專利名稱：一種指南車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系一種方向指示裝置，特別是涉及一種利用機(jī)械齒輪傳動原理，呈車輛結(jié)構(gòu)形式的方向指示裝置。
(二)
背景技術(shù)：
指南車是我國古代的一項(xiàng)重要發(fā)明，相傳在黃帝和周公時代己經(jīng)出現(xiàn)了，東漢張衡，三國馬鈞及南北朝的祖沖之均制作過指南車，至宋燕肅和吳德仁時又復(fù)制過，惜后世歷代除零星記載一些功能效果外，無法提供其具體結(jié)構(gòu)。
近代人們也作了一些研制。但綜觀之，或精度差(如采用離合器式或摩擦式等)；或結(jié)構(gòu)部件繁雜(如采用多級傳導(dǎo)或某些差動輪系等)；或指示不直觀(如采用相對指示方法等)。如何得到一種較理想的裝置呢？既要精簡又要精確，且要便于制作，歷來是一項(xiàng)科學(xué)愛好者感興趣的項(xiàng)目。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，傳動正確，指示精確的指南車結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種指南車，所述指南車為單轅兩輪車，其特征在于，與左右兩車輪同軸分別連接左、右兩直徑不同的垂直傘齒輪，左、右兩垂直傘齒輪又分別嚙合上、下兩同軸、直徑不相等的水平傘齒輪；
位于上、下兩水平傘齒輪之間，同軸設(shè)置一行星架，行星架中心軸的上端矗立一方向指示針，行星架配置行星輪；
所述行星輪分別與上、下兩水平傘齒輪的相對面嚙合傳動。
所述方向指示針為人偶指手形結(jié)構(gòu)。
采用本技術(shù)方案，當(dāng)兩輪車輛被牽引著往前行走，左右兩側(cè)輪子向前滾動，帶動了同軸左、右兩個垂直傘齒輪向前轉(zhuǎn)動，左、右兩個垂直傘齒輪分別從左、右兩側(cè)與兩個上下配置的水平齒輪嚙合。位于上、下兩水平傘齒輪之間，同軸
設(shè)置一行星架，行星架中心軸的上端矗立一方向指示針，行星架配置行星輪；行星輪分別與上、下兩水平傘齒輪的相對面嚙合傳動。因此，當(dāng)上下兩水平齒輪轉(zhuǎn)動后，會迫使位于中間的行星架轉(zhuǎn)動。
取傳動比A =1 ，即兩垂直傘齒輪和分別與其嚙合的水平傘齒輪直徑相同。
當(dāng)車輛筆直行走時，左右兩車輪、左右兩垂直齒輪、上下兩水平齒輪均產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)角，導(dǎo)致中間的行星齒輪僅有"自轉(zhuǎn)"而沒有"公轉(zhuǎn)"，即沒有發(fā)生配置了行星齒輪的行星架的旋轉(zhuǎn)，因而行星架中軸上的方向指示針也不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示指南車在筆直行走。
當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，左右兩側(cè)的車輪行走距離不同，轉(zhuǎn)動的角度也不同，反映到兩水平齒輪的轉(zhuǎn)動角也產(chǎn)生了偏差， 一大一小，直接導(dǎo)致中間行星架的行星輪不僅有"自轉(zhuǎn)"，而且還有"公轉(zhuǎn)"；行星架隨著行星齒輪的"公轉(zhuǎn)"而旋轉(zhuǎn)，其方向由上下水平齒輪中轉(zhuǎn)動角大的一方所決定，且為二者之差的一半。
當(dāng)車輪直徑與輪距相等時，行星架的偏轉(zhuǎn)與指南車的轉(zhuǎn)角大小相同，方向相反，具體表現(xiàn)為車輛己轉(zhuǎn)彎而指針始終不渝其指向。
本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)于結(jié)構(gòu)簡單合理，小巧緊湊而指示精確。
此指南車的結(jié)構(gòu)和原理都較明晰，可作為中學(xué)生物理學(xué)習(xí)的輔助教具，由此熟悉和加深機(jī)械傳動和傳動比方面的知識。
