CN101650184A

CN101650184A - 一种指南车

Info

Publication number: CN101650184A
Application number: CN200810041763A
Authority: CN
Inventors: 叶大卫; 叶廉华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2008-08-15
Publication date: 2010-02-17

Abstract

本发明系利用机械齿轮传动原理，呈车辆结构形式的方向指示装置。一种指南车，指南车为单辕两轮车。与左右两车轮同轴分别连接左、右两直径不同的垂直伞齿轮，左、右两垂直伞齿轮又分别啮合上、下两同轴、直径不相等的水平伞齿轮；位于上、下两水平伞齿轮之间，同轴设置一行星架，行星架中心轴的上端矗立一方向指示针，行星架配置行星轮；所述行星轮分别与上、下两水平伞齿轮的相对面啮合传动。本发明结构简单，使用方便直观，方向指示精确。可作为中学生物理学习的辅助教具，也可与一些机械或机电玩具相结合，设计出具有娱乐性和科技内涵的玩具，让儿童寓教于乐。

Description

一种指南车

(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一些功能效果外，无法提供其具体结构。

近代人们也作了一些研制。但综观之，或精度差(如采用离合器式或摩擦式等)；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。

(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，指示精确的指南车结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种指南车，所述指南车为单辕两轮车，其特征在于，与左右两车轮同轴分别连接左、右两直径不同的垂直伞齿轮，左、右两垂直伞齿轮又分别啮合上、下两同轴、直径不相等的水平伞齿轮；

位于上、下两水平伞齿轮之间，同轴设置一行星架，行星架中心轴的上端矗立一方向指示针，行星架配置行星轮；

所述行星轮分别与上、下两水平伞齿轮的相对面啮合传动。

所述方向指示针为人偶指手形结构。

采用本技术方案，当两轮车辆被牵引着往前行走，左右两侧轮子向前滚动，带动了同轴左、右两个垂直伞齿轮向前转动，左、右两个垂直伞齿轮分别从左、右两侧与两个上下配置的水平齿轮啮合。位于上、下两水平伞齿轮之间，同轴设置一行星架，行星架中心轴的上端矗立一方向指示针，行星架配置行星轮；行星轮分别与上、下两水平伞齿轮的相对面啮合传动。因此，当上下两水平齿轮转动后，会迫使位于中间的行星架转动。

取传动比λ＝1，即两垂直伞齿轮和分别与其啮合的水平伞齿轮直径相同。

当车辆笔直行走时，左右两车轮、左右两垂直齿轮、上下两水平齿轮均产生相同的转角，导致中间的行星齿轮仅有“自转”而没有“公转”，即没有发生配置了行星齿轮的行星架的旋转，因而行星架中轴上的方向指示针也不发生偏转，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，反映到两水平齿轮的转动角也产生了偏差，一大一小，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，其方向由上下水平齿轮中转动角大的一方所决定，且为二者之差的一半。

当车轮直径与轮距相等时，行星架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：结构简单合理，小巧紧凑而指示精确。

此指南车的结构和原理都较明晰，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。

(四)附图说明

图1为本发明一种指南车从前后方向观看的结构示意图；

图2为行星轮、行星架与指南轴的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明一种指南车的行走、转弯演示原理图。

图中：1是左车轮，2是左轴，3是左垂直齿轮，4是下水平齿轮，5是行星轮，6是行星架，7是指南轴，8是上水平齿轮，9是右垂直齿轮，10是右轴，11是右车轮。

(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。

设左车轮1和右车轮11的半径为R0，左垂直齿轮3与下水平齿轮4的半径之比为λ1，右垂直齿轮9与上水平齿轮8的半径之比为λ2。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的角度。由齿轮比，可知此时：下水平齿轮4的转角：θ1＝β1*λ1＝S1/R0*λ1，上水平齿轮8的转角：θ2＝β2*λ2＝S2/R0*λ2两者方向相反，从结构图可知，行星架6带动指向轴7的转角，即指南木人的变动角为下水平齿轮4和上水平齿轮8转角之差的一半，记为α’，得：α’＝(θ1-θ2)/2＝(S1/R0*λ1-S2/R0*λ2)/2＝(R1*λ1-R2*λ2)α/2R0，由上式可知：当取：λ1＝λ2＝1，且两车轮间距D(|R1-R2|)为车轮直径2R0时，α’＝α。或：当λ1＝λ2＝λ时，只要满足两车轮间距D(|R1-R2|)与车轮直径2R0之比为：1/λ，同样可得：α’＝α。

实施例1

取：λ1＝λ2＝λ＝1，此时左垂直齿轮3与下水平齿轮4的大小完全一致，右垂直齿轮9与上水平齿轮8也完全相同，好处是容易加工且允许互换。左车轮1和左垂直齿轮3共左轴2联动，右车轮11和右垂直齿轮9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。下水平齿轮4与上水平齿轮8分别与左垂直齿轮3和右垂直齿轮9啮合，通过这一级啮合，将左车轮1和右车轮11沿垂直面的转动角映照为下水平齿轮4和上水平齿轮8沿水平面的转角，且大小一致。

其啮合面有内齿与行星架6之行星轮5啮合，且可绕行星架6之指向轴7旋转。至此，除行星轮5外，所有转动轮的轴线均在同一平面。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，其指向轴7顶端所立指南木人将同步反映，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。

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检测指向轴7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，可将二组光栅轮和光电管组合分别安装在指南车的转向轴7上和左轴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

1.一种指南车，所述指南车为单辕两轮车，其特征在于，与左右两车轮同轴分别连接左、右两直径不同的垂直伞齿轮，左、右两垂直伞齿轮又分别啮合上、下两同轴、直径不相等的水平伞齿轮；

所述行星轮分别与上、下两水平伞齿轮的相对面啮合传动。

2.根据权利要求1所述的指南车，其特征在于所述方向指示针为人偶指手形结构。