天文观测和报时装置合为一体的北宋水运仪象台

中国古代计时器的创始时间不晚于战国时代（公元前476～前222）。应用机械原理设计的计时器主要有两大类，一类利用流体力学计时，有刻漏和后来出现的沙漏；一类采用机械传动结构计时，有浑天仪、水运仪象台等。

机械传动的实现离不开齿轮，中国在东汉初年（公元1世纪）已有人字齿轮出现。三国时期出现的指南车和记里鼓车已采用齿轮传动系统。晋代杜预发明的水转连磨也是通过齿轮将水轮的动力传递给石磨的。史书中关于齿轮传动系统的最早记载，是对唐代一行、梁令瓒于725年制造的水运浑仪的描述。北宋时制造的水运仪象台更是运用了一套十分复杂的齿轮系统。

水运仪象台是苏颂、韩公廉等人设计制造的。宋元祐元年(公元1086年)开始设计，到元祐七年全部完成。整座仪器高约12米，宽约7米，是一座上狭下广、呈正方台形的木结构建筑。其中浑仪等为铜制。全台共分三隔。下隔包括报时装置和全台的动力机构等。中隔是间密室，放置浑象。上隔是个板屋，中放浑仪。台的下层有提水装置，由人力推动河车，带动升水上轮和下轮（筒车），将水提到天河（受水槽），注入天池（蓄水池）。台中平水壶保持水位恒定，并通过一定截面的水管向枢轮（水轮）上的水壶流泄恒定流量的水，推动枢轮。枢轮通过传动齿轮带动昼夜机轮、浑象和浑仪。动力机构

在仪象台下隔的中央部分设有一个直径达3米多的枢轮。枢轮上有72条木辐，挟持着36个水斗和勾状铁拨子。轮顶部和边上附设一组杠杆装置，它们相当于钟表中的擒纵器。在枢轮东面装有一组两级漏壶。壶水注入水斗，斗满时，枢轮即往下转动。但因擒纵器的控制，使它只能转过一个斗。这样就把变速运动变为间歇运动，使整个仪器运转均匀。枢轮下有退水壶。在枢轮转动中各斗的水又陆续回到退水壶里。另用一套打水装置，由打水人搬转水车，把水打回到上面的一个受水槽中，再由槽中流入下面的漏壶中去。因此，水可以循环使用。打水装置和打水人则安置在下的北部。

报时装置

水运仪象台有一套比较复杂的齿轮传动系统。枢轮的动力通过枢轴和地毂、下轮两个齿轮传到天柱。天柱上装有上轮、中轮和下轮3个齿轮。上轮通过后毂和前毂两个齿轮驱动浑仪（齿圈）；中轮通过拨牙机轮驱动机轮轴。机轮轴顶部的天轮（大齿轮）通过中间齿轮和赤道牙（齿圈）驱动浑象。由于齿轮齿数的适当安排使浑仪、机轮轴和浑象每昼夜各旋转一周。装在机轮轴上的昼夜机轮（即各种报时轮：时刻钟鼓轮、时初正司辰轮、报刻司辰轮、夜漏金钲轮、夜漏箭轮和夜漏更筹司辰轮）每昼夜旋转一周。

这些报时轮的机构分为两类。一类是在轮子上装置若干凸轮，按一定时间用杠杆、绳索等带动司辰木偶，完成一定的动作，如击鼓、撞钟等。另一类是在轮子上装有若干司辰木偶，各持时辰牌，随着轮子旋转，分别按时在窗口出现。报时装置是一大套高度机械化的、富有艺术性的机构，采用了钟、鼓、铃、钲4种乐器和绯、紫、绿3种司辰服色。

在台南部，有五层木阁。上面第一层有三门，门口各有一木人。每逢时初，左门的木人摇铃；时正，右门的木人打钟；每刻则中门的木人击鼓。下面第二层只一个门，内中有手抱时辰牌的木人24个，按时轮流转到门口，指示时辰。第三层有96个抱牌木人，轮流出现在门口，以指示刻数。第四层门口有一个木人，在夜间按更、筹击钲。最下第五层木阁内有38个抱牌木人，在夜间轮流转出门口，指示更、筹数。每层木阁内都有相应的机轮或，上挂抱牌木人；或用拨牙拨动门口木人手臂敲打乐器。这些机轮都装在一根机轮轴上。机轮轴有传动机构和天柱相连。天柱是贯通全台上中下三隔的传动轴。天柱下有个下轮，与轮轴伸出的地毂相结合。当作为原动轮的枢轮转动时就经过地毂，使天柱旋转起来，由此带动全仪。