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指南车是什么?

时间:2010-4-24 专题:马钧
指南车是什么?
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。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。
古籍中记载指南车是用一辆双轮独辕组成,由马匹牵著前进。车箱内采用一种能自动离合的齿轮系。车箱外壳上层,置有一个木刻的举臂木人,无论车转向何方,木人的手臂始终指向南方。至於指南车的制法,主要是采用差动齿轮的机械原理。车里面装有九个大小不同的齿轮,当两个齿轮拼合在一起时,指南车在行驶间车身如果转90度,右边的车轮便带动小齿轮再牵动大平轮向相反的方向转90度,利用这个道理,在各轮相亘配合下可使指南车上木人的手始终指向同一方向,当车轮向东转时,有的齿轮就反转,使手仍保持向南,所以不管车轮怎麼转,手指可以永远指向南方。从这可以证明,中国早在一千八百年前就已经创造了齿轮,发现了差动齿轮原理,创造了差动齿轮机,比西方早了千多年
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。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,“
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。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”。
答案同上。嘿嘿~
指南车的制作与原理

图二、cad组合图
图一、实体外观在上古历史中,相传黄帝就是靠著「指南车」这项发明才得以击败蚩尤,进而缔造了中华古文明发展的基础环境。由於指南车最原始的设计早已失传,现今有许多研究单位都尝试利用机构理论结合现代机械制造技术,包括精密机械研究发展中心及数所大学院校都曾针对此项课题进行研究,因此指南车方能重现於世人面前,亦曾有艺术家以指南车木雕创作获得国家工艺奖。基於介绍创新发明的目的,本文特别针对指南车的运作原理以及制作过程中的应注意事项作一概略性的介绍及解说。

本中心所制造的指南车(如图一与图二所示)是利用差速齿轮机构来达成运动时人形保持恒定方位的功能。经由实地验证,可以观察到不论是何种的二维曲线运动,人形指标都保持了良好的方位稳定性。在实际应用方面,相信日后只要在机构上作适当的变更与调整,就能衍生出许多具实用特色的改良型。

本设计之基本结构如图三所示,在分析指南车的运动原理时,将采用一般惯用的右手直角座标系统,即k=i×j,其中i、j、k分别为座标轴x、y、z的单位向量。对指南车的瞬时运动而言,可视为绕固定点(即为瞬时中心)转动,由此深入分析即可很容易地掌握指南车整体的运动原理。以下将针对此种情况(如图四)进行分析。其中各几何参数之意义皆如图面所示,下标r表示参数与右车轮相关,下标l表示参数与左车轮相关。观察图四,若以左车轮中心为准,则指南车绕瞬心旋转的运动可分解为曲线平移运动与指南车绕左车轮中心的旋转运动两部份,如图五所示。
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