专利名称：双辁双弦四导轮叠压指针式指南车的制作方法
技术领域：
本实用新型的目的是提供一种在中国古代普遍使用的、普通的双轮马车上安装两只辁轮、两只弦索、四只导轮并配有方位盘图和指针的更简单、指向更精确的指南车。
背景技术：
指南车是中国古代独一无二的伟大发明，被西方学者誉为“世界最早的自动控制装置”。相传的一种说法认为，最早的指南车是中国的人文始祖黄帝发明的，还有一种说法认为，最早的指南车是周公发明的。《古今注》说“旧说，指南车，周公所做也。周公治致太平，越裳氏重释来贡，白雉一、黑雉二、象牙一。使者迷其归路，周公赐文锦二匹，骈车五乘，皆为司南之制，越裳氏载之以南。”在后来的中国历史上，有许多关于指南车的发明人和发明朝代的记载，也有不少对指南车的外观特点与功能的描述，但都没有结构与原理的确切说明，更没有留下图纸或出土文物。所以，指南车与中国古代普通双轮独辕车的结构相比较有何异同？运用什么原理定位指南？黄帝或周公时代的科技水平能否造出指南车？等等一系列的问题，就成了近百年来中外学者们研究、探讨和争论不休的历史之谜。经过近百年的研究，到目前为止，中外学者们已设计出多种类型的指南车。例如西方学者穆勒用五只齿轮组装的离合装置的指南车(1924年)，西方学者兰澈斯特用立体式差速齿轮装置设计的指南车(1947年)，中国学者王天幕用五只齿轮组装的离合装置的指南车(1959年，该指南车实物模型收藏于中国历史博物馆)，在北京十九中学上学期间的刘海涛用平面式差速齿轮装置设计的指南车(1961年设计、1964年制作。其中，九只齿轮型号的指南车实物模型在1993年收藏于英国伦敦东亚历史博物馆，五只齿轮型号的指南车实物模型在2000年收藏于中国人民革命军事博物馆)以及后来他用差速辁轮装置设计、制作的指南车(参看发明专利《司南轩辕》专利号921018916、发明专利《双弦四导轮对称式辁轮差速装置》专利号961011289)等等。归纳这些众多类型的指南车，可以看出，只要具备定位指南功能，不论是立体式还是平面式，也不管是利用齿轮或辁轮，它们采用的都是差速装置。问题是差速装置的原理和结构都不简单，同时，用司南仙人的手掌指示方向也不便观测、方位不够明确，难以保证精度。本发明使用“同步装置”，大大简化了指南车的结构；本发明备有指针和方位盘图，便于观测、指示方位明确，提高了指南精度。

发明内容
双辁双弦四导轮叠压指针式指南车就是一种不用差速装置而采用了更简单的“同步装置”的指南车，其备有指针和方位盘图，便于观测、方位一目了然。设计指南车的科技人员都知道指南车的工作原理是利用双轮车的两只车轮的运转速度或角度来驱动车上的齿轮或辁轮等系列轮轴，再驱动司南仙人运转，最后是根据司南仙人的手掌的运转速度或角度来确定方位。从理论上讲，指南车上任何一个由车轮驱动的轮轴(包括车轮)都可以根据其运转的速度或角度来确定方位，关键是让这些轮轴的运转速度或角度与车体的转弯速度和角度同步。本发明就是不用“差速装置”而用“同步装置”，不用司南仙人而用指针和方位盘图来设计、制造指南车。为了简单和式样古朴，我的设计方案不用齿轮而只用辁轮、导轮和弦索来组装同步装置；为了指示方位更精确和便于观测，我为其设计了方位盘图和指针；为了让该指南车具有广泛性和普通性，我的设计方案可以直接安装于中国古代任何一种普通双轮马车上。


双辁双弦四导轮叠压指针式指南车的结构和工作原理见图1(双辁双弦四导轮叠压指针式指南车的主视图)、图2(双辁双弦四导轮叠压指针式指南车的鸟瞰图)、图3(双辁双弦四导轮叠压指针式指南车的方位盘图)所示(1)乾轮——它是一只大辁轮，平卧安装在乾坤轴的下端，位在车厢的中间，由左轮毂通过左弦索带动运转。
