專利名稱：雙輇式指南車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種在中國古代普遍使用的雙輪車上安裝兩只輇輪即具備了定向指南功能的車。
背景技術(shù)：
指南車是中國古代獨(dú)一無二的偉大發(fā)明，被西方學(xué)者譽(yù)為“世界最早的自動控制裝置”。相傳的一種說法認(rèn)為，最早的指南車是中國的人文始祖黃帝發(fā)明的，還有一種說法認(rèn)為，最早的指南車是周公發(fā)明的?！豆沤褡ⅰ氛f“舊說，指南車，周公所做也。周公治致太平，越裳氏重釋來貢，白雉一、黑雉二、象牙一。使者迷其歸路，周公賜文錦二匹，駢車五乘，皆為司南之制，越裳氏載之以南?！痹诤髞淼闹袊鴼v史上，有許多關(guān)于指南車的發(fā)明人和發(fā)明朝代的記載，也有不少對指南車的外觀特點(diǎn)與功能的描述，但都沒有結(jié)構(gòu)與原理的確切說明，更沒有留下圖紙或出土文物。所以，指南車與中國古代普通雙輪獨(dú)轅車的結(jié)構(gòu)有何異同？運(yùn)用什么原理定位指南？黃帝或周公時代的科技水平能否造出指南車？等等一系列的問題，就成了近百年來中外的學(xué)者們研究、探討和爭論不休的歷史之謎。到目前，考古界已挖掘出不少周代的雙輪獨(dú)轅車的出土文物，同時，科學(xué)界的學(xué)者們用自己的聰明才智設(shè)計、復(fù)制出許多種類型的指南車。問題是學(xué)者們復(fù)制的指南車都很復(fù)雜，同周代出土文物的雙輪車相比較差異太大，所以兩者都難以證明古代指南車的原貌。也就是說，如果能夠在周代的雙輪獨(dú)轅車上稍加改裝，即可成為具有指南功能的指南車的話，這些出土文物就可以進(jìn)一步證明當(dāng)時的制造雙輪車技術(shù)制造指南車是完全可行的。

發(fā)明內(nèi)容
雙輇式指南車的設(shè)計完全符合上述的技術(shù)要求。它是在中國古代任何一種型號的雙輪車上安裝兩只輇輪的雙輪車。設(shè)計指南車的科技人員都知道指南車的工作原理是利用雙輪車的兩只車輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度或角度來驅(qū)動車上的齒輪或輇輪等系列輪軸，再驅(qū)動司南仙人運(yùn)轉(zhuǎn)，最后是根據(jù)司南仙人的運(yùn)轉(zhuǎn)速度或角度來確定方位。所以，從理論上講，指南車上任何一個由車輪驅(qū)動的(包括車輪)輪軸都可以根據(jù)其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度或角度來確定方位，關(guān)鍵是讓這些輪軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度或角度與車體的轉(zhuǎn)彎速度或角度同步。經(jīng)研究，最簡單的方案有兩種一是去掉指南車上的多余的輪軸，包括司南仙人，保留的輪軸越少越好；二是去掉所有的輪軸，直接利用兩只車輪運(yùn)轉(zhuǎn)的速度或角度來確定方位。兩種方案的具體實(shí)施方法是一、制造或改裝一種車輪直徑與軌寬比為2比1的雙輪獨(dú)轅車，根據(jù)車輪的運(yùn)轉(zhuǎn)的速度或角度確定方位；二、在任何一種型號的雙輪獨(dú)轅車上安裝兩只輇輪，根據(jù)兩只輇輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度或角度確定方位。我廢棄了前者而采用了后者。原因有三條。一是中國古代的雙輪車的輪直徑與軌寬比最大的是1比1，一般的都比1小，根本沒有2比1的；后者對輪直徑與軌寬比沒有特殊要求，可以直接使用任何一種普通雙輪車進(jìn)行改裝。二是如果把普遍使用的任何一種雙輪車的輪直徑與軌寬比改裝成2比1的話，不論是更換車輪，或是更換車廂和車軸，其工程量都不小；而后者只需在任何一種普通雙輪車上安裝兩只輇輪即可，安裝工程極為簡單、方便。三是前者不能調(diào)校，無法保證指南的高精度；后者有多種調(diào)校方法，通過調(diào)校，其指南精度極高。


