记者张向阳西安白鹿原上的霸陵，是西汉文帝刘恒的陵寝，这里曾经出土一件极具穿越感的青铜齿轮。说起齿轮，人们最容易联想到工业和机械，它是大机器时代的标志与象征，然而，诸多考古遗址出土的齿轮，却改变了人们这一认知：早在两千多年前，与齿轮有关的机械已经广泛应用到生产生活的各个方面。东周王城的战国棘轮西安霸陵汉文帝刘恒墓中出土的这件汉代青铜齿轮，制作精细，齿轮表面平滑，中间为圆孔，排列规整，锯齿分布均匀，极有穿越感，让考古人员叹为观止，很难想象这是手工业时代制造的产品。其实，这还不是最早的青铜齿轮，据考古学家研究，早在战国时期，我国就已经开始使用齿轮了。洛阳博物馆珍藏的青铜齿轮就是战国时期的产品。这件青铜器年出土于洛阳东周王城战国粮仓遗址，距今已有多年的历史，虽然这件文物年代久远，但是制作工艺非常精湛。它是目前考古发现最早制作并使用、具有制动功能的棘轮装置。这套青铜机械构件由齿轮、钩卡组成，机械学上叫做棘轮、棘爪。棘轮为圆形，分布40个斜齿，齿距均匀，中间方孔，轮径4.2厘米、方孔边长2.5厘米；棘爪呈弓状，一端有用来安装圆轴的圆孔，另一端有钩爪，背部有小圆鼻，长5.9厘米。考古人员认为，二者配搭完全吻合，显然是机械上相当精密的制动零件——棘轮机构。棘轮的实际作用是一经转动，便不能再倒回，可在水车、辘轳、原始吊车等机具上用于制动。比如，在吊取重物时，需要手摇卷筒和棘轮配合使用，在吊运途中可以停车休息或防止事故，是具有典型结构的齿轮传动机件。作为一种低速传动的机械构件，棘轮机构有其精准的工作原理和机械构件，说明先民在长期实践中已经掌握了滑轮、齿轮等的性能或力学原理，制成了用来提举、搬运重物的简单机械。考古人员认为，青铜齿轮构件虽然出土于战国晚期的粮窖废弃层中，但这只能证明战国晚期仅为青铜构件的废弃年代，而不是它的制作年代与使用年代，实际“年龄”应该更早。晋国遗址的齿轮陶范山西侯马东周晋国铸铜遗址，年代为春秋中期偏晚到战国早期（公元前年—前年）。这里出土陶范、陶模达十余万件，完整或者成套的近千件，陶范器型有容器类、乐器类、工具类、兵器类、车马器类等。令人惊奇的是，这里发现了成套的齿轮陶范，有不同规格的4套，齿轮8个齿，中间有孔，这是迄今所知最早的齿轮陶范。战国时期金属冶铸技术的进步，为较复杂、较精密的机械构件的铸造提供了前提，这些陶范说明在至少年前，已经开始生产齿轮了。新中国成立以前，也曾发现过西汉古齿轮范。著名甲骨文学者罗振玉在所著《雪堂所藏古器物图说》中载:“古机轮土范一，有文字曰东二。以书势考之，乃西汉之物”。这件“古机轮土范”残件，复原后为十六齿，齿呈斜形，应该是制作棘轮的陶范，现保存在沈阳博物馆。在山西省博物馆珍藏着上世纪50年代在永济县薛家崖遗址出土的秦汉齿轮，包括几种不同形式的齿轮。值得注意的是，同时还出土了几件同现代汽车轮上的滚珠架一样的东西，这是一种铜质的环形槽子，内分四或八格，格中都有铁粒的残余。有学者研究认为，这是中国最古老的具有现代滚动轴承结构雏形的轴承，在中国古籍中，关于车轴轴承的构造早有记载，这说明中国是世界上较早发明滚动轴承的国家之一。一千多年后的13世纪，元代科学家郭守敬主持改革历法，需要进行精确的天文观测，为减少固定的百刻环与游旋的赤道环之间的摩擦阻力，他在两环之间安装了4个小圆柱体，这种结构与近代滚柱轴承的原理相同。考古资料显示，在银川兵沟汉墓曾出土秦汉青铜齿轮构件；l年陕西长安洪庆村汉墓出土了人字形齿轮2件，器身中间各有一个方孔，通体刻有凹进去的人字形齿纹，两轮都为26齿，两个齿轮并在一起，可以磨擦行动，说明当时已经懂得了用齿轮传动力。宁夏盐池县出土了两件汉代人字形铜齿轮。在现代机械传动系统中，人字齿轮具有承载能力高、传动平稳和轴向载荷小等优点，这些出土文物反映了较高的工艺水平。湖南省博物馆珍藏着衡阳出土的一套东汉青铜齿轮装置。齿轮分别有25齿、20齿、12齿三种，当时出土的三件齿轮黏合在一起,似乎能互相扣接，疑为一种离合装置的齿轮结构，代表了汉代制作精密构件的水平。除此之外，江苏邗江杨寿乡汉墓出土了3组人字纹的铜“齿轮”及锁形器，该文物齿轮有6件3组，第一组26齿，第二组41齿，第三组44齿，每组有主动轮、被动轮，齿为“人”字状，咬合紧密。锁形器略呈长方体，底方上圆。研究人员推测这可能是汉代的铜“密码锁”。午汲古城的铁质棘轮除了青铜材质的齿轮，还有大量铁质齿轮在考古中陆续被发现。