CN101650183A - 一种垂直行星架轮指南车 - Google Patents

Abstract

本发明系一种利用机械齿轮传动原理，呈车辆结构形式的方向指示装置。一种垂直行星架轮指南车，所述指南车为单辕二轮车，左车轮(1)经左轴(2)同轴连接左垂直伞齿轮(3)，左垂直伞齿轮(3)经过桥伞齿轮(4)传动垂直配置的过渡伞齿轮(5)，两者转角相同，方向相反；右车轮(11)经右轴(10)同轴连接右垂直轮(8)；过渡伞齿轮(5)与右垂直轮(8)之间夹置一行星架伞齿轮(6)；行星架伞齿轮(6)为一复合轮，其外圈为伞齿轮，轮体为行星架，配置行星轮(7)，行星齿轮(7)分别与过渡伞齿轮(5)和右垂直轮(8)相对面上的侧面伞齿啮合；垂直竖立的指南轴(9)的下端为水平配置的指南伞齿轮(12)，指南伞齿轮(12)与行星架伞齿轮(6)的外圈齿轮垂直啮合。结构简单，使用方便直观，方向指示正确、精确。

Description

一种垂直行星架轮指南车

(一)技术领域

本发明系一种方向指示装置，特别是涉及一种利用机械齿轮传动原理，呈车辆结构形式的方向指示装置。

(二)背景技术

指南车是我国古代的一项重要发明，相传在黄帝和周公时代已经出现了，东汉张衡，三国马钧及南北朝的祖冲之均制作过指南车，至宋燕肃和吴德仁时又复制过。惜后世历代除零星记载外，其结构和形制已不可考。

近代人们也作了一些研制。但综观之，或精度差(如采用离合式或摩擦式等)；或结构部件繁杂(如采用多级传导或某些差动轮系等)；或指示不直观(如采用相对指示方法等)。如何得到一种较理想的装置呢？既要精简又要精确，且要便于制作，历来是一项科学爱好者感兴趣的项目。

以上所述一些机构的结构，虽然各有差异，但是均为左右对称布置，指示方向的标杆均是矗立在机构的左右对称中心，这一般是由于其结构所决定的，然而，在实际应用的场合，有时需要指示标杆位于整个机构的一侧，以便让出中央更多的空间设计、布置其它零部件，如何设计一种指向正确，精度高，使用方便直观，结构简单的装置，而且指示标杆位于整个装置的一侧，追求如此目标更成为科技爱好者的关注点。

(三)发明内容

本发明的目的是提供了一种结构简单，传动正确，指示精确，指示标杆位于整个装置的一侧的偏心指南车结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种垂直行星架轮指南车，所述指南车为单辕二轮车，其特征在于：

左车轮1经左轴2同轴连接左垂直伞齿轮3，左垂直伞齿轮3经过桥伞齿轮4传动垂直配置的过渡伞齿轮5；

右车轮11经右轴10同轴连接右垂直轮8；

过渡伞齿轮5与右垂直轮8之间夹置一行星架伞齿轮6；

行星架伞齿轮(6)为一复合轮，外圈为伞齿轮，轮体为行星架，配置行星轮(7)，行星齿轮7分别与过渡伞齿轮5和右垂直轮8相对面上的侧面伞齿啮合；

垂直竖立的指南轴9的下端为水平配置的指南伞齿轮12，指南伞齿轮12与行星架伞齿轮6的外圈齿轮垂直啮合。

所述指南轴9的上方为人偶指手形结构。

采用本技术方案，当两轮车辆被牵引移动时，两侧车轮的转动，带动同半轴左、右两个垂直伞齿轮同向同步转动；其中左侧垂直伞齿轮经水平过桥伞齿轮与其过渡垂直伞齿轮啮合，使二者转角相同，方向相反。行星架伞齿轮的行星轮同时与过渡伞齿轮和右侧伞齿轮的侧面伞齿啮合。因此，当两边垂直伞齿轮转动后，经行星轮啮合，将引致行星架绕自身中心轴转动。并经外齿与水平指南轮啮合，又将转动转化为后者绕自身中心轴的转动。

