CN1270305A - 摩擦传动指南车 - Google Patents

Abstract

一种摩擦传动指南车,其可被拉动移行并具有恒定指向功能的双轮车体,其两侧车轮分别连结有第一、二摩擦轮,再分别藉由第一、二无端传动带体,传递动力至一差速传动装置的第一、二水平传动轮,该水平传动轮间以摩擦传动方式紧密夹置有一同轴行星传动轮组,行星传动轮组的轮轴上连接有一上附指标装置指向杆;不论车体如何移行,行星传动轮轴及指标装置产生一与车体互补的回转角度,使指标装置不因车体回转而偏离其所指方向。

Description

摩擦传动指南车

本发明是关于一种指南车，特别是指一种结构更简单且指向精确的摩擦传动指南车。

指南车是中国古代重要发明之一，一般公认其为一双轮车辆，具有齿轮系，不论指南车如何移行，皆利用齿轮系的传动关系，使一人形保持指向一固定方向，其与利用磁性原理指向的磁罗盘，在技术原理上完全无关。

相传指南车是由皇帝发明，得在浓雾中指引方向，终于大败蚩尤。有史可稽者，包括西元225年晋朝马钧及西元478年南北朝祖冲之等均曾制造指南车，惟其并无相关机构的说明；史籍上记载有指南车内部机构者，始于西元1027年由宋朝燕肃所制造的指南车，采用齿轮传动机构，惟此套机构近代加以考证复制后，并无法达成连续运转恒定指向的功能，其误差率甚高，必须经常以人力重新修正方向。第一部具备任意移行转向仍维持精确指向的指南车，首推1947年英国工程师(GeorgeLanchester)应用差速齿轮原理所设计者。另外，目前市售指南车的主要传动机构，是如图7所示者，其亦是利用与车轮连结的数组伞形齿轮组及正齿轮组传动至一差速齿轮组，籍由差速传动关系，使一被锁固于该差速齿轮组的输出轴上的人形保持指向者，其主要机构与英国工程师(GeorgeLanchester)所设计的指南车，并无差异。

综观中国史籍及目前相关技术文献所记载者，指南车均是应用齿轮系(尤指差速齿轮组)的传动关系，达成维持指向的功能。

齿轮式指南车要维持指向准确，需要高精度的齿轮，即使以现代工艺技术水准而论，制造齿轮(尤其是差速行星齿轮系)时，仍存在有齿隙累积误差问题，是以中、外学者均怀疑一两千年前的中国古科技文明，是否具有制造如此高精密度齿轮的技艺水准，更有外国学者因此认为中国古代史书中所记载的指南车，仅是传说、神话而已，并非事实。

如图7所示者，习知齿轮式指南车在构成上亦相当复杂，其两侧车轮轴90、91的运动必需经由两侧伞形齿轮组81、82、83、84以及两侧正齿轮组85、86、87、88分别传递至位于中央差速齿轮组89，由于其运动传递次数多，齿隙误差会累积，故指向误差率亦将随之增高；且因构造复杂，将衍生例如：制造困难、成本提高以及体积增大等缺点。

本案发明人鉴于上述习用齿轮传动式指南车所衍生的各项缺点，尤其是在有人怀疑中国古代是否具有制造高精密度齿轮的技艺水准，并因此否定中国古代发明指南车的科技成就，乃及思加以改良创新，经多年潜心研究后，终于成功研发完成本件完全无需使用齿轮的摩擦传动指南车，其机构简单，即使在二千年前，亦可轻易制作完成，足以证明中国在周朝之始，即已发明指南车，是可能的，并不见得是神话。

本发明的目的即在于提供一种磨擦传动指南车，其机构简单，无需使用齿轮转动，制造上无需精密的工艺技术，相当简易，且成本低廉，同时可减少因齿轮多次传动所产生的指向偏差率，提高其指向的精准度者。

