CN101059342B - 仿古指南车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种结构简单、合理的仿古指南车，该指南车是在车体底部设有上、下两层底板，并上、下两层底板间设有相互啮合的前、后水平齿轮，其中前水平齿轮的齿轮轴设置在下层底板的中心线上；在下层底板上设置有以前齿轮轴的轴心为圆心、以前、后水平齿轮的啮合轴距为半径的中心对称弧形轨道，后水平齿轮的齿轮轴在弧形轨道内摆动；前水平齿轮轴穿过上层底板伸出车体外，并在齿轮轴的顶端设有指南针；后水平齿轮轴穿过下层底板与车辕连接；在车体内车轴的两侧对称设置有与后水平齿轮啮合的左、右垂直齿轮。本发明的指南车采用差动齿轮的构造原理制成，其结构简单，可以做成模型展览，也可以作成教学用具、儿童益智玩具、工艺品及旅游纪念品。

Description

仿古指南车

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种指南车，尤其涉及一种仿古指南车。

背景技术

指南车是我国古代的文化瑰宝之一，是中国古代科技成果的杰出代表。但是，从宋代以后，指南车就失传了。古籍上关于指南车的记载相当多，但分歧较大，直到现在，许多学者对它的看法也不一致。《西京杂记》一书中说：“司南车，驾四，中道”。以后，东汉张衡、三国马钧都曾造过指南车。据说，马钧的指南车，是上装一木人，下连磁石，不管车子向什么方向行驶，木人的手始终向南指着。然而，这种说法是不大可靠的。指南车到底是什么样子？《晋书·舆服志》上才较为明确：“司南车，一名指南车，驾四马，其下制如楼，三级；四角金龙衔羽葆；刻木为仙人，衣羽衣，立车上，车虽回运而手常指南”。稍后的南朝时期的宋、齐也有指南车。《宋书·礼志》说：“其制如鼓车，设木人于车上，举手指南。车虽回转，所指不移”。《南齐书·祖冲之传》也说：“冲之改造(指南车之)铜机，圆转不穷而司方如一”。

其他史籍对指南车的记载也还有不少，但是一般都只限于外形、性能、制造过程、使用情况等。一直到宋代，对指南车才有较详细的记述。《宋史》、《愧郯录》对燕肃和吴德仁制造的两种指南车的内部传动***以及大小、规格、型制等，均有较为具体的记载。我们从中了解到指南车的结构和原理，大体是这样的：车身为一辕双轮车，车箱为重构结构，上立一木人，引臂南指。车箱内部设置有一套可自动离合的齿轮传动机构。当车子行进中偏离正南方向，向东(左)转弯时，东辕前端向左移动，而后端向右(向西)移动，即将右侧传动齿轮放落，使车轮的转动能带动木人下方的大齿轮向右转动，恰好抵消车辆向左转弯的影响，使木人手臂仍指南方。当车子向西(右)转弯时，则左侧的传动齿轮放落，使大齿轮向左转动，以抵消车子右转的影响。而车子向正前方行进时，车轮与齿轮系是分离的，因此木人手臂所指的方向不受车轮转动的影响。如此，不管车子的运动方向是东西南北或不断变化，车上木人的手臂总是指向南方，起着指引方向的作用(据阴法鲁、许树安主编《中国文化史》)。可见，我国古代指南车是巧妙地运用机械原理制造而成。《宋史》虽有较详记载，但仍不够具体，也无图可循，所以现在关于指南车内部构造图形的不同学术观点，已近二十种。看来，要彻底了解其中奥秘，还有待继续研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用差动齿轮构造原理制成的仿古指南车。

本发明的仿古指南车，包括车体、车轴、车轮及车辕。所述车体底部设有上、下两层底板，且上、下两层底板间设有相互啮合的前、后水平齿轮。其中前水平齿轮的齿轮轴设置在下层底板的中心线上，并在下层底板上设置有以前齿轮轴的轴心为圆心、以前、后水平齿轮的啮合轴距为半径的中心对称弧形轨道，所述后水平齿轮的齿轮轴在该对称弧形轨道内摆动。所述前水平齿轮的齿轮轴穿过上层底板伸出车体外，并在前水平齿轮轴的顶端设有指南针；所述后水平齿轮的齿轮轴穿过下层底板与车辕连接。所述车体内车轴的两侧对称设置有与后水平齿轮啮合的左、右垂直齿轮。