也可與大多數(shù)機(jī)械或機(jī)電玩具相結(jié)合，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出一些新型的玩具來，使之具有更強(qiáng)的娛樂性和科技內(nèi)涵，讓兒童在娛樂中接受相應(yīng)的知識，以提高對新知識探究的興趣。


圖1為本發(fā)明一種指南車從前后方向觀看的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為行星輪、行星架與指南軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的俯視圖4是本發(fā)明一種指南車的行走、轉(zhuǎn)彎演示原理圖。圖中l(wèi)是左車輪，2是左軸，3是左垂直齒輪，4是下水平齒輪，5是行星輪，6是行星架，7是指南軸，8是上水平齒輪，9是右垂直齒輪，10是右軸，n是右車輪。
(五)具體實(shí)施方法
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
設(shè)左車輪1和右車輪11的半徑為R0，左垂直齒輪3與下水平齒輪4的半 徑之比為A1，右垂直齒輪9與上水平齒輪8的半徑之比為入2。當(dāng)指南車旋轉(zhuǎn) 了 a角度后，左車輪1和右車輪11則分別行進(jìn)了 Sl=Rl*a和S2=R2*a的距離， 而對應(yīng)的左車輪1和右車輪11也相應(yīng)轉(zhuǎn)動了 P 1=S1/R0和P 2=S2/R0的角度。 由齒輪比，可知此時下水平齒輪4的轉(zhuǎn)角9 1=P1*A1=S1/R0*A1,上水 平齒輪8的轉(zhuǎn)角9 2=3 2*入2=52/朋*入2兩者方向相反，從結(jié)構(gòu)圖可知，行 星架6帶動指向軸7的轉(zhuǎn)角，即指南木人的變動角為下水平齒輪4和上水平齒 輪8轉(zhuǎn)角之差的一半，記為a'，得a，=(9 1—e2)/2=(Sl/R0*Al—S2/R0* 入2) /2= (R1*X1 - R2*X2) a/2R0 ，由上式可知當(dāng)取入1=入2二1，且 兩車輪間距D ( I Rl-R2 I )為車輪直徑2R0時，a ， = a ?；虍?dāng)入1=入2=入時， 只要滿足兩車輪間距D (|R1-R2|)與車輪直徑2R0之比為1/X，同樣可得 a ， 二 a 0
實(shí)施例i
取入1=入2=入=1，此時左垂直齒輪3與下水平齒輪4的大小完全一致， 右垂直齒輪9與上水平齒輪8也完全相同，好處是容易加工且允許互換。左車 輪1和左垂直齒輪3共左軸2聯(lián)動，右車輪11和右垂直齒輪9共右軸10聯(lián)動， 即車輪的轉(zhuǎn)動通過共有半軸使相應(yīng)齒輪能同步轉(zhuǎn)動。下水平齒輪4與上水平齒 輪8分別與左垂直齒輪3和右垂直齒輪9嚙合，通過這一級嚙合，將左車輪l 和右車輪11沿垂直面的轉(zhuǎn)動角映照為下水平齒輪4和上水平齒輪8沿水平面 的轉(zhuǎn)角，且大小一致。
其嚙合面有內(nèi)齒與行星架6之行星輪5嚙合，且可繞行星架6之指向軸7 旋轉(zhuǎn)。至此，除行星輪5外，所有轉(zhuǎn)動輪的軸線均在同一平面。微調(diào)車輪間距 使之與車輪直徑相等。當(dāng)指南車作任何行進(jìn)倒退或轉(zhuǎn)向時，其指向軸7頂端所 立指南木人將同步反映，始終不渝其指向。
此指南車的結(jié)構(gòu)和原理都較明晰，結(jié)構(gòu)簡單合理，小巧緊湊而指示精確，
5可作為中學(xué)生物理學(xué)習(xí)的輔助教具，由此熟悉和加深機(jī)械傳動和傳動比方面的知識。
也可與大多數(shù)機(jī)械或機(jī)電玩具相結(jié)合，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出一些新型的玩具來， 使之具有更強(qiáng)的娛樂性和科技內(nèi)涵，讓兒童在娛樂中接受相應(yīng)的知識，以提高 對新知識探究的興趣。
