专利名称：多功能三球仪的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及天文教学演示仪器，具体地说是涉及演示地球、月球和太阳这三个星球在空间运行时的轨道以及它们与天球上其他天体之间相互位置关系的仪器。
二背景技术：
三球仪能演示日食、月食的发生、月相变化、四季成因、太阳的运动以及黄道、赤道、白道等诸多天文现象和天文原理，是进行天文直观教学和演示的教学仪器。以往的三球仪大部分采用轴向齿轮传动方式，少数采用皮带传动，由三组齿轮或三组皮带分别带动太阳、月亮和地球运动，因其结构复杂，容易引起故障，且不易维修，因而常常造成仪器不能正常运转，成为无法演示的摆设(据了解，许多学校所购的三球仪都因这个问题而在不太长的时间内变成废物)。另外，以往的三球仪模拟的月亮运动不真实，与自然界月亮的实际运动状态相去甚远，而且功能单一，如要演示任一时刻三球在天球上的位置以及众多星座在天球上的分布等，实属无能为力。由于三球脱离了天球而独立存在，因而所演示出的运动较为抽象，给人的印象也比较模糊，往往看过三球仪表演的人们搞不清太阳在天球上是如何运行的，以及黄道、赤道、白道交角与变化等基本问题。由于结构的复杂与功能的单一，因而严重影响了该仪器的推广应用。
三
发明内容
1、发明目的本实用新型的目的是针对以往三球仪存在的不足，重新设计提供了一种结构简单，真实性强、功能多样的三球仪。
2、技术方案本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的多功能三球仪是由底座20、球形外壳14、中轴18、平衡机构17、传动机构21、曲轴10、太阳1、地球4和月亮2等部件构成，其特征是球形外壳14由上下两个半球合并组成，并固定在底座20上，空心中轴18穿过外壳14，平衡机构17、传动机构21，紧固在底座20上。中轴顶端装有太阳模型1，并与中轴内的电源相连接，通电后可使太阳发光。球形外壳部分内壁上绘制了黄道、赤道和黄道带附近的恒星、星座及中国古代的四象、二十八宿等图案，是天球的象征；平衡机构17由地轴指向保持器11、同步带12、月相盘支撑9、月相盘3，太阳位置指示器和移动手柄16所组成。同步带12的一端与中轴18相连，另一端与地轴指向保持器11连接。太阳位置指示器与手柄是合二为一的结构；传动机构21由圆盘(示意黄道面)13和一根传动皮带8构成。传动皮带8的一端镶嵌在圆盘(示意黄道面)圆周边缘的凹槽中，另一端与曲轴上的月球运行器7相连接；曲轴10的下端与地轴指向保持器11连接，曲轴上装有月球运行器7、地月传动器6、地球自转器(地轴)5，在地轴顶端安装地球模型4、月球运行器7上安装着月球模型2。转动圆盘(示意黄道面)13，使传动皮带8带动曲轴上的月球运行器7，再带动月球2围绕地球4转动，在地月传动器6上装有地月传动器主动齿轮(或摩擦轮)24、并与过桥齿轮(或摩擦轮)23相连，再与地轴齿轮(或摩擦轮)22连接。当月球运行器7转动时，会使地月传动器主动齿轮24带动过桥齿轮23转动，再带动地轴齿轮22转动，从而使地轴5带动地球4作自转运行。太阳指示器与手柄16合二为一，其中太阳指示器用以指示太阳在恒星中的位置，手柄用来推动整个三球仪的运行。当用手推动手柄16使地球4围绕太阳1作逆时针旋转时，通过同步带12带动地轴指向保持器11，使曲轴10以与平衡机构17相同的角速度作反向的顺时针旋转，从而保证地轴5在空间的指向恒定不变。上述所有这些旋转运动的传动轮的直径比，均按计算好的速比(月亮相对于地球29.53∶1，地球相对于太阳365.25∶1)进行加工制作，因此能相当准确地模拟出日、地、月三球运动的真实情况。多功能三球仪外观呈球形，在这个代表天球的球形透明外壳的部分内壁用彩色绘制出黄道、赤道和黄道带附近的恒星、星座及中国古代的四象、二十八宿等图案，使它又兼具天球仪的标示功能。当推动手柄旋转时，手柄上的太阳位置指示器则能形象地指示出太阳任意时刻在黄道上位置。月相盘3则能直观地指示出任一时刻月球的相位。