当车辆直行时，左右两车轮、左右两垂直轮均产生相同的转角，因过渡垂直轮与左侧垂直轮转角相同，方向相反，导致行星架的行星齿轮仅有“自转”而没有“公转”，即行星架不发生旋转，保持动态平衡，因而使得水平指南轮也不发生偏转，显示指南车在笔直行走。

当车辆转弯时，左右两侧的车轮行走距离不同，转动的角度也不同，反映到过渡伞齿轮和右侧伞齿轮的转动角也产生了偏差，一大一小，且与两侧车轮的转角对应，直接导致中间行星架的行星轮不仅有“自转”，而且还有“公转”；行星架随着行星齿轮的“公转”而旋转，其方向由行星架两边齿轮中转动角大的一方所决定，且为二者之差的一半。

当行星架伞齿轮与水平指南轮的传动比λ等于车轮直径与轮距之比λ时，尤其当λ＝1，即：行星架轮与水平指南轮直径相同、车轮直径与轮距相等时，指南轮的偏转与指南车的转角大小相同，方向相反，具体表现为车辆已转弯而指针始终不渝其指向。

本发明的有益效果表现于：

此指南车的结构和原理都较明晰，结构简单合理，小巧紧凑而指示精确，可作为中学生物理学习的辅助教具，由此熟悉和加深机械传动和传动比方面的知识。

也可与大多数机械或机电玩具相结合，设计和生产出一些新型的玩具来，使之具有更强的娱乐性和科技内涵，让儿童在娱乐中接受相应的知识，以提高对新知识探究的兴趣。

而且，本技术方案的行星架轮呈垂直布置，指示标杆位于整个机构的一侧，让出中央更大面积的空间，可以设计、布置其它零部件和装置，其实用意义更大。

(四)附图说明

图1为本发明一种垂直行星架轮指南车从前后方向观看的结构示意图；

图2为行星轮、行星架齿轮与指南轴的结构示意图；

图3是本发明一种指南车结构的行走、转弯演示原理图。

图中：1是左车轮，2是左轴，3是左垂直伞齿轮，4是过桥伞齿轮，5是过渡伞齿轮，6是行星架伞齿轮，7是行星齿轮，8是右垂直轮，9是指南轴，10是右轴，11是右车轮，12是指南伞齿轮。

(五)具体实施方法

以下结合附图进一步详细说明本发明的结构。

如图所示，设左车轮1和右车轮11的半径为R0，

且行星架轮伞齿轮6与指南伞齿轮11的半径之比为λ。

当指南车旋转了α角度后，左车轮1和右车轮11则分别行进了S1＝R1*α和S2＝R2*α的距离，而对应的左车轮1和右车轮11也相应转动了β1＝S1/R0和β2＝S2/R0。

由结构图可知：左垂直伞齿轮3与左车轮1共半轴联动，右垂直轮8与右车轮11共半轴联动；过渡伞齿轮5与左垂直伞齿轮3因过桥伞齿轮4之啮合，故大小相等方向相反。

从结构图还可知：行星架伞齿轮6的转角，为过渡伞齿轮5与右垂直轮8转角之差的一半，也即左车轮1和右车轮11转角之差的一半；指南伞齿轮12与行星架伞齿轮6啮合，其变动角记为α’。

