水运仪象台的机械分析摘要：建成于中国宋代的大型天文仪器水运仪象台，堪称中国古代科学技术成就 的代表作这台仪器无论从规模还是精密程度，都达到了令人叹为观止的水平 其机械结构包括动力系统、传动系统、执行系统和辅助控制系统等，兼具天文观 测、天象演示和报时机构的功能，代表了中国古代机械综合设计的最高成就本 文根据历史文献的记载，对水运仪象台复杂的机械结构进行了初步分析 关键词:水运仪象台，机械构造，传动系统Abstract ：The great astronomical instrument built in Song Dynasty of China, the Astronomic Clock Tower is thought as the representative work of ancient science and technology. It's mechanical construction consists of motive system, transmission system, performed system and auxiliary controlled system, which combined the armillary sphere, celestial globe and chronometer.It was the greatest achievement of mechanical synthetic design in ancient China as well as the most outstanding mechanical synthetic design at that time ofthe world before the introduction of Western Learning to China. This paper analyses {ts complicate mechanical structure. Key Words: AstronomicaI Clock Tower ， mechanical construction ， transmission system.1.1动力系统水运仪象台做为一个完整的机械体系，涉及零部件超过400个，零部件名称 达90个左右，构成8个功能组件。
它包含有如下四个相互关联的主要系统：动 力系统、传动系统、执行系统和辅助控制系统将这四个系统巧妙结合在一起, 体现出了宋代机械专家的高超的机械综合设计水平水運儀彖台之結構圖——渾儀傳動系統打水系統图1-1水运仪象台结构示意图報吧裝E水运仪象台的动力系统主要由枢轮、升水下壶、升水上壶、升水下轮、升水 上轮、河车、天河、天池、平水壶和受水壶等组成水运仪象台的动力来源是水，水在系统中不停地循环，以实现水运仪象台的 运转河车的轮上布有16个向外辐射的拨牙，北面安装有8个手柄升水上轮 的周边装有16个水斗，升水下轮的周边上装有8个水斗升水上轮与河车共同 固定在同一根主轴上，用手旋转河车手柄.河车转动起来，河车上的拨牙拨动升 水下轮，使升水下轮转动，升水下轮的水斗从升水下壶中盛水，转至顶部时水斗 中的水便倒入升水上壶中：升水上轮随河车而转动，其水斗在轮下部时从升水上 壶中盛水，转至顶部时水斗中的水便倒入天河中，再流入天池天池水通过渴乌 注入平水壶，再从平水壶中通过渴乌注入枢轮受水壶在动力系统中，使水循环 所用的升水上轮和升水下轮是一个两级提水装置，这一装置利用了灌溉筒车的升 水原理枢轮是动力系统中的主要部件．轮辋上夹带着 36 个受水壶。
当受水壶中的 水达到一定重量时，就触发控制枢轮转动的一系列控制系统，使枢轮产生间歇式 转动，而枢轴则将此转动通过地毂传给天柱，再通过传动系统将运动传给工作机1.2传动系统根据《新仪象法要》的记载，水运仪象台的主传动系统有两种不同的设计, 一种是齿轮系传动，本文称之为天柱传动系统；另一种是链轮传动和齿轮系传动 的混合传动•本文称之为天梯传动系统1・2・1天柱传动系统夭轮一-机轮柚图1-2天柱传动系统图如图1-2所示，天柱传动系统包括两套主要传动子系统，通过这两套子系统, 将动力分别传给三个执行系统第一套传动子系统由地毂、天柱机构、天毂机构 和天运环组成天柱机构包括天柱、固定在天柱轴上的天柱下轮、天柱中轮和天 柱上轮天毂机构包括前天毂和后天毂地毂与原动机系统枢轮固定在同一根轴 上,地毂与天柱下轮组成一个相交轴外啮合齿轮小系统天柱上轮与后天毂也组 成一个相交轴外啮合齿轮小系统，天运环是一个棘轮圈，前天毂与之组成一个棘 轮小系统第二套传动子系统由拨牙机轮、天柱中轮、昼时钟鼓轮、夜漏金钲轮、 天轮和浑象赤道牙组成拨牙机轮与天柱中轮组成一个平行轴外啮合齿轮小系 统，昼时钟鼓轮和夜漏金钲轮固定在机轮轴上，浑象赤道牙是一个棘轮圈。
与天 轮组成一个棘轮小系统枢轮转动后，首先带动第一套传动子系统上的天柱下轮天柱轴随之转动，然后固定其上的天柱中轮和天柱上轮也髓之转动，天柱上轮拨 动后天毂，前天毂同时转动起来，拨动了天运环，这样，枢轮的动力就传到了执 行系统浑仪上天柱中轮转动的同时带动第二套传动子系统，天柱中轮带动拨牙 机轮，机轮轴就随之转动起来，固定其上的天轮、昼时钟鼓轮和夜漏金钲轮周时 转动起来天轮再带动浑象赤道牙，枢轮的动力就传到了另一类执行系统浑象上 昼时钟鼓轮和夜漏金钲轮再带动与它们相连的执行系统报时系统，这样枢轮的动 力又传到了第三类执行系统报时系统上在天柱传动系统中，第一套传动子系统 与地毂啮合，直接接受枢轮的运动动力第二套传动子系统则通过第一套传动子 系统中的天柱中轮来接受枢轮的运动动力1・2・2天梯传动系统时姗取轮 -i_ , 口―― 一一2 .< ||眄忧止列城牠 | X ]L报娜]用轮 :―i一1拨牙托轮X ic吝横下載毗H牡轮 I 口A襪圖Rift =複司耳轮 i 图1-3天梯传动系统图如图1-3所示，天梯传动系统也包括两套主要传动子系统第一套传动子系 统由链轮机构、下天毂、中天毂、上天毂和天运环组成。
链轮机构包括主动链轮 天梯下毂链条天梯和从动链轮天梯上毂，天梯下毂与枢轮共轴天梯上毂与下 天毂共轴下天毂和中天毂、中天毂和上天毂分别组成平行轴外啮合齿轮小系统 上天毂与天运环组成一个棘轮小系统第二套传动子系统由地毅、拨牙机轮、天 轮、天轴轮、浑象天运环、昼时钟鼓轮和夜漏盘钲轮组成拨牙机轮、天轮、昼 时钟鼓轮和夜漏金钲轮全部固定在机轮轴上天轮与天轴轮组成一个垂直轴外啮 合齿轮小系统天轴轮与浑象天运环组成一个相交轴外啮合齿轮小系统枢轮转 动后，直接带动两套传动子系统第一套子系统中的天梯下毂随枢轮转动，通过 天梯带动天梯上毂，天梯上毂又带动下天毂，同时中天毂和上天毂随之转动，推 动天运环，枢轮的动力就这样通过第一套传动子系统传到了执行系统浑仪上与 此同时，地毂直接带动第二套传动子系统，地毂拨动拔牙机轮，天轮轴就随之转 动带动了天轮、昼时钟鼓轮和夜漏金钲轮天轮带动天轴轮天轴轮又带动浑 象天运轮，枢轮的动力就传到了执行系统浑象上昼时钟鼓轮和夜漏金钲轮再带 动与它们相连的执行系统报时系统，这样枢轮的动力又传到了第三类执行系统报 时系统上在天梯传动系统中，两套传动子系统直接与枢轮相连，直接接受原动 力。