指南车设计原理
指南车简介
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，起着指黄金海、吉 俊德、黎彰
目录
1、指南车的历史 2、指南车的原理 3、指南车的优劣 4、指南车的发展和应用
指南车的历史
指南车，又称司南车，是古 代一种指示方向的车辆，也 作为帝王的仪仗车辆。具体 出现时间不详，据考证是在 三国时期由马钧创造的。
指南车原理
指南车的发展和应用
指南车在出现后，许多朝代都有关于指南车的记载，从中可知此后历代都有 指南车。皇帝在隆重场合才使用，皇帝的仪仗队中常不可少。《南齐书》中 还记述了一件有趣的事，南北朝是的刘宋平定关中后，得到一具指南车，做 为战利品，但只有外形，而无内部“机巧”，于是皇帝出行时，使人躲在车 内操纵，可见有无指南车关系到皇帝的尊严与体面，很为重要。指南车的使 用直到宋代，按《宋史》记载可知北宋时肯定有指南车在宋代南迁后，屡经 战乱，无心也无力顾及指南车了。宋后，建立了元朝，少数民族统治中国， 并不重视汉族以往的传统，未见再研制指南车了，以后就次绝迹。指南车在 使用期间，规格很高，是因为皇帝所用，车身高大，装饰华美，还雕刻着金 龙、仙人。行走时前呼后拥，所用“驾士”相当多，如《金史》就说有十二 人驾驶，而《宋史》则说原有“驾士”十八人，后增至三十人。《宋史》中 还记载着，后魏时曾有马岳造指南车，“垂成”之时，被人毒杀。这些就决 定了指南车很难用于实战。从古籍记载还可以看出，由于指南车的崇高地位 与特殊作用，一般前朝灭亡之后，指南车也随之毁坏。各种屡废屡制的局面， 造成历史上研制过指南车的人相当多根据记载能搞清姓名、时间的就有十五 人之多。所研制的指南车之外形应有继承性，但内部结构应各不相同，也可 能大有出入，因为指南车的内部结构常被认为是重要机密，避免让人知道， 这也许是历史上很少古籍记载指南车的内部结构的原因。各代指南车的内部 结构有所不同，甚至有较大不同，或者根本不同都是完全可能的。
指南车工作原理
指南车工作原理指南车是一种用于汽车转向系统的重要部件，它的工作原理对于汽车的操控和安全性具有至关重要的作用。
在本文中，我们将深入探讨指南车的工作原理，以便更好地理解它在汽车中的作用。
指南车是一种通过转向轴和齿轮传动来实现转向的装置。
它通常由转向轴、齿轮、齿条和传动机构等部件组成。
当驾驶员通过方向盘转动转向轴时，转向轴会带动齿轮的转动，齿轮再通过齿条和传动机构将转动的力量传递给车轮，从而实现汽车的转向。
在实际的工作过程中，指南车需要克服一定的阻力才能完成转向操作。
这个阻力主要来自于汽车行驶时的惯性和路面的摩擦力。
当驾驶员转动方向盘时，指南车需要克服这些阻力才能使车轮转向，因此指南车的工作原理也包括了克服阻力的过程。
除了克服阻力外，指南车还需要具有一定的传动比来保证转向的灵活性和准确性。
传动比是指转动方向盘所产生的转动角度与车轮实际转向角度之间的比值。
通过合理设计传动比，可以使驾驶员更轻松地控制车辆的转向，提高驾驶的舒适性和安全性。
在实际的汽车中，指南车的工作原理还受到了许多其他因素的影响，比如悬挂系统、轮胎的摩擦系数、转向系统的传动效率等。
这些因素都会对指南车的工作产生一定的影响，因此在设计和使用指南车时，需要综合考虑这些因素，以确保指南车能够正常、高效地工作。
总的来说，指南车作为汽车转向系统的重要部件，其工作原理涉及到转向轴、齿轮、齿条、传动机构等多个方面。
它通过克服阻力和合理设计传动比来实现汽车的转向，同时还受到其他因素的影响。
了解指南车的工作原理有助于我们更好地理解汽车的转向系统，从而更好地驾驶汽车，提高行车安全性。
