指南車是如何實(shí)現(xiàn)指向功能的？

指南車是中國(guó)古代用來(lái)指示方向的一種裝置，它實(shí)現(xiàn)指向功能主要依靠齒輪傳動(dòng)和差動(dòng)原理。

具體來(lái)說，指南車靠人力帶動(dòng)兩輪行走，車內(nèi)的木制齒輪會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)車子轉(zhuǎn)向時(shí)，兩個(gè)車輪產(chǎn)生差動(dòng)，這種差動(dòng)帶動(dòng)指向木人與車轉(zhuǎn)向方向相反但角度相同，從而始終指向出發(fā)時(shí)設(shè)定的方向。

比如，有一種常見的結(jié)構(gòu)是兩輪的差動(dòng)使斜面軸向頂推帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)車上指向木人與車轉(zhuǎn)向角度相同但方向相反，保證了車在運(yùn)動(dòng)中指示方向不變。還有在車轉(zhuǎn)向時(shí)，推桿內(nèi)端帶動(dòng)弓狀體旋轉(zhuǎn)，通過杠桿、連桿的傳動(dòng)，曲軸旋轉(zhuǎn)，柔性弓弦釋放彈力可使曲軸順利通過止點(diǎn)位置，防止卡住。

燕肅的指南車是雙輪獨(dú)轅車，車中有 7 個(gè)齒輪。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)附輪，附輪使小平輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小平輪再帶動(dòng)中心大平輪，指南木人的立軸裝在大平輪中心。車轉(zhuǎn)彎時(shí)，操作車上離合裝置可控制大平輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使木人指向不變。

吳德仁改進(jìn)了燕肅的指南車，發(fā)明了繩輪離合裝置，解決了不能轉(zhuǎn)大彎的問題。

現(xiàn)代對(duì)指南車的復(fù)原有多種結(jié)構(gòu)。其中兩輪的差動(dòng)使斜面軸向頂推的結(jié)構(gòu)，較為接近歷史實(shí)際條件。另外，還有利用齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)離合裝置，或采用差速齒輪原理結(jié)構(gòu)的指南車，但它們存在使用條件嚴(yán)格、指向誤差大、實(shí)用性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。還有一種差動(dòng)輪系的原理，根據(jù)左右輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度的差來(lái)調(diào)整木人的指向。當(dāng)車直行時(shí)，行星輪只自轉(zhuǎn)，行星架不動(dòng)；車轉(zhuǎn)彎時(shí)，左右輪轉(zhuǎn)速不同，行星輪除自轉(zhuǎn)外還公轉(zhuǎn)，使行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，通過控制齒輪間傳動(dòng)比，讓木人的轉(zhuǎn)動(dòng)抵消車身轉(zhuǎn)動(dòng)，始終指向南方。