專利名稱：摩擦傳動指南車的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種指南車，特別是指一種結構更簡單且指向精確的摩擦傳動指南車。
指南車是中國古代重要實用新型之一，一般公認其為一雙輪車輛，具有齒輪系，不論指南車如何移行，皆利用齒輪系的傳動關系，使一人形保持指向一固定方向，其與利用磁性原理指向的磁羅盤，在技術原理上完全無關。
相傳指南車是由皇帝實用新型，得在濃霧中指引方向，終于大敗蚩尤。有史可稽者，包括西元225年晉朝馬鈞及西元478年南北朝祖沖之等均曾制造指南車，惟其并無相關機構的說明；史籍上記載有指南車內部機構者，始于西元1027年由宋朝燕肅所制造的指南車，采用齒輪傳動機構，惟此套機構近代加以考證復制后，并無法達成連續運轉恒定指向的功能，其誤差率甚高，必須經常以人力重新修正方向。第一部具備任意移行轉向仍維持精確指向的指南車，首推1947年英國工程師(GeorgeLanchester)應用差速齒輪原理所設計者。另外，目前市售指南車的主要傳動機構，是如圖7所示者，其亦是利用與車輪連結的數組傘形齒輪組及正齒輪組傳動至一差速齒輪組，籍由差速傳動關系，使一被鎖固于該差速齒輪組的輸出軸上的人形保持指向者，其主要機構與英國工程師(GeorgeLanchester)所設計的指南車，并無差異。
綜觀中國史籍及目前相關技術文獻所記載者，指南車均是應用齒輪系(尤指差速齒輪組)的傳動關系，達成維持指向的功能。
齒輪式指南車要維持指向準確，需要高精度的齒輪，即使以現代工藝技術水準而論，制造齒輪(尤其是差速行星齒輪系)時，仍存在有齒隙累積誤差問題，是以中、外學者均懷疑一兩千年前的中國古科技文明，是否具有制造如此高精密度齒輪的技藝水準，更有外國學者因此認為中國古代史書中所記載的指南車，僅是傳說、神話而已，并非事實。
如圖7所示者，習知齒輪式指南車在構成上亦相當復雜，其兩側車輪軸90、91的運動必需經由兩側傘形齒輪組81、82、83、84以及兩側正齒輪組85、86、87、88分別傳遞至位于中央差速齒輪組89，由于其運動傳遞次數多，齒隙誤差會累積，故指向誤差率亦將隨之增高；且因構造復雜，將衍生例如制造困難、成本提高以及體積增大等缺點。
本案實用新型人鑒于上述習用齒輪傳動式指南車所衍生的各項缺點，尤其是在有人懷疑中國古代是否具有制造高精密度齒輪的技藝水準，并因此否定中國古代實用新型指南車的科技成就，乃及思加以改良創新，經多年潛心研究后，終于成功研發完成本件完全無需使用齒輪的摩擦傳動指南車，其機構簡單，即使在二千年前，亦可輕易制作完成，足以證明中國在周朝之始，即已實用新型指南車，是可能的，并不見得是神話。
本實用新型的目的即在于提供一種磨擦傳動指南車，其機構簡單，無需使用齒輪轉動，制造上無需精密的工藝技術，相當簡易，且成本低廉，同時可減少因齒輪多次傳動所產生的指向偏差率，提高其指向的精準度者。
可達成上述實用新型目的的摩擦傳動指南車，其為一可被拉動移行的雙輪車體，其兩側車輪分別聯結有第一及第二摩擦輪，在分別籍由第一及第二無端傳動帶體，傳遞動力至一差速傳動裝置的第一及第二水平傳動輪，兩個水平傳動輪間以摩擦傳動方式緊密夾置有一同軸行星傳動輪組，該行星傳動輪組的輪軸上連接有一上附例如人形等指標裝置的指向桿。其中第一摩擦輪、第二摩擦輪、第一水平傳動輪以及第二水平傳動輪等四個輪體的直徑均相等，且兩側車輪的直徑與兩側車輪間輪距相等。當兩側車輪等速而呈直線移行時，第一及第二水平傳動輪的轉動速率相等但轉向相反，使行星傳動輪及指向人形維持固定不動；當兩側車輪不等速而呈曲線移行時，第一及第二水平傳動輪間產生一差速，并傳動使行星傳動輪軸及指向人形產生一與車體互補的回轉角度，使指向人形不因車體回轉而偏離其所指方向者。
