宋代差动轮系指南车可以运载万斤重物？驱动技巧与稳定性是否可靠

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机械差动指南车，也称乘器车，是古代中国一种重要的机械装置，其主要用途是运输大型建筑材料或重物。

指南车主要由车体、车辆传动系统和导向机构等组成，其中关键部件是差动机构，它可以使车轮产生差速运动，保持两个车轮的转速不同，从而平稳地穿越极端起伏的山路或坑洼道路。

差动轮系是相对定轴轮系而言的，定轴轮系是指齿轮系统中所有齿轮的轴都与机架固接，它们之间没有相对运动；而差动轮系是指齿轮系统中有的轴相对机架回转。差动轮系的活动度即指有两个原动件，对指南车而言，它能将两个车轮的独立运动合成为木仙人的动作，使其可以正确地指示方向。

由此看来，差动轮系指南车的定向明显比定轴轮系准确得多，操作也简便，这些优点就是很多研究者力主差动轮系指南车的原因。

差动轮系指南车的起源

1924年前后，学术界出现了有关差动轮系的设想，1924年，英国学者摩尔(A.C.Moule)在《通报》上载文“中国之指南车”。

英国学者戴克斯(K.T.Dykes)读了该文后认为摩尔提出的定轴轮系指南车操纵缓慢、繁难，定向也不准确，只有差动轮系指南车才可弥补上述缺陷，的确这些都是定轴轮系指南车致命的弱点，主张差动轮系的学者几乎都指出定轴轮系的缺点。

然而，戴克斯在文中也客观地表示，还没有证据证实存在差动轮系指南车，1947年，英国学者兰基思特 (G.Lanchsten) 推断并制成差动轮系指南车模型，此模型现存于伦敦的大英博物馆中。

兰基思特认为中国史料多不可信，因为实战中如果指南车定向不准，将带来巨大危险，于是，他撇开史料来解决指南车的机械系统原理， 并断定指南车应采用差动轮系。

事实上，兰基思特制作的传动系统为定轴轮系及差动轮系共同组成的混合轮系，现仍按习惯称其为差动轮系指南车。

其差动轮系的活动度W= 2, 可以从两个车轮输入不同的运动，两个中心轮将两种独立的运动通过行星轮合成为一种运动，进而带动木仙人运动。

兰基思特并未明确复原品是何朝代的指南车，其结构与古籍记载并无明显矛盾，由于无法知道除宋代外的指南车的内部结构。

所以既不能肯定其属于哪一朝，也无法肯定其不属于哪一朝，古籍所说“司方无误”, 唯差动轮系指南车才可以做到这一点。

差动轮系轮指南车的发展

之后，多种差动轮系指南车的传动系统推想图相继被提出，近年来，持指南车的传动系统是差动轮系观点的学者似乎更多了。

他们所提出的传动系统似大同小异，在1981年，卢志明在《四川大学学报》上发表了“中国指南车的分析”,文中给出差动轮系指南车的三种设计方案，并制作了模型。

1982年，颜志仁制成差动轮系指南车模型，1989年，日本学者两角宗晴和岸佐年也制成了差动轮系指南车模型，并在日本《机械的研究》上阐述了他们的观点。

斯里斯维克曾提出，宋代吴德仁指南车的传动系统应是差动轮系，他与兰基思特的研究方法不同，他根据《宋史》记载推断出齿轮是13个，且左右对称，这个推断与 《宋史》中关于吴德仁指南车中的记载相符。

在指南车研究中，笔者对其中指南车模型一事记忆犹新，在20世纪80年代，笔者还是一名年轻的晚辈，王振铎先生曾给予笔者极大的教益。

在一次看望先生时，笔者向他提出，先生关于指南车的论述中，有时措辞不够严密、贴切，易让人产生误解，已导致先生的复原品被误认为是差动轮系指南车。

其实王先生的复原品有确切的依据，复原的是定轴轮系指南车，与差动轮系毫无关系，先生听后表示他完全赞同笔者的意见，并称这是他一生中犯下的最大错误。

最后对指南车的复原研究，定轴轮系指南车确有根据，需要进一步提出轮系实现自动离合的方法，并克服操作繁琐、定向误差较大的弊病。

而对差动轮系指南车，则要努力寻找依据， 一方面应明确从古籍到考古均无差动轮系指南车的依据，甚至中国古代是否有过差动轮系也无直接证据。

另一方面也要看到差动轮系指南车确实操作简便、定向正确，较定轴轮系指南车更合理、更先进，尽管无法证明历史上存在差动轮系指南车，但也无法证明其不存在，需要进一步深入研究。

应充分借鉴中国历史博物馆和大英博物馆的研究特长，即采纳中国历史博物馆指南车复原模型的外形和大英博物馆指南车复原模型的内部结构，制造出外形华贵、符合帝王使用、操作简便、定向正确的指南车。

当然这不是指南车研究的终点，而是复原研究指南车在目前水平下的较好结果。

差动轮系轮指南车的发展标志着古代导航技术的进步和创新，通过差动齿轮机构的应用，它使得导航更加准确和可靠。

此外，差动轮系轮指南车的发展还催生了许多支持其运作和使用的技术和工具，例如，人们发明了复杂的制造技术和材料，如精密铸造、钢铁和贵重金属的应用等。

以支持差动齿轮机构的特殊制造过程，人们还开发了各种测试和校准装置，如标准化度量标准、测试仪器等，以确保差动轮指南车的性能和准确性符合需求。

人们甚至利用差动轮系轮指南车的原理和特性，开发了信仰用具和玩具，如星宿仪、翻译儒风车等。

在宋代时期，差动轮系轮指南车经历了一些进一步的发展和改进，以满足不断变化的导航需求。

对差动齿轮的制造工艺进行了改进，他们采用更精确的铸造和强化材料的使用，使得差动齿轮的耐久性和传动效率有所提高，然而这些改进使得差动轮系轮指南车能够承受更大的扭矩和轴向载荷，同时保持更高的精度和可靠性。

由于差动轮系轮指南车的导航精度也是要有所改变，一些工匠和学者开始研究和应用更精确的几何学原理和数学模型，通过优化差动齿轮的形状和比例，以及改进传动机构的设计，能够减少误差和摆动，导航的指示更加准确。

渐渐地交通和贸易的发展也随之开来，人们开始将差动轮系轮指南车应用于更多的层面，这些应用要求差动轮系轮指南车在不同环境和场合下运行和导航，因此人们对其进行了更多的改进和适应性设计。

总之，差动轮系轮指南车在中国历史上扮演了重要角色，其设计和制造的复杂性、准确性和科技含量不仅挑战了古代工程师和手工艺人的智力和技能，也为现代车辆、船舶、航空等诸多领域的机械原理提供了基础和灵感。