CN200989781Y - 一种指向恒定装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种使得方向指针不受运动轨迹影响而保持恒定方向的装置。其目的在于提出一种全新设计结构的指向恒定装置。其特征在于：所述装置包括：一车体，具有一第一车轮311及一第二车轮312；一第一角度补偿机构321，具有一第一传动组331，第一传动组331与第三伞齿轮483衔接，第三伞齿轮483通过第一伞齿轮481与第一车轮311衔接；一第二传动组332，第二传动组332与第四伞齿轮484衔接，第四伞齿轮484通过第二伞齿轮482与第二车轮312衔接；一第二角度补偿机构322，具有一第一行星齿轮341系接设于该第一角度补偿机构321的第一传动组331；一第二行星齿轮系342接设于该第一角度补偿机构321的第二传动组332；以及一方向指针35，系接设于该第二角度补偿机构322。

Description

一种指向恒定装置
技术领域
本实用新型涉及一种使得方向指针不受运动轨迹影响而保持恒定方向的装置。
背景技术
现在先将待解决的问题作一陈述：请参阅图1，其为指南车10沿逆时钟方向以一中心点进行二维曲线运动的俯视示意图，先假设指南车10的方向指针15固定于车体11。若车体11由右侧的初始位置经过时间Δt后，行进至左侧的最终位置，则比较此二位置上指南车方向指针15的指向，可以很明显地看出方向指针15旋转了某一定量的角度。这说明了如果将方向指针15锁固于指南车10的车体11，而且当右轮角速度(ωR)≠左轮角速度(ωL)时，那么在指南车10进行二维曲线运动的过程中，方向指针15必然会具有某种大小的角速度。由于此角速度并非人工刻意为之才存在，因此可将其称为「固有角速度」。若欲使指南车10上的方向指针15，不受车体11进行任意二维曲线运动的影响，而永远保持一定的方位，则必须使上述的固有角速度能被随时地完全抵消掉。因此，方向指针15与指南车10的车体11之间当然不能直接锁固，而必须加装适当的角速度补偿机构，才能使方向指针15获得适当的补偿角速度而达到方位恒定的目的。至于如何设计适当的角速度补偿机构，正是我们所要面临的问题。
指南车是中国古代的伟大创作之一，相传为黄帝所首创，因为年代过于久远，原始设计早已佚失而不可考。历朝历代以来，每隔数十至数百年，就有人挺身而出尝试重现指南车，这其中包括有汉朝的大科学家张衡以及魏晋南北朝的大数学家祖冲之等。不过，最成功的当属宋朝的燕肃，自此而后，指南车的结构便不再有大的变化了。公元1940年代，英国工程师乔治·兰彻斯特(Jeorge Lanchester)以宋朝燕肃的版本为基础，利用差动齿轮系以及现代机械加工组装技术成功地复制了指南车。
请参阅图2，显示一指南车20的前视图，可见其具有一左车轮21、一右车轮22及一方向指针23，并利用一个差动齿轮组24来达到方向指针23的角度补偿效果，且左、右车轮21，22上分别装设有一第一及一第二伞齿轮25，26，其再分别与一第三及一第四伞齿轮27，28作啮合，以传递左、右车轮21，22的一第一及一第二旋转力矩至一第一及一第二齿轮组291，292，然后藉由此第一及第二齿轮组291，292促使差动齿轮组24在指南车20转弯时进行旋转运动，遂使方向指针23得以获致一补偿角速度，进而维持其固定的指向，不会因指南车20的转弯而有所变动。
前人的苦心创作，自然是令人十分敬佩的，然而，指南车的原始设计是否真的就是如此，而绝对不可能有其它形式的构造？由于事关我中华民族祖先的智能结晶，因此，我们必须审慎而严肃地进行研究。针对这个问题，本实用新型提出了一种全新的设计构造，不但成功地重现了指南车，同时也呈现了指南车另一种可能的结构。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种全新设计结构的指向恒定装置。
一种指向恒定装置，其特征在于：
所述装置包括：
一车体，具有一第一车轮311及一第二车轮312；
一第一角度补偿机构321，具有一第一传动组331，第一传动组331与第三伞齿轮483衔接，第三伞齿轮483通过第一伞齿轮481与第一车轮311衔接；一第二传动组332，第二传动组332与第四伞齿轮484衔接，第四伞齿轮484通过第二伞齿轮482与第二车轮312衔接；
一第二角度补偿机构322，具有一第一行星齿轮341系接设于该第一角度补偿机构321的第一传动组331；一第二行星齿轮系342接设于该第一角度补偿机构32 1的第二传动组332；以及
一方向指针35，系接设于该第二角度补偿机构322。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型旨在描述一种新式指南车30机构。藉由本实用新型可以使该方向指针35不受该车体31运动轨迹的影响，而恒定地指向某固定方向；此与一般的指南针最大不同的特点是：本实用新型是利用刚体动力学原理而由各机械组件的交互作用与相对运动来达成角度补偿的目的，因此本实用新型的功能可以完全不受外界电磁场的影响。
