古代没有弹簧，抛石机是怎么弹出去的

在古代，投石机的动力是采用人力，就是在杠杆的一端拉上许多的绳索，又称之为炮索，在投入使用的时候，由青年壮汉每个人拉一根绳索，然后一起用力猛拉，用瞬间的爆发力将另一端的大石头抛出去，古代投石机威力的大小，射程和方向都与投石机设计的规模大小有关系，还与炮索的数量有关，炮索的数量越多，需要拉动的人越多，那么动力就越大。古代优秀的器械专家，还会考虑到炮索系的位置，以及杠杆的长度来精确的计算怎么样让投石机的伤害更大。

在我国初唐时候，有个非常有名的专家，他改进了投石机，使投石机等武器达到了当时的最高水平，在高昌之战中，得到改造的唐军的投石机起到了非常重要的作用，战争得到了胜利，战后，唐太宗还特别下诏书对这一杰出贡献做出了表彰。

在南宋末年，回回人像元朝进献了最新研制的巨石炮，在当时被称为回回炮，可以抛出非常巨大的石头，需要的人力少且射程非常远，威力巨大无比，我们现在称回回炮为重力型投石机，就是在杠杆的另一端放置重锤，重锤砸落的瞬间产生巨大的力量，等同于早期的人拉绳索。元军当时就是依靠着这一有利武器，把俗称铜墙铁壁般的襄阳城攻打了下来。

后期为了是投石机的攻打方向更加精准，又设置了观察台，用以随时报告投石机的攻击情况。巢车也就是观察车了，高十丈有余，用硬木建造移动观察箱，人则在观察箱内，用绳子将观察箱拉到巢车上面去，就像鸟筑巢一样，所以称之为巢车。观察员可以将城内的目标直接通知投石的人，投石车对准目标将石头抛出去，能使每次的进攻更准确。

马钧研究设计了一种新的攻城武器——轮转式连续抛石机。他设想，用一个竖置的并能绕轴转动的大木轮，在轮缘周围用绳子吊上几十块“石弹”，然后用机械使轮子飞速旋转，轮边的“石弹”也会随之一起旋转，当转速达到一定程度，按一定节奏断开绳索，就会使石弹“首尾电至”，连续发射打击敌人。马钧按照这一设想，利用车轮和几十块砖瓦作了简易实验，结果与设想的一致，接连不断打出去的砖瓦，能飞出几百步远，威力很大。

最有名的职业发明家是马均。

附上资料：

马钧是三国时期的著名机械制造专家，具有高超的制造技巧，发明和制造了织绫机、水车、指南车等多种机械，成为我国古代非常有名的机械发明和制造专家，为古代机械制造技术的发展作出了巨大贡献。

马钧，字德衡，扶风（今陕西兴平东南）人。生活在三国时代的曹魏时期，生卒年代不详。他从小不善言辞，说话不多，但是很喜欢读书、思考问题、善于动脑子，尤其喜欢钻研机械制造方面的问题；同时他又非常注重实践，勤于动手；这样就养成了善于吸收新知识的习惯，又有比较熟练的实际技能，为从事机械制造打下了一定的基础。他早年生活比较艰辛、贫困，长时间住在乡间，使他有更多的机会接触劳动人民，对他们的疾苦和繁重劳动有深切的了解和体会，因而他比较关心生产工具的变革，并决心用自己的知识和技术为老百姓服务，改善他们的生产和生活条件。

马钧对机械的研究制造始于改革织绫机，织绫机就是织造"绫"的提花机，"绫"是一种表面光洁的提花丝织品，这是在我国传统的丝织品基础上发展起来一种比较高级的产品。我国丝织技术有着悠久的历史，早在商代就已经运用平纹织法和丝织法织造几何图形图案的丝织品。春秋战国时期的丝织品已达几十种之多，品质也有很大提高，秦汉时期我国的丝织技术已经达到相当高的水平，现已出土这一时期大量的提花纹纱和以经丝显花的彩色织锦。丝织技术的发展得力于织造工具的进步，商朝已经出现平纹织机，周朝就出现了提花织机。在战国末期已经开始使用足踏织机。这是丝织技术划时代的成就，因为利用脚踏板作提综开口的装置，手就能腾出来投梭，手脚配合效率大增。到汉代，丝织机又有了重大改进，出现了一种新的提花机，即120蹑•120踪的织绫机，用这种织绫机60天才能完成一批散花绫，效率相当低，而且织机的构造和操作相当复杂。三国使用的织绫机已经比汉代有所简化，出现了"50综•50蹑"或"60综•60蹑"的织绫机。但是这种织绫机仍嫌复杂、笨重，操作不便，劳动强度高，生产效率低，织工辛辛苦苦织一匹绫子需要一个月的时间。马钧觉得有必要进一步改进，设计出一种更为简单、方便实用的织绫机，减轻工匠的劳动，织出更多的"绫"满足社会需要。为此，马钧对织绫机进行了深入细致的观察、研究，对影响织机操作的因素进行了全面分析，他发现"绫"的花色、图案有许多是对称重复的，利用这一点可大大简化绫机的结构和操作。为此，他进行了反复试验，最后把原有的织绫机一律改为12蹑，一下子使织绫机的结构简化很多，操作也更加方便，劳动生产率提高好几倍，而且织出的绫的色彩、图案、质量也有所提高。据说曹魏景初元年（公元237年），日本使者来访，魏明帝赠给日本大批丝织品，其中许多就是用马钧改进后的织绫机织成的。这种高效的织绫机很快就传播到其他地区，得到广泛应用，促进了中国纺织业的发展。

马钧的另一突出成就是制成了久已失传的指南车。指南车又名司南车，是古代帝王出行时的先驱车，车上站一木人，伸展手臂指向南方，不管车子怎样转动，手臂总是指向南方，因此利用此车可以指示方向。这是古代劳动人民的一项发明创造，最晚在西汉时就已经出现，东汉时著名科学家张衡曾经再次制造指南车，不幸的是，到三国时期指南车再次失传，许多人已不知道指南车的结构和原理。魏明帝青龙年间（公元233一236年），马钧曾在京城担任小官职。有一天，马钧和一部分官员在朝房里辩论时谈到了指南车，他们为此发生了争论。当时在场的散骑堂侍高堂隆和骁骑将军秦朗认为：古书上关于指南车的记载是虚构的，不能信以为真，古代并没有制造过什么指南车。马钧则坚信古代有指南车，不同意他们的看法，他说道："古代很有可能制造过指南车，只是我们没有进行深入的研究而已；其实制造指南车并不是人们想象的那么难，只要肯下功夫，认真钻研，是可以造出来的。"他这一番话遭到了高堂隆和秦朗的讥笑，他们讽刺道："先生名钧，字德衡，钧是器物的模型，衡是用来定物轻重的；可你说话连轻重都不分，难道可以作为模型吗？"（古代制陶器所用的转轮叫陶钧）马钧反驳道；"空口争论有什么用！莫如试制一下，自然就可以分清谁对谁错"，高堂隆和秦朗同意了马钧的要求，并把这件事报告了当时的魏明帝，魏明帝就命令马钧进行试制以明是非。马钧仔细研究了古书的简略记载，经过刻苦钻研，提出了初步设想，然后在许多工匠帮助下，进行了反复试验，在不太长的时间内终于制成了指南车。高堂隆和秦朗在事实面前哑口无言，只好认输。马钧以自己的实际成果结束了人们的争论，赢得了众人信服，自此以后，全国都佩服他的才能和技巧。

