在古代中国，不仅创造出许多灿烂的文化，而且还拥有丰富的文学作品，这都得益于汉字的存在，它让一个文明形成一种强大的凝聚力，而独一无二的汉字，也为中华文明不中断奠定了基础。除了这些，在许多方面，中国古代都有着辉煌的成就，其中在机械行业中，更是独帜一树的存在。

早期的机械行业很简单，比如在农业上，为了提高生产和灌溉，古人发明了七种针对农业的机械，分别是：整土机械、播种机械、中耕除草机械、灌溉机械、收获脱粒机械、加工机械、运输机械，但这些机械都特别简单。有的是靠水力提供动力的，有的是靠牲畜提供动力的。作为农业大国，这些都是中国古代对生产做出的发明。随着时间的发展，进入宋朝时期，中国的机械行业越来越精密。

一：齿轮对机械行业的作用

想要提高精密，在机械行业中，是离不开齿轮的。或许有的人认为，中国的齿轮发展史比西方国家的要晚很多，其实不然，中国古代中，齿轮的发展也很早，至今有2200多年的历史。也就是说，秦朝时期，齿轮就出现在中国。纵观春秋战国时代，是中国古代发展一重大时期，诸子百家中，不少家族在机械行业中，有着独特的发展与见解，他们创造出许多令人惊叹的机械。

根据如今出土的齿轮来看，1954年，在山西省永济县出土了青铜棘齿轮，为秦朝时期的齿轮。可见，齿轮已经被运用起来，根据推测，这种齿轮是用于制动，防止轮轴倒转，进入东汉时期，齿轮得到更大的发展。之后齿轮越来越精密，这得益于冶炼技术的改进，生产出更加坚固耐用的钢铁，而冶炼技术的先进，和机械行业有着密不可分的作用，制作出比较精密的齿轮，对传动系统的精密有很大的作用。

二：宋朝水运仪象台的精密程度

宋朝时期，中国发明了集天文观测、天文演示和报时系统为一体的仪器，它就是：水运仪象台。它的出现，是中国古代天文仪器制造史上的巅峰，堪称世界上最早的天文钟，也是中国古代科技成就代表之一。无论是规模还是精度，都达到让人叹为观止的科技水平。它的机械结构可分为：动力系统、传动系统、执行系统、辅助控制系统等。

在动力系统方面，依靠的都是水力，这是最方便又能解放人力的方式之一。有了动力，剩下就是把动力传到各个部分，这就需要到各种精密的齿轮。这座由苏颂和韩公廉，带人共同制造出的水运仪象台，高约12米，宽约7米。它的作用非常大，不仅能准确报时，还能观察天文气象，更惊叹的是，有一些部件成为后世钟表重要的部件，比如：擒纵器。

擒纵器是现代钟表的关键部件，早在唐朝时就出现，只是和现在的有差别，但原理是一样的，它能准确的报时。宋朝的水运仪象台，就运用到擒纵器，在复原的水运仪象台中，擒纵器完美的展现出来。再来看看水运仪象台的齿轮运用，首先，对于大的齿轮，不可能用金属制成，需要用木材料来完成，比如：擒纵器，由于比较大，它是用木材料做成齿轮状态的，一样达到精确的数值。

在水运仪象台的结构和传动系统中，在主轴中，拥有八个轮，它们分别输送不同的动力给各个部分。其中有两个大齿轮，如下图，16和11，16是拔牙机轮，11是天轮，它们的齿数非常大，达到600，这和它的转数有关，因为它们要模仿地球的自转，速度快不了。整个水运仪象台中，有两组齿轮传动系统，一组是经过3、4、5、16、11、10，带动浑象，另一组经过3、4、6、7、8、9，带动浑仪。

经过这两组齿轮传动系统，精密的带动模拟天文的浑象和浑仪，同时也把报时精准的呈现出来，这就是水运仪象台精密所在，它的构造非常复杂，从这也看出，古人已经知道，利用齿轮的齿数来改变传动力的大小与速度，最终完成对天文学的研究。而宋朝的水运仪象台，是中国古代历史中，最精密的天文仪器之一，连李约瑟都赞叹过：水运仪象台可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先。

三：中国古代机械的发展

在秦朝时，中国古代机械已经进入成熟期，产生出许多科技成果，特别是对农业这方面。犁的一再改进，大大提高生产力；灌溉上出现的水车，有效的调节农作物需要的水分。在运输方面，秦朝出现多种轮子的车，从秦始皇陵出土的马车来看，反映出秦朝车辆运输的高水平。其中带有刻度的弩出现，更是体现古人对机械原理的运用。

汉朝时期，冶金技术的发达，铁器取代了青铜器。这一时期，出现了指南车、记里鼓车、地动仪等，这些都是机械行业中的佼佼者。这些都领先于西方国家，这种状态一直持续到宋元时期。明清时期，逐渐被西方国家赶上，并且超越，这确实是一个不可避免的问题，毕竟西方已经文艺复兴，许多领域开始发展。

四：机械与数学的结合

古代中，机械的发达，并不是单纯的，它以数学为基础，开发更多的合理的机械。即使现在，机械行业也离不开数学的运用。在《九章算术》中，收集了246个数学问题，涉及到方田、粟米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股等。这些数学问题，有的许多用于机械行业中，如：勾股，也就是如今的勾股定理，用于各种几何体。而想要制作精密的齿轮，就要懂得数学，只有掌握这些知识，才能制造出各种精密仪器和机械。

中国古代在数学这方面，在宋元时，已经达到巅峰，即使西方的《几何原本》传入中国，但对中国的数学并没有多大的影响。《几何原本》对西方国家来说，影响非常之深，它涉及到许多方面。因东方人和西方人的思维不同，导致对数学的研究也不同，采用的方法也不同，正是数学的发达，古人才能懂得如何算出齿轮的齿数，又如何配置不同的齿轮，达到不同的速度，这些都和数学有关。

五：总结

古代中，由于数学的发达，中国的机械行业也跟着发达，它们是相互促成的。因为需要，所以去研究和制造，才得出许多杰出的成就。到宋朝时期，不管是在科技还是经济实力，都是中国历史上最繁荣的朝代。而水运仪象台的出现，是中国历史上，最精密的仪器之一。

结合我国古代的冶炼技术，制造出许多精密的零件是不成问题的。比如在秦始皇陵中出土的一号铜车，这辆青铜马车非常精密。采用就铸造、镶嵌、焊接、子母扣连接、活铰连接等多种工艺，上面还有各种图纹，如果没有精湛的工艺，是无法完成的，所以在秦朝时，已经能制造出精密的齿轮。宋朝时期，古人已经知道利用不同齿数的齿轮来改变速度，水运仪象台的齿轮传动系统，是一个伟大的杰作，它代表中国在机械行业中的运用成就。