雙輇式指南車的結(jié)構(gòu)和工作原理見圖1(雙輇式指南車的仰視圖)、圖2(雙輇式指南車的右視圖)所示(1)乾輪——它是一只大輇輪，安裝在乾坤軸的左端上，位在車底盤的左邊，由左輪轂帶動運(yùn)轉(zhuǎn)。
(2)坤輪——它是一只大輇輪，形狀、大小與乾輪完全一樣，安裝在乾坤軸的右端上，位在車底盤的右邊，由右輪轂帶動運(yùn)轉(zhuǎn)。
(3)左車輪——指南車的左輪。
(4)右車輪——指南車的右輪，其結(jié)構(gòu)、輪徑與左車輪一樣。
(5)乾坤軸——它是乾輪和坤輪共用的軸，位于車軸的前方、上方、后方的任何角度都可以，并與車軸平行。乾坤軸的左端安裝在左長形孔上，右端安裝在右長形孔上。乾坤軸最好從車底盤的下面通過，以空出車廂用于乘人載物。
(6)左長形孔——長形軸孔，用于固定乾坤軸的左端，使乾輪不能前后左右晃動，但是可以沿著長形孔方向上下浮動；它的上端有開口，是乾坤軸安裝、拆卸的出入口。
(7)右長形孔——長形軸孔，用于固定乾坤軸的右端，使坤輪不能前后左右晃動，但是可以沿著長形孔方向上下浮動；它的結(jié)構(gòu)、功能與左長形孔一樣。
(8)左輪轂——左車輪的輪軸套，為左右對稱、中間粗、兩頭細(xì)的墩鼓形。它的最大直徑與最小直徑的中間值，即是它的輪中徑。
(9)右輪轂——右車輪的輪軸套，為左右對稱、中間粗、兩頭細(xì)的墩鼓形。它的最大直徑與最小直徑的中間值，即是它的輪中徑。
(10)車軸——有1只，是左車輪與右車輪共用的軸。
(11)乾輪標(biāo)記——畫在乾輪上的標(biāo)記，用來觀察確定乾輪運(yùn)轉(zhuǎn)的速度或角度。
(12)坤輪標(biāo)記——畫在坤輪上的標(biāo)記，用來觀察確定坤輪運(yùn)轉(zhuǎn)的速度或角度。
(13)車底盤——雙輪車的車廂下面的底盤。左長形孔、右長形孔、車軸、車轅都安裝在車底盤上。
(14)車轅——雙輪車的車轅。車轅的方向，也就是指南車前進(jìn)的方向。在圖1中，車廂的圍欄與車底盤大小一樣，全部被底盤遮蓋。在圖2中，車廂、車底盤、圍欄、部分車轅、右車輪、右輪轂、坤輪、右長形孔被省略未畫。雙輇式指南車的各機(jī)械部件的相互關(guān)系是乾輪(1)由左車輪(3)的左輪轂(8)帶動運(yùn)轉(zhuǎn)，坤輪(2)由右車輪(4)的右輪轂(9)帶動運(yùn)轉(zhuǎn)。由于雙輇式指南車的輪直徑與軌寬比沒有固定的要求，所以，為了讓乾輪(1)相對坤輪(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)角度同車體的轉(zhuǎn)彎角度同步，它們的尺寸關(guān)系必須是左車輪直徑比軌寬等于乾輪半徑比左輪轂中徑；右車輪直徑比軌寬等于坤輪半徑比右輪轂中徑。雙輇式指南車定向指南的工作原理是其直線行駛時，左車輪(3)與右車輪(4)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)速一樣，乾輪(1)與坤輪(2)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速也一樣，乾輪標(biāo)記(11)和坤輪的標(biāo)記(12)的相對轉(zhuǎn)速或角度不變；車體轉(zhuǎn)彎時，左車輪(3)與右車輪(4)的轉(zhuǎn)速不同，乾輪(1)與坤輪(2)的轉(zhuǎn)速也不同；由于車體轉(zhuǎn)彎的速度或角度與乾輪(1)相對坤輪(2)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度或角度完全同步，所以根據(jù)觀察乾輪標(biāo)記(11)相對坤輪標(biāo)記(12)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度或角度，就可以知道指南車行駛時的轉(zhuǎn)彎角度或方向。雙輇式指南車的定向指南精度是可以調(diào)校的，調(diào)校方法有六種一、左車輪(3)與右車輪(4)的位置可以掉換；二、左車輪(3)或右車輪(4)可以原位反向安裝；三、乾輪(1)與坤輪(2)的位置可以掉換；四、乾輪(1)或坤輪(2)可以原位反向安裝；五、乾輪(1)可以在同左輪轂(8)的銜接寬度內(nèi)左右移動，從而改變它們的運(yùn)轉(zhuǎn)比；六、坤輪(2)可以在同右輪轂(9)的銜接寬度內(nèi)左右移動，從而改變它們的運(yùn)轉(zhuǎn)比。具體的調(diào)校方法，這里不再敘述。
