专利名称：：环球日光星象仪的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种演示天体运行规律、地球上阳光分布和日月星宿视位变化的教学仪器。地球、五大行星、月球的公转和地球自转的规律，地球上星宿视方位和阳光分布的时空变化等自然现象，是人类有史以来就不断探讨的课题。为演示上述天文地理规律和自然现象，在公知技术中已有地球公转仪、三球仪、月地运行仪、天象馆等仪器或设备，但已有仪器设备中，大都为示意性的精确度差，只能定性演示，不能显示具体数据，且只能演示一、二种天体自身运行规律，天象馆虽然能较综合地演示天象，但设备投资太大，不便于普及，且既不能显示天象变化的原理，也不能显示天体运行对大地影响的数据。本设计人鉴于现有技术的不足，在多年的地理教学和辅导天文观测的实践中，深感迫切需要一种既能演示天空恒星分布变化规律和地球上阳光分布变化规律，又能演示日、月、行星在星空位置变化规律的综合仪器。本实用新型的目的在于提供一种集演示天空主要恒星的视方位分布及其周年变化、全球昼夜长短、日出日落时刻及其周年变化、太阳时与恒星时的对应情况及其周年变化、太阳直射点位置太阳中天高度及其周年变化、月相圆缺变化、日月食产生、朔望月恒星月交点与形成等规律于一体的综合仪器。本实用新型的构思是将天球、地球、月球、太阳、五大行星等天体和地球、月球在空间运动的轨迹－－黄道白道组合在一起，分别用不同的球体和环面表示，通过支撑、固定、传动和定向装置，将上述九球二道均装于同一底座的支撑架上。根据天文学上天球与地球同心，天轴是地轴的延长的规定，九大行星公转有同向、共面、近圆三大共同特征，及各天体在整个宇宙间的地心或日心方位关系来确定安排它们的方位关系。按照五大行星公转和月球、黄白交点在天球上移动的速度与地球公转的速度比，确定仪器上各传动轮的传动比，以便在同一个固定轮的驱动下，各按各自的运转速度运转，仪器并用前所未有的子午圈、晨昏圈、纬度圈、太阳时圈、年节钟、行星月球白道升交点方位图等辅助设备来确定显示数据关系。本实用新型的特征在于所述的环球日光星象仪由太阳及其离合套管(实际为表示太阳的小球及其离合套管，为了叙述方便直呼各球体表示的天体的名称，且以下月球和五大行星均包括与之连成一体的支撑臂和离合套管)、天球及其外离合套管和内套管、地球及其中心轴立柱和自转轴管、月球及其轴管、金星、水星、火星、木星、天球及其外离合套管和内套管以及轴管、白道及其轴管、黄道及其定向管、黄道面圈及其支撑臂和离合插管、子午圈、纬度圈、太阳时圈、晨昏圈、太阳及五大行星各一根轴管、五大行星方位盘、年节钟、地球中心轴支撑臂及其轴管、地球自转长传动主柱、月球与白道升交方位圈、盖板、上下转臂、托臂、固定轮、底座、总主柱以及传动轮组构成；上述的上下转臂和盖板固定在一起，加上两头的固定连接件构成一齿轮箱，上述的传动轮组通过各自的转动轴，装于此箱体内，上述的托臂固定于此箱体下，上述的总立柱其外套上太阳轴管以后垂直地穿过该齿轮箱及托臂的中心孔后插入上述的底座中心孔内并与底座固定在一起；上述的固定轮在齿轮箱内与上述总立柱固定连接；太阳及其离合套管卡套在上述太阳轴管上端，该轴管外由内向外依次套装上述的土、木、火、水、金五大行星轴管，它们的上端分别连接一端带离合套管另一端固定连接的行星将各行星固定支撑在相应位置的支撑臂，其下端分别固定连接各自的传动轮；上述的年节钟由透过上述盖板并将该钟装于盖板近左端上表面的节气盘转轴及其顶端所带动的节气盘、套在上述节气盘轴外的年度盘轴管