詳細的調查了。
關於該兩齒輪的分析意見
根據情況判斷，目前只能說這種齒輪應當是戰國到西漢初年之間的東西，時間下限不晚
於公元前二世紀，這也就是中國在考古工作中發現的金屬齒輪出現的年代。
關於其應用場合，已無法從出土現場和共存物中找到線索，僅從該兩齒輪自身情況看，
因其尺寸較小、輪齒瘦長、強度不高，不大可能用於傳遞動力，只適於傳遞運動，再結
合當時中國機械的發展水準來看，有可能使用在天文儀器上，或用於其他一些較為精密
的自動機構上。例如，與之時間相近，東漢張衡曾創製水力驅動的天文儀器──渾天儀
。據劉仙洲教授推斷，其中採用了複雜的齒輪系統，內有數個小齒輪數。
中國古代齒輪的出現與應用
如前所述，考古工作中發現確為齒輪的實物其實很少，必須結合古籍的記載，再做進一
步的研究。
關於中國齒輪的出現
我國古籍中未見有關於齒輪出現的專門記載，但卻有關於應用齒輪的機械的記載。根據
《西京雜記》所載「司南車‧駕四‧中道」及「記道車‧駕四‧
中道」看，西漢時似已有指南車和記里鼓車。同時，許多古籍還記載東漢張衡「繼作」
指南車並首創渾天儀。在這些機械中，都有著很複雜的齒輪傳動系統，說明兩漢時中國
齒輪應用的水準已經相當高了，與前述考古發現的情況一致。
當然，關於《西京雜記》一書的可靠性，向有疑問。但是，將這些古籍記載與前述考古
發現用作互證，還是有價值的。
關於古代齒輪的應用
前已述及，按照齒輪功用，可分為傳遞動力與傳遞運動兩類。
傳遞動力齒輪：古代主要用於農業機械中，如利用風力、水力和畜力來抽水或加工糧食
等，亦可用來冶金鼓風。古籍所記都是木質，製作比較簡便。為保證強度，尺寸較大，
圖五就是一例。可看到這種齒輪的結構，略似現代針輪。這類齒輪在古代應用數量應較
大。
傳遞運動齒輪：如前述指南車、記里鼓車和天文儀器中的齒輪，即屬此類。尺寸大的用
木製，尺寸小的用金屬製作，通常用銅，因這類齒輪受力較小，不必十分牢固，但製作
應普遍較精，圖三所示兩齒輪就是這種情況。圖六為這類齒輪應用之一例。
任何發達的機器都應由：「原動機──傳動機構──工作機構」幾部分所組成。中國早
已應用了畜力，漢代時，水力和風力也已應用，這些動力所輸出運動的速度和方向不符
合工作機構的需要時，就必須應用機械傳動裝置，中國齒輪的出現與發展與這種情況也
是相適應的。
簡要的概括
總的看來：中國古代齒輪出現時，水準高，只是從目前所見考古中出土「齒輪」實物看
，情況複雜。經分析：僅其中兩件確為齒輪，時間不晚於公元前二世紀。這個情況與古
籍記載相符，也與中國古代機械發展水準相符。據此推斷：中國古代粗糙的木質齒輪出
現的時間會更早些，只是這個時間仍不夠具體。有些問題也還不夠清楚，有待今後繼續
探討。
陸敬嚴任教於上海市同濟大學機械系
參考資料
1.《宋書》‧南北朝‧沈約。
2.《晉書》‧唐‧房玄齡。
3.《宋史》‧元‧脫脫等。
4.《西京雜記》‧晉‧葛洪。
5.《南齊書》‧南朝‧梁‧蕭子顯。
6.劉仙洲，《中國機械工程發明史（第一編）》，科學出版社，1962年。
7.《中國古代冶金》，中國古代冶金編寫組，文物出版社，1978年。
http://www.cbgeartrans.com/forum.php?mod=viewthread&tid=13720
中国古代齿轮
据大量的出土文物和史书记载，证明我国是应用齿轮最早的国家之一。1956年
在河北武安午汲古城遗址中，发现了直径约80mm的铁齿轮，经研究确为战国末期到西汉
（公元前3世纪至公元24年）间的制品。1954年在山西永济县孽家崖出土的器物中，有
直径为25mm、40齿的青铜棘齿轮，经研究确定为秦代至西汉初年（公元前221年 - 公元
24年）遗物。1957年陕西长安县红庆村出土了一对直径为24mm、齿数都为24的青铜人字
齿轮，据分析系东汉初年（公元1世纪）遗物。东汉张衡（公元78一139年）制作的水运
浑象，以漏水为动力，通过齿轮系统，使浑象每日等速地绕轴旋转一周。三国时出现的
记里鼓车，已有一套减速齿轮系统。马钧所制成的指南车（公元235年），除有齿轮传
动外，还有离合装置，说明齿轮系已发展到相当程度。
史书中关于齿轮传动的最早记载，是《新唐书·天文志》僧一行，梁令理在唐
开元13年（公元725年）制造的水运挥仪的描述。《新仪象法要》详细记载了苏颂、韩
公廉等人几北宋元裕3年（公元1088年）制造的水运仪象台，该台规模巨大，已有了一
套比较复杂的齿轮传动系统。明代茅元仪著《武备志》（公元1621年）已记载了齿轮齿
条的传动装置。
【在 N***i 的大作中提到】
: 中国古代能发明齿轮链条传动装置吗？恐怕皮带传动都够呛
: 还有，没有近代炼钢技术，实用自行车的框架材料会比较成问题。
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l*****i
发帖数: 20533 | 4 齿轮和链条结构需要数学知识和标准化生产能力。放到宋朝，你能想象一个熟练制铜工
匠慢慢给你一节一节的手工造链条么？况且宋代也没有大马路。而稍有经验的，就会知
道在泥路/山路上骑自行车舒不舒服，哪怕用现代的带缓冲的山地车。 |
d*h
发帖数: 2347 | 5 早期的自行车没有链条传动，脚蹬是直接连在轮轴上的。
【在 N***i 的大作中提到】
: 中国古代能发明齿轮链条传动装置吗？恐怕皮带传动都够呛
: 还有，没有近代炼钢技术，实用自行车的框架材料会比较成问题。
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f****r
发帖数: 5118 | 6 大规模生产肯定不可能，但是给宋徽宗单独做一个，在开封市里，让他骑着找师师，技
术上应该可以实现的
【在 l*****i 的大作中提到】
: 齿轮和链条结构需要数学知识和标准化生产能力。放到宋朝，你能想象一个熟练制铜工
: 匠慢慢给你一节一节的手工造链条么？况且宋代也没有大马路。而稍有经验的，就会知
: 道在泥路/山路上骑自行车舒不舒服，哪怕用现代的带缓冲的山地车。
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k**o
发帖数: 15334 | 7 先让中国古人弄出来古罗马那种带悬挂，可转向的四轮马车再说吧。 |
m*****d
发帖数: 13718 | 8 宋徽宗表示木头轮子颠得蛋疼，找到师师也废了
【在 f****r 的大作中提到】
: 大规模生产肯定不可能，但是给宋徽宗单独做一个，在开封市里，让他骑着找师师，技
: 术上应该可以实现的
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a***e
发帖数: 27968 | 9 轮胎比较困难
轮箍很容易
【在 f****r 的大作中提到】
: 自行车在近代才得到发明。这个机器如果放在宋代，做一个也未必是不可能吧
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