轮 A、B 绕自身轴线回转的角度分别为ΦA、ΦB ,有：
(r + L)θ = ΦBD/2
S2 - S1 = (r + L)θ-(r - L)θ = 2θL =(ΦB - ΦA)/2D
ΦB - ΦA =θL/D
(1)
为了讨论简便,令2L = D(轮距等于轮径, 由结构保证) ,则:
四、指南车设计方案汇总
定轴指南车方案—宋代指南车........................................................................ - 3 差动式指南车方案—五十年代的指南车........................................................ - 4 五、指南车设计方案的比较和选择....................................................................... - 5 指南车设计方案比较........................................................................................ - 5 指南车设计方案的选择.................................................................................... - 6 六、玩具指南车详细设计....................................................................................... - 6 差动齿轮系方案选择........................................................................................ - 6 玩具指南车外形尺寸设计................................................................................ - 9 玩具指南车的锥齿轮设计.............................................................................. - 10 锥齿轮强度校验.............................................................................................. - 14 其他重要结构设计.......................................................................................... - 17 七、参考文献......................................................................................................... - 18 -
一、指南车简介
指南车，又称司南车（图 1），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”。
指南车 图 1
二、指南车设计参数要求
指南车是中华民族文化瑰宝，设计指南车玩具有利于提升孩子的智力同时宣 扬中华民族传统文化。玩具指南车在设计过程中，应该满足玩具大小的要求，且 在空间限制的要求下使得齿轮系的设计最为简单。总的来说，玩具指南车的尺寸 要求为 140mm×140mm×140mm。
三、指南车转弯运动学
车辆直线行驶时，不存在定向问题，关键在转弯时必需研究一番车辆转弯时
的运动情况。如图 2 所示的车辆转向图，图中车轮直径 D、轮距 2L、转弯半径 r。
车辆左转弯，在 XOY 平面以θ角度量。假设车辆沿地面作纯滚动(无滑动)，那么，
左()侧车轮 A 沿地面滚过弧长为 S1 ，右(外)侧车轮 B 沿地面滚过弧长为 S2。车
2θ = ΦB –ΦA
(2)
指南车运动学原理 图 2
当轮距等于轮径的条件下，在车辆转弯时，外侧车轮与侧车轮绕自身轴线回 转的角度差(ΦA- ΦB)应等于整个车辆在XOY平面转弯角度θ的两倍。上述结论 推导的前提是车轮必须沿地面作纯滚动，此结论同样适用于右转弯。不仅适用于 前进，也适用于后退，甚至在原地360°回转。当车转动θ角，利用两轮的回转 角度差再加以特定的机械结构实现指针相对指南车以反方向转动θ角，从而实现 指南的效果。
课程设计 —玩具指南车设计
：峻彬 班级：机制 0808 班 学号：U200810678
指导老师：家军
华中科技大学
目录
一、指南车简介....................................................................................................... - 2 二、指南车设计参数要求....................................................................................... - 2 三、指南车转弯运动学........................................................................................... - 2 四、指南车设计方案汇总....................................................................................... - 3 -