指南车
指南车，又称司南车，是一种用差速器来辨认方向的仪器，传说中指南车乃是由轩辕黄帝[1]或周公[2]发明。史书又记载了三国时魏国马钧制作司南车[3]。车上有一小人，其手指的方向即为北方。
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最早在《西京杂记》记载有：“司南车，驾四，中道”。青龙三年（235年）曹魏人马钧创造指南车，而此指南车是采用齿轮的原理制作，并没有使用磁极，与司南、罗盘完全不同。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。[4]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，“昇明中，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。”当时北方人索驭𬴊也号称能造指南车，但“颇有差僻，乃毁焚之”。[5]《宋史·舆服志》对指南车的机械结构，作了比较具体的记述[6]，此车仅用为帝王出行的仪仗。金朝的燕肃于天圣五年（1027年）造指南车，车上立一木人，伸臂指南，能自动离合，“……至国朝，不闻得其制”，大观元年（1107年）吴德仁改良了燕肃指南车，但之后又失传了。
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。
| 指南车发明人 | |||
|---|---|---|---|
| 年代 | 朝代·发明人 | 成果 | |
| ？年 | 传说时代·黄帝 | 无法证实 | |
| ？年 | 西周·周公 | 无法证实 | |
| ？年 | 汉·张衡 | 成功 | |
| 235年 | 曹魏·马钧 | 成功 | |
| 333年 | 后赵·魏猛、解飞 | 成功 | |
| 417年 | 后秦·令狐生 | 成功 | |
| ？年 | 后魏·郭善明 | ||
| 424年 | 后魏·马岳 | ||
| 477年 | 刘宋·祖冲之[7] | 成功 | |
| 1107年 | 刘宋·索驭𬴊 | 成功 | |
| 616年 | 唐·杨务廉 | ||
| 808年 | 唐·金公立 | 成功 | |
| 1027年 | 宋·燕肃[8] | 成功 | |
| 1107年 | 宋·吴德仁[8] | 成功 | |
指南车的原理
指南车使用了差动齿轮装置，或者称加法机构、差速器。其原理是当车辆直线行驶时左右两车轮转动角速度相等。差动机构没有输出。车辆转弯时两侧车轮角速度不相等，这时差动机构输出这个差值，驱动指示机构。
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注释
- ^ 见《古今注》，卷上舆服第一原文：“大驾指南车，起黄帝与蚩尤战于涿鹿之野。蚩尤作大雾，兵士皆迷，于是作指南车，以示四方，遂擒蚩尤，而即帝位。故后常建焉。旧说周公所作也。周公治致太平，越裳氏重译来贡白雉一，黑雉二，象牙一，使者迷其归路，周公锡以文锦二匹，軿车五乘，皆为司南之制，使越裳氏载之以南。缘扶南林邑海际，期年而至其国。使大夫宴将送至国而还，亦乘司南而背其所指，亦期年而还至。始制车辖轊皆以铁，还至，铁亦销尽，以属巾车氏收而载之，常为先导，示服远人而正四。方车法具在《尚方故事》。汉末丧乱，其法中绝，马先生绍而作焉。今指南车，马先生之遗法也。”《太平御览》卷十五引《志林》：“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。”
- ^ 《尚书大传·归禾》：“交趾之南，有越裳国。周公居慑六年，制礼作乐，天下和平，越裳以三象重九译而献白雉曰：道路悠远，山川阻深恐使之不通，故九译而朝。”《古今注》：“周公致太平，越裳氏重译来献，使者迷其归路，周公赐軿车五乘，皆为司南（车）之制。” 《太平御览》卷七七五引《鬼谷子》：“肃慎氏献白雉于文王。还，恐迷路问，周公因作指南车以送之。”