請參閱以下有關本實用新型較佳實施例的詳細說明及其附圖，將可進一步了解本實用新型的技術內容及其目的功效；有關該實施例的附圖為
圖1為本實用新型摩擦傳動指南車第一實施例的立體視圖；圖2為該摩擦傳動指南車的正面視圖；圖3為該摩擦傳動指南車中傳動機構的立體分解視圖；圖4為該摩擦傳動指南車中傳動機構的組合剖面視圖；圖5A至圖5C為該摩擦傳動指南車不同移行方式的動作示意圖；圖6為本實用新型摩擦傳動指南車第二實施例的正面視圖；以及圖7為習用齒輪式指南車中傳動機構的證面視圖。
請參閱圖1，本實用新型所提供的摩擦傳動指南車第一實施例，其為一可被拉動移行的雙輪車體10，其兩側車輪11、12的運動，分別利用第一及第二無端傳動帶體13、14，傳動至一差速傳動裝置30，而使樹立于該差速傳遞裝置30上方的一指向人形40，保持指向一預設的相同方向，不因車體10回轉而偏離指向者。
該兩側車輪11、12可分別繞著樞設其間的一橫軸架15而自由轉動，該橫軸架15前緣鎖固有一U型拉桿16，利用人力、獸力或其他動力源拉動該U型拉桿16，即可使該雙輪車體10自由移行。該U型拉桿16的約中段位置更向下彎折出一停車凸部17，其與兩側車輪11、12配合，使該雙輪車體10可被停住于一固定點上。
如圖2至圖4所示者，該兩側車輪11、12的外緣環面上分別緊密套設有一以例如橡膠、皮革等摩擦阻力較高材料所制成的第一及第二摩擦環體18、19，藉以增加車輪11、12與地面間的摩擦作用力，使該兩側車輪11、12被拉動移行時，可確實在地面上滾動，避免形成打滑現象。
該兩側車輪11、12分別同軸聯結有第一及第二摩擦輪20、21，在分別籍由第一及第二無端傳動帶體13、14，以及第一及第二滑輪組22、23分別使第一及第二無端傳動帶體13、14垂直轉向，而傳遞動力至該差速傳動裝置30的第一及第二水平傳動輪31、32，兩側水平傳動輪31、32間以摩擦傳動方式緊密夾置有一同軸行星傳動輪組33、34，該行星傳動輪組33、34的輪軸35上垂直連接有一指向桿41，該指向桿41以滑配方式穿過位于上方的第一水平傳動輪31后，在其頂端鎖固有指向人形40，該人形40舉起一手臂42，籍以指示方向，本實用新型亦可使用其他指標裝置，取代該指向人形40。
第一及第二滑輪組22、23是被分別樞設于車體10的兩側直柱24、25上，而第一及第二水平傳動輪31、32則被樞設于一中間支持元件27上，并利用一架設于兩側直柱24、25間的一頂板28，與該中間支持元件27配合，相對夾緊該第一及第二水平傳動輪31、32，籍以快速且穩固地組裝該差速傳動裝置30。其中，該中間支持元件27得為一彈性體或彈性元件，籍以對該差速傳動裝置30施加一迫緊作用力，可保持第一及第二水平傳動輪31、32與行星傳動輪組33、34間的摩擦作用力，防止傳動時產生打滑現象。
行星傳動輪組33、34的外緣環面上分別緊密套設一以例如橡膠、皮革等摩擦阻力較高材料所制成的第三及第四摩擦環體36、37，籍以增加第一及第二水平傳動輪31、32與行星傳動輪組33、34間的摩擦作用力，使運動可確實傳遞至該行星傳動輪組33、34者。