在马钧之后，又有很多人制造过指南车，如南北朝时的大科学家祖冲之曾将一辆只有外壳的指南车予以修补，增添了内部结构。但历代史书关于指南车的记载都相当简略，缺乏具体的机械结构和原理，使后人难以进行仿制。指南车失传后，后人的制造等于再度发明。宋朝时，著名仪器专家燕肃于公元1027年，吴德仁于公元11O7年又先后重新制造了指南车。《宋史》对他们的制造方法和指南车的内部结构作了比较详细、明确的记载，根据此书人们知道了历代指南车的大致结构。解放后，中国历史博物馆根据历史文献复制了指南车的模型，陈列在中国通史展览厅，在参观历史博物馆时就可以看到。根据文献记载和今人的研究，指南车的结构和原理大致如下：指南车有两个直径为6尺的轮子，两轮之间的间距也是6尺，每一车轮的内侧都有一个带24个齿的小齿轮；车中有一个带48个齿的大平轮，轮中坚一立轴，轴上有一本人；在大平轮和车轮边的小齿轮的上端有一小平轮，小平轮由一根绳索通过滑轮和车辕的后端相连。当车直行时，车辕的前端和后端方向没有变化，两边的小平轮悬在大平轮和小齿轮的上端，大平轮不转动，竖轴上面的小木人手指正南方不变。当车向左转弯时，车辕前端向左，后端则向右偏，这样系在车辕后端的绳索就会左紧而右松，右边的小平轮就在铁坠子的重力作用下沉，嵌人车上的大平轮和轮内侧的小齿轮中间，与二者的齿轮互相咬合；如果转子向左转了90度，车子的右轮就会向左转90度，同时向前转动半周，轮侧的小齿轮则向前转动12齿（半周），小齿轮带动小平轮相应向左转12齿，小平轮则带动大平轮向右（相反方向）同样转动12齿，转动的角度恰好为90度，大平轮竖轴上的木人同样向右转动90度，抵消车子的左转，使木人始终保持指向南方，指南车设计的关键是大平轮和小平轮的自动离合。这种巧妙的设计代表了我国古代机械设计和制造的高超技艺。

马钧制造的另一种有名机械是用于农业灌溉用的翻车，这是我国古代灌溉工具的重大革新。我国在东汉以前的主要提水工具有两种，一是桔槔，一种是辘轳。桔槔早在春秋战国时代就已经应用，它的结构为：在井旁的树上或木架上用绳子固定一根横木，横木的一端系桶，另一端坠个石块。当桶向上提水的时候，由于运用了杠杆和坠石的作用，比较省力和方便。辘轳比桔槔又前进了一步，它主要是利用轮转原理进行提水，特别适用于深水井。但这两种灌溉工具都有一个共同的缺陷，就是只能间隔地由低处向高处提水，不能连续运动，因此效率比较低，也比较费力。马钧住在京城洛阳的时候，看到城里有一片地可以种菜，但是因为地势比较高，难以解决引水灌溉问题，为此马钧经过查阅古书，深入研究古代的灌溉工具，经过不断试验、探索，设计制造了一种新的灌溉机械--翻车。

据史书记载，在马钧以前的大半个世纪，东汉的毕岚曾经制造过一种翻车，但这种翻车是用来取河水喷洒道路的，能否用于灌溉，史书没有记载。而马钧所造的翻车则是可以直接用于农业排灌，它结构精巧方便，可连续不断地提水，轻快省力，连儿童都能转动，效率比其它提水工具高出许多。因此，翻车出现以后，受到社会的普遍欢迎，迅速得到推广，并沿用了1000多年，直到今天在我国一些地区仍然可以见到。在近代水泵发明之前，翻车是当时世界最先进的提水工具。后来经过历代劳动人民的不断改造、更新，又出现了以畜力、水力、风力等作为动力的牛转翻车、风转翻车和水转翻车，它对于灌溉农田、发展农业生产发挥了巨大作用。

马钧制造的翻车，因为当时缺乏详细记载，具体构造已经不得而知。元朝王祯《农书》中有关于翻车的明确记述，并绘有翻车图；清代麟庆所著《河工器具图说》记载了翻车的结构。由以上两书我们可知翻车大致结构为：车身用三块木板拼成矩形长槽，长槽长约2丈，宽约4到7寸，高约1尺；在长槽一端安装一个比较大的齿轮轴作主动轴，主动轴较长，两端各安四个拥木作为踏板；在木槽的另一端安装一个比较小的齿轮轴，两个齿轮轴之间装上龙骨叶板作的木链条，木链条上拴上串板，穿过长槽。使用时，使木槽斜置在水边，小轮轴一端浸入水中，人站在架子上，踏动拐木，带动大轮轴，串板就会在槽中刮水而上，到槽端将水排出，再沿长槽上端返回水中。这样就可以把水从低处送到高处，实现连续灌溉。

