指南车的发明
2013年07月25日
指南车，又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。
据说，指南车是黄帝最早发明的。《太平御览》卷十五引《志林》云：“黄帝与蚩尤战于涿鹿之野。蚩尤作大雾弥三日，军人皆惑。黄帝乃令风后法斗机作指南车，以别四方，遂擒蚩尤。”在晋崔豹的《古今注》卷上，也有相似的记载。遗憾的是，关于指南车的构造却没有留下具体的说明。
黄帝之后，指南车的制法失传了。到了西周初年，周公姬旦又重新发明了指南车，其动机是越裳氏（古代南海国名）使者来朝，但迷失了归去的路途，所以造指南车送使者归国，而周朝的送行使者也陪同越裳氏来使同行；周朝使者返国时，亦靠指南车指示回来的路途。晋崔豹《古今注》对此事有详细的记载，说明指南车是为中外友好交往而造。但周公所造指南车的构造如何，亦未留下任何记载。
东汉时期，伟大的科学家张衡也曾利用纯机械的结构，创造了指南车，可惜张衡造指南车的方法失传了。
到三国时期，人们只从传说上了解到指南车，但谁也没见过指南车是啥模样。当时，在魏国作给事中官的马钧对传说中的指南车极有兴趣，决心要把它重造出来。马钧在没有资料，没有模型的情况下，苦钻苦研，反复实验，没过多久，终于运用差动齿轮的构造原理，制成了指南车。三国马钧所造的指南车除用齿轮传动外，还有自动离合装置 ，是利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向。在特定条件下，车子转向时木人手臂仍指南。在技术上又胜记里鼓车一筹。 可是马钧的造法后来也失传了。
东晋安帝义熙十三年（417年），刘裕北伐进兵长安，后秦姚兴使令狐生制造指南车。北魏的郭善明也曾研发过，未成，扶风人马岳又造，垂成，善明鸩杀之。南朝的祖冲之又发明一次，《南齐书•祖冲之传》：“初，宋武平关中，得姚兴指南车，有外形而无机巧，每行，使人于内转之。升明中，太祖辅政，使冲之追修古法。冲之改造铜机，圆转不穷，而司方如一，马钧以来未有也。”
《宋史•舆服志》对指南车的机械结构，作了比较具体的记述，此车仅用为帝王出行的仪仗。宋、金两朝的燕肃与吴德仁等科学家都研制出指南车，《宋史·舆服志》详细地记载了燕肃和吴德仁所造指南车的结构和技术规范，成为世界史上最宝贵的工程学文献。
燕肃的指南车是一辆双轮独辕车，车上立一木人，伸臂指南。车中，除两个沿地面滚动的足轮(即车轮)外，尚有大小不同的7个齿轮。《宋史·舆服志》分别记载了这些齿轮的直径或圆周以及其中一些齿轮的齿距与齿数。由齿数、转动数，并保证木人指南的目的，可见古人掌握了关于齿轮匹配的力学知识和控制齿轮离合的方法。车轮转动，带动附于其上的垂直齿轮 (称“附轮”或“附立足子轮”) ，该附轮又使与其啮合的小平轮转动，小平轮带动中心大平轮。指南木人的立轴就装在大平轮中心。当车转弯时，车辕会自动控制车上的离合装置，即竹绳、滑轮(分别居于车左或车右的小轮) 和铁坠子，就可以控制大平轮的转动，从而使木人指向不变，
例如，当车向右转弯，则其前辕(车把的前端,人手拖车的地方)向右，后辕(车把的尾端,和前辕之间有钉子钉住,好像跷跷板一样)必向左。后辕连接两根竹绳，这两根竹绳分别绕过两个处与同一水平面上的滑轮（滑轮在左右小平轮之上），绑定在左右小平轮的轴上。此时后辕向左移动，通过竹绳和滑轮,把右小平轮拉起，从而与大平轮啮合，大平轮就随右小平轮而逆转。同时拉左小平轮的竹绳松弛，以致左小平轮受重力影响而下落，从而与大平轮脱离开（其实左右两个小平轮在车直走的时候都是出于大平轮下面，与大平轮分开，而现在的左小平轮距离大平轮更往下了）。这样一来，车往右转，左小平轮没用，右小平轮使大平轮向左转。由于各个齿轮匹配合理，车轮转向的弧度与大平轮逆转弧度相同，故木人指向不变。
其后，吴德仁鉴于燕肃所制的指南车不能转大弯，否则指向就失灵这一大缺点，重新设计制作指南车。吴德仁指南车基本原理与燕肃一致，只是在附设装置方面较为复杂。他的车分上下两层。上层除木人指南外，绕木人还有二只龟、四只鹤和四个童子。上层13个相互啮合的齿轮就是为它们设的。下层的齿轮装置与结构如前所述，是他发明了绳轮离合装置，以保证车转大弯也不影响木人指向。
1924年英国学者穆尔（Moule）发表了研究指南车的论文并根据《宋史》文献记载给出了具体的复原方案，接着又有很多国内外学者研究。1937年王振铎曾发表《指南车记里鼓车之考证及模制》，他改良穆尔的设计，并成功的制作出指南车模型。1971年王振铎根据史书记载，复制马钧的“黄帝指南车”成功。
指南车的创造标志着中国古代在齿轮传动和离合器的应用上已取得很大成就。英国科学家李约瑟博士在对指南车的差动齿轮作详细研究后指出：无论如何，指南车是人类历史上第一架有共协稳定的机械。当驾车人与车辆作为一个整体看待时，它就是第一部摹控机械。（大恩网综合）
