重造指南车

公元 464 年，刘宋孝武帝去世，前废帝即位，统治集团内部斗争十分激烈，和祖冲之有关系的皇族刘子鸾被杀，祖冲之也被调到娄县担任县令。到刘宋末年，他才被召回到都城建康，任谒者仆射这一职务，这是掌管朝廷宴会、皇帝接见大臣的朝见以及办理重大受封典礼的礼节官员。在此期间，他的研究方向，几乎完全转到机械制造方面。此时他在机械方面最早的一项工作是他重造了指南车。

指南车是一种双轮独辕车，它的作用类似于指南针，是用来指示方向的。车上立一个木人伸臂南指，只要一开始、行车的时候，使木人的手臂指向南， 那么此后不管车子向何处拐弯，木人的手臂就始终指向南方。

指南车是何人在何时发明的，现在已无法探究了。传说在上古黄帝时期， 黄帝部落和南方的（音 chī）尤部落作战，遇上大雾，无法辨清方向，于是黄帝就制造了指南车，认明了方向，打败了尤部落。当然这已经无法证实了。根据史书记载，东汉杰出的科学家张衡总结了以前的机械制造经验， 制造过指南车，并且获得了人们的好评。三国时卓越的机械巨匠马钧也制造过指南车。但是他们关于指南车的制造方法很快失传了，制造原理也没有留下什么记载。

到东晋时，北方的后赵、后秦统治者都令人给他们制造过指南车，这当然不是为了指引方向，而是在出巡时讲排场罢了。东晋义熙十三年（公元 417 年），大将刘裕率晋军北上攻占后秦首都长安（今陕西西安市），灭掉后秦。刘裕在长安获得了指南车，将它运回江南。可是这时，这辆指南车只剩下一个空架子，内部机械已经完全散失。因此每当行走的时候，只好让人藏在车内来转动木人，使它指向南方。后来刘裕和他的子孙做了皇帝，都是用这部旧指南车做做样子而已。

刘宋末年，萧道成当了禁军首领，他打算有一辆真正的指南车。这时祖

冲之正任谒者仆射，平时又有博学之名，于是萧道成找到祖冲之，希望他能够重造指南车，祖冲之答应了。以前所造几辆指南车，其内部机械可能是木制的。祖冲之经过详细研究，把内部机械部件改用铜制，灵敏度自然比木制的要高，这是一项成功的改进。指南车造成后，萧道成让两个手下大臣去试验车的性能。试验的结果证明，这辆车构造精巧，运转灵活，不论朝什么方向转变，木头人的手始终指向南方。在场的人纷纷称赞祖冲之的才能。

就在这时，北朝有个叫索驭 （音 lín）的人来到了建康，声称也能制造指南车。萧道成便让他再制造一辆。制成后，萧道成下令让这一辆和祖冲之的那辆在乐游苑（皇家花园）里进行比赛。结果，索驭的那辆指南车比不上祖冲之的灵活，运行中时常指不准方向，索驭非常羞愧，只好把自己的车给毁掉了。而祖冲之制造的指南车，不久也毁于战火，指南车的制造方法再次失传。

到北宋时代，有两位能工巧匠燕肃和吴德仁分别于公元 1027 年和公元

1107 年各自造出了指南车。这两辆指南车虽然也早已失传，但制造原理却得益于《宋史》的记载而保存下来了。指南车的主要部分是一组五个齿轮所组成的差动齿轮机；在车厢中间安装一个大平轮，上面竖一长轴，轴上有一木人；左右各装一小平轮；外侧各装一立齿轮，起转动作用，能够跟随左右的行走轮转动。车行之前先将木人之手指向正南。当指南车一直向前行驶的时候，左右水平轮和中心大平轮是分离的，不相接触，因此两边行走轮的转动不影响中心大平轮。如果车向左转弯，右边的行走轮就会带动立齿轮、牵动小平轮，小平轮又使大平轮向相反方向转动。因此中心大平轮受右边行车轮的影响而向右转动，恰好能抵消车辆向左转变的影响，使木人手臂仍旧指向南方。车子向右转变也是同样的道理。

祖冲之重造的指南车，其具体结构不一定是和燕肃、吴德仁的一样。但无疑也是用差动齿轮原理制造的。因为在祖冲之以前很久我国劳动人民就发明了齿轮，而且指南车只有通过齿轮的作用，才能很好地解决传动、变速、变向等问题。所以祖冲之采用这种原理是必然的。