- ^ 《三国志·魏书》卷二十九
- ^ 《宋书》卷十八《礼志五》：“明帝青龙中，令博士马钧更造之而车成。晋乱复亡。石虎使解飞，姚兴使令狐生又造焉。安帝义熙十三年，宋武帝平长安，始得此车。其制如鼓车，设木人于车上，举手指南。车虽回转，所指不移。”
- ^ 《南齐书·祖冲之传》
- ^ 见《宋史》志第102舆服一，原文：“……指南车，一曰司南车。赤质，两箱画青龙、白虎，四面画花鸟，重台，勾阑，镂拱，四角垂香囊。上有仙人，车虽转而手常南指。一辕。凤首，驾四马。驾士旧十八人，太宗雍熙四年，增为三十人。……用独辕车，车箱外笼上有重构，立木仙人于上，引臂南指。用大小轮九，合齿一百二十。足轮二，高六尺，围一丈八尺。附足立子轮二，径二尺四寸，围七尺二寸，出齿各二十四，齿间相去三寸。辕端横木下立小轮二，其径三寸，铁轴贯之。左小平轮一，其径一尺二寸，出齿十二；右小平轮一，其径一尺二寸，出齿十二。中心大平轮一，其径四尺八寸，围一丈四尺四寸，出齿四十八，齿间相去三寸。中立贯心轴一，高八尺，径三寸。上刻木为仙人，其车行，木人指南。若折而东，推辕右旋，附右足子轮顺转十二齿，击右小平轮一匝，触中心大平轮左旋四分之一，转十二齿，车东行，木人交而南指。若折而西，推辕左旋，附左足子轮随轮顺转十二齿，击左小平轮一匝，触中心大平轮右转四分之一，转十二齿，车正西行，木人交而南指。若欲北行，或东，或西，转亦如之。诏以其法下有司制之。大观元年，内侍省吴德仁又献指南车、记里鼓车之制，二车成，其年宗祀大礼始用之。其指南车身一丈一尺一寸五分，阔九尺五寸，深一丈九寸，车轮直径五尺七寸，车辕一丈五寸。车箱上下为两层，中设屏风，上安仙人一执仗，左右龟鹤各一，童子四各执缨立四角，上设关戾。卧轮一十三，各径一尺八寸五分，围五尺五寸五分，出齿三十二，齿间相去一寸八分。中心轮轴随屏风贯下，下有轮一十三，中至大平轮。其轮径三尺八寸，围一丈一尺四寸，出齿一百，齿间相去一寸二分五厘，通上左右起落。二小平轮，各有铁坠子一，皆径一尺一寸，围三尺三寸，出齿一十七，齿间相去一寸九分。又左右附轮各一，径一尺五寸五分，围四尺六寸五分，出齿二十四，齿间相去二寸一分。左右叠轮各二，下轮各径二尺一寸，围六尺三寸，出齿三十二，齿间相去二寸一分；上轮各径一尺二寸，围三尺六寸，出齿三十二，齿间相去一寸一分。左右车脚上各立轮一，径二尺二寸，围六尺六寸，出齿三十二，齿间相去二寸二分五厘。左右后辕各小轮一，无齿，系竹䉡并索在左右轴上，遇右转使右辕小轮触落右轮，若左转使左辕小轮触落左轮。行则仙童交而指南。车驾赤马二，铜面，插羽，鞶缨，攀胸铃拂，绯绢屉，锦包尾。……”
- ^ 见《宋书》志第八礼五，原文：“……指南车，其始周公所作，以送荒外远使。地域平漫，迷于东西，造立此车，使常知南北。……范阳人祖冲之，有巧思，常谓宜更构造。宋顺帝升明末，齐王为相，命造之焉。车成，使抚军丹阳尹王僧虔、御史中丞刘休试之。其制甚精，百屈千回，未尝移变。……”
- ^ 8.0 8.1 见《宋史》，志第102舆服一，原文：“...指南车，一曰司南车。...仁宗天圣五年，工部郎中燕肃始造指南车，肃上奏曰：黄帝与蚩尤战于涿鹿之野，蚩尤起大雾，军士不知所向，帝遂作指南车。周成王时，越裳氏重译来献，使者惑失道，周公赐軿车以指南。其后，法俱亡。汉张 衡、魏马钧继作之，属世乱离，其器不存。宋武帝平长安，尝为此车，而制不精。祖冲之亦复造之。后魏太武帝使郭善明造，弥年不就，命扶风马岳造，垂成而为善 明鸩死，其法遂绝。唐元和中，典作官金公立以其车及记里鼓上之，宪宗阅于麟德殿，以备法驾，历五代至国朝，不闻得其制者，今创意成之。大观元年，内侍省吴德仁又献指南车、记里鼓车之制，二车成，其年宗祀大礼始用之。...”