祖冲之不仅是一位杰出的数学家和天文学家，而且还是一位杰出的机械专家祖冲之制造了许多精巧的机械例如“指南车”、“千里船”、“木牛流马”等，我来为大家科普一下关于祖冲之的机械发明成就?以下内容希望对你有帮助!
祖冲之的机械发明成就
祖冲之不仅是一位杰出的数学家和天文学家，而且还是一位杰出的机械专家。祖冲之制造了许多精巧的机械。例如“指南车”、“千里船”、“木牛流马”等。
宋顺帝刘准手下有个实权派人物叫萧道成。萧道成表面上对刘准毕恭毕敬，实际上每时每刻都做着 “皇帝梦” 。为了当皇帝，他在暗地里下足了功夫。一天，他听说，古代的皇帝出门都得有一辆指南车开道，他想：我就要当皇帝了，没有一辆指南车怎么行呢 ？ 于是，开始四处找人为他做这种车。找了几个人都没试制成功，他更心急如焚，这时，他手下有人提到祖冲之，萧道成一了解，知道祖冲之果然是个能人，于是他就借种种名义建议皇帝把祖冲之调了来。调来之后，祖冲之就被封了个谒者仆射的官职。到了京城之后，萧道成就是他的管辖者，萧道成给他的第一件事就是制造指南车。
接到这个工作后，祖冲之非常为难，为此大伤了一番脑筋。其实，这个车也不是什么新发明。传说，在上万年以前，我们的祖先黄帝和南方的蚩尤部落打仗，蚩尤人善施妖术，打仗时常作大雾，用来迷惑对方。为了使自己的军队不迷失方向，黄帝派人造了一辆指南车。这个指南车的原理和指南针一样，车上装有一些机械齿轮类的东西，车上有一个站立姿式、 伸开手臂的木头人。车启动后，不论车子怎么转，木头人的手臂始终指向南方。以后，东汉的大科学家张衡，三国的大发明家马钧都尝试过制造指南车，可惜的是，它们先后都失传了。到了东晋，由北方少数民族统治者打头，又兴起了制造指南车的 “热” ，主要是因为皇帝们都觉得，出门有个指南车开道，有气派、 够威风。据资料记载，公元349 年，后赵统治者石虎曾下令解飞为他制造指南车。50 年后，公元 399 年，后秦统治者姚兴也要手下人令狐生造过这种车。到了公元 417 年，东晋的大将刘裕率兵攻打后秦首都长安(今陕西省西安市) ，灭了后秦，刘裕的手下在众多的战利品中发现了指南车。尽管这辆车里面的零件已荡然无存，成了徒有虚表的废铁，但刘裕还是爱不释手，当宝贝似的把它运回了江南。自此以后，那辆破指南车便成了皇室里面的 “传家宝” 了，每当皇帝出门，都要把它放在仪仗队的前面。为了让木头人能够转动，刘裕还专门派人藏在车箱里面，不断地拨弄那个木头人，就好像我们今天所看到的木偶戏一模一样了。到了萧道成掌握实权后，他越看这辆破车越觉得败兴，三番五次地催促祖冲之快造。祖冲之对萧道成这种蛮横的态度非常反感， 但是，他又舍不得放弃对这种车的钻研。从小养成的钻研习惯使他越是遇到难题，就越是干得有劲。他并不把萧道成对自己如何放在心上，他心里只想着怎么攻克这个难关，为后人再留下点什么。
根据手头有限的资料，祖冲之推测，前几个指南车内部的机械都是木制的。木制机件至少有两个弱点，一是不耐磨，长期使用，齿轮互相摩擦就容易变形，而变形的齿轮又会引起整个机器运转失准；二是不结实。这也是前几辆指南车 “早逝” 的原因之一。想到这两层弱点，祖冲之决定在自己创造指南车中改用铜器部件。决定了车所用的材料之后，接下来就是设计和组成零件。根据自己制造水碓磨的经验，他觉得，指南车的原理和水碓磨的原理有相似之处，这就是，它们都得巧妙地运用齿轮。指南车的妙处就在于，不论车子的方向怎样变，车上的木头人的指向永远不变。怎样理解这一对变与不变的矛盾呢 ？ 关键就在于车中要有一组精密的齿轮。这组齿轮就要向右转时车子也要向右转，而反之，当车子向左转时，另一些齿轮就要向左转。这样，只要车子转变的角度与齿轮转动的角度相当，那么，和齿轮相连接的小木头人就会十分准确地指向南方了。想清楚这个原理后，下一步就是制图了。因为当时没有一张指南车的构造图可以依照，祖冲之只好凭想象自己制造了。他画了一稿又一稿，最后总算拿出了令自己满意的草图。在这张图的剖视部分中显示，车箱的中央有一个大平轮，轮上竖着一个长轴，轴上连着那站在外面的木头人。