马钧制造翻车不久，有人给魏明帝进献了一种叫"百戏"的木制模型（相当于现在的木偶）。这个模型造型精美、设计巧妙，可惜已经不能活动。魏明帝就问马钧，能不能想法让他活动起来，并且要比以前更加巧妙，马钧很有信心地答道："可以"。于是魏明帝就让马钧对"百戏"进行改进。为此马钧对"百戏"的结构进行了认真的研究，并进行分解以了解了其中的每一个零件，同时参阅了历史上的有关文献，在此基础上确定了基本设想。马钧首先用一块木料做了一个大轮子，平放在地面上，用水力驱动旋转；然后在轮子上放置许多木人，设计一套传输装置使木人活动起来，表演各式各样的节目，如乐工们击鼓的击鼓，吹策的吹萧；歌女们或放声歌唱，或翩翩起舞等。马钧还设计出不同的模型，可以表演不同的节目。如山岳模型，只见有的木人在山间跳丸《古代一种杂技，以手搓丸，双手交替进行）、掷剑，有的则爬绳倒立，木人进进出出，一派山村娱乐形象，又有百官行暑模型，有的木人在春米磨面，有的则在斗鸡杂耍，动作复杂、灵活多变、栩栩如生。这就是古代有名的"水转百戏"。可惜这种机械已经失传，古代记载也比较简略，我们已无法知道它的具体结构和设计，但是可以设想，要使那么多的木人不断活动、变化，其中的机械结构一定相当复杂和巧妙，展示了马钧高超的设计思想和卓越的制造技巧。

马钧还善于制作兵器，有许多独到的设想，只可惜当时的统治者不重视，有不少设计未能付诸实施。当时，魏、蜀、吴三国之间经常打仗，有一次，诸葛亮率兵攻打魏国，使用了一种新式连弩，可以连续发射几十支弩箭，威力比旧式大许多倍，魏军感到颇为惊奇。后来魏军捡到一支，让马钧观看，马钧看了之后认为：虽然连弩很精巧，但不是最好的，还有改进余地，如果他来进行改革，效率还能提高5倍，只是马钧因故未能实施制作。三国时官渡之战，曹操曾使用一种发石车攻击袁绍的阵地，这种发石车可以抛出大石块攻击敌人，有一定威力。但是这种发石车也存在某些缺陷，如速度较低，只能单发，不能连续射出等，因此如果敌方在城楼上挂起湿牛皮，就能拦住发石车抛出的石块。因此马钧对此进行了改进，设计了一种新的攻城机械--轮转式连续抛石机。他打算制造一个竖直绕轴转动的大木轮，在轮子的边缘用绳子拴上几十块大石头，然后用机械带动大轮迅速旋转，轮边的悬石也跟着一起旋转，等到旋转速度很大时，切断系石的绳索，石块就会连续不断发射出去，攻击敌人的城楼，使敌方来不及防御。马钧曾经用车轮和几十块砖瓦做试验，在车轮边拴上石块，结果砖瓦连续飞射几百步远（1步合1.45米左右），威力很大，这证明他的设计是可行的。但是这种设计却遭到地图学家裴秀的讥讽和发难。马钧的朋友、文学家傅玄很赏识他的才华，支持和理解他的设想，并为他多方活动，希望能找到一个支持马钧进行试制的机会。傅玄向安乡侯曹羲推荐了这一发明，但是曹羲以马钧不善言辞，讲不出其中的道理而加以拒绝；傅玄又进行了耐心的劝说，说道："马钧先生制造的是国家需要的精利兵器，官兵正等着急需，只要费一点木材，找两个人就能制造出来，何不试验一下，以免埋没了有用的东西。"在傅玄苦口婆心的劝导下，曹羲才接受了这个建议，并把情况转告给主持军事的武安侯曹爽，但是曹爽却没有理睬这件事。所以马钧的设想始终未能变成现实，这是令人遗憾的。为此马钧的好友傅玄感叹道："试验一下，本来是极容易的事，可是象马先生这样有名的巧人尚且不被重视，更何况那些怀才的无名之辈呢！后人一定要记住这个经验教训啊。"

马钧在机械设计和制造方面的才能当时就已闻名于天下，受到人民的钦佩。他的好友、文学家傅玄称赞他是"天下之名巧"，史学家裴松之为《三国志》做注时写道："时有扶风马钧，巧思绝世"。这是对马钧的恰当评价，在中国古代科学技术史上马钩是古代机械制造专家的杰出代表，他的功绩和名字将永载史册，为后人所铭记。

非职业发明家有丞相和刘晔（投石机）。

陈琳不是，他好像就是因为写了一篇讨伐曹操的檄文而出名的。

这个题的话，A离开墙壁后系统水平方向不受力，质心速度不变了就，而A在弹簧强要被拉长而产生拉力时离开墙壁。

注意，系统动能与质心速度不直接相关，弹簧势能完全释放时AB的速度也不相等

通俗的讲（就是讲法不严格，过程是这样的），系统动能（对地）等于质心对地的动能加上各质点相对质心运动的动能 弹簧

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。一般用弹簧钢制成。用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等，广泛用于机器、仪表中。按形状分，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧等。

[编辑本段]其主要功能

①控制机械的运动，如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。②吸收振动和冲击能量，如汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧等。③储存及输出能量作为动力，如钟表弹簧、枪械中的弹簧等。④用作测力元件，如测力器、弹簧秤中的弹簧等。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。

按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧，按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等。普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8毫米的用热卷法。有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹簧的承载能力。

弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能。

[编辑本段]弹簧的类

按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等。普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8毫米的用热卷法。有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹簧的承载能力。

什么是螺旋弹簧？

螺旋弹簧即扭转弹簧，是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是密绕成螺旋形。扭转弹簧的端部结构是加工成各种形状的扭臂，而不是勾环。扭转弹簧常用于机械中的平衡机构，在汽车、机床、电器等工业生产中广泛应用。

什么是拉伸弹簧？

拉伸弹簧是承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。

什么是压缩弹簧？

压缩弹簧是承受向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的形状有：圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形以及少量的非圆形等，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存变形能。

什么是扭力弹簧？ 扭力弹簧利用杠杆原理，通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料的扭曲或旋转，使之具有极大的机械能。

[编辑本段]弹簧各部分名称:

（1）弹簧丝直径d:制造弹簧的钢丝直径。

（2）弹簧外径D:弹簧的最大外径。

（3）弹簧内径D1：弹簧的最小外径。

（4）弹簧中径D2：弹簧的平均直径。它们的计算公式为：D2＝（D＋D1）÷2＝D1＋d＝D－d

（5）t:除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距，用t表示。

（6）有效圈数n:弹簧能保持相同节距的圈数。

（7）支撑圈数n2：为了使弹簧在工作时受力均匀，保证轴线垂直端面、制造时，常将弹簧两端并紧。并紧的圈数仅起支撑作用，称为支撑圈。一般有1.5T、2T、2.5T，常用的是2T。

（8）总圈数n1: 有效圈数与支撑圈的和。即n1=n+n2.