具體實(shí)施方式
使用雙輇式指南車定向指南之前，先要做準(zhǔn)備工作。推或拉指南車運(yùn)轉(zhuǎn)，使車轅(14)指向預(yù)定的方向，例如南方(或北方、東方、西方都可以)。然后，一只手將乾坤軸(5)的一端(左端或右端都可以)，例如左端略微提起，使乾輪(1)與左輪轂(3)脫離銜接，另一只手轉(zhuǎn)動乾輪(1)，使乾輪標(biāo)記(11)在乾坤軸(5)的平行線上與坤輪標(biāo)記(14)對齊，再輕輕放下，使乾輪(1)與左輪轂(3)恢復(fù)銜接。準(zhǔn)備完畢，即可使用指南車。隨意推或拉指南車，使其按照需要的方向前進(jìn)、后退或轉(zhuǎn)彎。需要知道原來預(yù)定的方向時，就推或拉指南車作原地旋轉(zhuǎn)(順時針或逆時針方向都可以)，同時觀察乾輪(1)與坤輪(2)，當(dāng)乾輪標(biāo)記(11)和坤輪標(biāo)記(12)在乾坤軸(5)的平行線上對齊時即停止旋轉(zhuǎn)。這時候車轅(14)所指的方向，就是原來預(yù)定的方向——南方。雙輇式指南車不僅結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、定位指南精確，而且保留了普通雙輪車的乘人載物的功能，與考古界挖掘出來的古代雙輪獨(dú)轅車的結(jié)構(gòu)、功能可以完全相同，因而在科學(xué)技術(shù)上進(jìn)一步揭示了中國古代指南車文化的歷史之謎。在此，我謹(jǐn)通告考古界的學(xué)者們在你們挖掘的古代的雙輪獨(dú)轅車的現(xiàn)場中，如果發(fā)現(xiàn)兩只比車輪直徑小、比輪轂直徑大的輇輪時，那么，這些車就很可能是古代的一種指南車。
權(quán)利要求1.雙輇式指南車是一種在中國古代普遍使用的雙輪車上安裝了兩只輇輪的車，其特征是它的乾坤軸(5)位于車軸(10)的前方、上方、后方的任何角度，并且與車軸(10)平行；乾坤軸(5)的左端安裝有乾輪(1)，右端安裝有坤輪(2)；乾輪(1)由左車輪(3)的左輪轂(8)帶動運(yùn)轉(zhuǎn)，坤輪(2)由右車輪(4)的右輪轂(9)帶動運(yùn)轉(zhuǎn)；乾輪(1)上畫有乾輪標(biāo)記(11)，坤輪(2)上畫有坤輪標(biāo)記(12)；乾坤軸(5)的左端安裝在左長形孔(6)上，右端安裝在右長形孔(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，雙輇式指南車的特征是它的左車輪(3)的直徑比軌寬等于乾輪(1)的半徑比左輪轂(8)的中徑；右車輪(4)的直徑比軌寬等于坤輪(2)的半徑比右輪轂(9)的中徑。
專利摘要指南車是中國古代獨(dú)一無二的偉大發(fā)明。相傳，最早的指南車是中國的人文始祖黃帝發(fā)明的，也有一說是周朝的周公發(fā)明的。后來的史書雖然也有許多關(guān)于其發(fā)明、發(fā)明人的記載，也有對指南車外觀特點(diǎn)與功能的描述，但都沒有留下圖紙，考古界也只是發(fā)現(xiàn)了許多普通雙輪獨(dú)轅車的出土文物。所以，中國古代的指南車與普通的雙輪獨(dú)轅車有何異同，靠什么原理定位指南，黃帝時代或周公時代的科技水平能否制造出指南車等等問題，就成了歷史之謎。雙輇式指南車是一種僅在普通的雙輪獨(dú)轅車上安裝兩只輇輪的雙輪車。該指南車不僅結(jié)構(gòu)簡單、使用與調(diào)校方便、具有高精度的指南功能，而且還保留了中國古代普通雙輪車的結(jié)構(gòu)和乘人載物功能，因而在科學(xué)技術(shù)上更進(jìn)一步揭開了中國古代的指南車文化之謎。
文檔編號G01C17/00GK2689171SQ02294638
公開日2005年3月30日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者劉海濤 申請人:劉海濤