太阳系八大行星演示仪的制作方法
【专利摘要】本发明属于一种科普教学仪器，特别涉及一种天文演示仪器。太阳系八大行星演示仪，其技术方案是：它包括：主轴总成，动力分配总成，导轨总成，齿轮齿圈总成以及机体组；本发明可以较完美地演示太阳系八大行星围绕地球的公转与自传，且结构简单，系统稳定性较高易于加工制造、易于更换部件同时成本能够得到很好地控制。也可以作为机械类学生学习机械课程，特别是轮系传动的一个参考。
【专利说明】太阳系八大行星演示仪
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种科普教学仪器，特别涉及一种天文演示仪器。
【背景技术】
[0002] 目前课堂上演示行星运转的方法有两种，一种是利用光学投影设备，如投影仪进 行展示。但是这种方法不能直观的感受天体运动，带来的视觉冲击也无法比拟实物演示。第 二种是利用实物模型，较之于图像展示视觉效果好，但是目前市售的仪器或为静态展示，无 法了解运动规律；或为动态展示，但是结构复杂、体积庞大、自转公转比例无科学依据，不适 于作为课堂演示仪器，而且错乱的转动比率容易对学生产生误导。总的来看，目前还没有完 全通过机械传动来实现天体运行的太阳系模型。虽然人们对此进行不断的改进，但由于上 述问题不能得到彻底解决，限制了太阳系八大行星演示装置的推广和应用。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是：为了解决现在课堂教学，天文馆讲授太阳系相关知识时没有相 应教具，单调乏味的现象，提供一种太阳系八大行星演示仪；
[0004] 本发明的技术方案是：太阳系八大行星演示仪，其特征在于：它包括：主轴总成， 动力分配总成，导轨总成,齿轮齿圈总成以及机体组；
[0005] 主轴总成位于太阳系八大行星演示仪轴心部位，包括：水平放置的电机；由电机 同轴带动的锥齿轮IV ;由锥齿轮IV所带动的轴向垂直的锥齿轮III;由锥齿轮III带动的主 轴；与主轴同轴固连的同步带轮I ;与主轴同轴通过深沟球轴承连接的行星架；一端固连 于主轴上部，另一端固连水星模型的L形水星立杆；直立在主轴顶端连接太阳模型的太阳 立杆；
[0006] 动力分配总成包括：由主轴同轴固连的同步带轮I通过同步带轮II带动的传动轴 I，传动轴I上端固连地球齿轮；由传动轴I通过同步带轮III、同步带轮IV带动的传动轴 II，传动轴II上端固连火星齿轮；由主轴上的蜗杆带动的蜗轮，蜗轮上同轴固连锥齿轮I ; 锥齿轮I再带动锥齿轮II、传动轴III、主动齿轮同轴转动；主动齿轮再带动被动齿轮、传动 轴IV、链轮I转动；链轮I再带动链轮II、传动轴V转动，传动轴V上端固连木星齿轮；木 星齿轮还带动土星齿轮转动；锥齿轮II还带动皮带轮I转动，从而带动皮带轮II及传动轴 W转动，传动轴W上端固连天王星齿轮；传动轴W上的同步带轮V带动同步带轮VI及传动 轴w转动，传动轴w上端固连海王星齿轮；
[0007] 导轨总成位于太阳系八大行星演示仪的中层，包括：以主轴为圆心、直径各不相同 的6圈导轨，每圈导轨上间隔120°设置的3个滑块，垂直连接在滑块上的支撑杆，用于支 撑齿轮齿圈总成中的6个齿圈；由内至外分别为：地球导轨，其上的地球滑块及齿圈II支撑 杆；火星导轨，其上的火星滑块及齿圈III支撑杆；木星导轨，其上的木星滑块及齿圈IV支撑 杆；土星导轨，其上的土星滑块及齿圈V支撑杆；天王星导轨，其上的天王星滑块及齿圈VI 支撑杆；海王星导轨，其上的海王星滑块及齿圈W支撑杆；