(2)坤轮——它是一只大辁轮，形状、大小与乾轮完全一样，平卧安装在乾坤轴的上端，位在车厢的中间，由右轮毂通过右弦索带动运转。指南车的方位盘图，可以绘制在特制的圆盘上，也可以直接绘制在坤轮上，所以坤轮也称方位盘。
(3)乾针——定位指向的指针，水平安装在乾轮与坤轮的上方的乾坤轴的最上端，由乾坤轴带动运转。
(4)乾坤轴——它是乾轮、坤轮和乾针共用的轴，竖立安装在车厢的中间。它由乾轮带动运转，再把运转传递给乾针。
(5)左导轮——左弦索的导向轮，有两只，对称安装在左轮毂的下方。
(6)右导轮——右弦索的导向轮，有两只，对称安装在右轮毂的上方。
(7)左车轮——指南车的左轮。
(8)右车轮——指南车的右轮。
(9)左弦索——它是一只绳索圈，由两只左导轮导向并套装在左轮毂和坤轮上，使它们共同运转。
(10)右弦索——它是一只绳索圈，由两只右导轮导向并套装在右轮毂和乾轮上，使它们共同运转。
(11)左轮毂——左车轮的轮毂，它的内端套装着左弦索。
(12)右轮毂——右车轮的轮毂，它的内端套装着右弦索。
(13)销子——有两只，一只在乾针上，一只在乾轮上，作用是将它们固定在乾坤轴上，使它们共同运转。
(14)圆盘——是一只比坤轮直径大的圆盘，安装在坤轮上，与坤轮共同运转。
该圆盘是专门用来绘制方位盘图的，所以该圆盘也称方位盘或方位盘图。通过图1、图2可以看出，双辁双弦四导轮叠压指针式指南车是在《双弦四导轮对称式辁轮差速装置》专利的基础上的改进型。它去掉了原装置的三只行星辁轮、左足轮和右足轮，保留了乾轮(1)、坤轮(2)、两只左导轮(5)、两只右导轮(6)。原装置用了7只辁轮，现装置只用了2只辁轮，大大的简化了结构。它增加了乾针(3)和绘制方位盘图的圆盘(14)，使指示方位更明确。
参看图3(双辁双弦四导轮叠压指针式指南车的方位盘图)(19)直角三角——有四只，涂成黄色，按上、下、左、右均布绘制在方位盘图的圆内沿，代表上北、下南、左西、右东的正中方位。
(20)北方区——该面位于方位盘图的上方，涂成黑色，代表北方。
(15)东方区——该面位于方位盘图的右方，涂成蓝色，代表东方。
(16)南方区——该面位于方位盘图的下方，涂成红色，代表南方。
(17)西方区——该面位于方位盘图的左方，涂成白色，代表西方。
(18)中央区——该面为正方形，位于方位盘图的中心，涂成黄色，代表中央。
该方位盘图可以绘制在圆盘(14)上，也可以直接绘制在坤轮(2)上。图上沿着圆边均布的四个直角三角涂成黄色，其他四个面按照地图的上北、下南、左西、右东的方位涂成上黑、下红、左白、右蓝四种颜色，分别代表北、南、西、东四个方位区。乾针(3)涂成黄色，它和圆盘(14)上的方位盘图相配合，组成一个定位指向装置。乾针(3)在方位盘图上的指向，就是指南车行驶前进的实际方向。该指南车的各个机械部件的相互关系和工作原理是这样的右车轮(8)的运转通过右轮毂(12)、右弦索(10)带动坤轮(2)运转；左车轮(7)的运转通过左轮毂(11)、左弦索(9)、乾轮(1)、乾坤轴(4)，带动乾针(3)运转。指南车直线前进时，由于右车轮(8)和左车轮(7)的转速一样，所以乾针(3)和坤轮(2)的转速和方向也一样，乾针(3)在坤轮(2)或圆盘(14)上的方位盘图的指向方位也固定不变；指南车转弯前进时，由于右车轮(8)和左车轮(7)的转速不同，乾针(3)和坤轮(2)的转速或方向也就不同，所以乾针(3)在方位盘图上的指向方位也发生改变。由于乾针(3)在方位盘图上的指向和指南车实际行驶的方向完全同步，所以通过观测乾针(3)在方位盘图的位置就可以确定指南车实际的行驶方向。
