主题：【原创】关于古代车辆车轴与实用金属关系的讨论 -- ziyun2015
家园 【原创】关于古代车辆车轴与实用金属关系的讨论 在erha兄《中国历史教授/老师的问题》一楼下，我和桥上兄、月兄、e兄、海兄等河友，关于古代车辆车轴与实用金属关系，进行了几天的讨论。现将新看到的一些文章，以及个人的思考，做一个总结，请大家多多指教：
我先提出：“没有实用金属解决车辆车轴的问题，就不会有实用车辆的产生”。桥上兄提出过去车轴都是木头的，月兄说用金属只是加强了车轴。接受月兄的意见，我前文的表达应该修正为：只有用实用金属加强过的木车轴，才能制造出实用的车辆。
我这个观点现在找到五篇文章支持：
1、军事博物馆王文《战车与车战》
http://www.jb.mil.cn/yjcz_2226/gbtg/201707/t20170720_35548_2.html
2、《考工记》古代独輈马车主要元件的设计机械设计
http://maps.pme.nthu.edu.tw/web_maps/PDF/PUBLICATION-TEXT/014.pdf
3、中国古代为什么没有四轮马车而西方却有？
http://www.manyanu.com/new/a4b9b1916c114bcca26052708161dc8c
4、月兄提供的古代埃及马车“the Egyptian chariot had a metal covering for the axes”
5、外国专家成功复制中国古代战车
https://www.sohu.com/a/207072778_335714
第一篇文章提到：中国古车上“在毂内装釭，轴上装锏。车轮转动时，木轴、木毂间有金属件釭和锏垫着，不直接接触，从而减小磨损”。又提到“河北满城汉墓出土的一枚铁锏曾经金相考察，属珠光体基的灰口铸铁，具有较高的耐磨性和较小的摩擦阻力，既能起到防护作用并有利于运转。同时，中国古车还在轴上施用润滑油膏，见《诗？邶风？泉水》及《左传？襄公三十一年》、《哀公三年》。在光滑的釭、锏中施用油膏后，行车时更为轻快。故《吴子？治兵篇》说：“膏锏有余，则车轻人。””
我曾请教月兄：吴起只提到锏，没有提到釭，是否先有锏？后有釭？月兄的意见是“难说”，我想了想，也的确是得不出逻辑唯一的答案。
第二篇是台湾清华大学动力机械两位作者所作，他们设计的車穀是木质的，有釭和锏作为“金属轴承”，他们说明“《考工记》中并无这些小零件（釭、锏）的设计，是后人考证及出土文物相互印证，才得知有这类零件存在于古独輈車中“。看得出，他们从机械设计的角度，认为必须有釭和锏才能满足车轴的实用性能。
遗憾的是此文没有说明“考证”的出处，以及“出土文物”的出处。而且，他们也说釭按《说文》的说法，是“車穀中铁也“，铁是战国后才普及的，因此他们认为西周初的《考工记》没有记载釭，是因为这个原因。
针对1-2篇，桥上兄推荐一篇浙江大学历史教授龚缨晏的文章《车子的演进与传播—兼论中国古代马车的起源问题》，列举了很多中亚、欧洲出土木轮、木轴的例子。匿名兄还给予了一张图片，大概就是龚文中瑞士出土的带轴的木轮。
桥上兄还指出商周目前发掘的车马坑，似乎没有釭锏的出土报告。
第三篇，本来主要是论述为什么中国采用两轮马车、牛车而不去用四轮车，作者认为不是造不出来，而是两轮车比四轮车有优越的性能。不过在后面，文章也提到了：“两轮车要求轮子非常结实，车轴非常结实，强度至少是四轮车的两倍，车下面还要有至少两根非常结实的”梁“。。。这需要榫卯结构把小料拼成大料，需要冶金和金属加工的部件来强化车轴和车大梁”。
第四篇，则是月兄帮助找到关于古代埃及战车，外国研究文章说“the Egyptian chariot had a metal covering for the axes”。
