[实用新型]张衡指南车

说明书

指南车就是一种装有特殊的差速齿轮装置和指向器的单辕双轮车；张衡指南车就是以中国古代著名的科学家张衡(公元78-139)的名字命名的指南车；张衡指南车的发明目的主要是用来研究、复制中国古代的指南车。

指南车是人类科学技术史上一项极其重要而又神奇的发明；世界上只有中国的史藉有发明、制造和使用指南车的记述，而其他任何文明古国的史藉都没有类似的记述。但是，由于种种历史原因，中国的史藉上虽然有许多关于指南车的发明、发明人、发明年代的记述，也有某些对指南车外观特点与功能的描述，却都没有对指南车的结构、原理的说明，更没有留下图纸和实物；唯有一部写于1345年的《宋史·舆服志》对燕肃的指南车的结构略有说明。于是，指南车即成为科技史上的千古之谜，而燕肃的指南车也即成为中外学者们解谜的焦点。

经过半个多世纪的研究与考证，指南车之谜已初步被揭开。现在许多学者认为，中国古代众多类型的指南车中至少其中一种是采用了差速齿轮装置；对这种差速齿轮装置的指南车，著名的学者们给与了极高的评价，称其为“中国古代的机器人” (刘易斯：《古罗马的向北车——中国与西方的齿轮装置》载《作品》1992年第14期，英国伦敦出版社英文版第82页)，“世界上最早的自动控制装置”(李约瑟：《中国科学技术史》第一卷、第二分册，科学出版社1975年版，第126页)，“中国古代文明独一无二的伟大发明”(薮内清：《(中国·科学·文明)》中国社会出版社1987年版第64页)。但是，在进一步研究与复制燕肃的指南车时，中外学者们遇到了这样一个难题：按照《宋史·舆服志》的描述，指南车有五只木质棒齿轮，其中三只平卧安装，二只竖立安装；这种结构的机械还要具备差速的功能。近半个世纪过去了，中外学者们没有人能够解决这个难题，他们设计的指南车或者不具备指南的功能(例如中国学者王天幕设计的五只棒齿轮的离合装置的指南车、西方学者施利斯威克设计的棘轮拉杆装置的指南车)或者是齿轮的数目太多(例如英国学者兰澈斯特设计的立体式差速齿轮装置的指南车采用了八只金属齿轮、施利斯威克设计的立体式双相差速齿轮装置采用了九只木质棒齿轮)，虽然具有指南功能却不符合《宋史》的描述。面对这个难题，西方学者刘易斯认为，“五个齿轮太少，不足以装出差速装置的指南车”；施利斯威克认为，(至少)燕肃的指南车采用的不是差速齿轮装置而是一种复杂的棘轮拉杆装置；中国学者王天幕认为，中国古代的指南车并不是采用了差速齿轮装置，中国古代的文明也不具备发明、制造和使用差速齿轮装置的技术水平。所以，这个难题不解决就大大的降低了指南车在科技史上的地位，也大大降低了中国古代文明的声誉；而这一难题在我发明的张衡指南车中可以找到圆满的答案——本发明的目的，就是要设计一种既符合《宋史》对指南车结构的描述又具备指南功能的指南车。

张衡指南车的机械原理同“平面式顺逆差速机械装置”(参看《平面式顺逆差速机械装置》专利号：90207746.5)采用的原理是一样的，但张衡指南车同祖冲之的指南车又明显不同。这是因为(一般认为)张衡指南车有可能是世界上最早采用差速齿轮装置的，因而它应当是极为简单、古朴、实效的。

张衡指南车上的齿轮，全部采用了中国古代的木质棒齿轮(古籍上将这种齿轮的棒齿描述为“犬齿”)。这种棒齿轮主要有三种：一是平齿轮，即棒齿与齿轮平面相平行；二是直齿轮，即棒齿与齿轮平面相垂直；三是双面直齿转，即齿转两面都有棒齿的直齿转(还有一种“笼齿轮”，这里未采用)。

张衡指南车的结构如图(张衡指南车的正视图)所示：

1.大齿轮——平卧安装的直齿轮，位置在指南车车底盘下方正中间。

2.小齿轮——平卧安装的双面直齿轮，它套装在大齿轮上方的轴心上，正反面各有12个齿。

3.星轮——它是一个卫星齿轮，为平齿轮，有12个齿。星轮平卧安装在大齿轮与小齿转之间，作用是衔接这两个齿轮，并将它们运转速度的差取出来，通过星转架传递给大中轴。

4.大中轴——它是大齿轮、小齿轮、星轮架共用的轴，竖立安装在车底盘的下方正中间。

5.左竖齿轮——竖立安装的直齿转，同左车轮同轴，由左车轮带动运转，它在小齿轮的左上方同小齿轮衔接。

6.左车轮——张衡指南车的左轮，轮直径同轨宽相等。

7.右竖齿轮——竖立安装的直齿轮，同右车轮同轴，由右车轮带动运转，位置在大齿轮右上方并同大齿轮衔接。

8.右车轮——指南车的右轮。