可达成上述发明目的的摩擦传动指南车，其为一可被拉动移行的双轮车体，其两侧车轮分别联结有第一及第二摩擦轮，在分别籍由第一及第二无端传动带体，传递动力至一差速传动装置的第一及第二水平传动轮，两个水平传动轮间以摩擦传动方式紧密夹置有一同轴行星传动轮组，该行星传动轮组的轮轴上连接有一上附例如人形等指标装置的指向杆。其中第一摩擦轮、第二摩擦轮、第一水平传动轮以及第二水平传动轮等四个轮体的直径均相等，且两侧车轮的直径与两侧车轮间轮距相等。当两侧车轮等速而呈直线移行时，第一及第二水平传动轮的转动速率相等但转向相反，使行星传动轮及指向人形维持固定不动；当两侧车轮不等速而呈曲线移行时，第一及第二水平传动轮间产生一差速，并传动使行星传动轮轴及指向人形产生一与车体互补的回转角度，使指向人形不因车体回转而偏离其所指方向者。

请参阅以下有关本发明较佳实施例的详细说明及其附图，将可进一步了解本发明的技术内容及其目的功效；有关该实施例的附图为：

图1为本发明摩擦传动指南车第一实施例的立体视图；

图2为该摩擦传动指南车的正面视图；

图3为该摩擦传动指南车中传动机构的立体分解视图；

图4为该摩擦传动指南车中传动机构的组合剖面视图；

图5A至图5C为该摩擦传动指南车不同移行方式的动作示意图；

图6为本发明摩擦传动指南车第二实施例的正面视图；以及

图7为习用齿轮式指南车中传动机构的证面视图。

请参阅图1，本发明所提供的摩擦传动指南车第一实施例，其为一可被拉动移行的双轮车体10，其两侧车轮11、12的运动，分别利用第一及第二无端传动带体13、14，传动至一差速传动装置30，而使树立于该差速传递装置30上方的一指向人形40，保持指向一预设的相同方向，不因车体10回转而偏离指向者。

该两侧车轮11、12可分别绕着枢设其间的一横轴架15而自由转动，该横轴架15前缘锁固有一U型拉杆16，利用人力、兽力或其他动力源拉动该U型拉杆16，即可使该双轮车体10自由移行。该U型拉杆16的约中段位置更向下弯折出一停车凸部17，其与两侧车轮11、12配合，使该双轮车体10可被停住于一固定点上。

如图2至图4所示者，该两侧车轮11、12的外缘环面上分别紧密套设有一以例如橡胶、皮革等摩擦阻力较高材料所制成的第一及第二摩擦环体18、19，藉以增加车轮11、12与地面间的摩擦作用力，使该两侧车轮11、12被拉动移行时，可确实在地面上滚动，避免形成打滑现象。

该两侧车轮11、12分别同轴联结有第一及第二摩擦轮20、21，在分别籍由第一及第二无端传动带体13、14，以及第一及第二滑轮组22、23分别使第一及第二无端传动带体13、14垂直转向，而传递动力至该差速传动装置30的第一及第二水平传动轮31、32，两侧水平传动轮31、32间以摩擦传动方式紧密夹置有一同轴行星传动轮组33、34，该行星传动轮组33、34的轮轴35上垂直连接有一指向杆41，该指向杆41以滑配方式穿过位于上方的第一水平传动轮31后，在其顶端锁固有指向人形40，该人形40举起一手臂42，籍以指示方向，本发明亦可使用其他指标装置，取代该指向人形40。

第一及第二滑轮组22、23是被分别枢设于车体10的两侧直柱24、25上，而第一及第二水平传动轮31、32则被枢设于一中间支持元件27上，并利用一架设于两侧直柱24、25间的一顶板28，与该中间支持元件27配合，相对夹紧该第一及第二水平传动轮31、32，籍以快速且稳固地组装该差速传动装置30。其中，该中间支持元件27得为一弹性体或弹性元件，籍以对该差速传动装置30施加一迫紧作用力，可保持第一及第二水平传动轮31、32与行星传动轮组33、34间的摩擦作用力，防止传动时产生打滑现象。