具体实施方式
使用双辁双弦四导轮叠压指针式指南车定向之前，先要做准备工作。推或拉指南车运转，使车辕指向预定的方向，例如南方(或北方、东方、西方都可以)。然后，将指南车的一只车轮(左车轮或右车轮都可以)抬起并旋转，使乾针(3)的指向落在方位盘图的红色面中间的黄色直角三角(19)上，也就是让乾针(3)指向方位盘图的正南方。放下车轮，推或拉指南车使其随意前进、后退或转弯。需要知道前进的方向(也就是车辕指的方向)时，就停车观察，这时乾针(3)在方位盘图上的指向就是指南车车辕所指的实际的方向。双辁双弦四导轮叠压指针式指南车不仅结构简单、运转灵活、定位指南精确，而且保留了普通双轮车的结构特点，对车轮直径与轨宽比没有任何要求，可以在任何一辆普通双轮马车上实施安装。该技术发明不用齿轮、不用差速装置、不用离合装置，只用极其简单的同步装置就实现了定位指南功能，这就在科学技术上进一步证明中国远古时代，利用当时的科学技术发明、制造、使用指南车是完全可能的。
权利要求1.双辁双弦四导轮叠压指针式指南车是一种在中国古代普通双轮独辕车上安装了两只辁轮、两只弦索、四只导轮，带有指针和方位盘的指南车，其特征是它的左轮毂(11)、乾轮(1)共套一只由两只左导轮(5)导向的左弦索(9)，右轮毂(12)、坤轮(2)共套一只由两只右导轮(6)导向的右弦索(10)；车厢中央垂直安装的乾坤轴(4)，其最上端安装有乾针(3)，乾针(3)下安装坤轮(2)，乾坤轴(4)的最下端安装有乾轮(1)；乾轮(1)、乾针(3)装有销子(13)；左轮毂(11)可以通过左弦索(9)、乾轮(1)、乾坤轴(4)带动乾针(3)运转，右轮毂(12)可以通过右弦索(10)带动坤轮(2)运转；坤轮(2)或圆盘(14)上绘有红、黄、蓝、白、黑五色的方位盘图。
2.根据权利要求1所述，双辁双弦四导轮叠压指针式指南车的特征是它的坤轮(2)或圆盘(14)上绘有方位盘图，该图用红、黄、蓝、白、黑五色绘制；它有四个直角三角(19)均布绘制在方位盘图的上、下、左、右的边沿上，其与中心的正方形的中央区(18)涂成黄色；其他区域按照北方区(20)、南方区(16)、西方区(17)、东方区(15)的方位涂成上黑、下红、左白、右蓝四种颜色。
专利摘要指南车是中国古代独一无二的伟大发明。相传，最早的指南车是中国的人文始祖黄帝发明的，也有一说是周朝的周公发明的。后来的史书虽然也有许多关于指南车的发明、发明人的记载，也有对指南车外观特点与功能的描述，但都没有留下图纸或实物，考古界也只是发现了许多普通双轮独辕车的出土文物。所以，中国古代的指南车与普通的双轮独辕车有何异同？靠什么原理定位指南？黄帝时代或周公时代的科技水平能否制造出指南车？等等问题，就成了历史之谜。双辁双弦四导轮叠压指针式指南车是一种仅在普通的双轮独辕车上安装两只辁轮、两只弦索、四只导轮、指针和方位盘组装的同步装置的指南车。该指南车不用齿轮、不用差速装置，不仅结构简单、使用与调校方便、具有高精度的指南功能，而且还保留了中国古代普通双轮车的结构特点，因而在科学技术上更进一步揭开了中国古代的指南车文化之谜。
文档编号G01C17/00GK2708246SQ03207110
公开日2005年7月6日 申请日期2003年8月5日 优先权日2003年8月5日
发明者刘海涛 申请人:刘海涛