及其顶端所带动的年度盘以及盖在上述两个盘面上面带有固定指针和透明孔的钟盖组成；上述的节气盘转轴和年度盘轴管的下端分别连接各自的传动轮；上述的地、月、天球通过上述的垂直穿过盖板、上转臂固定于下转臂上的黄道面圈定向管及插入其内的黄道面圈支撑及离合插管装于上述齿轮箱近右端上方，地球自转长传动立柱插在上述黄道面圈离合插管内，其上端连接地球自转轴管，下端自由裸露在下转臂与托臂之间；上述的天球轴管、白道轴管和月球轴管由内向外依次套装于上述黄道面圈定向管外，该三根管的上端分别连接天球内套管和一端带离合套管另一端固定支撑白道和月球的支撑臂，它们的下端分别连接各自的传动轮；上述的月球与白道升交点方位圈以地球自转长传动立柱的轴心为圆心固定于上述盖板上；上述的地轴定向轴管插入上述的天球定向管内；上述的子午圈、纬度圈、太阳时圈、晨昏圈均以地心为圆心安装在地球的周围，通过卡接或螺钉连接与地球一起固定在上述地球自转轴管上，该轴管又套在上述地心轴立柱上；上述子午圈骑在上述黄道面圈上，同时这些圈又和上述地球、天球均一起固定在上述天球内套管上，这样当用手推齿轮箱使其绕上述总立柱转动时，与总立柱固定在一起的上述固定轮便推动与之相啮合的传动轮转动，直接或间接地(有的需经过多次变速)驱动各天体及地球按照其各自固有的运转速度和方向运转，各显示器件显示有关数据。上述的传动轮组，共有Z1～Z46共46个传动轮组成，其中Z37和Z38为弧形齿轮，Z30和Z39为绳轮，其余均为圆形齿轮，各传动轮齿数或绳轮φmm如下表代号Z1Z2Z3Z4Z5Z6齿数245961383264代号Z7Z8Z9Z10Z11Z12齿数271840959364代号Z13Z14Z15Z16Z17Z18齿数162472544016代号Z19Z20Z21Z22Z23Z24齿数426965432425代号Z25Z26Z27Z28Z29Z30齿数2680282727φ10代号Z31Z32Z33Z34Z35Z36齿数242477762272代号Z37Z38Z39Z40Z41Z42齿数6016φ17.5163318代号Z43Z44Z45Z46齿数76282440Z1固定在底座上，其它传动轮随转臂40和41绕着太阳阳与底座的中心连线转动，直接或间接被Z1驱动。各定速定向管柱传动过程如下土星轴管Z1→Z7→Z8→Z9↑Z10→Z2木星轴管Z1→Z7→Z8→Z9↑Z11→Z3火星轴管Z1→Z16↑Z17→Z4水星轴管Z1→Z41→Z42↑Z43→Z5金星轴管Z1→Z44→Z45↑Z46→Z6节气轴柱Z1→Z7→Z9→Z12→Z14年度轴管Z1→Z7→Z9→Z12↑Z13→Z15地球自转Z1→Z16→Z18↑Z19→Z22↓Z21轴管→Z27↓Z26→Z35↑Z36→Z40↓Z39→Z30↑Z37→Z38地心轴Z1→Z16→Z38→Z20→Z23→Z29轴管↓Z28→Z31天球轴管Z1→Z16→Z38→Z20→Z23→Z29→Z32白道轴管Z1→Z16→Z32↑Z33→Z25↑Z26→Z34月球轴管Z1→Z35上述的天球为与上述的地球同心同轴的空心透明的球体，其外表绘有恒星分布图并且套在地球外面；上述的金、水、火、木、土五大行星、地球、太阳、天球的中心均在同一黄道面上；上述的月球受上述白道的承托，月球公转既按自己的速度前进，又随白道升降。