附图说明
图1是本实用新型关于固有角速度的平面说明图；
图2是现有的指南车的前视示意图；
图3是本实用新型一较佳实施例的前视示意图；
图4是图3的第一及第二角度补偿机构的前视示意图；
图5是图4的第一及第二行星齿轮系的拆开立体示意图；
图6是图5的第一及第二行星齿轮系的组合立体示意图；
图7是本实用新型一较佳实施例的部分分解示意图；
图8是本实用新型指南车形式的定向装置的立体图；
图9是本实用新型另一较佳实施例的部分分解示意图；
图10是本实用新型再一较佳实施例的部分分解示意图；以及
图11是本实用新型又一较佳实施例的部分分解示意图。
【主要组件符号说明】
20指南车
21左车轮             22右车轮
23方向指针           24差动式齿轮组
25第一伞齿轮         26第二伞齿轮
27第三伞齿轮         28第四伞齿轮
291第一齿轮组        292第二齿轮组
30指南车             31车体
311第一车轮          312第二车轮
321第一角度补偿机构  322第二角度补偿机构
331第一传动组        332第二传动组
341第一行星齿轮系    342第二行星齿轮系
35方向指针           351指针轴
352中心轴            40左链轮
41上链轮             42外太阳齿轮
43外行星齿轮         44右链轮
45下链轮             46内太阳齿轮
47内行星齿轮
481第一伞齿轮        482第二伞齿轮
483第三伞齿轮        484第四伞齿轮
491左传动轴          492右传动轴
50行星轴             51行星臂
60复合式行星齿轮系
具体实施方式
为使更深入了解本实用新型的特点及功效，兹举以下实施例并配合图式说明如下：
请参阅图3，显示出本实用新型为一种指南车30形式的定向装置，包含一车体31，其具有一第一及一第二车轮311，312，一第一角度补偿机构321，系装设于车体31上，其具有一第一及一第二传动组331，332，以分别传递第一车轮311的一第一旋转力矩及第二车轮312的一第二旋转力矩，一第二角度补偿机构322，系具有一第一行星齿轮系341及一第二行星齿轮系342，以分别接收该第一及该第二旋转力矩，以及一方向指针35，其因应该第一及该第二旋转力矩以作一旋转动作，俾藉由该旋转动作而获致一补偿角速度。
请参阅图4，显示出一第一伞齿轮481  一第二伞齿轮482分别与第一及第二车轮311，312衔接并且传递该第一旋转力矩及该第二旋转力矩，一第三伞齿轮483及一第四伞齿轮484分别与第一及第二伞齿轮481，482衔接并且带动第一角度补偿机构321的第一及第二传动组331，332。
该第一传动组331具有一左链轮40及一上链轮41(图中并未显示出链条)，而该第二传动组332则具有一右链轮44及一下链轮45(图中并未显示出链条)。
该第二角度补偿机构322的第一行星齿轮系341具有一外太阳齿轮42及三个外行星齿轮43，以形成一外行星齿轮系，因该上链轮41与该外太阳齿轮42之间为刚性联结，故该上链轮41可令该外太阳齿轮42旋转，而该外太阳齿轮42使得该外行星齿轮43旋转；而该第二角度补偿机构322的第二行星齿轮系342具有一内太阳齿轮46及三个内行星齿轮47，以形成一内行星齿轮系，因该下链轮45与该内太阳齿轮46之间为刚性联结，故该下链轮45可令该内太阳齿轮46旋转，而该内太阳齿轮46使得该内行星齿轮47旋转。
藉此，该第一角度补偿机构321可以弥补第二角度补偿机构322的不足，并且经由精确的计算，我们可以得到该各传动组331，332的正确啮合比，再参考工业规格，便可定出该各链轮40，41，44，45的适当齿数。
其中，对于该第一角度补偿机构321，本实用新型是采用该各链轮40，41，44，45传动，实务上，其它种类的传动机构，诸如：各种齿轮传动、皮带轮传动、摩擦轮传动或者蜗轮/蜗杆传动等等，都可以达成相同的目的。
请参阅图5，该第二角度补偿机构322更包括三支行星轴50，其各装设于该外行星齿轮43中，该行星轴50并与一行星臂51相配合，以使该外行星齿轮43带动行星臂51，且该行星臂51与该方向指针35作一刚性连结；又该行星轴50亦装设于该内行星齿轮47中，以使该内行星齿轮47带动该行星臂50；另外，该第一及第二太阳行星齿轮系341，342系组合成如图6所示的一复合式行星齿轮系60。
其中，如图7所示，该行星臂51中央的穿孔处固设一指针轴351以供该方向指针35架设，该指针轴351跟随该行星臂51转动并且其中心部份为中空状，而对应该指针轴351下方则套设有一中心轴352，该中心轴352为松配合于该指针轴351的中心穿孔并且不会随着该行星臂51转动，事实上该中心轴352的底端系刚性连结于该车体31。
本实用新型的指南车30机构全貌即如图8所示，其中该方向指针35制成炮管外型，若考虑美观问题，此部份亦可改为其它的造型。
