本書提供一套獨(dú)特的方法,用于研究古中國專書之圖畫機(jī)構(gòu)與機(jī)器繪制不明確的問題,首先探討古機(jī)構(gòu)的歷史背景與構(gòu)造特性,并應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)法與失傳古機(jī)械復(fù)原設(shè)計(jì)法,系統(tǒng)化合成出所有符合當(dāng)代工藝技術(shù)水平的可行設(shè)計(jì),古中國弩(標(biāo)準(zhǔn)弩與連發(fā)弩)、紡織機(jī)構(gòu)(繅車、紡車、及織布機(jī))、及許多手工業(yè)機(jī)構(gòu)為例說明所提方法。此方法提供一個合理工具,進(jìn)行不確定構(gòu)造之古機(jī)構(gòu)復(fù)原設(shè)計(jì)的研究。此方法也提供古機(jī)械領(lǐng)域的學(xué)者一個創(chuàng)新方向,進(jìn)一步地從古文獻(xiàn)中判定圖畫機(jī)構(gòu)的原始構(gòu)造。
古中國有許多具有機(jī)械插圖的專書,記載了各種巧妙的發(fā)明及生產(chǎn)的技術(shù)。這些古書的豐富資料對后人了解古代的工藝技術(shù)水平具有重要的研究與參考價(jià)值。然而,古書上的機(jī)構(gòu)圖畫,常常會有不完整的文字?jǐn)⑹黾澳:磺宓膱D畫等狀況,有些圖畫只能約略反映機(jī)構(gòu)的構(gòu)造,而機(jī)構(gòu)的運(yùn)動傳遞過程卻不明確,這使得讀者很難借由古籍圖畫了解古代工藝技術(shù)的發(fā)展。
《古中國書籍插圖之機(jī)構(gòu)》提供一套獨(dú)特的方法,用于解決古中國專書的插圖機(jī)構(gòu)與機(jī)器繪制不明確的問題。首先探討古機(jī)構(gòu)的歷史背景與構(gòu)造特性,并應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)法與失傳古機(jī)械復(fù)原設(shè)計(jì)法,系統(tǒng)化地合成出所有符合當(dāng)代工藝技術(shù)水平的可行設(shè)計(jì),其次以古中國弩(標(biāo)準(zhǔn)弩與連發(fā)弩)、紡織機(jī)構(gòu)(繅車、紡車和織布機(jī))及許多手工業(yè)機(jī)構(gòu)為例說明所提供方法的應(yīng)用。此方法提供一個合理工具,進(jìn)行不確定構(gòu)造的古機(jī)構(gòu)復(fù)原設(shè)計(jì)的研究。此方法也提供給古機(jī)械領(lǐng)域的學(xué)者一個創(chuàng)新方向,進(jìn)一步地幫助學(xué)者從古文獻(xiàn)中判定插圖機(jī)構(gòu)的原始構(gòu)造。
總序
科學(xué)技術(shù)史是隨著近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展而興起的一門橫跨自然科學(xué)、工程技術(shù)與人文社會科學(xué)的基礎(chǔ)性交叉學(xué)科。作為一門學(xué)科,它興起于歐洲和美國,經(jīng)歷了百年左右的發(fā)展壯大過程。近三四十年來,國際科技史研究者不斷拓展研究視野,除了考釋科技知識本身的演進(jìn),還研究科學(xué)與技術(shù)的本質(zhì)和發(fā)展模式,追溯知識的創(chuàng)造與傳播,探索科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與社會、政治、經(jīng)濟(jì)、文化等的復(fù)雜關(guān)系及相關(guān)的科技發(fā)展戰(zhàn)略問題,從而對學(xué)術(shù)與社會產(chǎn)生更大影響。
中國的科技史研究興起于五四運(yùn)動前后,自20 世紀(jì)50 年代起開始建制化和職業(yè)化,并逐步形成自己的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)。20 世紀(jì)70 年代末以來,以中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所為代表的中國科技史界面向?qū)W術(shù)前沿與社會需求,著力進(jìn)行“從傳統(tǒng)到現(xiàn)代、從中國到世界”的領(lǐng)域拓展,開辟近現(xiàn)代科技史、傳統(tǒng)工藝與科技考古、科技發(fā)展戰(zhàn)略、科學(xué)文化、中外科技發(fā)展比較等應(yīng)用和交叉領(lǐng)域,更加注重探討新的學(xué)術(shù)問題,并積極借鑒其他學(xué)科的理論與方法,由此形成了越來越多的新論著。