[0008] 齿轮齿圈总成位于太阳系八大行星演示仪上层，由内至外分别为：与主轴同轴转 动的太阳轮，及由太阳轮带动在齿圈I内运动的3个行星轮，其中一个行星轮连接金星立 杆及其上的金星模型；连接地球立杆及其上的地球模型的齿圈II，齿圈II由地球齿轮所带 动；连接火星立杆及其上的火星模型的齿圈III，齿圈III由火星齿轮所带动；连接木星立杆 及其上的木星模型的齿圈IV，齿圈IV由木星齿轮所带动；连接土星立杆及其上的土星模型 的齿圈V，齿圈V由土星齿轮所带动；连接天王星立杆及其上的天王星模型的齿圈VI，齿圈 VI由天王星齿轮所带动；连接海王星立杆及其上的海王星模型的齿圈VL齿圈W由海王星 齿轮所带动；所有星球模型通过星球立杆随所在齿圈转动实现公转；除水星立杆和金星立 杆外，其它星球立杆通过深沟球轴承连接在相应的齿圈上，其它星球立杆下端与一个胶轮 过盈连接，胶轮与导轨上端的凹槽内侧始终保持接触，由于摩擦力使胶轮转动，从而使其它 星球立杆带动其上的星球模型自转；
[0009] 机体组为连接支撑太阳系八大行星演示仪各组成部分的结构，从下至上分为：数 个下端带有万向轮的万向轮立柱；由万向轮立柱水平支撑的机架下盘，其下部安装电机； 在机架下盘上的机架中盘支撑杆；由中盘支撑杆水平支撑、用于支撑土星导轨、天王星导 轨、海王星导轨的机架中盘；通过3根地球导轨支撑盘支撑杆立在机架中盘上的地球导轨 支撑盘；通过3根火星导轨支撑盘支撑杆立在机架中盘上的火星导轨支撑盘；通过3根木 星导轨支撑盘支撑杆立在机架中盘上的木星导轨支撑盘。
[0010] 有益效果是：
[0011] 1、本发明可以较完美地演示太阳系八大行星围绕地球的公转与自传，且结构简 单，系统稳定性较高易于加工制造、易于更换部件同时成本能够得到很好地控制。也可以作 为机械类学生学习机械课程，特别是轮系传动的一个参考。
[0012] 2、本发明仅需要一个电机，并采用齿圈及辅助机构传动，结构简单，系统稳定性较 高易于加工制造、易于更换部件同时成本能够得到很好地控制。
[0013] 3、本发明精简的机构使得机架及行星杆等支撑及传动部分体积减小，减小其对运 动中行星的视觉干扰，突出演示重点，增强视觉效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的整体结构三维图；
[0015] 图2为本发明的主轴总成示意图；
[0016] 图3为本发明的动力分配总成三维图；
[0017] 图4为本发明的导轨总成三维图；
[0018] 图5为本发明的齿轮齿圈总成三维图；
[0019] 图6为本发明的胶轮摩擦自转细节图；
[0020] 图7为本发明的机体组三维图；
[0021] 图8为本发明的导轨滑块配合三维图；
[0022] 其中，1-主轴总成，2-齿轮齿圈总成，3-导轨总成，4-动力分配总成，5-机体组， 101-太阳模型、102-太阳立杆、103-水星模型，104-水星立杆，105-行星架，106-主轴， 107-同步带轮I，108-锥齿轮III，109-锥齿轮IV，110-电机，119-蜗杆，201-木星模型， 202-齿圈VL 203-齿圈VI，204-火星模型，205-齿圈V，206-齿圈IV，207-齿圈III，208-齿 圈II，209-海王星模型，210- 土星模型，211-地球齿轮，212-火星齿轮，213-天王星模型， 214-木星齿轮，215_ 土星齿轮，216-天王星齿轮，217_海王星齿轮，218-行星轮，219-太 阳轮，220-齿圈I，221_地球模型，222-金星立杆，230-胶轮，240-凹槽内侧，250-凹槽， 260-滚珠，301-地球导轨，302-地球滑块，303-齿圈II支撑杆，304-齿圈III支撑杆，305-火 星滑块，306-火星导轨，307-木星导轨，308-木星滑块，309-齿圈IV支撑杆，310-齿圈V支 撑杆，311- 土星滑块，312- 土星导轨，313-齿圈VI支撑杆，314-天王星滑块，315-天王星导 轨，316-海王星导轨，317-齿圈W支撑杆，318-海王星滑块，401-传动轴W，402-皮带轮II， 403-同步带轮VI，404-链轮II，405-同步带轮V，406-传动轴VL 407-主动齿轮，408-皮带 轮I，409_锥齿轮II，410-锥齿轮I，411_传动轴III，412-蜗轮，414-传动轴V，415-同步 带轮II，416-同步带轮III，417-同步带轮IV，418-传动轴II，419-传动轴I，420-传动轴IV， 421-链轮I，422-被动齿轮，501-木星导轨支撑盘，502-地球导轨支撑盘，503-火星导轨支 撑盘，504-地球导轨支撑盘支撑杆，505-木星导轨支撑盘支撑杆，506-机架中盘，507-机架 中盘支撑杆，508-机架下盘，509-万向轮，510-万向轮立柱。