位于河北邯郸武安市的午汲古城是一座自春秋、战国至东汉时代的古城遗址，遗址发掘中出土了许多战国时期的铁器。上世纪50年代，考古人员对一座战国至汉代的灰坑进行了清理发掘，出土了一批铁质的生产工具，其中最重要的是出土了一只残缺的铁质“棘齿轮”。这件棘齿轮是用单模铸成的，一面平，一面略凸，表面锈蚀程度不太严重，与同时出土的其他铁器比较，质料较为精良。武安由于富产铁矿，战国时冶铁业就非常兴盛，这是目前国内发现最早的铁质齿轮。汉代的冶炼设备有了较大改进，扩大了高炉的容积，提高了炉温；还使用了耐火材料和鼓风装置，动力设施即鼓风技术有了改进发展。工艺上，在前代工艺基础上发展了退火技术，自主发明了新工艺，像炒钢和百炼钢都是当时位居世界前列的冶炼工艺。由于冶炼技术的提高，铸造工艺的改善，产品能够成批生产，生产效率提高，促进了铁器的普及。在保定壁阳城址发掘中，也出土了汉代单模铁齿轮；河南郑州博物馆有直径7.0厘米、厚1.2厘米的十六齿棘轮；洛阳文物考古研究院也珍藏有出土的汉代铁质齿轮；上世纪80年代，在西安千户村也出土了汉代铁质棘轮。陕西曾经出土多件汉代铁质齿轮，有研究人员进行了梳理。仅在上世纪六七十年代，在陕西礼泉县、兰田、岐山、华阴、长武、永寿等县，就出土了6批汉代铁齿轮共17件。年，在礼泉县，出土1件16齿齿轮，孔为正方形，齿呈斜形；年，岐山出土了3件西汉铁齿轮，均为正方形孔，共16齿，齿呈斜形，同时有一批铁穿出土，有六棱八棱圆形等种类；在长武县出土8件铁齿轮，均为正方形孔，其中7件为16齿，齿呈斜形，一件为48齿，为直齿；永寿县发现西汉铁齿轮3件，一件为直齿，有48齿，另两件为斜齿，16齿；华阴也出土了铁齿轮一对，都是16齿，齿呈斜形。这些齿轮不但数量多，而且分布地区广泛，有利于研究古代机械的发展历程。研究发现，17件齿轮中，2件是48个直齿的正齿轮，在齿轮上可以看到啮合磨损痕迹，在机械工程中被称作传动齿轮，有两个以上组合在一起的可以组成齿轮系。另外15件，都是16齿的“棘轮”。研究人员还注意到，这6批出土的齿轮虽然出土地各不相同，但其大小形制是统一的，通径、厚度相差甚微，尤其是棘轮。可见，西汉时齿轮和棘轮的制造，一定有统一的规格。西汉自武帝开始盐铁官营，全国重要产铁地区都设有铁官，所冶铸器物都有统一的规格和标准。众多考古资料可以说明，至少在汉代时期，齿轮就已经分为很多种类了，轮齿有直齿、斜齿、人字齿，说明齿轮制造已经多样化，并广泛应用在生产生活的很多领域。渑池铁器遗址的轴承汉魏之际出土的文物中，也发现了早期工业文明中的齿轮和轴承。年春,在河南渑池出土一批窖藏的汉魏至北朝的铁器，共六十余种，四千余件。其中一件铁齿轮，周边16个斜齿，有4个斜齿因为磨损残缺较重，圆心部位有方孔，应该是一件棘轮。渑池遗址还出土了件铁质轴承，包括六角轴承、圆轴承和凹字形轴承三种。其中最多的六角轴承有件，这种轴承径长每相差0.5厘米成为一种规格，共有17种规格，轴孔上可见不同程度的磨损痕迹；圆形承32件，轴孔已磨损，可分为大、中、小3型。大型外面铸有3个等距离的子榫，中、小型外面铸有两个等对称的子榫；凹字形轴承3件，外面铸有子榫，轴孔呈半圆形，内壁有磨损痕迹。考古人员认为，渑池铁器显示了早期的产品规格化和系列化：不同作坊生产的轴承，器型相同，化学成分也很相近，同一产品还有不同规格，反映出当时使用机械的多样性，以及产品的规格化、系列化。轴承是当时车辆和各种机械的重要零件，应用广泛，磨损后需要及时更换，因而需要相应的统一规格，才能有效地进行生产和分配。从秦始皇统一中国，实行“车同轨”和统一度衡，到汉魏时期产品规格化的出现，完全是符合规律的历史发展。此外，研究人员对其中32号六角轴承金属组织进行了分析检验，发现其最外层为硬度高，但韧性较差、耐磨性较好的白口铸铁，中间为麻口铸铁，内部为耐磨性好的灰口铸铁，这是因为在铸造时使用了铁范，铸件层和内层冷却的速度不同而形成，从而使内层有了较好的耐磨性能。虽然在古代文献中难以见到关于齿轮的专门记载，但是应用齿轮的机械装置和设备却有相应记录。像古籍中记载的记里鼓车和指南车、计时器漏壶等，这些仪器设备均需要齿轮。从战国到汉魏时期诸多铜、铁齿轮、轴承的出土，为研究古代工程技术的发展提供了宝贵的实物资料。新闻线索报料通道：应用市场下载“齐鲁壹点”APP，或搜索
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