如圖2所示者，該第一摩擦輪20、該第二摩擦輪21、第一水平傳動輪31以及第二水平傳動輪32等四個輪體的直徑均相等，且兩側車輪11、12的直徑D與兩側車輪11、12間輪距L相等。
由于行星輪軸35的轉速為第一及第二水平傳動輪31、32兩個輸入轉軸的平均值。因此當兩側車輪11、12等速而呈直線移行時，第一及第二水平傳動輪31、32的轉動速率相等但轉向相反，使行星轉動輪軸35及指向人形40維持固定不動；當兩側車輪11、12不等速而成曲線移行時，第一及第二水平傳動輪31、32間產生一差速，并傳動使行星輪軸35及指向人形40產生一與車體10互補的回轉角度，使指向人形40不因車體10回轉而偏離其所指方向者。例如a)如圖五A所示者，當左側車輪11保持不動，僅右側車輪12轉動，而使車體10逆時針自轉一α角度時，則右側車輪12的回轉量為
至于行星輪軸35的回轉量為第一及第二水平傳動輪31、32回轉量的平均值，其中，第一水平傳動輪31的回轉量為2α，但為順時針，故成-2α；第二水平傳動輪32不轉動，故回轉量為0度；因此，行星輪軸35的回轉量為
因此，行星輪軸35及指向人形40的回轉角度為順時針轉動α角度，剛好抵消車體10逆時針自轉α角度的回轉量，而使指向人形40保持其指向，而不偏離。
b)如圖5B所示者，當右側車輪12保持不動，僅左側車輪11轉動，而使車體10順時針自轉一β角度時，則左側車輪11的回轉量為
至于行星輪軸35的回轉量為第一及第二水平傳動輪31、32回轉量的平均值，其中，第一水平傳動輪31不轉動，故回轉量為0度；第二水平傳動輪32逆時針回轉了2β，故為-2β；因此，行星輪軸35的回轉量為
因此，行星輪軸35及指向人形40的回轉角度為逆時針轉動β角度，剛好抵消車體10順時針自轉β角度的回轉量，而使指向人形40保持其指向，而不偏離。
c)如圖5C所示者，當車體10以一距離S的遠端0點為中心順時針公轉一入角度時，兩側車輪11、12均產生一回轉量，惟其傳遞至第一及第二水平傳動輪31、32時的轉向恰好相反；第一水平傳動輪31的轉向為逆時針，故為左側車輪11回轉量的負值；第二水平傳動輪32的轉向為順時針，故為右側車輪12回轉量的正值，其和為
至于行星輪軸35的回轉量為第一及第二水平傳動輪31、32回轉量的平均值，而為-2λλ=-λ-------(6)]]>式(5)、(6)與前述式(1)、(2)及式(3)、(4)的結果均相同，因此，無論兩側車輪11、12以任何形式移行時，該行星輪軸35及指向人形40均能產生一與車體10互補的回轉角度，使指向人形40不因車體10回轉而偏離其所指方向者。
請參閱圖6，是揭示本實用新型所提供摩擦傳動指南車的第二實施例，其主體機構及主要功能與前述第一實施例相同，恕不另述。在第二實施例中，將用以改變動力傳遞方向的滑輪組，由第一實施例的固定式滑輪更改為彈性負荷的可動式滑輪組，其中改變第一無端傳動帶體13行進方向的第一滑輪組22a，包括有成三角形布設的兩個下方固定滑輪221、222以及一上方可動滑輪223，該上方可動滑輪223承受一第一彈簧224的彈性作用力，而具有向該第一無端傳動帶體13迫緊的彈性趨勢，籍以增加該第一無端傳動帶體13的張力，避免傳動時產生不當滑行現象。相對而言，第二滑輪組23a亦包括有成三角形布設的兩個下方固定滑輪231、232以及一上方可動滑輪233，而一第二彈簧234則壓迫該上方可動滑輪233，向該第二無端傳動帶體14迫緊。