得：α’＝|β1-β2|*λ/2＝(S1/R0-S2/R0)*λ/2

        ＝(R1-R2)*λ*α/2R0

由上式可知：

当取：λ＝1，且车轮间距D(|R1-R2|)为车轮直径2R0时，α’＝α。

或：当满足车轮间距D(|R1-R2|)与车轮直径2R0之比为：1/λ时，同样可得：α’＝α。

实施例1

取：λ＝1。左垂直伞齿轮3、右垂直轮8及过渡伞齿轮5的大小形制可以完全一致，甚至桥伞齿轮4也可取相同形制，好处是容易加工且允许互换。左车轮1和左垂直伞齿轮3共左轴2联动，右车轮11和右垂直轮8共右轴10联动，即车轮的转动通过共有半轴使相应齿轮能同步转动。同时左垂直伞齿轮3因过桥伞齿轮4之啮合，又将左车轮1的转动角映照为过渡伞齿轮5的转角，且大小一致，方向相反。过渡伞齿轮5与右垂直轮8之磨合面有内齿与行星架伞齿轮6之小行星齿轮7啮合，而行星架伞齿轮6之外圈齿则与指南伞齿轮12啮合，指南伞齿轮12、指南轴9，连同上方的人偶指手也发生转动以示方向。至此，除行星架伞齿轮6的行星齿轮7之外，所有各轮的转动轴均在同一平面，且3、5、8、6轮与车轮1、11处于同一轴线。微调车轮间距使之与车轮直径相等。当指南车作任何行进倒退或转向时，其指南伞齿轮12、指南轴9将同步反映，上方的人偶指手始终不渝其指向。

此指南车的结构和原理都较明晰，结构简单合理，小巧紧凑而指示精确，可作为中学生物理学习的辅助教具，由此熟悉和加深机械传动和传动比方面的知识。

也可与大多数机械或机电玩具相结合，设计和生产出一些新型的玩具来，使之具有更强的娱乐性和科技内涵，让儿童在娱乐中接受相应的知识，以提高对新知识探究的兴趣。

实施例2

在指南车原理的基础上，可制作和研发一些自动跟踪设备，如动态摄影平台或自行瞄准火炮等。

生活中往往有很多自动跟踪方面的需求，如：体育摄影，高速动物摄影，大场面电影制作和监测追踪等，军事上也需要有容易操控的自行瞄准火炮，以及科研上一些无人探测器。其伺服控制系统可通过指南轴9的运转来实现同步驱动，使行驶中的机车(或火炮)瞄准同一方向，而此时人为操控只需作些测距和微调就可以了。

实施例3

研制能自动记录并绘制行程图的指南车。

我们知道在机械鼠标中有一滚动胶球，与之磨擦联动的是一对正交细辊轴，在直角坐标系中，分别对应于X轴和Y轴，辊轴端各有一组光栅轮和光电管组合。当鼠标移动时，胶球的滚动将引致光栅轮的转动，经光电管的检测和相应计算，即可得知鼠标沿X轴和Y轴的运动了。

在此，我们可将二组光栅轮和光电管组合分别安装在指南车的指南轴9上和车轮左轴2或右轴10上。令指南车处于一极坐标系中，当其行进时，前者可测知极角的变化，后者可测知极径的变化。经相应的换算即可得知指南车在X-Y平面坐标系中的对应变化了。

将上述对应于X轴和Y轴的变化，经电脑输入形成记录文件，再经显示和打印输出，即可获得指南车的行程轨迹了。

如将上述技术与GPS定位系统有机地结合起来，定能在军事领域和民用方面开发出一些新的应用。

Claims (2)

1.一种垂直行星架轮指南车，所述指南车为单辕二轮车，其特征在于：

左车轮(1)经左轴(2)同轴连接左垂直伞齿轮(3)，左垂直伞齿轮(3)经过桥伞齿轮(4)传动垂直配置的过渡伞齿轮(5)；

右车轮(11)经右轴(10)同轴连接右垂直轮(8)；

过渡伞齿轮(5)与右垂直轮(8)之间夹置一行星架伞齿轮(6)；

行星架伞齿轮(6)为一复合轮，外圈为伞齿轮，轮体为行星架，配置行星轮(7)，行星齿轮(7)分别与过渡伞齿轮(5)和右垂直轮(8)相对面上的侧面伞齿啮合；

垂直竖立的指南轴(9)的下端为水平配置的指南伞齿轮(12)，指南伞齿轮(12)与行星架伞齿轮(6)的外圈齿轮垂直啮合。

2.根据权利要求1所述的指南车，其特征在于所述指南轴(9)的上方为人偶指手形结构。

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