为了使本发明指南车的结构更加简单、合理，所述对称弧形轨道的两个端点与车轴的轴心设置在同一竖向平面上，而且两个端点与左、右垂直齿轮间的距离为后水平齿轮的半径。

为了保证本发明的指南车在转向360度的情况下，指南针始终能指向正南方，所述前、后水平齿轮的半径相同，且水平齿轮半径：垂直齿轮半径等于车轮距：车轮半径。

为了便于指南车直线行走，在对称圆弧轨道内侧中心线的位置设有M型槽。

本发明的特点：

1、指南车任意转向，指南车上的指针始终指向正南方；

2、在没有强大外力的作用下，指南车能始终沿出发时的方向前进；

3、本发明的指南车采用差动齿轮的构造原理制成，其结构简单，可以做成模型展览，也可以作成教学用具、儿童益智玩具、工艺品及旅游纪念品。

附图说明

图1为本发明纵向结构剖视图

图2为本发明的俯视结构图

具体实施方式

一种仿古指南车，包括车体1、车轴2、车轮3及车辕14。在车体1底部设有上、下两层底板11、12，且上、下两层底板11、12内设有相互啮合的前、后水平齿轮6、7，其中前水平齿轮6的齿轮轴8设置在下层底板12的中心线上，并在下层底板12上设置有以前齿轮轴8的轴心为圆心、以前、后水平齿轮的啮合轴距为半径的中心对称弧形轨道13，后水平齿轮7的齿轮轴9在该弧形轨道13内摆动。前水平齿轮6的齿轮轴8穿过上层底板11伸出车体1外，并在齿轮轴8的顶端设有指南针10；后水平齿轮7的齿轮轴9穿过下层底板12与车辕14连接。为了便于指南车直线行走，在圆弧轨道13内侧中心线的位置设有M型槽。车体1内车轴2的两侧对称设置有与后水平齿轮7啮合的左、右垂直齿轮4、5。

所述弧形轨道13的两个端点与车轴2的轴心在同一竖向平面上，并与左、右垂直齿轮4、5间的距离为后水平齿轮7的半径。

所述前、后水平齿轮的半径相同，且水平齿轮半径：垂直齿轮半径等于车轮距：车轮半径。

当前、后水平齿轮6、7及左、右垂直齿轮半径相同时，车轮的半径应当等于两个车轮之间的距离。

当前、后水平齿轮6、7的半径是左、右垂直齿轮半径的两倍时，车轮的半径应当等于两个车轮之间距离的一半。

依次类推，当前、后水平齿轮6、7的半径时是左、右垂直齿轮半径的四倍时，车轮的半径应当等于两个车轮之间距离的四分之一。

在指南车出发前，通过前齿轮轴8调整设置在其顶端的指南针10，使其指向南方。指南车在行驶中转向时，通过车辕14驱动与其连接的后水平齿轮轴9在车体底部下层底板12上的圆弧轨道13内左右摆动(后水平齿轮轴9的摆动方向与指南车的转向相反)，同时后水平齿轮7转动并带动前水平齿轮6转动(后水平齿轮7转向与指南车在行驶中转向一致，前水平齿轮6转向与指南车在行使中转向相反)，从而使前齿轮轴8以与指南车转向相反的方向转动，以调整前齿轮轴8顶端的指南针10始终指向南方。同时，由于后水平齿轮轴9在车体底部下层底板12上的圆弧轨道13内左右摆动，当指南车在行驶中转向时，后水平齿轮轴9在圆弧轨道13内左摆或右摆，后水平齿轮7与左或右垂直齿轮4、5啮合，以增加或减小左垂直齿轮或右垂直齿轮的转动力矩，驱使指南车调整行进方向，并始终沿出发时的方向前进。

Claims (3)

1.一种仿古指南车，包括车体(1)、车轴(2)、车轮(3)及车辕(14)，其特征在于：所述车体(1)底部设有上、下两层底板(11、12)，且上、下两层底板(11、12)间设有相互啮合的前、后水平齿轮(6、7)；所述前、后水平齿轮的半径相同，且水平齿轮半径∶垂直齿轮半径等于车轮距∶车轮半径；其中前水平齿轮(6)的齿轮轴(8)设置在下层底板(12)的中心线上，并在下层底板(12)上设置有以前水平齿轮轴(8)的轴心为圆心、以前、后水平齿轮的啮合轴距为半径的中心对称弧形轨道(13)，所述后水平齿轮(7)的齿轮轴(9)在该对称弧形轨道(13)内摆动；所述前水平齿轮(6)的齿轮轴(8)穿过上层底板(11)伸出车体(1)外，并在前水平齿轮轴(8)的顶端设有指南针(10)；所述后水平齿轮(7)的齿轮轴(9)穿过下层底板(12)与车辕(14)连接；所述车体(1)内车轴(2)的两侧对称设置有与后水平齿轮(7)啮合的左、右垂直齿轮(4、5)。

2.如权利要求1所述的仿古指南车，其特征在于：所述对称弧形轨道(13)的两个端点与车轴(2)的轴心在同一竖向平面上，并与左、右垂直齿轮(4、5)间的距离为后水平齿轮(7)的半径。

3.如权利要求1所述的仿古指南车，其特征在于：所述对称弧形轨道(13)内侧中心线的位置设有M型导槽。