指南车原理
差动式指南车方案—五十年代的指南车与宋代指南车的轮距等于轮径等结构大体相仿的条件下，选择自由度为二的差动轮系作为指南车的传动系统，是从事机械原理研究的人自然会想到的设计。
五十年代的指南车如图4 所示，此车就是采用了差动轮系方案。
五十年代的指南车图4图中A，B为指南车的轮子，D等于指南车的轮子直径，2L为指南车的宽度。
当指南车沿直线行走时，轮子A带动锥齿轮a转动，锥齿轮a带动锥齿轮c和c′转动；同理轮子D带动锥齿轮b转动，锥齿轮b带动锥齿轮d和d′转动。
由于直线行走时，锥齿轮c′和d′沿相反的方向转动，且转动速度一样，所以锥齿轮e的转臂不动，锥齿轮e绕固定轴旋转。
当指南车转弯时，齿轮的传动方式一样，但是锥齿轮c′和d′沿相同的方向转动，且转动速度一样，这就会导致锥齿轮e的转臂转动，同时锥齿轮e静止与自身的旋转轴。
当车身转过一定角度θ，左轮和右轮会有相应角度差ΦA- ΦB（见章节二），这个角度差ΦA- ΦB通过齿轮组最后使得木仙人相对于车辆转动-θ的角度，而相对于地面静止，所以木仙人就一直指向一个固定的方向。
五、指南车设计方案的比较和选择我们设计的是一种面向广大儿童的指南车玩具，所以设计的尺寸大小应该控制在140mm×140mm×140mm的空间范围内。
在选择指南车方案的过程中，应该考虑方案的可靠性、复杂程度、制作成本和安全性。
指南车设计方案比较1.定轴式指南车需要有一套自动控和自动离合的装置，常常是用齿轮的啮合和分离来实现的。
但是在啮合的过程中有可能会存在啮合点不正确而导致齿轮啮合不进去的现象，所以可靠性下降。
而差动式指南车不存在此现象。
2.定轴式指南车的行车轨迹只能是直线和定点转动的圆弧，如图5所示。
这是由于定轴式指南车固有的结构设计所导致的。
如节四所介绍的宋代指南车，当车转弯时，由辕A控制中心大平轮G与一个小平轮啮合，而与另一个小平轮分离，这时候，分离的小平轮不能够有转动，否则就会带来指南的误差，而正因如此，指南车在转弯时只能绕着分离的小平轮所对应的那个大轮子的着地点作圆周旋转。
古代指南车的工作原理
古代指南车的工作原理好嘞，咱们今天聊聊古代的指南车，那个有趣的玩意儿。
说到指南车，很多人可能觉得它跟咱们现代的导航仪比起来简直是小儿科，但其实它的工作原理可真是别有一番风味，尤其在古代，那可是个神奇的家伙呢。
指南车，顾名思义，就是一辆能指引方向的车。
想象一下，古人出门在外，没有地图、没有GPS，路上全是迷雾，真是走一步算一步，搞不好就迷了路。
可是有了这个小玩意儿，简直就是“神助攻”。
它的原理很简单，但又很妙，像一首古老的歌，简单却耐人寻味。
车的底盘上装有一个指南针，这个指南针在古代可不是随便买来的，它可是经过精心制作，能够在不同的方向上找到北方。
你看，这跟我们现在用的指南针是同样的道理。
想象一下，古人推着这辆车，车身上那根指针随着车的移动，始终指向北方。
你要是碰到山高路远，迷了路，咔嚓一看指针，不就一下子明白了该往哪儿走吗？这车可真是“百发百中”，让人心里一阵畅快。
古人可不是那么好糊弄的，他们可聪明得很，利用自然的力量，让方向感变得简单明了。
再说这指南车的结构，其实并不复杂。
它的车轮和车身是分开的，车轮可以自由转动，这样就不会干扰到车上的指南针。
就像咱们吃饭时，碗和筷子要分开，不然吃起来可就不方便了。
再加上车上的指针是用磁铁做的，真的是让人佩服古人的智慧，想当年那可是需要相当的技术含量，想把这个玩意儿搞得精确可不是件容易事。
你们想啊，古代人就这么开着指南车在广袤的土地上游荡，心里可乐开了花。
走哪儿都不怕迷路，偶尔还可以跟朋友们一起比划比划，看看谁的方向感更好，简直就像是现在的寻宝游戏，热闹非凡。