本实用新型的突出优点是本仪器具有多功能既能演示地球绕日公转和自转产生的昼夜长短、太阳直射点的纬度位置、太阳高度、日出日落时刻、太阳辐射量的经向分布的时空变化等，又能演示恒星月、朔望月、交点月、月食等，还能演示五大行星绕日公转与地球产生的冲合现象和视位变化等，也能演示恒星天空的年变化和日变化、恒星时与太阳时的对应变化以及黄赤交角、太阳黄经等；本仪器又具有使用的简易性。本仪器不用电力推动，不需随时调整，只要将月球白道、行星按盖盘上所示方位安装好逆时针方向推动由上下转臂构成的齿轮箱体，即可自动显示十二年之内任一节气时，因地月行星公转和地球自转所产生的各种天象；本仪器还具有演示的具体性。因为本仪器采用齿轮传动，地、月行星、天球均按与地球公转速度的比例关系计算的传动比，因此它们的运转和方向调整都是符合其固有规律的，同时还装有许多辅助说明仪器，以显示天象的具体时刻和具体数据。附图是本实用新型最佳实施例之一的整体结构的正视和局部剖视示意图。图中1为太阳及其离合套管，2为水星及其与之连成一体的离合套管和支撑臂(为了方便在上述说明书和权利要求书中均只称之为水星，下列其它行星、月球、白道等皆与此同)，3为金星，4为白道，5为黄道面圈，6为子午圈，7为纬度圈，8为太阳时圈，9为地球，10为地球中心轴立柱，11为地球自转轴管，12为晨昏圈，13为天球及其外离合套管，14为月球，15为火星，16为木星，17为土星，18为太阳轴管，19为土星轴管，20为木星轴管，21为火星轴管，22为水星轴管，23为金星轴管，24为五大行星方位盘，25为年节钟，26为节气盘及其套管，27为节气盘转轴，28为年度盘轴管，29为年度盘，30为带有固定指针和透明孔的钟盖，31为黄道面圈支撑及离合插管，32为地球中心轴支撑，33为天球内套管，34为地球自转长传动立柱，35为天球轴管，36为白道轴管，37为月球轴管，38为月球与白道升交点方位圈，39为盖板，40为上转臂，41为下转臂，42为托臂，43为固定轮，44为底座，45为总立柱，46为黄道圈定向管，Z1～Z46为传动轮组的46个传动轮。在此实施例中太阳1用一个小电灯泡代表天球和五个圈5、6、7、8和12用透明有机玻璃制成，地球9、月球14、五大行星2、3、15～17采用轻质塑料，其余部件均用钢铁制作。五大行星和月球直径10mm，天球为内径200mm的空心球体以黄赤径90°和270°圈分为两半，以南黄极为支点。地球9为直径140mm的公知技术的地球仪，地球中心轴立柱10为长176mm，φ外4mm钢棍；白道4用φ2mm钢条制成φ215mm的圆环；黄道面圈5φ内194mm，子午圈6φ内184mm，其上绘有太阳高度角和太阳辐射量分布线，纬度圈7φ内174mm，其上绘有一条经度圈上的经度数值；太阳时圈8φ内164mm，其上刻逆时针方向标注的24时，晨昏圈12φ内180mm，五大行星和月球、白道的支撑臂均采用φ1.5mm的弹性钢丝制成，黄道面圈和地球中心轴的支撑臂31、32均采用厚为1.5mm的钢板条，年节钟的节气盘26、年度盘29、钟盖30均采用0.3的板材冲压成φ外分别为110、140和160(mm)的圆盘，节气盘和年度盘均带有离合套管，其上分别标有顺时针方向的12个年度和24个节气，盖盘上开显示年节的圆孔。所有的离合套管均用厚2mmφ内等于所卡套之轴管的φ外的钢管，除天球套管长20mm外，其余套管均长10mm，天球内套管33离下端5和12mm处各有一个长10粗3mm的螺栓，外套管为固定于天球上的两个半圆桶形，其下半各有长13.5宽3mm的口。黄道离合套管31的下半段长18mmφ内6mmφ外8mm，下端高3mm有两个边被相距6mm的平行线截去。