（9）自由高H0:弹簧在未受外力作用下的高度。由下式计算：H0=nt+(n2-0.5)d=nt+1.5d (n2=2时)

（10）弹簧展开长度L：绕制弹簧时所需钢丝的长度。L≈n1 (ЛD2)2+n2 (压簧) L=ЛD2 n+钩部展开长度（拉簧）

（11）螺旋方向：有左右旋之分，常用右旋，图纸没注明的一般用右旋。

(12) 弹簧旋绕比；中径D与 钢丝直径d之比

[编辑本段]弹簧的规定画法

（1）在平行螺旋弹簧线的视图上，各圈的轮廓线画成直线。

（2）有效圈数在4圈以上的弹簧，可只画出其两端1～2圈（不含支撑圈）。中间用通过弹簧钢丝中心的点画线连起来。

（3）在图样上，当弹簧的旋向不作规定时，螺旋弹簧一律画成右旋，左旋弹簧也画成右旋，但要注明“左”字。

[编辑本段]弹簧的应用

大多数材料都有不同程度的弹性，如果将其弯曲，便会以很大的力量恢复其原形。在人类历史上，一定很早就注意到树苗和幼树的树枝有很大的挠性，因为许多原始文化利用这一特性，在特制的门后或笼子后楔上一根棍，或者用活结套在一根杆上向下拉；一旦松开张力，这根棍或杆就会往回弹。他们就用这种办法来捕捉飞禽走兽。实际上，弓就是按这种方式利用幼树弹性的弹簧；先向后拉弓，然后撒手，让其回弹。中世纪时，这种想法开始出现在机械上，如纺织机、车床、钻机、磨面机和锯。操作者用手或脚踏板给出下压冲程，将工作机械往下拉，这时用绳索固定在机械上的一根杆弹回，产生往复运动。

弹性材料的抗扭性不压于它的抗挠性。希腊帝国时期 （大概是公元前4世纪）发明了用搓成的腱绳或毛绳拉紧的扭簧，用以代替简单的弹簧来加强石弩和抛石机的威力。这时人们开始认识到，金属比木头、角质或任何这类有机物质的弹性更大。菲洛 （其写作年代约为公元前200年）把它作为一项新发现来进行介绍。他估计读者是难以置信的。凯尔特人和西班牙人的剑的弹性，引起了他的亚历山大城的前辈的注意。为了弄清楚剑为什么有弹性，他们进行了许多实验。结果他的师傅克特西比发明了抛石机，抛石机的弹簧是用弯曲的青铜板作成的——实际上是最早的片簧；菲洛本人又进一步改进了这些抛石机。富有创造性的克特西比在发明这种抛石机后，又想出了另一种抛石机—一它利用汽缸内空气在受压的情况下产生的弹性工作。

在很久以后人们才想到：如果压缩一根螺旋杆，而不是弯曲一根直杆，那么金属弹簧储存的能量就会更大。据伯鲁涅列斯基的小传记载，他制作过一口闹钟，其中使用了若干代弹簧。最近有人指出，在附有一些奇特的螺旋弹簧钟表图的15世纪末叶的一本机械手册中有这架闹钟的图样。这类弹簧也用于现代的捕鼠器。带圈簧 （水平压缩而不是垂直压缩的弹簧）的钟表，在1460年左右肯定已开始使用了，但基本上是皇室的奢侈品，大约又过了1个世纪，带弹簧的钟表才成为中产阶级人士的标志。

控制流动方向的阀门

由于阀门只让水或其他流体（如空气）沿一个方向流动，几乎可以肯定地说，它最先是作为需要这种运动的早期工具——风箱的一个部件出现的。阿格里科拉在研究文艺复兴时期的冶金学的文章中说，锻铁炉风箱有一个比风眼稍长和稍宽的薄板，“薄板上覆盖着山羊皮，是用皮带捆在板上的，毛边一侧冲地面”。放置的方式是：当风箱鼓起来时，薄板打开；当风箱收缩时，薄板关闭。”瓣阀肯定远比阿格里科拉的时代为早，同楔形板风箱一样古老。但它问世的具体年代却很难确定，因为瓣阀这个术语来自古老的皮袋型风箱 （在这种风箱中，操作的人可以用脚或手将风眼堵住）。显然，最早的模型大约是希腊王朝时代的青铜灯，但在罗马后期的诗人奥素尼乌斯之前还没有人提到过青铜灯的阀门。奥索尼乌斯把陆上快咽气的鱼的鳃。比作在掬木腔内往复运动时通过孔眼交替进风和挡风的羊毛阀。

可以说，机械上使用阀门的历史起始于克特西比的压力泵。维脱劳维斯和赫罗对压力泵作了详细的说明，他们说：“灵巧地安在管道口内的环形薄片，不会让压入容器的东西再往回跑。”看来克特西比压力泵的原始瓣阀呈长筒形，那时已用来搞屋顶通风。后来改用矩形阀，但名称仍保持不变。已经修复了几台罗马压力泵，其阀门已严重腐蚀，但还是可以辨认出来。赫伦在讲到用双气缸压力泵作灭火器时，还介绍了一种原始的跳动活门，一些在三根弯柱上滑上滑下的小圆盘。克特西比的水力机件有用来控制空气进入管道的滑阀。除此以外，在文艺复兴时期前，所有的泵和风箱阀都是瓣阀 （或铰形阀）。

达·芬奇发明的一种锥形跳动舌门，无疑是拉梅利的机械发明手册

（1588）中所画的那些舌门的来源。跟拉梅利同时代的阿勒奥蒂，在自动木偶戏中采用了一种蝴蝶阀来控制管道内的水流。但是，从赫伦的时代直到发明蒸汽机，这些跳动舌门没有一种得到广泛应用，各种阀门也没有什么变化。蒸汽机（需要对流入和流出顺序进行更精确的控制）导致了跟发动机的运转有关的精密阀门的出现，这些阀门包括纽科门设计的释放积蓄在气缸中的空气的“喷气阀”、默多克的滑阀（1799）和使双动发动机的活塞保持平衡的平衡阀。

空气泵

德国马德堡市市长盖里克对科学家和哲学家关于形成真空的可能性的争论很感兴趣。作为一个受过专门教育的工程师，他决定通过实验来解决这个问题。公元1650年，他制造出了第一台空气泵——像一台手工操作的水泵，但有制造精密的零件，不透气。这台空气泵是成功的。他指出，在一个抽尽了空气的容器内，听不到钟响，蜡烛不燃烧，动物也会闷死。