半個多世紀(jì)以來,中國科技史學(xué)者取得了十分豐碩的研究成果,僅中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所就出版了數(shù)百部學(xué)術(shù)專著。然而,國內(nèi)科技史著述的出版仍然比較分散,迄今未能匯聚成一個長期累續(xù)的書系。
大象出版社長期支持科技史學(xué)術(shù)著作的出版,與自然科學(xué)史研究所進(jìn)行了非常富有成效的合作,曾設(shè)立專門的出版基金,出版了52 卷本《中國科學(xué)技術(shù)典籍通匯》、14 卷本《中國傳統(tǒng)工藝全集》和其他學(xué)術(shù)力作,有力促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)史研究及相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展與繁榮。如今,面對學(xué)科發(fā)展的新態(tài)勢,自然科學(xué)史研究所與大象出版社決定持續(xù)編選和出版“科技史學(xué)術(shù)論叢”,打造匯集、展示優(yōu)秀科技史學(xué)術(shù)成果的平臺。
“科技史學(xué)術(shù)論叢”以科學(xué)史、技術(shù)史、醫(yī)學(xué)史與農(nóng)學(xué)史等著作為主,兼收科技考古、科技哲學(xué)與科學(xué)社會學(xué)等相鄰學(xué)科的論著。自然科學(xué)史研究所與大象出版社邀請部分專家,聯(lián)合組成叢書編委會,以推薦和評議入選叢書的論著。叢書分為兩個系列:一是首次出版的學(xué)術(shù)專著或文集;二是值得推薦給國內(nèi)讀者的學(xué)術(shù)譯著。叢書突出學(xué)術(shù)價(jià)值,強(qiáng)調(diào)內(nèi)容需有新意,叢書的作者和譯者應(yīng)當(dāng)來自五湖四海,而不局限于自然科學(xué)史研究所的專家學(xué)者。我們歡迎專家學(xué)者們?yōu)閰矔暙I(xiàn)學(xué)術(shù)佳作。
中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所 張柏春
2013 年11 月15 日
顏鴻森,為美國普渡大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系博士,曾任美國紐約州立大學(xué)石溪分校副教授、成功大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系教授、臺灣科學(xué)工藝博物館館長及大葉大學(xué)校長等職。
第一章 緒言 1
第二章 具插圖機(jī)構(gòu)古書 7
第一節(jié) 王禎《農(nóng)書》 11
一、書籍內(nèi)容 11
二、歷史背景 12
第二節(jié) 茅元儀《武備志》 13
一、書籍內(nèi)容 13
二、 歷史背景 14
第三節(jié) 宋應(yīng)星《天工開物》 15
一、書籍內(nèi)容 16
二、歷史背景 16
第四節(jié) 徐光啟《農(nóng)政全書》 18
一、書籍內(nèi)容 18
二、歷史背景 19
第五節(jié) 鄂爾泰等人《欽定授時通考》 19
一、書籍內(nèi)容 20
二、歷史背景 21
第三章 機(jī)構(gòu)與機(jī)器 23
第一節(jié) 基本定義 23
第二節(jié) 機(jī)件 26
一、連桿 26
二、滑件 27
三、滾子 27
四、凸輪 27
五、齒輪 27
六、螺桿 28
七、皮帶、繩線和繩索 28
八、 鏈條 28
九 、彈簧 29
第三節(jié) 接頭 30
一、自由度 30
二、運(yùn)動方式 30
三、接觸方式 30
四、接頭類型 30
第四節(jié) 接頭表示法 33
第五節(jié) 機(jī)構(gòu)簡圖 35
第六節(jié) 機(jī)構(gòu)與一般化運(yùn)動鏈 37
第七節(jié) 拘束運(yùn)動 43
一、平面機(jī)構(gòu) 43
二、空間機(jī)構(gòu) 45
第八節(jié) 小結(jié) 47
第四章 古中國機(jī)械 49
第一節(jié) 歷史發(fā)展 49
一、舊石器時代到新石器時代 49
二、新石器時期到東周 50
三、東周到明朝 50
第二節(jié) 連桿機(jī)構(gòu) 51
一、桔槔 51
二、界尺 52
三、鉆孔機(jī) 53
四、蘇頌水運(yùn)儀象臺定時秤漏裝置 55