传动轮中齿轮均厚3mm模数1，其中Z37、Z38为弧形齿轮(弧半径为93.5mm)，绳轮Z30、Z39厚5mm；本仪器中共有30条管或柱，其中16条只起传动作用，其中5条长28mmφ6mm，9条长42mmφ6mm。地球自转长传动立柱34，φ4mm长174mm；直接起定向、定位、定速作用的管柱14条，其中除节气盘轴为柱外，余皆为管，所有管壁厚皆为1mm，各代号名称及外径如下表(长度单位为mm)<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">代号名称11－地球自转轴管18－太阳轴管19－土星轴管20－木星轴管外φ66810高165300215197</table></tables><tablesid="table2"num="002"><tablealign="center">代号名称21－火星轴管22－水星轴管23－金星轴管27－节气盘轴柱管外φ1214166高18917115355</table></tables>盖板39φ650厚2，由对称两半组成，上面绘有行星方位盘24和月球及白道升交点方位盘38，上转臂40由厚2的板材制成的长600宽50，高7的两个槽形交叉而成。下转臂41是由厚2的板材制成的长560，宽220，高43的槽形。托臂下部为高50，外φ18，内φ14的圆筒，上部为厚4，宽20，跨长560，弓高35的弯弓形。支柱45长130，φ14－24，中心孔6。底座44为高60，底φ240的下粗上细仿梯形。作为本实施例的变更1、本实用新型各零部件用料和尺寸均可作适当变更。2、根据本实施例原理可简化和改做多种天文地理仪器，如简化成大地日光分布仪、昼夜长短仪、太阳高度仪、太阳辐射量分布仪、不带行星月球的环球日光星象仪，凡简化后不带月球行星的仪器即不需年节盘，在中心柱上固定一节气盘即可，那样在演示日光分布的仪器只需三个同样的齿轮，加演示恒星的仪器只需五个同样的轮子。3、为仪器更加完善，也可添加定量齿轮(12年自行闸住，倒转至开始时刻重行演示)、以黄经0°和180°分为两半的两半天球等装置，太阳灯泡也可装上电源(所以用管不用柱也是为此)。权利要求1.一种环球日光星象仪，由表示天球、地球、月亮和五大行星的球体及其支撑传动装置构成，本实用新型的特征在于所述的环球日光星象仪，由太阳及其离合套管1、水星2、金星3、白道4、黄道和黄道面圈5，午子圈6、纬度圈7、太阳时圈8、地球9、地球中心轴立柱10、地球自转轴管11、晨昏圈12、天球及其外离合套管13、月球14、火星15、木星16、土星17、太阳及上述五大行星轴管18～23、五大行星方位盘24、年节钟25、黄道面圈支撑臂及离合插管31、地球中心轴支撑臂及其轴管32、天球内套管33、地球自转长传动立柱34、天球轴管35、白道轴管36、月球轴管37、月球与白道升交点方位圈38、盖板39、上下转臂40和41、托臂42、固定轮43、底座44、总立柱45、黄道圈定向管46以及传动轮组Z1～Z46组成；上述的上、下转臂40和41、和盖板39固定在一起加上两头的固定件构成齿轮箱，上述的传动轮Z1～Z46通过各自的转动轴装于此箱体内，上述的托臂42固定于此箱体下，上述的总立柱45外套太阳轴管18以后垂直地穿过该齿轮箱以及托臂42的中心孔后插入上述底座44中心孔内并与底座固定在一起，上述的固定轮43在齿轮箱内与总立柱45固定连接，太阳及其离合套管1卡套在太阳轴管18上端，该轴管外由内向外依次套装上述五大行星轴管19～23，它们的上端分别连接一端带离合套管另一端固定连接各行星的支撑臂，其下端分别固定