他的大规模的演示是十分壮观的。有一次实验是当着皇帝斐迪南三世的面在其宫廷前面的空旷处进行的。在这个实验中，在直径12英尺的两个半球的周边凸缘上涂上润滑脂，将两个半球的凸缘嵌合，然后将球内空气抽尽。将8匹马分成两组拉拴在每个半球上的钢索也未能将其分开，可是放进空气后，它们就分开了。在公元1654年的另一次实验，是将一个立式开口圆筒活塞下面抽成真空，用50人拉拴在活塞上的绳子，他们反而被活塞拉动了。人们就是用这种方法来使活塞做功的；活塞的下面必须始终有一个真空。

但是，没有空气泵能形成真空吗？经过许多年之后，人们发现用蒸汽可以解决这个问题。公元1698年，托马斯·萨弗里第一个利用蒸汽排水，使蒸汽通入密闭容器，然后在容器上喷冷水，使其中的蒸汽冷凝，从而产生真空。他利用这种真空从矿井抽水，又利用锅炉蒸汽将容器中的水排空。这个循环过程反复进行。

萨弗里的设备被称为“矿工之友”。它没有任何活塞或活动零件，也不是一台发动机，而只是一台泵而已。

在此以前的1690年，法国的丹尼斯·帕平已经制造出了一个模型设备，一个直径2．5英寸的活塞刚好能放进汽缸里。在汽缸内盛少量的水，他就能够通过连续地将水加热和冷却的办法，证明汽缸冷却时在活塞下面形成真空。虽然这种设备没有得到实际应用，但却是第一台利用冷凝蒸汽推动活塞和做功的设备。

公元 1712年，将居里克、帕平和萨弗里的上述3项成就结合在一起，达特默思的托马斯·纽科门制成了一台实用的蒸汽机。

胡克发明了万向节

公元1676年，被誉为“英国的达·芬奇”的罗伯特·胡克发表了他关于

“太阳镜”的演说。这是一台采用反射镜系统安全地观测太阳的仪器。这台仪器是用他新奇的万向节进行操纵的。万向节是一种万能仪器……用来通过任何不规则的弯曲轨道产生环形运动。虽然胡克比较详细地讲过这种新仪器的制造方法，并且含糊地指出，这种仪器可能在各方面获得应用，但他自己只想用它来进行天文观测，或用在时钟和日规的设计中，故在当时没有引起多少人注意。

胡克是个才华横溢的人，他在系统提出物理学、化学和地质学方面的革命性理论之余，在伦敦咖啡馆内同思想相近的朋友们无休止地讨论之余，抽空儿搞了二十几项发明。他的日记通常略为提及某些新设想是如何在他的高度活跃的头脑中逐步酝酿成形的。英国皇家学会会议记录，记载了那些使他最新的发现得以驰名的实验。

但是，日记并没有讲他在万向节上花费了许多时间；他也不曾想学会演示万向节。就这种机器而言，发明完全属于他个人看来是勿容置疑的。但是，在动力传输方面，在19世纪的运输革命之前，和许多其他的发明一样，并不需要一个具有向各个方向传动的自由接头。

瓦拉发明了调速器

瓦特在1789年发明的蒸汽机中使用的离心调速器，在当时引起的轰动不是太大；瓦特重视动力系统，只把调速器看成是蒸汽机上的一个附件。然而它是第一台通过改变燃料输入量而有效地控制速度的装置，是使一台机器能进行自动调节的一切反馈装置的鼻祖，在发明史上的地位已确定无疑。瓦特的调速器是由一对离心摆组成，最远处与蒸汽机的旋转飞轮相连，直接连在一个套筒上，套筒又与汽缸的进汽阀连接。当飞轮转动较快时，两个球体就向外摆动，使套筒下降；当速度减慢时，球体就随之下垂，迫使套筒上升。汽阀可开大开小，以维持均匀的速度。

瓦特调速器的历史，也许可追溯到中世纪和文艺复兴时期机器上有时用来代替飞轮的球—链装置或球—杆装置。然而这些装置只发挥飞轮的功能，通过贮存能量、使钻床或曲柄产生较有规律的运动来带动工具越过“死点”；它们不能控制速度或功率输入，最多只是对调速器的造型有所启发。直到力学发展了，人们知道了钟摆的性能，懂得了离心力后，才有人想到利用球—杆组合装置来进行控制。

磨坊工人经常碰到的一个问题是无法利用强风力。因为当轴旋转很快时，磨石容易向上移动，扩大两块磨石之间的距离，以至夹在两块磨石当中的谷粒不能完全磨碎。人们靠手将两块磨石拉紧，使它们之间保持适当的距离。直到1787年，托马斯·米德才想出一种方法，将两个摆分开挂在驱动磨石的正齿轮上，通过链条和万向节提升和调节拉杆。另一对摆与风车翼板相连，这样就使后者随速度的变化而张合。磨坊工人只要改变翼板承受的风力，就能调节旋转轴的速度。两年后，斯蒂芬·胡珀用齿条和扇形齿轮代替链条，设计了一台可以同它匹敌的机器，取得了专利权。

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。一般用弹簧钢制成。用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等，广泛用于机器、仪表中。按形状分，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧等。

[编辑本段]其主要功能

①控制机械的运动，如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。②吸收振动和冲击能量，如汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧等。③储存及输出能量作为动力，如钟表弹簧、枪械中的弹簧等。④用作测力元件，如测力器、弹簧秤中的弹簧等。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。

按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧，按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等。普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8毫米的用热卷法。有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹簧的承载能力。

弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能。

[编辑本段]弹簧的类

按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等。普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8毫米的用热卷法。有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹簧的承载能力。

什么是螺旋弹簧？

螺旋弹簧即扭转弹簧，是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是密绕成螺旋形。扭转弹簧的端部结构是加工成各种形状的扭臂，而不是勾环。扭转弹簧常用于机械中的平衡机构，在汽车、机床、电器等工业生产中广泛应用。

什么是拉伸弹簧？

拉伸弹簧是承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。

什么是压缩弹簧？

压缩弹簧是承受向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的形状有：圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形以及少量的非圆形等，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存变形能。

什么是扭力弹簧？ 扭力弹簧利用杠杆原理，通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料的扭曲或旋转，使之具有极大的机械能。

[编辑本段]弹簧各部分名称:

（1）弹簧丝直径d:制造弹簧的钢丝直径。

（2）弹簧外径D:弹簧的最大外径。

（3）弹簧内径D1：弹簧的最小外径。

（4）弹簧中径D2：弹簧的平均直径。它们的计算公式为：D2＝（D＋D1）÷2＝D1＋d＝D－d

（5）t:除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距，用t表示。

（6）有效圈数n:弹簧能保持相同节距的圈数。

（7）支撑圈数n2：为了使弹簧在工作时受力均匀，保证轴线垂直端面、制造时，常将弹簧两端并紧。并紧的圈数仅起支撑作用，称为支撑圈。一般有1.5T、2T、2.5T，常用的是2T。

（8）总圈数n1: 有效圈数与支撑圈的和。即n1=n+n2.