【具体实施方式】
[0023] 参见附图1，太阳系八大行星演示仪，它包括：主轴总成1，动力分配总成4,导轨总 成3,齿轮齿圈总成2以及机体组5 ;
[0024] 参见附图2,主轴总成1位于太阳系八大行星演示仪轴心部位，包括：水平放置的 电机110 ;由电机110同轴带动的锥齿轮IV 109 ;由锥齿轮IV 109所带动的轴向垂直的锥齿 轮III108 ;由锥齿轮III108带动的主轴106 ;与主轴106同轴固连的同步带轮I 107 ;与主轴 106同轴通过深沟球轴承连接的行星架105 ;-端固连于主轴106上部，另一端固连水星模 型103的L形水星立杆104 ;直立在主轴106顶端连接太阳模型101的太阳立杆102 ;
[0025] 参见附图3,动力分配总成4包括：由主轴106同轴固连的同步带轮I 107通过同 步带轮II 415带动的传动轴I 419,传动轴I 419上端固连地球齿轮211 ;由传动轴I 419 通过同步带轮III 416、同步带轮IV 417带动的传动轴II 418,传动轴II 418上端固连火星齿 轮212 ;由主轴106上的蜗杆119带动的蜗轮412,蜗轮412上同轴固连锥齿轮I 410 ;锥齿 轮I 410再带动锥齿轮II 409、传动轴III411、主动齿轮407同轴转动；主动齿轮407再带动 被动齿轮422、传动轴IV 420、链轮I 421转动；链轮I 421再带动链轮II 404、传动轴V 414 转动，传动轴V 414上端固连木星齿轮214 ;木星齿轮214还带动土星齿轮215转动；锥齿 轮II 409还带动皮带轮I 408转动，从而带动皮带轮II 402及传动轴ΥΠ 406转动，传动轴 W 406上端固连天王星齿轮216 ;传动轴W 406上的同步带轮V 405带动同步带轮VI403及 传动轴W 401转动，传动轴W 401上端固连海王星齿轮217 ;
[0026] 参见附图4,导轨总成3位于太阳系八大行星演示仪的中层，包括：以主轴106为 圆心、直径各不相同的6圈导轨，每圈导轨上间隔120°设置的3个滑块，垂直连接在滑块 上的支撑杆，用于支撑齿轮齿圈总成2中的6个齿圈；由内至外分别为：地球导轨301，其上 的地球滑块302及齿圈II支撑杆303 ;火星导轨306,其上的火星滑块305及齿圈III支撑杆 304 ;木星导轨307,其上的木星滑块308及齿圈IV支撑杆309 ;土星导轨312,其上的土星滑 块311及齿圈V支撑杆310 ;天王星导轨315,其上的天王星滑块314及齿圈VI支撑杆313 ; 海王星导轨316,其上的海王星滑块318及齿圈W支撑杆317 ;
[0027] 参见附图5、6,齿轮齿圈总成2位于太阳系八大行星演示仪上层，由内至外分别 为：与主轴106同轴转动的太阳轮219,及由太阳轮219带动在齿圈I 220内运动的3个行 星轮218,其中一个行星轮218连接金星立杆222及其上的金星模型；连接地球立杆及其上 的地球模型221的齿圈II 208,齿圈II 208由地球齿轮211所带动；连接火星立杆及其上的 火星模型204的齿圈III 207,齿圈III 207由火星齿轮212所带动；连接木星立杆及其上的木 星模型201的齿圈IV 206,齿圈IV 206由木星齿轮214所带动；连接土星立杆及其上的土星 模型210的齿圈V 205,齿圈V 