行星传动轮组33、34的外缘环面上分别紧密套设一以例如橡胶、皮革等摩擦阻力较高材料所制成的第三及第四摩擦环体36、37，籍以增加第一及第二水平传动轮31、32与行星传动轮组33、34间的摩擦作用力，使运动可确实传递至该行星传动轮组33、34者。

如图2所示者，该第一摩擦轮20、该第二摩擦轮21、第一水平传动轮31以及第二水平传动轮32等四个轮体的直径均相等，且两侧车轮11、12的直径D与两侧车轮11、12间轮距L相等。

由于行星轮轴35的转速为第一及第二水平传动轮31、32两个输入转轴的平均值。因此当两侧车轮11、12等速而呈直线移行时，第一及第二水平传动轮31、32的转动速率相等但转向相反，使行星转动轮轴35及指向人形40维持固定不动；当两侧车轮11、12不等速而成曲线移行时，第一及第二水平传动轮31、32间产生一差速，并传动使行星轮轴35及指向人形40产生一与车体10互补的回转角度，使指向人形40不因车体10回转而偏离其所指方向者。例如：

a)如图五A所示者，当左侧车轮11保持不动，仅右侧车轮12转动，而使车体10逆时针自转一α角度时，则右侧车轮12的回转量为：

至于行星轮轴35的回转量为第一及第二水平传动轮31、32回转量的平均值，其中，第一水平传动轮31的回转量为2α，但为顺时针，故成-2α；第二水平传动轮32不转动，故回转量为0度；因此，行星轮轴35的回转量为：

因此，行星轮轴35及指向人形40的回转角度为顺时针转动α角度，刚好抵消车体10逆时针自转α角度的回转量，而使指向人形40保持其指向，而不偏离。

b)如图5B所示者，当右侧车轮12保持不动，仅左侧车轮11转动，而使车体10顺时针自转一β角度时，则左侧车轮11的回转量为：

至于行星轮轴35的回转量为第一及第二水平传动轮31、32回转量的平均值，其中，第一水平传动轮31不转动，故回转量为0度；第二水平传动轮32逆时针回转了2β，故为-2β；因此，行星轮轴35的回转量为：

因此，行星轮轴35及指向人形40的回转角度为逆时针转动β角度，刚好抵消车体10顺时针自转β角度的回转量，而使指向人形40保持其指向，而不偏离。

c)如图5C所示者，当车体10以一距离S的远端0点为中心顺时针公转一λ角度时，两侧车轮11、12均产生一回转量，惟其传递至第一及第二水平传动轮31、32时的转向恰好相反；第一水平传动轮31的转向为逆时针，故为左侧车轮11回转量的负值；第二水平传动轮32的转向为顺时针，故为右侧车轮12回转量的正值，其和为：

至于行星轮轴35的回转量为第一及第二水平传动轮31、32回转量的平均值，而为： $\frac{-2\mathrm{\λ}}{2}=-\mathrm{\λ}------\left(6\right)$

式(5)、(6)与前述式(1)、(2)及式(3)、(4)的结果均相同，因此，无论两侧车轮11、12以任何形式移行时，该行星轮轴35及指向人形40均能产生一与车体10互补的回转角度，使指向人形40不因车体10回转而偏离其所指方向者。