（9）自由高H0:弹簧在未受外力作用下的高度。由下式计算：H0=nt+(n2-0.5)d=nt+1.5d (n2=2时)

（10）弹簧展开长度L：绕制弹簧时所需钢丝的长度。L≈n1 (ЛD2)2+n2 (压簧) L=ЛD2 n+钩部展开长度（拉簧）

（11）螺旋方向：有左右旋之分，常用右旋，图纸没注明的一般用右旋。

(12) 弹簧旋绕比；中径D与 钢丝直径d之比

[编辑本段]弹簧的规定画法

（1）在平行螺旋弹簧线的视图上，各圈的轮廓线画成直线。

（2）有效圈数在4圈以上的弹簧，可只画出其两端1～2圈（不含支撑圈）。中间用通过弹簧钢丝中心的点画线连起来。

（3）在图样上，当弹簧的旋向不作规定时，螺旋弹簧一律画成右旋，左旋弹簧也画成右旋，但要注明“左”字。

[编辑本段]弹簧的应用

大多数材料都有不同程度的弹性，如果将其弯曲，便会以很大的力量恢复其原形。在人类历史上，一定很早就注意到树苗和幼树的树枝有很大的挠性，因为许多原始文化利用这一特性，在特制的门后或笼子后楔上一根棍，或者用活结套在一根杆上向下拉；一旦松开张力，这根棍或杆就会往回弹。他们就用这种办法来捕捉飞禽走兽。实际上，弓就是按这种方式利用幼树弹性的弹簧；先向后拉弓，然后撒手，让其回弹。中世纪时，这种想法开始出现在机械上，如纺织机、车床、钻机、磨面机和锯。操作者用手或脚踏板给出下压冲程，将工作机械往下拉，这时用绳索固定在机械上的一根杆弹回，产生往复运动。

弹性材料的抗扭性不压于它的抗挠性。希腊帝国时期 （大概是公元前4世纪）发明了用搓成的腱绳或毛绳拉紧的扭簧，用以代替简单的弹簧来加强石弩和抛石机的威力。这时人们开始认识到，金属比木头、角质或任何这类有机物质的弹性更大。菲洛 （其写作年代约为公元前200年）把它作为一项新发现来进行介绍。他估计读者是难以置信的。凯尔特人和西班牙人的剑的弹性，引起了他的亚历山大城的前辈的注意。为了弄清楚剑为什么有弹性，他们进行了许多实验。结果他的师傅克特西比发明了抛石机，抛石机的弹簧是用弯曲的青铜板作成的——实际上是最早的片簧；菲洛本人又进一步改进了这些抛石机。富有创造性的克特西比在发明这种抛石机后，又想出了另一种抛石机—一它利用汽缸内空气在受压的情况下产生的弹性工作。

在很久以后人们才想到：如果压缩一根螺旋杆，而不是弯曲一根直杆，那么金属弹簧储存的能量就会更大。据伯鲁涅列斯基的小传记载，他制作过一口闹钟，其中使用了若干代弹簧。最近有人指出，在附有一些奇特的螺旋弹簧钟表图的15世纪末叶的一本机械手册中有这架闹钟的图样。这类弹簧也用于现代的捕鼠器。带圈簧 （水平压缩而不是垂直压缩的弹簧）的钟表，在1460年左右肯定已开始使用了，但基本上是皇室的奢侈品，大约又过了1个世纪，带弹簧的钟表才成为中产阶级人士的标志。

控制流动方向的阀门

由于阀门只让水或其他流体（如空气）沿一个方向流动，几乎可以肯定地说，它最先是作为需要这种运动的早期工具——风箱的一个部件出现的。阿格里科拉在研究文艺复兴时期的冶金学的文章中说，锻铁炉风箱有一个比风眼稍长和稍宽的薄板，“薄板上覆盖着山羊皮，是用皮带捆在板上的，毛边一侧冲地面”。放置的方式是：当风箱鼓起来时，薄板打开；当风箱收缩时，薄板关闭。”瓣阀肯定远比阿格里科拉的时代为早，同楔形板风箱一样古老。但它问世的具体年代却很难确定，因为瓣阀这个术语来自古老的皮袋型风箱 （在这种风箱中，操作的人可以用脚或手将风眼堵住）。显然，最早的模型大约是希腊王朝时代的青铜灯，但在罗马后期的诗人奥素尼乌斯之前还没有人提到过青铜灯的阀门。奥索尼乌斯把陆上快咽气的鱼的鳃。比作在掬木腔内往复运动时通过孔眼交替进风和挡风的羊毛阀。

可以说，机械上使用阀门的历史起始于克特西比的压力泵。维脱劳维斯和赫罗对压力泵作了详细的说明，他们说：“灵巧地安在管道口内的环形薄片，不会让压入容器的东西再往回跑。”看来克特西比压力泵的原始瓣阀呈长筒形，那时已用来搞屋顶通风。后来改用矩形阀，但名称仍保持不变。已经修复了几台罗马压力泵，其阀门已严重腐蚀，但还是可以辨认出来。赫伦在讲到用双气缸压力泵作灭火器时，还介绍了一种原始的跳动活门，一些在三根弯柱上滑上滑下的小圆盘。克特西比的水力机件有用来控制空气进入管道的滑阀。除此以外，在文艺复兴时期前，所有的泵和风箱阀都是瓣阀 （或铰形阀）。

达·芬奇发明的一种锥形跳动舌门，无疑是拉梅利的机械发明手册

（1588）中所画的那些舌门的来源。跟拉梅利同时代的阿勒奥蒂，在自动木偶戏中采用了一种蝴蝶阀来控制管道内的水流。但是，从赫伦的时代直到发明蒸汽机，这些跳动舌门没有一种得到广泛应用，各种阀门也没有什么变化。蒸汽机（需要对流入和流出顺序进行更精确的控制）导致了跟发动机的运转有关的精密阀门的出现，这些阀门包括纽科门设计的释放积蓄在气缸中的空气的“喷气阀”、默多克的滑阀（1799）和使双动发动机的活塞保持平衡的平衡阀。

