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古代常用轮轴机械的发明

(2014-05-24 05:53:01)
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杂谈

  轮轴,是由“轮”和“轴”组成的系统。该系统能绕共轴线旋转,相当于以轴心为支点,半径为杆的杠杆系统。所以,轮轴能够改变扭力的力矩,从而达到改变扭力的大小。

  车门把手,方向盘和推车,辘轳、绞盘、石磨、汽车的驾驶盘、手摇卷扬机、自来水龙头的扭柄等都是轮轴类机械。原理是:轮轴是固定在同一根轴上的两个半径不同的轮子构成的杠杆类简单机械。半径较大者是轮,半径较小的是轴。从形式上看是圆盘,但从实质上看起来只有它们的直径或半径起力学作用。用R表示轮半径,也就是动力臂;r表示轴半径,也就是阻力臂;O表示支点。当轮轴在作匀速转动时,动力×轮半径=阻力×轴半径,所以轮和轴的半径相差越大则越省力。上式动力用F表示,阻力用W表示,则可写成FR=Wr 。轮轴的实质是可以连续旋转杠杆.使用轮轴时,一般情况下作用在轮上的力和轴上的力的作用线都与轮和轴相切,因此,它们的力臂就是对应的轮半径和轴半径.由于轮半径总大于轴半径,因此当动力作用于轮时,轮轴为省力费距离杠杆,例如:有自行车脚踏与轮盘(大齿轮)是省力轮轴.当动力作用于轴上时,轮轴为费力省距离杠杆,例如:自行车后轮与轮上的飞盘(小齿轮)、吊扇的扇叶和轴都是费力轮轴的应用。

  辘轳是古代的起重机械,是绞车的一种类型。常用于从井中汲水的称为辘轳或

井辘轳。辘轳在春秋战国时代已用于从竖井中提升铜矿石。1974年在湖北铜绿山春秋战国古铜矿遗址发掘中发现木制辘轳轴两根,其中一根全长2500毫米,直径260毫米,经判定为用于提升铜矿石的起重辘轳的残件。起重辘轳的早期记载见于南朝宋刘义庆著《世说新语》。书中记述了三国魏明帝(227~239)在建筑凌霄观时,误将尚未题字的匾先钉在高处,“乃笼盛韦诞,辘轳长縆(粗绳)引上”,使书法家韦诞能在离地25丈的匾上写字。

  绞车一词,最早见于《晋书》,石崇在东晋永和三年(347)发掘赵简子墓时挖及泉水,“作绞车以皮囊汲之”。北宋曾公亮著《武经总要》(成书于1044年)载绞车图,并说“绞车,合大木为床,……力可挽二千斤”。

  井辘轳应用的较早记载见于南唐李璟(916~961)《应天长》词:“柳堤芳草径,梦断辘轳金井。”元代王桢著《农书》(成书于1313年)和明代宋应星著《天工开物》(成书于1634年)都有井辘轳图。

  《农书》还记述了一种复式辘轳:绕在轴筒上的绳子两端各系一个容器,“顺逆交转,所悬之器虚者下,盈者上,更相上下,次第不辍,见功甚速。”这就省去空容器的行程时间;同时,空容器的重量也起一定的平衡作用。

 石磨,从战国到西汉为早期,这一时期的磨齿以洼坑为主流,坑的形状有长方形、圆形、三角形、枣核形等,且形状多样极不规则;东汉到三国为中期,这时期是磨齿多样化发展时期,磨齿的形状为辐射型分区斜线型,有四区、六区、八区型;晚期是从西晋至隋唐(至今),这一时期是石磨发展成熟阶段,磨齿主流为八区斜线型,也有十区斜线型石磨。

  磨有用人力的、畜力的和水力的。用水力作为动力的磨,大约在晋代就发明了。水磨的动力部分是一个卧式水轮,在轮的立轴上安装磨的上扇,流水冲动水轮带动磨转动,这种磨适合于安装在水的冲力比较大的地方。假如水的冲力比较小,但是水量比较大,可以安装另外一种形式的水磨:动力机械是一个立轮,在轮轴上安装一个齿轮,和磨轴下部平装的一个齿轮相衔接。水轮的转动是通过齿轮使磨转动的。这两种形式的水磨,构造比较简单,应用很广。

  当历史发展到二十世纪七十年代,人们巧妙地将古老技术和现代化元素结合起来,创造出了用电动机驱动的石磨,包括两种样式的石磨,即片式石磨和辊式石磨。片式石磨的研磨部分分固定和转动两部分,成卧式结构,固定部分是在一长方形石头的一个长侧面上开出一个与转动部分相吻合的二分之一圆柱槽,转动部分制成圆柱体,中间凿孔穿入传动轴,半圆石槽和转动圆柱相互接触区表面刻有类似古老石磨的花纹,加上相应的遮挡传动部分形成了古新结合的产物;辊式石磨的研磨部分是辊式的圆柱体岩石,形状如同钢磨的磨辊,表面刻有类似古老石磨的花纹。

  运钧亦作“ 运均 ”。 陶瓷工人制作陶瓷器时所用的转轮。它也是采用轮轴原理工作的。《管子·七法》记载:“不明於则,而欲出号令,犹立朝夕於运均之上,檐竿而欲定其末。” 尹知章 注:“均,陶者之轮也。”《墨子·非命上》记载:“言而毋仪,譬犹运钧之上而立朝夕者也。” 明 杨慎 《丹铅续录·月表》记载:“运钧,泥工圆转之器也。”其它还有古代的纺车等。

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