天才發明-萬向輪的工作原理，實現汽車平移與原地掉頭

發明萬象輪的人,真是個天才,你是否感覺有點熟悉? 沒錯,比亞迪的仰望就是用這玩意。 注意哈,萬象輪其實叫麥克納姆輪,使用此輪可以在不佔用太多空間的情況下進行180度轉彎,而普通叉車需要大量空間才能完成相同的任務。 那麼接下來我們就來研究萬象輪的工作原理,讓我們先來看看發明它的靈感。 很久以前,有一個工程師用兩個不同的輪子做實驗,第一種是在輪子上設置一個橫向滾筒,然後用手輕輕一推,這時候只有少量的力作用在輪上,所以僅僅前進了一點點,因爲滾輪將推力卸掉了。 第二種情況是設置一個豎的滾筒,輕輕推動下,發現比第一種滾得遠多了,有很多力被傳遞到輪上,沒有浪費任何力或功率,這位工程師想了想,突然有了靈感。 他改進這兩個輪,把輪上滾筒設置成45度角,並且沿着輪子安裝,至此,今是害俗的萬象輪第一代誕生。 當萬象輪接觸地面時,在接觸點會產生摩擦力,我們做個受力分析,你會發現這個力分成兩個方向,一個沿着滾輪的中心軸,另一個垂直於滾輪,由於滾輪可以在這個方向上自由旋轉,因此垂直於滾輪的力的大小會變得很微弱。 簡而言之,在普通輪子滾動的情況下,聯動滾筒也能夠旋轉併產生45度角的摩擦力和驅動力,大家都懂吧。 現在讓我們把這種萬象輪應用到汽車上,注意哈,這裏輪子上滾筒的方向是不一樣的,一對向左傾斜,一對向右傾斜,這至關重要。 現在把車開起來,你們有沒有發現問題?沒錯,這種抖動程度,乘客的聖結石都能抖出來,原因就是滾筒形狀不是一個圓,怎麼辦呢? 很簡單,把滾筒造型變成這樣的錐形即可。 我們看看這臺叉車如何實現橫行霸道的運動軌跡,這裏還有一個很重要的點,我們必須將對角線車輪兩兩分組,一對沿左邊轉動,並一對沿右邊轉動。 再次對車做一個簡單的受力分析,這跟剛剛做的車輪受力分析差不多的哈,Y軸上的力被抵消,但是X軸上的力是相加起來的,最終運動方向就會朝着X軸進行,叉車也就能夠橫行霸道了。 再次受力分析,在這種情況下,X軸的力被抵消,Y軸的力被相加,最終結果就是叉車沿Y軸方向移動,這就是讓車子直線前進的方法,如果我們只讓對角一對車輪轉動,那麼叉車就能夠沿對角線移動。 怎麼做到比亞迪仰望那樣的原地掉頭呢?很簡單,只需將左邊一對輪向一個方向旋轉,右邊一對輪向另一個方向旋轉,沒錯,又是一種新的受力方式,X軸和Y軸上的力都被抵消了,叉車會向左或者向前平移運動,那麼這種情況下產生的力怎麼作用出去呢? 結果就是產生靜扭矩,這會使車輛沿着它自身中心旋轉起來。總結一下,當對四個麥克納姆輪單獨進行調整運動方向時,車輛運動方向也會不一樣,是不是非常奇妙?看完不得不佩服發明它的人,真是個天才。