请参阅图6，是揭示本发明所提供摩擦传动指南车的第二实施例，其主体机构及主要功能与前述第一实施例相同，恕不另述。在第二实施例中，将用以改变动力传递方向的滑轮组，由第一实施例的固定式滑轮更改为弹性负荷的可动式滑轮组，其中改变第一无端传动带体13行进方向的第一滑轮组22a，包括有成三角形布设的两个下方固定滑轮221、222以及一上方可动滑轮223，该上方可动滑轮223承受一第一弹簧224的弹性作用力，而具有向该第一无端传动带体13迫紧的弹性趋势，籍以增加该第一无端传动带体13的张力，避免传动时产生不当滑行现象。相对而言，第二滑轮组23a亦包括有成三角形布设的两个下方固定滑轮231、232以及一上方可动滑轮233，而一第二弹簧234则压迫该上方可动滑轮233，向该第二无端传动带体14迫紧。另外，亦可籍由一第三弹簧38向下压迫该第一水平传动轮31，利用弹性将该第一及第二水平传动轮31、32与该行星传动轮组33、34相对迫紧，增加各转动构件间的摩擦作用力，防止传动时产生打滑现象；其中，亦可利用一例如弹性体、配重等的施力元件，取代三个弹簧38、224、234，分别施力于该第一水平传动轮31或可动滑轮223、233，以保持摩擦作用力，防止传动时产生打滑现象。

本发明所提供的摩擦传动指南车，其机构简单，无需使用齿轮传动，制造上无需精密的工艺技术，相当简易，且成本低廉，同时可减少因齿轮多次传动所产生的指向偏差率，提高其指向的精准度者。由于本发明在制造时，只需使用圆规即可，没有其他尺寸精度的要求，即使在两千年前，只要工匠能制作车轮，亦可轻易制作完成本案所提供的摩擦传动指南车，足以证明中国在周朝之始，即以发明指南车，是可能的，并不见得是神话，极具学术价值。

Claims (7)

1、一种摩擦传动指南车，其特征在于，包括：

一可被拉动移行的车体；

枢设于该车体两侧的一左侧车轮及一右侧车轮，该左、右侧车轮的直径与左、右侧车轮间的轮距相等；分别与该左侧及右侧车轮同轴联结的一第一摩擦轮及一第二摩擦轮；

一被枢设于该车体中间位置上的差速传动装置，其具有一第一水平传动轮及一第二水平传动轮以及利用摩擦传动方式而被紧密夹置于该第一及第二水平传动轮间的一同轴行星传动轮组；该第一水平传动轮、第二水平传动轮、第一摩擦轮以及第二摩擦轮等四个轮体的直径均相等；

用以分别将该第一及第二摩擦轮的动力传递至该第一及第二水平传动轮的一第一无端传动带体及一第二无端传动带体；以及

一被连接于该行星传动轮组的一轮轴上的指向杆，其固设有一具有指向功能的指标装置，并与该行星传动轮组同步传动者。

2、按权利要求1所述的摩擦传动指南车，其特征在于，其中该第一及第二无端传动带体分别绕经一第一滑轮组及一第二滑轮组，籍以改变其馈进方向。

3、按权利要求1所述的摩擦传动指南车，其特征在于，其中该左侧及右侧车轮分别紧密套设有一用以增加与地面间摩擦阻力的一第一摩擦环体及一第二摩擦环体。

4、按权利要求1所述的摩擦传动指南车，其特征在于，其中该行星传动轮组分别紧密套设有一用以增加与该第一及第二水平传动轮间摩擦阻力的一第三摩擦环体及一第四摩擦环体。

5、按权利要求1所述的摩擦传动指南车，其特征在于，其中该车体上锁固有一可供推拉的U型拉杆，该U型拉杆更向下弯折出一可平置于地面上的停车凸部。

6、按权利要求2所述的摩擦传动指南车，其特征在于，其中该第一及第二滑轮组，分别包括有成三角形布设的两个下方固定滑轮以及一上方可动滑轮，该等上方可动滑轮分别承受一施力元件所施加的作用力，而分别向该第一及第二无端传动带体迫紧。

7、按权利要求1所述的摩擦传动指南车，其特征在于，其中该第一水平传动轮承受一施力元件所施加的作用力，而与该第二水平传动轮共同相对迫紧该行星传动轮组，籍以增加转动时的摩擦作用力者。

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