Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 指南車

2007年6月14日 星期四

指南車

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生機二 B94611024 卓奕諺

「指南車」乃是用來指示方向的一種工具,它是利用齒輪傳動原理來達到指示方向的功能,與今日的指南針—利用地磁的作用來指示南北方,兩者的目的相同,但是原理和構造皆不同。神話中寓為新石器時代黃帝所發明的。雖然關於黃帝及周公創作指南車的傳說散見於古籍中,但經由後人旁證,已知這些記載僅為傳說,其實是在三國時期由馬鈞所製作。

指南車的構造及傳動原理和齒輪傳動機構相仿。主要是以足輪轉動軸為機構的輸入軸,經由機構修正指南車的指向。其主要是利用行星齒輪和差動原理,但與一般差動原理的不同點在於,在汽車上是利用齒輪產生差動來讓內側車輪的速度較外側車輪速度慢,在轉彎時可以較順暢,但指南車所利用的是車輪本身的轉速(轉動的圈數)不同,經由差動齒輪的轉換來讓水平的大齒輪反方向轉動,"抵消"(註1)車身行徑的轉角,設計上通常是假設一轉彎角度,用這個角度計算轉盤的大小和行星齒輪輸入輸出的轉速比,進而做出能使大轉盤齒輪保持一定角度的一組齒輪。

註1:
抵消的觀念如同上課所講的重疊法,在做設計的時候可採用兩種思考方式:
第一是把連接車上木人的大齒輪當作固定(fixed),先讓整個機構轉一圈,因為實際上大齒
輪是不轉動的,所以在此大齒輪的圈數為-1,再由此計算機構的輸入輸出比。
第二種是把因車輪轉動圈數不同所造成轉動的另一水平齒輪當成不動(實際上有動,只是採
用相對運動原理),在一步步的去推齒輪的尺寸。在真正的設計上,第二種是目前比較常用的,因為實際上是要以車輪的轉速差來調整。

指南車在機構上的構思非常精密,是人類史上第一個有記載的齒輪應用,但在實際上指南車的實用性並不大,因為在製造時用了齒輪間只有純粹滾動的假設,實際上齒輪間可能會有滑動情形,而且車輪與地面也需保持純滾動,此外如果地面凹凸不平的話,會造成車輪行經的路徑加長,進而改變了木人的指向,所以在使用上有很大的顧忌,不過它的構造及作動原理已被廣泛使用在各種機構中。

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改良樂高指南車的參考網頁

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