本实用新型的技术要点在于曲轴10和地轴指向保持器11的创新以及与天球仪的有机结合，才使得本仪器仅用一根传动皮带作为传递动力来带动整个三球仪的运行；用一根同步带来保持地球自转器(地轴)5在空间的指向恒定不变；用三个齿轮(地轴齿轮22、过桥齿轮23和地月传动器主动齿轮24)带动地球自转。此外，由于将传统的天球仪的部分标示功能引入了本仪器，使得本仪器还具有天球仪的某些展示功能，并且还能形象地指示出任意时刻太阳在恒星空间的位置；月相盘则能直观地标志出月球在任意时刻的相位。由于多功能三球仪抛弃了复杂且易损难修的齿轮传动机构，使本实用新型以极为简单的结构来模拟出日、地、月三者间相当复杂的运动关系，能较为真实地展示月球相对于地球的运动、地球相对于太阳的运动、月球的轨道和倾角及其变化、日食和月食的发生、月相的变化、地球的四季变化、远日点和近日点等等天文现象。
3、有益效果本多功能三球仪非常巧妙地设计了曲轴与地轴指向保持器这两个完全创新的机构，使得原来十分繁杂的齿轮传动或皮带传动系统变成了极其简化的两根皮带加两个齿轮的传动机构。全仪器仅用一根皮带传递动力，带动整个仪器的运行；用一根同步带保持地球自转轴的空间指向不变；用三个齿轮(地轴齿轮22、过桥齿轮23和地月传动器主动齿轮24)带动地球自转。此外，由于将传统的天球仪作了某些改进后加入了本仪器，使得本仪器还能具有天球仪的展示功能，并且还能形象地指示出任意时刻太阳在恒星空间的位置；月相盘则能直观地标志出月球在任意时刻的相位。由于多功能三球仪抛弃了复杂且易损难修的齿轮或皮带传动机构，使整个系统以极为简单的结构方式实现了三球相当复杂的运动关系，不但降低了成本，而且因结构稳定可靠和功能的多样使其大范围推广成为可能。
四
图1多功能三球仪的结构示意图图2地月传动示意图五具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型作进一步的描述透明的球形外壳14由上下两个半球组成，并紧固在底座20上，空心中轴18穿过球形外壳14、平衡机构17、传动机构21、并紧固在底座20上。中轴顶端装有太阳模型1，并与中轴内的电源相连接，通电后可使太阳发光；球形外壳的部分内壁上用彩色绘制出黄道、赤道和黄道带附近的恒星、星座及中国古代的四象、二十八宿等图案，这是天球的象征；平衡机构17的一端装有地轴指向保持器11，并与同步带12相连接，同步带另一端与中轴连接。月相盘支撑9的上端装有月相盘3，平衡机构的另一端装有太阳位置指示器与手柄16两者合二为一，其中太阳指示器用以指示太阳在恒星中的位置，手柄用来推动整个三球仪的运行；传动机构21由圆盘(示意黄道面)13和一根传动皮带8构成。传动皮带8的一端镶嵌在圆盘(示意黄道面)圆周边缘的凹槽中，另一端与曲轴上的月球运行器7相连接；曲轴10的下端与地轴指向保持器11连接，曲轴上装有月球运行器7、地月传动器6、地球自转器(地轴)5，在地轴顶端安装地球4、月球运行器7上装有月球2。