蒸汽机上的曲轴

9世纪的一首赞美诗曾讲到西方用曲柄跟曲柄销和曲柄臂连成一体来转动磨石的事。此后500年内，曲轴只偶尔见于图例。在公元1400年之后不久，至少在低地国家的带旋转升降机、罐笼，甚至测试仪表等插图的手稿中似乎都突然出现了曲轴。组合曲轴在同一时代问世，最初为拉杆式，是一种简单的手持工具。但是，在拉杆曲轴首次出现后几年内，有人就想到转动拉杆的曲柄臂可以用连杆代替，在手磨机中，连杆仅仅是人的手臂的延伸，但是，连接机构可以反向运动，通过旋转曲柄驱动连杆来操纵一台泵，如同公元1431年的一部手稿中所描绘的那样。于是，曲轴诞生了。15世纪和16世纪普遍采用曲柄来驱动风箱和大型锯机，它们是要求双向控制的仅有的两种机器。虽然偶尔也在泵中采用曲轴，但已经设计出双拐甚至四拐曲轴，并且很可能已经到处安装使用。然而，在很长时间内，人们并不真正欢迎曲轴，因为只要重型机器都是木制的，曲轴就不易制成整体，就会使连接处受到很大的应力。

不管怎样，在铸铁时代以前，曲轴并未获得应有的信誉。公元1780年，瓦特发觉自己受到一项专利的限制，不能利用曲轴将他的蒸汽机的往复运动转变为旋转运动——旧式运动路线的倒转。虽然他很气愤，但却从中受到了启发，设计出了达到同一目的的恒星与行星齿轮。但是随着专利的过时，曲轴变成了进行这种作业的标准设备。如果使用两个或多个汽缸，或必须从两侧提供动力 （例如向汽船的桨轮上提供动力），那么，曲轴就是一个解决办法。在尔后的蒸汽时代，曲轴被用在20世纪所有的活塞发动机上，无论哪一种燃料都可以驱动。

螺钉和改锥的来历

木螺丝 （在美国有时称为螺钉）是比较近代的东西。但是，在16世纪，军械工人和军械士已经使用一种带凸片的小型工具——最初的“螺丝起子”——来调节他们的步枪机构了。步枪机构用铁钉钉在枪托上。有人发现，在铁钉上加螺纹，会固定得更牢。像所有其他铁钉一样，它们都是被敲进去的，取出来很困难。唯一的解决办法，是在将铁钉敲入之前，在其头部切出沟槽。这样，利用“螺丝起子”就可以将它们取出。于是，螺丝起子就成了最早的螺丝钳子或拧松器。费利比安的1676年的改锥就是这种类型。

由于螺钉是用手工制造的，造价自然昂贵，只用在特殊的工件上。然而，到18世纪末，一些不知名的天才（可能是在英国伯明翰）发现了一种更好的制造方法，不过仍然是用机器制造平端螺钉。这使得螺钉的造价低廉，能普遍地用于固定铰链、门、家具等。但是，细纹螺钉的作用由于敲击而减低，需要用有较长凸片的工具将其拧进去。大约在公元1780年，伦敦装配工具的制造厂商引进了有较长凸片的改锥，这种改锥的商标至今还称为“伦敦牌”。大约在公元1840年，内特尔福德改进了木螺钉，将其制成带尖的。改锥从此一直向前发展。

空气泵

德国马德堡市市长盖里克对科学家和哲学家关于形成真空的可能性的争论很感兴趣。作为一个受过专门教育的工程师，他决定通过实验来解决这个问题。公元1650年，他制造出了第一台空气泵——像一台手工操作的水泵，但有制造精密的零件，不透气。这台空气泵是成功的。他指出，在一个抽尽了空气的容器内，听不到钟响，蜡烛不燃烧，动物也会闷死。

他的大规模的演示是十分壮观的。有一次实验是当着皇帝斐迪南三世的面在其宫廷前面的空旷处进行的。在这个实验中，在直径12英尺的两个半球的周边凸缘上涂上润滑脂，将两个半球的凸缘嵌合，然后将球内空气抽尽。将8匹马分成两组拉拴在每个半球上的钢索也未能将其分开，可是放进空气后，它们就分开了。在公元1654年的另一次实验，是将一个立式开口圆筒活塞下面抽成真空，用50人拉拴在活塞上的绳子，他们反而被活塞拉动了。人们就是用这种方法来使活塞做功的；活塞的下面必须始终有一个真空。

但是，没有空气泵能形成真空吗？经过许多年之后，人们发现用蒸汽可以解决这个问题。公元1698年，托马斯·萨弗里第一个利用蒸汽排水，使蒸汽通入密闭容器，然后在容器上喷冷水，使其中的蒸汽冷凝，从而产生真空。他利用这种真空从矿井抽水，又利用锅炉蒸汽将容器中的水排空。这个循环过程反复进行。

萨弗里的设备被称为“矿工之友”。它没有任何活塞或活动零件，也不是一台发动机，而只是一台泵而已。

在此以前的1690年，法国的丹尼斯·帕平已经制造出了一个模型设备，一个直径2．5英寸的活塞刚好能放进汽缸里。在汽缸内盛少量的水，他就能够通过连续地将水加热和冷却的办法，证明汽缸冷却时在活塞下面形成真空。虽然这种设备没有得到实际应用，但却是第一台利用冷凝蒸汽推动活塞和做功的设备。

公元 1712年，将居里克、帕平和萨弗里的上述3项成就结合在一起，达特默思的托马斯·纽科门制成了一台实用的蒸汽机。

胡克发明了万向节

公元1676年，被誉为“英国的达·芬奇”的罗伯特·胡克发表了他关于

“太阳镜”的演说。这是一台采用反射镜系统安全地观测太阳的仪器。这台仪器是用他新奇的万向节进行操纵的。万向节是一种万能仪器……用来通过任何不规则的弯曲轨道产生环形运动。虽然胡克比较详细地讲过这种新仪器的制造方法，并且含糊地指出，这种仪器可能在各方面获得应用，但他自己只想用它来进行天文观测，或用在时钟和日规的设计中，故在当时没有引起多少人注意。

胡克是个才华横溢的人，他在系统提出物理学、化学和地质学方面的革命性理论之余，在伦敦咖啡馆内同思想相近的朋友们无休止地讨论之余，抽空儿搞了二十几项发明。他的日记通常略为提及某些新设想是如何在他的高度活跃的头脑中逐步酝酿成形的。英国皇家学会会议记录，记载了那些使他最新的发现得以驰名的实验。

但是，日记并没有讲他在万向节上花费了许多时间；他也不曾想学会演示万向节。就这种机器而言，发明完全属于他个人看来是勿容置疑的。但是，在动力传输方面，在19世纪的运输革命之前，和许多其他的发明一样，并不需要一个具有向各个方向传动的自由接头。