也许在路途中，他们还会互相打趣，谁要是迷了路，那可是要被人笑话的。
不过也没关系，大家一块儿笑笑，找不到方向的还可以坐下来吃点东西，聊聊天，人生的乐趣可不是只在目的地，而是在路上嘛。
古人驾着指南车穿越山川河流，想必心中充满了畅快与自信。
你看他们眼中闪烁着对未知的渴望，哎，真是让人羡慕。
每一次出发都像是一场新的冒险，而指南车就是他们的得力助手，带着他们去发现世界的每一个角落，真是“千里之行，始于足下”啊。
探索指南车制造原理
起 来 的 冰 层 ，就 可 以推 知两 极 地 区 的 气 后 。 帝 立 即 派 人 四下 寻 找 ， 是 找 了很 黄 可 啪
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；。 薹啪 一一 堋距
冬 夏形成 的冰层特性不 同， 长时间 ， 候史 札 。 另外 ， 、 仍不见风后 的踪影 ， 黄帝只好亲
对准南方 ， 车子随便走 ， 只要二轮刻度对 齐， 车头指 向的方 向永远是南方 。 第三种 ：英 国学者郎基斯特提 出的 差动轮系机构 。大英博物馆 中的指南车 就是按他 的猜想复原制作的 。 从三 国时期 的马钧 开始直 到如今 ， 许多复原 的指南车都是遵循马钧的机械 原理做的 。 是 ， 但 这种机械原理的指南车 在泥泞的道路上行驶时能够准确指示方 向吗？ 回答肯定是不 能的。 这是 由于指南 车在长途奔波后 ， 机械误差 累加 ， 小木人 所 指方 向肯定要 “ 跑偏 了” 而且 ， 。 这些齿 轮（ 差动轮 ） 的计算与 制造在 ４ ０ ５ ０年前 的古代 ， 是非常困难的 。 笔者推 测在黄帝 时代要 求风后在 ３
个地球的全局来说 的。 小而言之 ， 从局部 来看 ， 由于海冰的存 在 ， 对海洋也有 巨大 的影 响。海冰加强 了海洋水层 的上下对 流， 能把上层的溶解氧带到深层 ， 直至 海 底 ；而海底沃泥也会 因对流被带到海洋
这种东西 就不怕迷失方 向了。 黄帝认 为 ”
这是一个好办法 。 于是就 由风后设计 ， 大 家动手制作 。 经过几天几夜奋战 ， 终于造 出了能指 引方 向的仪器 。
今越南 ） 派使 臣到 周朝 ， 迷失了 回去的路
线， 周公遂制造指南 车相赠 。 臼
指南车的发明介绍
指南车的发明介绍指南车，又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。
以下是店铺为你精心整理的指南车的发明介绍，希望你喜欢。
指南车的发明它利用差速齿轮原理，它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。
不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。
相传早在5000多年前，黄帝时代就已经发明了指南车，当时黄帝曾凭着它在大雾弥漫的战场上指示方向，战胜了蚩尤。
西周初期，当时南方的越棠氏人因回国迷路，周公就用指南车护送越棠氏使臣回国。
三国马钧所造的指南车除用齿轮传动外，还有自动离合装置，是利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向。
在特定条件下，车子转向时木人手臂仍指南。
在技术上又胜记里鼓车一筹。
据考证，三国魏马钧于青龙3年(235年)创造指南车，虽有记载，但造法失传。
东晋安帝义熙十三年(417年)，刘裕北伐进兵长安，后秦姚兴使令狐生制造指南车。
北魏的郭善明也曾研发过，未成，扶风人马岳又造，垂成，善明鸩杀之。
