古机械复原研究的研究目的与内容

机械钟是近代欧洲最主要的机械装置之一，在19世纪之前，钟表的制造在机械科技的发展中，占极重要的地位，对现代科学技术的发展影响甚巨。尤其是运用机械原理将时间均等分割的擒纵调速器，被视为欧洲近代机械史最伟大的发明之一，然而根据文献考证，最早的机械钟擒纵调速器创始于中国。

在中国古籍文献中有关机械时钟的记载，以北宋苏颂与韩公廉于元祐年间（1086—1092）所建造的水运仪象台最完整，其是由浑仪、浑象等天文仪器与具报时装置的机械钟组合在一起，以水力驱动的大型天文钟塔（图1-2）。它具有一个水轮秤漏机构，与现代机械钟中的擒纵调速器的功能相同，是用来产生等时性间歇运动的机构，由振荡器与擒纵机构所组成。有关水运仪象台的构造和其零组件形制，都记录在苏颂的《新仪象法要》一书中，为后世留下了极具研究价值的天文与机械等科学技术资料。

20世纪中叶以来，根据《新仪象法要》的文字记载与构造图，刘仙洲、李约瑟、王振铎、康布里奇及后继研究者做了一系列的考证和研究（刘仙洲，1956，1962）（管成学 等，1991）281-286（颜鸿森 等，1993）（陈延杭 等，1994）（施若谷，1994）（胡维佳，1994，1997）（李志超，1997）（土屋榮夫 等，1997）（Yan et al.2000）（Gao，2000），并对水运仪象台的复原作了许多探讨，甚至制作了模型，如表1-1所列。

他们在复原的工作上各自都有某些方面的贡献，但在许多方面仍受到批评和质疑，未能真正令人信服。经过近现代学者的研究，《新仪象法要》的科学技术内容及其在科学技术史上的意义和地位不断得到阐述，水运仪象台的原貌也渐渐地浮现；然而，对于水运仪象台与其水轮秤漏机构的认识仍存在一些问题，须深入探讨，而且过去的研究亦没有针对中国古代擒纵调速器进行较有系统的复原研究，更没有一套系统化的方法去进行复原合成。

表1-1 近现代有关水运仪象台复原模型的制造

图1-2 苏颂水运仪象台（苏颂，1983）112

因此，本研究拟以有凭无据的中国古代擒纵调速器作为一个研究载体，从苏颂《新仪象法要》的剖析着手，再溯其源、追其流。依循前文的复原研究程序来进行，其目的如下：

1.通过史料研究，理解中国古代计时制度与计时器的发展，以定义出中国古代擒纵调速器的主要模式，进而与欧洲近代机械时钟之擒纵调速器进行比较研究。

2.提出一套古机械复原设计程序，可根据史料研究来建立中国古代擒纵调速器的设计规范，并归纳出其设计需求与限制，以系统地合成出符合古代机械科技与工艺的所有复原设计模型。

3.通过计算机将复原设计合成出的构形进行实体模型建构。

本书架构如图1-3所示，其内容说明如下：

第一章 绪论

本章对古机械进行分类，并提出一套古机械复原研究程序，根据此程序可有系统地对各类古机械进行复原研究；确定本文的研究目的与内容。

第二章 中国古代时制与计时器的发展(www.xing528.com)

本章针对中国古代计时科学与技术进行探讨，以了解天文钟与水轮秤漏装置发展的背景，重点在探讨圭表与漏刻的测量精度的重要参数与古人解决相关问题的方法，并作为中国古代擒纵调速器研究的基础。

第三章 水运仪象台的机构分析

本章就水运仪象台的构造与运动进行探讨，以了解其中的水轮秤漏装置、报时系统、计时单位及传动系统的意义与设计，并提出适当可行的运动设计。

第四章 苏颂水轮秤漏装置与近代钟表擒纵调速器的比较研究

本章针对苏颂水轮秤漏装置进行研究，然后以水力、重力与弹力、电磁力等不同动力驱动方式，将擒纵调速器分为三个阶段来做探讨比较。

第五章 中国古代擒纵调速器的复原设计

本章提出一古机械复原设计程序，结合机构创新设计方法和机械演化与变异原理，系统地合成出符合古代科学理论与工艺技术之所有可行的中国古代擒纵调速器复原设计模型。

第六章 总结

总结全文，并展望机械史研究的愿景。

图1-3 本书架构