连接各自的传动轮；上述的年节钟25通过其节气盘轴27装于上述盖板39的近左端，上述的地、月、天球通过上述的垂直穿过盖板39、上转臂40固定于下转臂41上的黄道面圈定向管46及插入其内的黄道面圈支撑臂及离合插管31装于齿轮箱近右端上方，地球自转长传动立柱34插在上述离合插管31内，其上端连接地球自转轴管11下端自由裸露在下转臂41与托臂42之间；上述的天球轴管37、白道轴管36、月球轴管35由内向外依次套装于上述固定管46外，该三根管的上端分别连接天球内套管33和一端带离合套管另一端固定支撑白道和月球的支撑臂，它们的下端分别连接各自的传动轮；上述的月球与白道升交点方位圈以立柱34轴心为圆心固定于上述盖板39上；上述的地轴定向轴管32插入上述的天球定向管内；上述的子午圈6、纬度圈7、太阳时圈8、晨昏圈12均以地心为圆心安装在地球9的周围，通过卡接或螺钉连接与地球一起固定在地球自转轴管11上，该轴管11套在地心轴立柱10上，子午圈6骑在黄道面圈5上，同时这些圈又和地球9、天球13均固定在天球内套管33上。2.根据权利要求1所述的环球日光星象仪，其特征在于上述的年节钟25，由透过上述盖板39的节气盘转轴27及其顶端所带动的节气盘26、套在上述节气盘轴外的年度盘轴管28及其顶端所带动的年度盘29以及盖在上述两个盘面上面带有固定指针和透明孔的钟盖30组成，上述节气盘转轴27和年度盘轴管28的下端分别连接各自的传动轮。3.根据权利要求1所述的环球日光星象仪，其特征在于上述的传动轮组Z1～Z46由46个传动轮组成，其中Z37、Z38为弧形齿轮，Z30和Z39为绳轮，其余均为圆形齿轮，各传动轮齿数或绳轮φmm如下表代号Z1Z2Z3Z4Z5齿数2459613832代号Z6Z7Z8Z9Z10齿数6427184095代号Z11Z12Z13Z14Z15齿数9364162472代号Z16Z17Z18Z19Z20齿数5440164269代号Z21Z22Z23Z24Z25齿数6543242526代号Z26Z27Z28Z29Z30齿数80282727φ10代号Z31Z32Z33Z34Z35齿数2424777622代号Z36Z37Z38Z39Z40齿数726016φ17.516代号Z41Z42Z43Z44Z45齿数3318762824代号Z46齿数40。4.根据权利要求1所述的环球日光星象仪，其特征在于上述的天球13，为与上述地球9同心同轴空心透明的球体，其外表绘有恒星分布图并套在地球外面。5.根据权利要求1所述的环球日光星象仪，其特征在于上述的五大行星2、3、15、16、17、地球9、太阳18、天球13的中心均在同一黄道面上。6.根据权利要求1所述的环球日光星象仪，其特征在于上述的月球14受上述白道4的承托，月球公转既按自己的速度前进，又随白道升降。专利摘要一种环球日光星象仪，系教学仪器，主要用于演示天体运行规律及地球上阳光分布时空变化。其特征在于本仪器由表示太阳、月球、天球、地球及五大行星的球体及其连接支撑装置、套管式的转动机构、44个齿轮和一对绳轮组成能使各天体按其各自固有的速度和方向运转的传动机构、年节钟、行星方位盘、月球黄白交点方位盘等组成。具有演示功能多样全面、使用简单方便、演示效果形象逼真，能显示出天象的具体时刻和数据等优点。文档编号G09B27/00GK2073142SQ9021425公开日1991年3月13日申请日期1990年8月20日优先权日1990年8月20日发明者刘云兴,王德京,侯常珊,宋文宗申请人:刘云兴,王德京,侯常珊,宋文宗