大平轮左右装有一个小平轮，两个小平轮的外侧又各自连着一个小齿轮。这样的设计法，用今天的术语说，就叫做差速齿轮原理。从祖冲之的剖视图看，指南车的主机部分并不复杂，只有 5 个齿轮加一个长轴。但实际上，要想组装合适则并不那么简单。齿轮的大小，疏密要求十分精密，稍有差错就会影响整个车子的准确性。怎么样使齿轮安装合理呢 ？ 就靠精确的计算了。对于计算，祖冲之并不那么发怵，前面已经计算过圆周率那样大的工程，这回怎么说也要比那次轻松点了。他反复计算，直到确认每个齿轮的位置都合乎要求，才告罢休。设计完毕，祖冲之又按设计图做了一个木制的模型。几经试验，那个木模型运转才算完全符合标准，祖冲之这才放下心来，马上请铜匠、 木匠一起合作，自己亲手监督，不久，一辆精美的指南车就出现在皇家乐游苑中了。
真是无独有偶，在祖冲之试制指南车的同时，京城里有个叫索驭的也想尝试着做一辆。这个刚从北朝迁到南朝的男子很有勇气，听说萧道成正在找人做指南车，就自报家门，要求也做一辆。萧道成听说这个消息，心想，多一个人试制也没有什么害处。于是，他下令索驭也造一辆，到时候和祖冲之造的那辆一同比试比试。没过多久，索驭也宣布自己的指南车大功告成。萧道成看两辆指南车都造好了，很是高兴，特选手下的两名大臣来担任测定裁判，他们是：王僧虔和刘休。试车选在一个天气和煦的好日子，地点是皇家圆林— — —乐游苑中。乐游苑平日里供皇室成员游玩，人迹稀少。这一天破例，一些商卖、 书生、 百生也被允许进来观看，一时间，花前、 树下、 水边、 廊子里、 假山上都聚满了人。正当人们翘首以待之际，从北边扬起了一阵尘土，两辆指南车一前一后，在四匹马的拖曳下跑过来了。从远处看，它们的外观几乎相同，但两辆车上的马的颜色却有不同，一辆是由两匹白马拉着，另一辆则由两匹枣红马拉着。比赛开始了，随着裁判一声令下，由两匹枣红马拉的车先上场了，一上来就按裁判发出的口令表演起来。规定动作主要有，正常速度下的左转弯、 右转弯和加速后的左右转弯等。这辆指南车做正常速度运行时，一切发挥正常，不管车怎么转，车上的木头人始终指向南方。看到这里，人群中发出了啧啧的赞叹声，裁判官也不禁微微点头表示赞赏。接着，加速转弯开始了，几个急转弯下来，木头人手臂的指向逐渐失准，由开始的不明显，到明显，弯转的越多，偏差也就越大。人们哗然了，纷纷失望地摇起头来，有人开始猜测这是谁的车。正在这时，裁判官大声宣布： “第一辆指南车试车完毕，制造人索驭，结果：不合格。 ” 看到这情况，索驭心里很不是滋味，脸色铁青，而人群中仍然有人为他打气： “没关系，你的不行，祖冲之的那辆也未必合格，咱们一起等着瞧吗 ！”祖冲之那辆指南车上场了。拉车的那两匹白马每匹脖子上还挂了个带红缨的响铃，一走三摇，发出欢快的声音。车子开始做规定动作了，正常速度转弯，平平稳稳，木头指南人工作正常。快速转弯，木头指南人动作协调，车向左，它向右；车朝右，它朝左。接着，又是几个急速转弯，木头人仍是指向准确，毫无差误。最后，两位裁判官一致认为祖冲之的那辆指南车完全合格。当裁判官向观众宣布了评比结果之后，人群中又开始骚动起来了，有的，为自己的赛前的争论中站在祖冲之一边而自豪；有的，跑上前去向祖冲之祝贺。此时此刻，祖冲之的心情自然也十分愉快。然而，多年搞研究受到的苦与乐的磨炼，使他具有一种与众不同的修养， 这就是： 胜不骄，败不馁。成功了，他从不得意忘形，因为那是多少失败换回的必然结果；失败了，他也绝不垂头丧气，因为那意味着自己的功夫还没到家。在这成功的时候，祖冲之想想，倒还是挺佩服索驭敢于尝试的勇气。当他抬头看去，发现此时索驭正一个人孤独而又尴尬的站在自己造的车前发呆，祖冲之的心里也挺不是滋味，主动走上前去，对索奴说： “索先生，别泄气，我看，您的车只要稍加改进，就会很好的。今天我的车虽然赢了，但日后，您一定会有超出我的地方，既然干事，就不能怕失败。 ” 索驭听了这番话，暗暗赞叹他的气度。可是想想自己在这多人面前丢了丑，仍是感到羞愧难当。一气之下，还是把他那辆指南车烧了。