另外，亦可籍由一第三彈簧38向下壓迫該第一水平傳動輪31，利用彈性將該第一及第二水平傳動輪31、32與該行星傳動輪組33、34相對迫緊，增加各轉動構件間的摩擦作用力，防止傳動時產生打滑現象；其中，亦可利用一例如彈性體、配重等的施力元件，取代三個彈簧38、224、234，分別施力于該第一水平傳動輪31或可動滑輪223、233，以保持摩擦作用力，防止傳動時產生打滑現象。
本實用新型所提供的摩擦傳動指南車，其機構簡單，無需使用齒輪傳動，制造上無需精密的工藝技術，相當簡易，且成本低廉，同時可減少因齒輪多次傳動所產生的指向偏差率，提高其指向的精準度者。由于本實用新型在制造時，只需使用圓規即可，沒有其他尺寸精度的要求，即使在兩千年前，只要工匠能制作車輪，亦可輕易制作完成本案所提供的摩擦傳動指南車，足以證明中國在周朝之始，即以實用新型指南車，是可能的，并不見得是神話，極具學術價值。
權利要求1.一種摩擦傳動指南車，其特征在于，包括一可被拉動移行的車體；樞設于該車體兩側的一左側車輪及一右側車輪，該左、右側車輪的直徑與左、右側車輪間的輪距相等；分別與該左側及右側車輪同軸聯結的一第一摩擦輪及一第二摩擦輪；一被樞設于該車體中間位置上的差速傳動裝置，其具有一第一水平傳動輪及一第二水平傳動輪以及利用摩擦傳動方式而被緊密夾置于該第一及第二水平傳動輪間的一同軸行星傳動輪組；該第一水平傳動輪、第二水平傳動輪、第一摩擦輪以及第二摩擦輪等四個輪體的直徑均相等；以及一被連接于該行星傳動輪組的一輪軸上的指向桿，其固設有一具有指向功能的指標裝置。
2.按權利要求1所述的摩擦傳動指南車，其特征在于，其中該第一及第二無端傳動帶體分別繞經一第一滑輪組及一第二滑輪組。
3.按權利要求1所述的摩擦傳動指南車，其特征在于，其中該左側及右側車輪分別緊密套設有一用以增加與地面間摩擦阻力的一第一摩擦環體及一第二摩擦環體。
4.按權利要求1所述的摩擦傳動指南車，其特征在于，其中該行星傳動輪組分別緊密套設有一用以增加與該第一及第二水平傳動輪間摩擦阻力的一第三摩擦環體及一第四摩擦環體。
5.按權利要求1所述的摩擦傳動指南車，其特征在于，其中該車體上鎖固有一可供推拉的U型拉桿，該U型拉桿更向下彎折出一可平置于地面上的停車凸部。
6.按權利要求2所述的摩擦傳動指南車，其特征在于，其中該第一及第二滑輪組，分別包括有成三角形布設的兩個下方固定滑輪以及一上方可動滑輪。
7.按權利要求1所述的摩擦傳動指南車，其特征在于，其中該第一水平傳動輪承受一施力元件所施加的作用力，而與該第二水平傳動輪共同相對迫緊該行星傳動輪組。
專利摘要一種摩擦傳動指南車,其可被拉動移行并具有恒定指向功能的雙輪車體,其兩側車輪分別連結有第一、二摩擦輪,再分別藉由第一、二無端傳動帶體,傳遞動力至一差速傳動裝置的第一、二水平傳動輪,該水平傳動輪間以摩擦傳動方式緊密夾置有一同軸行星傳動輪組,行星傳動輪組的輪軸上連接有一上附指標裝置指向桿;不論車體如何移行,行星傳動輪軸及指標裝置產生一與車體互補的回轉角度,使指標裝置不因車體回轉而偏離其所指方向。
文檔編號G01C17/00GK2359664SQ9920829
公開日2000年1月19日 申請日期1999年4月14日 優先權日1999年4月14日
發明者陳英俊, 謝尚斌, 周政道, 黃俊嘉 申請人:財團法人精密機械研究發展中心