南朝的祖冲之又发明一次，《南齐书??祖冲之传》：“初，宋武平关中，得姚兴指南车，有外形而无机巧，每行，使人于内转之。
升明中，太祖辅政，使冲之追修古法。
冲之改造铜机，圆转不穷，而司方如一，马钧以来未有也。
”《宋史??舆服志》对指南车的机械结构，作了比较具体的记述，此车仅用为帝王出行的仪仗。
宋、金两朝的燕肃与吴德仁等科学家都研制出指南车，但之后又失传了。
《宋史·舆服志》对其机械构造有具体记载。
宋代造法有天圣五年(1027)燕肃所献传统做法和大观元年(1107)内侍省吴德仁所献车制两种。
指南车的创造标志着中国古代在齿轮传动和离合器的应用上已取得很大成就。
指南车是古代一种指示方向的车辆，也是古代帝王出门时，作为仪仗的车辆之一，以显示皇权的威武与豪华。
指南车发明的传说关于指南车的发明，最早的记录还得从5000年前黄帝大战蚩尤的传说说起。
据说黄帝和蚩尤作战三年，进行了72次交锋，都未能取得胜利。
简述指南车的工作原理
指南车（或称为司南车）是一种中国古代发明的利用机械原理指示方向的装置，主要用于在行进中保持指向恒定。
其工作原理基于齿轮传动系统，具体如下：
1. 差动齿轮系统：指南车内部安装有一系列精密设计和配合的齿轮组，其中包括主动齿轮、从动齿轮以及可能用于抵消转向时产生的偏转效应的差速齿轮。
2. 转向补偿：当车辆向左或向右转弯时，车轮带动相关齿轮转动，而内部的差动齿轮机构通过复杂且精巧的设计，使得无论车辆如何转向，都能确保连接木人的特定齿轮始终保持与车辆行驶方向无关的旋转状态。
3. 指针固定：通常，在指南车的顶部会有一个固定的“木人”或其他形式的指示装置，该装置的手臂或手指始终指向南方或者其他设定的方向。
由于齿轮系统的巧妙构造，不论车辆怎样移动，“木人”的手部指向不会因车辆的转弯而改变，从而实现了在行进中持续指示同一方向的功能。
4. 直线行驶时分离：当车辆沿直线行驶时，车轮与用来调整方向指示的齿轮组实现某种程度的分离，保证
木人所指的方向不受车辆直行速度的影响。
总的来说，尽管指南车的具体结构随着时间推移和技术发展有所变化，但其核心思想是运用古代机械工程智慧克服车辆转向带来的影响，以保持稳定的指向性。
指南车
指南车
指南車是中國古代的偉大發明之一，相傳 為黃帝首創。雖然傳說不可考，但依歷史記載 ，有關指南車最早之信史記述於「魏書」卷二 十九，記載三國時代魏國「馬鈞」製造過指南 車。此後歷代皆有成功的重造記錄。 指南車的用途據說有二種：一種是作戰時 用的；一種說法是天子出巡的時候用的。但不 管是哪一種用法，都是用來指出方向。 一般皆認為指南車原本是古代皇帝出巡時 用作儀仗的車輛之一。
功能原理
指南车的车箱里，装着非常巧妙复杂的机械。它的中央 有一个太平轮，木头人就竖立在上面；在太平轮的两旁， 还装着很多小齿轮。如果车子向左转，右边的车轮就会 带动小齿轮，小齿轮再带动太平轮，使太平轮相反地向 右转。如果车子向右转，道理也一样。因此，只要在指 南车开动以前，先让木头人的右手指向南方，以后车子 不论是向左转还是向右转，木头人的右手却总是指向南 方。指南车是利用齿轮的原理制造的。
指南车设计
结构原理
指南車在車廂中間有根直立的長木棍子。棍子頂端 有一個木人，不論車子往哪個方向轉，木人永遠都指著 同一個方向。 大齒輪的兩側，各有一個被皮帶牽連著的小齒輪。 當車子右轉的時候，就牽動左邊的小齒輪，這個小齒輪 就會帶動大齒輪往相反方向旋轉，當車子左轉的時候， 也會牽動右邊的小齒輪，這個小齒輪就會帶動大齒輪往 相反方向旋轉，就這樣剛好抵消了旋轉的角度，讓木人 永遠指著固定方向。這就是指南車的運轉原理。
历史考证