月兄虽然开头就指出我的观点欠缺之处，但是还能在讨论中坦荡给出能支持我观点的线索文章，高风亮节，实在让我感佩。在此再次感谢月兄。
第五篇，是两个英国人测量中国出土的车马坑中的数据，然后按照古法，制造了一辆古代战车。这个比台湾清华仅仅是机械设计、而没有具体制造出来，是大大前进了一步。不仅如此，两个英国人还驾驶这辆中国古代战车，对车辆性能（速度、转弯、稳定、驾驭等），还有车上的长戈、弓箭使用，进行了实测，最后甚至还有此战车和骑马弓兵（模拟草原骑兵）的对抗试验。
曾与普鲁兄谈到历史也能做一些实验，此即为一个很好的例子。
对我们讨论问题最重要的，是此文中提到：“然而，木质的轮轴毕竟强度有限，在木质的轮轴之外需要加上许多的青铜部件。这些部件不仅起到增加轮轴强度的作用，更能起到装饰、体现身份的作用。”
并且，在車穀外侧的铜（青铜）套件安装的动图中，安装后可以很明显看到车轴上有一个金属套管（metal covering for the axes），显然就是锏。
见动图，冒烟及戴手套，应该是加热+胶，把錧/钏与木质車穀固定在一起。
这样，就把我问月兄锏先釭后的问题，甚至桥上兄的问题解决了：在战国铁釭之前，锏是和車穀的錧以及钏，相匹配的。也就是说，錧和钏就是后来的釭！
至于锏，则有可能因为长期埋在地下，木头化为泥土后，锏和錧、钏锈在一起了？
由于外面有花纹，所以我查到的以台湾故宫博物院吴晓筠为代表的文章，是进把錧、钏当成了车穀的装饰。
我也看了桥上兄给我推荐的龚教授的那篇文章，龚教授在其中也提到了“有学者写道：“根据中外考古学家的意见，认为车辆的产生是在公元前2000年至800年之间的青铜时代。””——这种观点和我的观点基本相同。
不过龚教授完全不接受这种观点，即有了实用金属，才会有实用的车辆。龚教授认可西方学者发表的、证明车辆最早产生于欧洲中亚的证据：岩画（至今不能准确确认时间）、轮子模型（看起来像是陶轮轴）、泥车模型、车辙，以及出土的榫卯组合的轮子、一体转动的木轴等。龚教授不认可中国发现的陶轮、传说（黄帝、奚仲造车）、二里头的车辙，等等。龚教授认可：甚至欧洲造车比中亚还早。
这种分歧，契合了我在erha兄楼下的那个想法：历史学专业的应该学一点儿理工，用实验看看出土的证据能不能成立：
1、比如，在没有青铜刀斧的情况下，仅用石器骨器，看能不能做出那几个瑞士、德国出土的榫卯组合的车轮。
2、看看用石器骨器，无论是销凿还是研磨能做出来的瑞士还是德国哪儿的木车轴，装在那种实木车轮上，当负载3、5百公斤的载重时，看看能在荒野的土地上走多远而不磨坏。（工具加工硬度与车轴被加工硬度的匹配）
3、还有就是真做出一辆四轮的、轮轴一体的牛车，载重300-500公斤后，看看在土地上能不能转弯。
请河友给出意见和批评。
通宝推：铁手,多余6569,牧云郎,epimetheus,北纬42度,燕人,家园 不知到动图是否能显示 
家园 看起来GIF格式的图显示不出来
家园 贴孙机先生的总结 
外链图片需谨慎，可能会被源头改通宝推：阴霾信仰,epimetheus,- 复 贴孙机先生的总结
家园 车轴的力学分析 楼主和桥上等网友讨论古代车轴和可能的材料，我个人认为步骤太快了。我想从力学角度分析一下。这些都是20多年前学的，万一记忆错误还请大家指正。
记得当年学理论力学，材料力学和机械设计，我们一般是三步走。第一步是受力分析，第二步是应力计算，第三步根据应力计算的结果确定材料和设计，其中第二和第三步可以循环迭代。具体到古代车子都依靠人力或畜力驱动，没有发动机，所以车轴是不传递扭矩的轴，英语是axle，而现代汽车的驱动轴传递扭矩，英语是shaft。很明显现代驱动轴承受的载荷更大，属于弯矩和扭矩叠加在一起的复合载荷，这样的载荷对轴的具体要求是内韧外刚，经过调质处理，并表面硬化的中碳钢是最好。