转动圆盘(示意黄道面)13，使传动皮带8带动曲轴上的月球运行器7，再带动月球2围绕地球4转动，地月传动器主动齿轮24，带动过桥齿轮23，再带动地轴齿轮22，从而使地轴5带动地球4作自转运行。当用手推动手柄16，使地球4围绕太阳1作逆时针旋转时，通过同步带12带动地轴指向保持器11，使曲轴10以与平衡机构17相同的角速度作反向的顺时针旋转，从而保证地轴在空间的指向恒定不变。当推动手柄旋转时，太阳位置指示器能形象地指示出太阳任意时刻在黄道上的位置。月相盘3则能直观地指示出任一时刻月球的相位。上述这些旋转运动的传动轮的直径比，均按计算好的速比(月亮相对于地球29.53∶1，地球相对于太阳365.25∶1)进行加工制作，因此能相当准确地模拟出日、地、月三球运动的真实情况。
权利要求1.一种多功能三球仪，包括底座(20)、中轴(18)、传动机构(21)、太阳(1)、地球(4)、月球(2)，其特征在于(a)传动机构(21)由圆盘(13)和一根传动皮带(8)所构成，通过一根传动皮带(8)作为传递动力，带动整个仪器的运行；圆盘的周边呈凹槽形，传动皮带(8)镶嵌在凹槽中，传动皮带的另一端与曲轴上的月球运行器(7)相连接；(b)平衡机构(17)上的同步带(12)一端与中轴(18)连接，另一端与地轴指向保持器(11)相连，而地轴指向保持器(11)又与曲轴(10)相连，通过同步带(12)带动地轴指向保持器(11)，使曲轴(10)以与平衡机构(17)相同的角速度作反向的顺时针旋转，从而保证地轴(5)在空间的指向恒定不变；(c)曲轴(10)上装有月球运行器(7)、地月传动器(6)、地轴5，由传动皮带(8)带动曲轴上的月球运行器(7)，再带动月球(2)围绕地球(4)转动；(d)球形外壳(14)由上下两个半球合成，上半球透明外壳的部分内壁上用彩色绘制了黄道、赤道和黄道带附近的恒星、星座及中国古代的四象、二十八宿等图案，象征着天球。
2.根据权利要求1所述的多功能三球仪，其特征在于上述(b)中所述的平衡机构(17)由地轴指向保持器(11)、同步带(12)、月相盘支撑(9)、月相盘(3)、太阳位置指示器及手柄(16)所组成，同步带(12)的一端与中轴(18)相连，另一端与地轴指向保持器(11)连接。
3.根据权利要求1所述的多功能三球仪，其特征是在(c)中所述的地月传动器的上端装有地月传动器主动齿轮(24)与过桥齿轮(23)连接，再与地轴齿轮(22)相连接，然后与地轴(5)、地球(4)相连。
4.根据权利要求2所述的多功能三球仪，其特征在于月相盘(3)固定安装在月相盘支撑(9)上。
5.根据权利要求2所述的多功能三球仪，其特征在于太阳位置指示器及手柄(16)是合二为一的结构。
专利摘要一种多功能三球仪，由底座、外壳、中轴、平衡机构、传动机构、曲轴和模拟的太阳、地球、月球等部件组成。全仪器仅用一根传动皮带作为传递力来带动整个三球仪的运行，用一根同步带来保持地球自转器(地轴)在空间的指向恒定不变，用三个齿轮带动地球自转，本仪器还引入了传统天球仪的部分标示功能，并能形象地指示出任意时刻太阳在恒星空间的位置，月相盘能直观地标志出月球在任意时刻的相位，该仪器以简单的结构来模拟出日、地、月三者间相当复杂的运动关系，能较为真实地展示月球相对于地球的运动，地球相对于太阳的运动，月球的轨道和倾角及其变化，日食和月食的发生，月相的变化，地球的四季变化，远日点和近日点等天文现象。
文档编号G09B27/06GK2658875SQ03278099
公开日2004年11月24日 申请日期2003年8月28日 优先权日2003年8月28日
发明者严家荣, 季国平 申请人:南京南大天尊电子有限公司