指南车是中国古代用来指示方向的一 种机械装置。它与指南针利用地磁效应不 同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的 转动，由车上木人指示方向。 据考证是在三国时期由马钧创造的
结构原理
指南車與指南針是不同的，指南針是磁力 的現象，而指南車是機械的發明。指南車本身 的機械傳動構造的「差動齒輪組」是使指南車 上的小木人能永遠指著固定方向的原因。
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A3
A1
dS 1 dt
i
i'
d dt
d dt
B3
B2
dS 2 dt
即： d s 1
id ds 2 i ' d
图2
三、证明
从而 积分得：
ds ds 2 ds 1 ( i ' i ) d L d
B2 B3 A1 A 3 A B
AB
图2
三、证明
所以
|| B 3 由此可知，在任意轴位O i O i ' 时，瞬心 C i 必在轴线 上。设 瞬心 C i 到点A和点B的距离分别 为 i 和 i ' ，则
3
三、证明
将以上两式代入式（e），可得：
3'
D
(
Z
4
4
Z3 Z1
3)
（f）
异号，
2L Z 2
对于差动轮系3’-5’-4’-H，由于 ， 与 则： 3 ' H Z 4' 1 4 ' H Z 3'
解出:
H
1 2
3 '
1 2
4 '
由于 3 3 '，
H
由设计参数
1 DZ 4 1 DZ 3 ( 1) 4 ( 1) 3 2 LZ 2 2 LZ 1
D L
Z1 Z3
Z2 Z4
（b）
知：
DZ 3 LZ 1
所以
1 0
，
DZ 4 LZ 2
1 0
0
即木仙人能够保证始终指向南方，得证。
二、设计方案
如图1所示，设计一差 动齿轮系，以两车轮的转 动为输入，摆臂H为输出 件，其与木仙人固定在一 块儿。尺寸参数条件：
D L Z Z
1 3
Z Z
2 4
（b）
Z 3 ' Z 4 ' Z 4 （c）
Z5 Z2
（d）
图1
三、证明
如图2所示，轴3与车轮 1，2分别在A，B处组 成转动副，两车轮的距 离为L。若轴3和车子一 O ' 起从初始位置 1O 1 转过 角度 而到达末了位 置 O n O n '。此时两车轮 在地平面上滚出了两条 曲线 s 1， 2。 s
指南车
Chenqp
一、指南车的设计原则
当车子（即车架）相对于地面随意地转过角 度 时，车上的木仙人相对于车架转过角度 ， 且 ，从而使木仙人相对于地面转过的 角度为零（即木仙人指向不变），其数学表达 式为：
0
（a）
上式中， 为木仙人相对于地面的转角。
，所以
H
1 2
3
1 2
4
（g）
三、证明
以上我们得到：
D
(
Z
Hale Waihona Puke 4 24Z3 Z1
3)
（f）
2L Z
H
指南车的设计原则:
1 2
3
1 2
4
（g）
0
（a）
图1
图2
将（f），（g）两式代入式（a），得：
H
1 DZ 4 1 DZ 3 ( 1) 4 ( 1) 3 2 LZ 2 2 LZ 1
s
s 2 s1
B 2
1
L
（e）
由于B与2固联，2与4啮合，4与4’固联，故有：
Z Z
4 2
4
由于A与1固联，1与3啮合，3与3’固联，故有：
Z
3
A
3
Z1
由于两轮A、B在地面上纯滚动，故有：
S2 D 2
B
DZ 2Z
4 2
4
S1
D 2
A
DZ 3 2Z 1
图2
三、证明
由于轮A与轴3在点A用转动副 联接，故轮1在点A的速度 A 1 与轴3在点A的速度 A 3 相等， 即： A1 A 3 同理，
B2 B3
再由于车轮1，2在平面上纯滚 动，因而 A 1 和 沿轴线 方向的分速度都为零，即