第三節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu) 57
第四節(jié) 齒輪機(jī)構(gòu) 60
一、水磨 61
二、水礱與畜力礱 62
三、牛轉(zhuǎn)翻車 63
第五節(jié) 繩索傳動 65
紡織機(jī)構(gòu) 66
第六節(jié) 鏈條傳動 66
一、翻車 68
二、井車 70
三、天梯 71
第七節(jié) 小結(jié) 73
第五章 復(fù)原設(shè)計(jì)法 75
第一節(jié) 古籍插圖機(jī)構(gòu)分類判定 75
第二節(jié) 不確定構(gòu)造之插圖機(jī)構(gòu)復(fù)原設(shè)計(jì)法 77
第三節(jié) 復(fù)原設(shè)計(jì)實(shí)例 82
一、實(shí)例1:水礱 82
二、實(shí)例2:鐵碾槽 83
三、實(shí)例3:揚(yáng)扇 84
第四節(jié) 小結(jié) 91
第六章 滾輪器械 93
第一節(jié) 農(nóng)田整地器械 93
第二節(jié) 收獲與運(yùn)輸器械 94
第三節(jié) 谷物加工器械 96
一、風(fēng)車扇 96
二、礳與水磨 97
三、小碾與滾石 98
第四節(jié) 汲水器械 99
一、刮車 99
二、筒車 100
三、龍尾 101
第五節(jié) 戰(zhàn)爭武器 102
一、偵察器械 102
二、攻堅(jiān)器械 102
三、防御器械 109
第六節(jié) 其他器械 111
一、活字板韻輪 112
二、木棉攪車 113
三、紴車 113
四、陶車 114
第七節(jié) 小結(jié) 115
第七章 連桿機(jī)構(gòu) 119
第一節(jié) 杠桿 119
一、踏碓與槽碓 119
二、鐁與桑夾 120
三、連枷 120
四、權(quán)衡 123
五、鶴飲 123
六、桔槔 124
第二節(jié) 抽水筒 126
一、虹吸 126
二、恒升 128
三、玉衡 129
第三節(jié) 谷物加工器械 130
一、石碾 130
二、牛碾 130
三、水碾 130
四、輥碾 130
五、礱 132
六、面羅 133
七、揚(yáng)扇 134
第四節(jié) 其他器械 134
一、風(fēng)箱 134
二、水排 136
三、水擊面羅 140
四、鐵碾槽 140
第五節(jié) 小結(jié) 140
第八章 齒輪與凸輪機(jī)構(gòu) 145
第一節(jié) 具齒輪農(nóng)業(yè)器械 145
一、榨蔗機(jī) 145
二、連磨 147
三、水磨與連二水磨 148
四、水轉(zhuǎn)連磨與水礱 149
第二節(jié) 具齒輪汲水器械 150
一、驢轉(zhuǎn)筒車 150
二、牛轉(zhuǎn)翻車 151
三、水轉(zhuǎn)翻車 152
四、風(fēng)轉(zhuǎn)翻車 152
第三節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu) 156
一、水碓 156
二、立輪式水排 157
第四節(jié) 小結(jié) 159
第九章 撓性傳動機(jī)構(gòu) 163
第一節(jié) 谷物加工器械 163
一、篩殼裝置 163
二、驢礱 164
第二節(jié) 汲水器械 165
一、轆轤 165
二、手動翻車 165
三、腳踏翻車 167
四、高轉(zhuǎn)筒車 167
五、水轉(zhuǎn)筒車 169
第三節(jié) 手工業(yè)器械 170
一、入水( 入井) 裝置 170
二、鑿井裝置 171
三、磨床裝置 172
四、榨油機(jī) 172
第四節(jié) 紡織器械 174
一、蟠車 175
二、絮車 175
三、趕棉車 176
四、彈棉裝置 178
五、手搖紡車與緯車 178
六、經(jīng)架 180
七、木棉床 181
第五節(jié) 小結(jié) 181
第十章 弩 185
第一節(jié) 歷史發(fā)展 185
第二節(jié) 構(gòu)造分析 189
第三節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)弩 190
第四節(jié) 楚國弩 195
第五節(jié) 諸葛弩 201
一、可動式箭匣 201
二、固定式箭匣 205
第六節(jié) 小結(jié) 208
第十一章 復(fù)雜紡織機(jī)械 211
第一節(jié) 繅車 211
第二節(jié) 紡車 223
一、腳踏紡車 223
二、皮帶傳動紡車 230
第三節(jié) 斜織機(jī) 234
第四節(jié) 提花機(jī) 248
第五節(jié) 小結(jié) 263
附錄 符號 265