張衡塑像

渾象
  東漢張衡在漢安帝元初四年(公元117年)曾製成一架渾象。十多年後約公元130年又製成一架「水運渾象」。球狀的渾象直徑達l米以上。而且,在這球體周圍和球面上「具內外規、南北極、黃赤道,列二十四氣、二十八宿中外星官及日月五緯」。《晉書·天文志》還寫道:「(渾象)以漏水轉之於殿上室內,星中出沒與天相應。因其關戾,又轉瑞輪蓂莢於階下,隨月盈虛,依歷開落。」所謂「蓂莢」,是神話中的一種植物,它隨月盛衰而開落。新月初出長出一莢,滿月時長出十五莢,月圓之後又一天掉落一莢。這樣,這種植物就可以預告一個朔望月的日數和月亮的盈虛變化。張衡創製的「瑞輪蓂莢」就是在此思想啟發下,以機械輪子和「關戾」(凸輪、齒輪、撥桿等的組合) 的轉動來顯示月相和朔望月的天數,它是前所未聞的一種計時機械。不過,它不是顯示一日之中的時辰更點,而是表示一個朔望月的日期。「瑞輪蓂莢」和渾象都是以水力轉動的。

  據推測與研究,張衡的渾像是由水輪驅動減速齒輪系,使其每天回轉一周。在這齒輪系的某一輪軸上安裝圓柱,圓柱周圍佈置15個具有凸輪作用的弧形撥板,以撥動套在其外的套筒上、按螺旋線安裝的15個活動蓂莢。輪軸每月轉一周,蓂莢就可以「隨月盈虛,依歷開落」。在張衡所處的時代,製造這樣的渾象和機械日曆計已具有相當技術基礎。因為,水碓及其撥桿機構、水排中的水輪及曲柄桿機構、還有各種齒輪,都是早於他幾百年的發明。張衡在前人的基礎上,具智慧地設計了這一組減速齒輪系。