205由土星齿轮215所带动；连接天王星立杆及其上的天王 星模型213的齿圈VI 203,齿圈VI 203由天王星齿轮216所带动；连接海王星立杆及其上的 海王星模型209的齿圈W 202,齿圈W 202由海王星齿轮217所带动；所有星球模型通过星 球立杆随所在齿圈转动实现公转；除水星立杆104和金星立杆外，其星球立杆通过深沟球 轴承连接在相应的齿圈上，其它星球立杆下端与一个胶轮230过盈连接，胶轮230与导轨上 端的凹槽内侧240始终保持接触，由于摩擦力使胶轮230转动，从而使其它星球立杆带动其 上的星球模型自转；
[0028] 参见附图7,机体组5为连接支撑太阳系八大行星演示仪各组成部分的结构，从下 至上分为：数个下端带有万向轮509的万向轮立柱510 ;由万向轮立柱510水平支撑的机架 下盘508,其下部安装电机110 ;在机架下盘508上的机架中盘支撑杆507 ;由中盘支撑杆 507水平支撑、用于支撑土星导轨312、天王星导轨315、海王星导轨316的机架中盘506 ;通 过3根地球导轨支撑盘支撑杆504立在机架中盘506上的地球导轨支撑盘502 ;通过3根 火星导轨支撑盘支撑杆504立在机架中盘506上的火星导轨支撑盘503 ;通过3根木星导 轨支撑盘支撑杆505立在机架中盘506上的木星导轨支撑盘501。
[0029] 上述方案中，考虑到主轴106受力问题，将主轴106分为上下两段，通过YLD4凸缘 联轴器连接在一起；主轴106上端面打有一个安装轴承的轴向盲孔，太阳立杆102与该轴承 配合支撑在主轴106上。
[0030] 参见附图8,上述方案中，导轨截面呈工字形，上端开有容纳胶轮230的凹槽250， 滑块与导轨之间采用滚珠260接触，并加注润滑油进行润滑。
【权利要求】
1.太阳系八大行星演示仪，其特征在于：它包括：主轴总成（1)，动力分配总成（4)，导 轨总成（3)，齿轮齿圈总成⑵以及机体组（5); 所述主轴总成（1)包括：水平放置的电机（110);由所述电机（110)同轴带动的锥齿 轮IV (109);由所述锥齿轮IV (109)所带动的轴向垂直的锥齿轮III (108);由所述锥齿轮 III (108)带动的主轴（106);与所述主轴（106)同轴固连的同步带轮I (107);与所述主 轴（106)同轴通过深沟球轴承连接的行星架（105);-端固连于所述主轴（106)上部，另一 端固连水星模型（103)的L形水星立杆（104);直立在所述主轴（106)顶端连接太阳模型 (101)的太阳立杆（102); 所述动力分配总成（4)包括：由所述主轴（106)同轴固连的同步带轮I (107)通过同 步带轮II (415)带动的传动轴I (419)，所述传动轴I (419)上端固连地球齿轮（211);由 所述传动轴I (419)通过同步带轮III (416)、同步带轮IV (417)带动的传动轴II (418)，所 述传动轴II (418)上端固连火星齿轮（212);由所述主轴（106)上的蜗杆（119)带动的蜗 轮（412)，所述蜗轮（412)上同轴固连锥齿轮I (410);所述锥齿轮I (410)再带动锥齿轮 II (409)、传动轴III (411)、主动齿轮（407)同轴转动；所述主动齿轮（407)再带动被动齿轮 (422)、传动轴IV (420)、链轮I (421)转动；所述链轮I (421)再带动链轮II (404)、传动轴 V (414)转动，所述传动轴V (414)上端固连木星齿轮（214);所述木星齿轮（214)还带动 土星齿轮（215)转动；所述锥齿轮II (409)还带动皮带轮I (408)转动，从而带动皮带轮 II (402)及传动轴ΥΠ (406)转动，所述传动轴ΥΠ (406)上端固连天王星齿轮（216);所述传 动轴W (406)上的同步带轮V (405)带动同步带轮VI (403)及传动轴W (401)转动，所述 传动轴W (401)上端固连海王星齿轮（217); 所述导轨总成（3)包括：以所述主轴（106)为圆心、直径各不相同的6圈导轨，每圈导 轨上间隔120°设置的3个滑块，垂直连接在所述滑块上的支撑杆；由内至外分别为：地球 导轨（301)，其上的地球滑块（302)及齿圈II支撑杆（303);火星导轨（306)，其上的火星滑 块（305)及齿圈III支撑杆（304);木星导轨（307)，其上的木星滑块（308)及齿圈IV支撑杆 (309) ;土星导轨（312)，其上的土星滑块（311)及齿圈V支撑杆（310);天王星导轨（315)， 其上的天王星滑块（314)及齿圈VI支撑杆（313);海王星导轨（316)，其上的海王星滑块 (318)及齿圈ΥΠ支撑杆（317); 所述齿轮齿圈总成（2)由内至外分别为：与所述主轴（106)同轴转动的太阳轮（219)， 及由所述太阳轮（219)带动在齿圈I (220)内运动的3个行星轮（218)，其中一个所述行星 轮（218)连接金星立杆（222)及其上的金星模型；连接地球立杆及其上的地球模型（221) 的齿圈II (208)，所述齿圈II (208)由所述地球齿轮（211)所带动；连接火星立杆及其上的 火星模型（204)的齿圈III (207)，所述齿圈III (207)由所述火星齿轮（212)所带动；连接木 星立杆及其上的木星模型（201)的齿圈IV (206)，所述齿圈IV (206)由所述木星齿轮（214) 所带动；连接土星立杆及其上的土星模型（210)的齿圈V (205)，所述齿圈V (205)由所 述土星齿轮（215)所带动；连接天王星立杆及其上的天王星模型（213)的齿圈VI (203)， 所述齿圈VI (203)由所述天王星齿轮（216)所带动；连接海王星立杆及其上的海王星模 型（209)的齿圈ΥΠ (202)，所述齿圈ΥΠ (202)由所述海王星齿轮（217)所带动；所述齿轮齿 圈总成（2)中的6个齿圈由所述导轨总成（3)的所述滑块上的支撑杆实现支撑，所有星球 模型通过星球立杆随所在齿圈转动实现公转；除所述水星立杆（104)和所述金星立杆外， 其它星球立杆通过深沟球轴承连接在相应的齿圈上，所述其它星球立杆下端与一个胶轮 (230)过盈连接，所述胶轮（230)与导轨上端的凹槽内侧（240)保持接触； 所述机体组（5)从下至上分为：数个下端带有万向轮（509)的万向轮立柱（510);由所 述万向轮立柱（510)水平支撑的机架下盘（508)，其下部安装所述电机（110);在所述机架 下盘（508)上的机架中盘支撑杆（507);由所述中盘支撑杆（507)水平支撑，并用于支撑所 述土星导轨（312)、天王星导轨（315)、海王星导轨（316)的机架中盘（506);通过3根地球 导轨支撑盘支撑杆（504)立在机架中盘（506)上的地球导轨支撑盘（502);通过3根火星 导轨支撑盘支撑杆（504)立在所述机架中盘（506)上的火星导轨支撑盘（503);通过3根 木星导轨支撑盘支撑杆（505)立在所述机架中盘（506)上的木星导轨支撑盘（501)。
2. 根据权利要求1所述的太阳系八大行星演示仪，其特征是：所述主轴（106)分为上 下两段，通过YLD4凸缘联轴器连接在一起；所述主轴（106)上端面打有一个安装轴承的轴 向盲孔，所述太阳立杆（102)与该轴承配合支撑在所述主轴（106)上。
3. 根据权利要求1或2所述的太阳系八大行星演示仪，其特征是：所述导轨截面呈 工字形，上端开有容纳所述胶轮（230)的凹槽（250)，所述滑块与所述导轨之间采用滚珠 (260)接触，并加注润滑油进行润滑。
【文档编号】G09B27/02GK104157207SQ201410389345
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】苏伟, 杨福威, 张状, 周登岳, 刘子建 申请人:北京理工大学