實(shí)施例2
在指南車原理的基礎(chǔ)上，可制作和研發(fā)一些自動跟蹤設(shè)備，如動態(tài)攝影平 臺或自行瞄準(zhǔn)火炮等。
生活中往往有很多自動跟蹤方面的需求，如體育攝影，高速動物攝影， 大場面電影制作和監(jiān)測追蹤等，軍事上也需要有容易操控的自行瞄準(zhǔn)火炮，以 及科研上一些無人探測器。其伺服控制系統(tǒng)可通過檢測指向軸7的運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn) 同步驅(qū)動，使行駛中的機(jī)車(或火炮)瞄準(zhǔn)同一方向，而此時人為操控只需作 些測距和微調(diào)就可以了。
實(shí)施例3
研制能自動記錄并繪制行程圖的指南車。 我們知道在機(jī)械鼠標(biāo)中有一滾動膠球，與之磨擦聯(lián)動的是一對正交細(xì)輥
軸，在直角坐標(biāo)系中，分別對應(yīng)于X軸和Y軸，輥軸端各有一組光柵輪和光電 管組合。當(dāng)鼠標(biāo)移動時，膠球的滾動將引致光柵輪的轉(zhuǎn)動，經(jīng)光電管的檢測和 相應(yīng)計(jì)算，即可得知鼠標(biāo)沿X軸和Y軸的運(yùn)動了。
在此，可將二組光柵輪和光電管組合分別安裝在指南車的轉(zhuǎn)向軸7上和左 軸2或右軸10上。令指南車處于一極坐標(biāo)系中，當(dāng)其行進(jìn)時，前者可測知極 角的變化，后者可測知極徑的變化。經(jīng)相應(yīng)的換算即可得知指南車在X-Y平面 坐標(biāo)系中的對應(yīng)變化了。
將上述對應(yīng)于X軸和Y軸的變化，經(jīng)電腦輸入形成記錄文件，再經(jīng)顯示和 打印輸出，即可獲得指南車的行程軌跡了。
如將上述技術(shù)與GPS定位系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，定能在軍事領(lǐng)域和民用方 面開發(fā)出一些新的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種指南車，所述指南車為單轅兩輪車，其特征在于，與左右兩車輪同軸分別連接左、右兩直徑不同的垂直傘齒輪，左、右兩垂直傘齒輪又分別嚙合上、下兩同軸、直徑不相等的水平傘齒輪；位于上、下兩水平傘齒輪之間，同軸設(shè)置一行星架，行星架中心軸的上端矗立一方向指示針，行星架配置行星輪；所述行星輪分別與上、下兩水平傘齒輪的相對面嚙合傳動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的指南車，其特征在于所述方向指示針為人偶指 手形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明系利用機(jī)械齒輪傳動原理，呈車輛結(jié)構(gòu)形式的方向指示裝置。一種指南車，指南車為單轅兩輪車。與左右兩車輪同軸分別連接左、右兩直徑不同的垂直傘齒輪，左、右兩垂直傘齒輪又分別嚙合上、下兩同軸、直徑不相等的水平傘齒輪；位于上、下兩水平傘齒輪之間，同軸設(shè)置一行星架，行星架中心軸的上端矗立一方向指示針，行星架配置行星輪；所述行星輪分別與上、下兩水平傘齒輪的相對面嚙合傳動。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便直觀，方向指示精確?？勺鳛橹袑W(xué)生物理學(xué)習(xí)的輔助教具，也可與一些機(jī)械或機(jī)電玩具相結(jié)合，設(shè)計(jì)出具有娛樂性和科技內(nèi)涵的玩具，讓兒童寓教于樂。
文檔編號G01C17/00GK101650184SQ20081004176
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者葉大衛(wèi), 葉廉華 申請人:葉大衛(wèi)