指南车据说皇帝时候就有了。崔豹《古今注》卷上:“作司南车以示四方……”后来,有历史记载的张衡、马均、祖冲之等人都造出了指南车。黄帝时期的指南车是什么样子的,没有留下记载。后来所造的指南车都“追修古法”(《南齐书·祖沖之传》),可是否跟黄帝时候的司南车原理一致,没有详细的记载不好下结论。历代所造的指南车也都没有留下图纸。我们现在所说的指南车原理,都是自己想当然的设计。万百五老师说指南车是采用扰动补偿原理的方向开环自动调整系统,网络上不知名作者说“指南车使用了差动齿轮装置”都是根据记载想象出来的。没有切实的依据的。
虽然如此,现代人不管根据什么原理,所复原的指南车,都有以下特征:
1、蓄力拖动
2、车轮转动,车轮将转动的角度传给指南机构
3、齿轮传动
4、机械制造
那么,所有这种原理的指南车存在如下问题:
1、指南车在行进过程中,不可避免的存在地面摩擦与轮轴传动摩擦的矛盾。如果轮轴等一系列传动摩擦大于车轮与地面摩擦的时候,就可能发生车轮停止转动的情况。如果某一段地面较为光滑,就会发生指南车方向错误。
黄帝时期,即使算是青铜时代,克服传动摩擦的水平也不会很高,所以在黄帝时期,这种原理的指南车不会太可靠。何况中国传统上讲,轮毂轴承一般都采用木制,摩擦力很大。方向误差会更大。
而汉朝张衡以后,金属制造工艺发展,这种原理的指南车会较为可靠。
2、马车带动指南车在野外快速行走的时候,会产生较大颠簸,一旦车轮一侧腾空,车轮旋转虽有惯性,但是还会使得该侧车轮变慢甚至停转。不管变慢还是停转,都会使得指向误差产生。
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虽然如此,现代人不管根据什么原理,所复原的指南车,都有以下特征:
1、蓄力拖动
2、车轮转动,车轮将转动的角度传给指南机构
3、齿轮传动
4、机械制造
那么,所有这种原理的指南车存在如下问题:
1、指南车在行进过程中,不可避免的存在地面摩擦与轮轴传动摩擦的矛盾。如果轮轴等一系列传动摩擦大于车轮与地面摩擦的时候,就可能发生车轮停止转动的情况。如果某一段地面较为光滑,就会发生指南车方向错误。
黄帝时期,即使算是青铜时代,克服传动摩擦的水平也不会很高,所以在黄帝时期,这种原理的指南车不会太可靠。何况中国传统上讲,轮毂轴承一般都采用木制,摩擦力很大。方向误差会更大。
而汉朝张衡以后,金属制造工艺发展,这种原理的指南车会较为可靠。
2、马车带动指南车在野外快速行走的时候,会产生较大颠簸,一旦车轮一侧腾空,车轮旋转虽有惯性,但是还会使得该侧车轮变慢甚至停转。不管变慢还是停转,都会使得指向误差产生。