在排除驱动轴之后，还有两种办法把车轮和车身连接在一起。其一是车身下部固定一个梁，在梁的两头套上轴承，车轮套在轴承上。这样梁和车身固定连接，车轮在梁上转。这种情况，车梁因为不转动，所以只受静止的弯矩，基本上就是梁的上半部受压应力，下半部受拉应力，鉴于木头受压比受拉能力强，对梁的下半部加强就好了。其二是车轮固定在车轴上，车轴通过轴承固定在车身上，车轴相对于车身转动，但是车轴和车轮间无相对转动。这种情况车轴主要承受变化的弯矩，也就承受变应力具体到车轴的某一点，它转到上方的时候受压应力，下方的时候受拉应力，中间位置时由弯矩产生的应力是零。变应力比静应力对材料的要求高，所以车轴的材料应该比车梁的要求高。当然这两种解决方案都用到轴承，轴承的受力也类似。
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家园 我咋觉得车轴和车轮连接的地方应该是剪力控制泥 既然你说轮在梁上转，我的理解车轴就是伸出来那一点。把整个梁简化为简支的话，这个位置应该是剪切控制。
至于轴承，滚动轴承当时技术做不到，滑动轴承，那么低的速度根本无法形成油膜。这就涉及到润滑力学的范畴了
另外，材料力学和机械设计之间还有一门机械原理。不过古代的车，用不着机械原理的知识。🤣😂
家园 首先要搞清楚是车轴还是车梁 如果是车梁，确实考虑轴承的受力是重点，主要是剪应力。如果是车轴的话，轴承处的剪应力要考虑，车轴由弯矩引起的拉压变引力也要考虑。
当年学机械设计之前确实要先学机械原理。记得学机械原理后的课程设计题目是设计计算曲柄连杆机构，机械设计的课程设计是设计轴承。
其实轴承这东西挺好玩的，低转速，低要求的场合用滑动轴承，高速但是承重不是太大的用滚动轴承，到高速高载荷的时候有用回滑动轴承。发电设备几十上百吨的转子都用滑动轴承。
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家园 其实双方讲不清的就是轴承和轴承发明前的轮轴承重摩擦部件 木头轴承和类木头木头轴承需要左右上下固定，中间还有注入油脂类润滑剂的空间，于是就有了釭，锏，錧和钏等专用名词。普通人对这些名词还没理解清楚，就直接跳到金属和非金属，历史制作工艺等。和螺旋桨，喷气机原理都没讲，就讨论为什么喷气悬翼直升机被淘汰？于是直接跳到阴谋论。
家园 我也认为轴承是关键 但是他们的讨论老是围绕车轴，所以我就想办法来个力学分析。
- 复 车轴的力学分析
家园 这是专家来了，十分感谢 我并不是搞机械的，所以基本是外行，也不敢多说什么。
其实我只是想要说古代车轴和车毂有用木头的，还不少，至于有没有用金属的，我没见过，不敢说。
对于清华的文章，也没看过全文，只能一般地说，如果一定要确定过去的车一定要用金属件，那至少要在两方面都站住脚，一方面是考古证据，我看不出来怎样能站住脚，但也说不好。一方面是理工科的试验，至少要用古人的材料和机构做出木头车和带金属件的车，经过试验证明木头车无法使用——这不等于金属件不优于木头件，好比金属件“摩托小时”（比喻）100，金属件200，就不等于木头件不存在或无法使用。何况还有其他因素，好比青铜在当时十分贵重，得来不易，这是有不少文献证据的，那么大规模用在车上，到底怎样。
这里头还有个难点，真要试验，青铜虽然都是青铜，但也分很多种，其实木头也分很多种，这里头麻烦大了。
总而言之，我是被扯进来的，本来只想提出得考虑考古证据，说有易说无难，真没那能力细细讨论，现在您这专家进来解惑，太感谢了。