以下再对本实用新型的机构与运作机制进行一段详细的描述。如图4及图5所示，当该指南车30进行二维曲线运动时，该第一车轮311的角速度(由该第一旋转力矩所产生者)经由该第一伞齿轮481啮合第三伞齿轮483而输入，该第三伞齿轮483的旋转带动一左传动轴491，进而使该左链轮40旋转，该左链轮40藉由链条(未画出)驱使该上链轮41旋转，连带令该外太阳齿轮42旋转，这使得该外行星齿轮43跟着旋转，并带动该行星轴50旋转，最终使得该行星臂51旋转；另外，该第二车轮312的角速度(由该第二旋转力矩所产生者)经由该第二伞齿轮482啮合该第四伞齿轮484而输入，该第四伞齿轮484的旋转带动该右传动轴492，进而使该右链轮44旋转，该右链轮44藉由链条(未画出)驱使该下链轮45旋转，连带令该内太阳齿轮46旋转，这使得该各内行星齿轮47跟着旋转，并带动该各行星轴50旋转，最终使得该行星臂51旋转。
除了前述实施例外，本实用新型的第二角度补偿机构可以变化如下：
首先，如图9所示，该第二角度补偿机构由一第一行星齿轮系341与一第二行星齿轮系342A组成，而该第一、第二行星齿轮系341&342A皆由一外太阳齿轮42，42A与三外行星齿轮43，43A构成，藉此，以提供预定的补偿角速度。
另外，如图10所示，该第一、第二行星齿轮系341B&342皆由一内太阳齿轮46B，46与三内行星齿轮47B，47构成，藉此，该第二角度补偿机构可提供预定的补偿角速度。
再者，如图11所示，该第二角度补偿机构的第一行星齿轮系与第二行星齿轮系可由一复合系行星齿轮系60C构成，该复合式行星齿轮系60C由一外太阳齿轮42C、一内太阳齿轮46C以及三行星齿轮47C组成，而该各行星齿轮47C系同时啮合该外太阳齿轮42C与内太阳齿轮46C，藉此，提供预定的补偿角速度。
综合上述可知，该行星臂51的角速度实为以该第一车轮311的角速度及该第二车轮312的角速度为自变量的函数；将该方向指针35与该行星臂51以适当的方式(如前述关于第七图的说明)作刚性连结，则该方向指针35的补偿角速度即可由该第一车轮311的角速度及该第二车轮312的角速度共同决定之。再经由理论的分析与计算，即可以取定适当的设计参数，使该方向指针35的补偿角速度刚好可以抵消前述的固有角速度，最终使得该方向指针35永远保持恒定的方向。
综上所述，本实用新型确能以一新式的设计，藉由利用该第一角度补偿机构，即得以传递该第一及该第二车轮的该第一及该第二旋转力矩，并且所运用的该第二角度补偿机构能接收该旋转力矩而使该方向指针作一旋转动作以达到方位恒定的目的。故凡熟习本技艺的人士，得任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (9)

1.一种指向恒定装置，其特征在于：
所述装置包括：
一车体，具有一第一车轮(311)及一第二车轮(312)；
一第一角度补偿机构(321)，具有一第一传动组(331)，第一传动组(331)与第三伞齿轮(483)衔接，第三伞齿轮(483)通过第一伞齿轮(481)与第一车轮(311)衔接；一第二传动组(332)，第二传动组(332)与第四伞齿轮(484)衔接，第四伞齿轮(484)通过第二伞齿轮(482)与第二车轮(312)衔接；
一第二角度补偿机构(322)，具有一第一行星齿轮(341)系接设于该第一角度补偿机构(321)的第一传动组(331)；一第二行星齿轮系(342)接设于该第一角度补偿机构(321)的第二传动组(332)；以及
一方向指针(35)，系接设于该第二角度补偿机构(322)。
2.如权利要求1所述指向恒定装置，其特征在于：该第一行星齿轮系(341)具有一外太阳齿轮(42)及一组外行星齿轮(43)。
3.如权利要求1所述指向恒定装置，其特征在于：该第一行星齿轮系(341B)具有一内太阳齿轮(46B)及一组内行星齿轮(47B)。
4.如权利要求1所述指向恒定装置，其特征在于：该第二行星齿轮系(342A)具有一外太阳齿轮(42A)及一组外行星齿轮(43A)。
5.如权利要求1所述指向恒定装置，其特征在于：该第二行星齿轮系(342)具有一内太阳齿轮(46)及一组内行星齿轮(47)。
6.如权利要求1至5中任何一项所述指向恒定装置，其特征在于：更包括一组行星轴(50)分别与第一行星齿轮系及第二行星齿轮系中的行星齿轮作刚性连结；该行星轴(50)更与一行星臂(51)相配合。
7.如权利要求1至5中任何一项所述指向恒定装置，其特征在于：该第一行星齿轮系与该第二行星齿轮系系组合成一复合式行星齿轮系。
8.如权利要求1至5中任何一项所述指向恒定装置，其特征在于：设有一中心轴(352)枢转于该行星臂(51)。
9.如权利要求1至5中任何一项所述指向恒定装置，其特征在于：该第一角度补偿机构的第一传动组(331)与第二传动组(332)包括各式齿轮、蜗轮/蜗杆、摩擦轮、皮带轮或链轮。
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