瓦拉发明了调速器

瓦特在1789年发明的蒸汽机中使用的离心调速器，在当时引起的轰动不是太大；瓦特重视动力系统，只把调速器看成是蒸汽机上的一个附件。然而它是第一台通过改变燃料输入量而有效地控制速度的装置，是使一台机器能进行自动调节的一切反馈装置的鼻祖，在发明史上的地位已确定无疑。瓦特的调速器是由一对离心摆组成，最远处与蒸汽机的旋转飞轮相连，直接连在一个套筒上，套筒又与汽缸的进汽阀连接。当飞轮转动较快时，两个球体就向外摆动，使套筒下降；当速度减慢时，球体就随之下垂，迫使套筒上升。汽阀可开大开小，以维持均匀的速度。

瓦特调速器的历史，也许可追溯到中世纪和文艺复兴时期机器上有时用来代替飞轮的球—链装置或球—杆装置。然而这些装置只发挥飞轮的功能，通过贮存能量、使钻床或曲柄产生较有规律的运动来带动工具越过“死点”；它们不能控制速度或功率输入，最多只是对调速器的造型有所启发。直到力学发展了，人们知道了钟摆的性能，懂得了离心力后，才有人想到利用球—杆组合装置来进行控制。

磨坊工人经常碰到的一个问题是无法利用强风力。因为当轴旋转很快时，磨石容易向上移动，扩大两块磨石之间的距离，以至夹在两块磨石当中的谷粒不能完全磨碎。人们靠手将两块磨石拉紧，使它们之间保持适当的距离。直到1787年，托马斯·米德才想出一种方法，将两个摆分开挂在驱动磨石的正齿轮上，通过链条和万向节提升和调节拉杆。另一对摆与风车翼板相连，这样就使后者随速度的变化而张合。磨坊工人只要改变翼板承受的风力，就能调节旋转轴的速度。两年后，斯蒂芬·胡珀用齿条和扇形齿轮代替链条，设计了一台可以同它匹敌的机器，取得了专利权。

与此同时，约翰·伦尼在伦敦建的第一个用蒸汽驱动的磨房——“阿尔比恩磨房”。装有和米德调速器一样的调速器。博尔顿在1788年5月给他的合作者瓦特写信说，“有一种调节顶磨石和底磨石之间的压力或距离的装置。用这种调节装置，蒸汽机运转得越快，上下磨石就越密合……当蒸汽机停止运转时，顶磨石就升起……这是由于两个铅镇重的离心力所致。全速运转时，铅镇重水平上升；运转减慢时，铅镇重就下落。它们通过这种方式对杠杆产生作用。”这一定是瓦特的妙想，因为虽然这种调速器最初是用在磨石上，而不是用在蒸汽机上，但在1788年底前，瓦特就按后一种用途将它进行改装了。由于他知道自己不能声称发现了这个基本原理，因而没有想申请专利权。他先于竞争对手对调速器采取保密措施。

流珠轴承

看来很可能是意大利文艺复兴时期的雕刻家和金匠的塞利尼 （1500～1571年），首先看出一圈自由旋转的滚珠可能减少两个转动体之间的摩擦力。1543年，他在自传中写道：“我已作成了一尊美丽的朱庇特雕像，将它放在一个木制底座上。我在底座内安了4个小木球，木球的一大半埋在球窝内。整个设计十分巧妙，一个幼小的孩子也能轻而易举地使其前后移动和转身。

但是松动地安在滚道里的进行滚动接触的滚珠轴承，直到18世纪最后25年才开始用在风车上。最先用滚珠轴承的风车是柱式风车（约1780年），机器的整个结构围绕中心柱旋转。1794年，威尔士卡马森的一个叫菲利普·沃恩的铁器制造商用经向滚珠轴承作为四轮马车的车轴轴承，并为此申请了专利权。从那时起到19世纪，特别是在19世纪的50年代和60年代，人们将滚珠轴承用在儿童玩的旋转木马、螺旋桨轴、军舰上的机枪转塔、扶手椅和自行车等器械的轴上，并取得了若干专利权。但是，直到有动力装置的车辆出现以后，金属部件因快速行驶而发生大量的磨损时，这项发明才开始得到充分利用。因此，在汽车和能大批生产的精密的球磨机出现以前，滚珠轴承并没有真正起到像今天这样重大的作用。

传动链条

1864年，斯莱特获得了一种传动链条的专利，这种传动链条可以看作研制一种能驱动自行车和其他机械的精密链条的第一步。他在索尔福德一个工厂制造纺织机械链条。后来这家工厂被瑞士人雷诺德买去。雷诺德又于1880年获得套筒链的专利。把套筒装在这种链上，比斯莱特的设计能提供大得多的承载表面。

人们所知的最早的传动链的设计图是达·芬奇画的，然而不知道他画的传动链是否真的制造出来了。我们从拉梅利的 《不同的人工机械》一书上，可以看到公元1588年的一种抽水机的插图，这种抽水机就是利用链传动。图上的链有一个方形的链环，与木轮上凸出的齿相配，每一个方形链环都通过3个椭圆形的链环与下一个方形链环连接。

因为适合做传动链的金属又稀有又昂贵，又缺乏良好的制作工具，所以传动链未能广泛使用。然而到19世纪初期，由于工业革命的缘故，传动链获得了较为广泛的应用。

后轮用链传动的最早的法国自行车是吉尔梅设计的，由梅耶和吉埃于1868年制造出来。虽然传动链已经使用了一段时间，但主要是用于纺织机械，自行车链条仍然相当差劲。后来，一个叫朱赞的法国人于1885年研制成功了所谓的“现代自行车”，它的两个轮子一般大，后轮用链传动。英国人斯塔利于1885年制造出了称为“安全漫游者”的自行车。这种自行车有新的改进，但后轮仍用传动链传动。于是考文垂成了自行车的中心，开始了现代自行车的时代。后来人们又把链传动原理用于摩托车和汽车。现在，精确的传动链已经成为工业机械的最重要的零件之一。

为了克服这些缺点，马钧研究设计了一种新的攻城武器——轮转式连续抛石机。他设想，用一个竖置的并能绕轴转动的大木轮，在轮缘周围用绳子吊上几十块“石弹”，然后用机械使轮子飞速旋转，轮边的“石弹”也会随之一起旋转，当转速达到一定程度，按一定节奏断开绳索，就会使石弹“首尾电至”，连续发射打击敌人。马钧按照这一设想，利用车轮和几十块砖瓦作了简易实验，结果与设想的一致，接连不断打出去的砖瓦，能飞出几百步远，威力很大。