基于記里鼓車的純機(jī)械記里器的設(shè)計(jì)

李仁強(qiáng)

摘 要：在中國(guó)的歷史長(zhǎng)河中，有許多發(fā)明蘊(yùn)藏著中華民族的智慧結(jié)晶。中國(guó)古代車輛便是如此，記里鼓車是中國(guó)古代用于計(jì)算道路里程的車，由“記道車”發(fā)展而來。它是能夠自動(dòng)記錄車子走過的路程，是中國(guó)古代發(fā)明家研制出來的，是中華民族的勞動(dòng)成果。文章將基于記里鼓車，設(shè)計(jì)純機(jī)械記里器（記里小車），以用于短距離內(nèi)的距離測(cè)量且有精度為1mm的要求。

關(guān)鍵詞：記里鼓車；記里器；齒輪；傳動(dòng)比

引言

記里鼓車的基本原理和指南車相同，是利用齒輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)關(guān)系。記里鼓車的記程功能是由齒輪系完成的。車中有一套減速齒輪系，始終與車輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，其最末一只齒輪軸在車行一里時(shí)正好回轉(zhuǎn)一周，車子上層的木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示里程。

通過查詢相關(guān)文獻(xiàn)及相關(guān)文章，可以得知關(guān)于記里鼓車的歷史由來以及其工作原理。在文章中，將基于記里鼓車設(shè)計(jì)純機(jī)械的記里器用于測(cè)量長(zhǎng)度在5000mm之內(nèi)的任一距離，精度為1mm。

1 純機(jī)械記里器機(jī)構(gòu)

小車為兩輪，在人為推動(dòng)小車行走時(shí)便開始記錄距離。首先，在小車的兩輪之間，通過軸連接使得小車兩輪能夠有同樣的轉(zhuǎn)速。在軸上，設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠安裝齒輪的軸環(huán)及鍵槽，以利于齒輪能夠在軸向與軸向固定，使得齒輪與軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。

其次，在該軸之上設(shè)有第二根軸，用于之后的傳動(dòng)。在第二根軸上，同樣也會(huì)有用于固定安裝齒輪的軸環(huán)和鍵槽，在其上安裝第二個(gè)齒輪與第一個(gè)齒輪嚙合傳動(dòng)。在軸的最右端，設(shè)計(jì)出能夠固定安裝錐齒輪的結(jié)構(gòu)以用于錐齒輪的安裝以及傳動(dòng)。

再次，在錐齒輪出，會(huì)有另一個(gè)錐齒輪與其嚙合，而另一個(gè)錐齒輪則會(huì)被固定安裝在第三根軸上。該軸與第二根軸呈90度角，且兩根軸在同一水平面內(nèi)。在第三軸的另一端，會(huì)固結(jié)一根小指針，該小指針與第三軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，它的作用便是能夠在相應(yīng)的表盤中讀取小車行走的距離。同時(shí)，在第三根軸上，會(huì)安裝一個(gè)大小合適的凸輪，該凸輪的作用是當(dāng)凸輪剛好轉(zhuǎn)到最高處時(shí)它會(huì)推動(dòng)頂桿使得頂桿上方的計(jì)數(shù)器跳動(dòng)一個(gè)數(shù)字，小指針與計(jì)數(shù)器均用于小車行走距離的讀數(shù)。以上便是記里小車的整個(gè)機(jī)構(gòu)和工作原理。

2 具體傳動(dòng)比的分配以及小車的參數(shù)

該車的小輪其直徑為79.6mm，也就是說，該小車的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，該小車前行250mm。該小車上一軸與二軸上的齒輪嚙合，器傳動(dòng)比為1：2。小齒輪在一軸，其模數(shù)m為2.0，齒數(shù)為28，大齒輪在二軸，模數(shù)m為2.0，齒數(shù)為56。錐齒輪嚙合時(shí)，大錐齒輪在二軸上，小錐齒輪在三軸上，它們的傳動(dòng)比為5：1，至此可知，整個(gè)裝置機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比為2：5。

該機(jī)構(gòu)中有一個(gè)表盤，有一個(gè)計(jì)數(shù)器，小指針對(duì)應(yīng)的表盤平均分為100格，小指針與小車車輪的軸傳動(dòng)比為2：5，當(dāng)小指針每走動(dòng)一個(gè)，代表小車向前前行1mm。當(dāng)小指針走過一圈時(shí)，也就是三軸上的凸輪轉(zhuǎn)過一圈，再次達(dá)到最高處，推動(dòng)頂桿，使得計(jì)數(shù)器跳動(dòng)，從而達(dá)到進(jìn)位的功能，計(jì)數(shù)器上每一單位代表該小車向前行走了100mm。以上便是小車內(nèi)部的一些具體工作參數(shù)，該小車的精度可達(dá)到1mm，可以說，小車的精度較高。

3 結(jié)束語

該記里小車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示（為了便于觀察，凸輪機(jī)構(gòu)未畫出），小車車輪直徑為79.6mm，小車的量程為5000mm，精度為1mm。當(dāng)小車行走一段路程后，需要進(jìn)行讀數(shù)時(shí)，需要對(duì)指針與計(jì)數(shù)器同時(shí)讀數(shù)，假設(shè)小指針走過x格，計(jì)時(shí)器上的數(shù)字為y，則可知小車走過的總路程為（100y+x）mm。這種純機(jī)械式的記里小車拜托對(duì)于機(jī)電方面的技術(shù)約束，簡(jiǎn)單有效，且制造方便，應(yīng)用場(chǎng)合、應(yīng)用環(huán)境更為廣泛。

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