CN101567149A - 一种太阳、地球运动演示仪及太阳、地球、月亮运动演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳、地球运动演示仪以及一种太阳、地球、月亮运动演示仪，太阳、地球运动演示仪包括一支架，在该支架上设置有光源和绕该光源既公转又自转的地球仪，支架包括连接块以及圆形轨道体，在轨道上设置有一在轨道体上移动的小车，在该小车的小车车体上设置有一导向孔，一导向轴穿在导向孔内，在导向轴的上端还设置有弧形T型燕尾槽，在T型燕尾槽内设置有一T型燕尾座，地球仪与T型燕尾座固定相连，在导向轴的下端设置有一导向齿轮，在轨道体上设置有平行分布的导向齿条，导向齿轮与导向齿条啮合。本发明地球仪在绕太阳仪转动时地轴的指向始终不变，同时调节不同的地轴指向角度从而观察地球仪在不同角度的光照位置和范围的变化。

Description

一种太阳、地球运动演示仪及太阳、地球、月亮运动演示仪

技术领域

本发明涉及一种模拟太阳、地球以及月亮、地球、太阳相互运行规律的模型。尤其能直观的演示地球绕太阳公转、自转以及月亮绕地球转动时三球的空间状态，以及在不同状态下太阳直射点的变化、太阳光在地球和月球表面的光照区域的变化，从而直观地解释昼夜变化的过程、时差形成、24节气变化及24节气日照时间的变化、极昼与极夜的产生、年与日的关系及春夏秋冬的形成原因以及月相的变化和日食、月食形成的原因。

背景技术

目前市面上出售的普通的地球仪是由绘制有地图的球形体和支架组成，这种地球仪只能静态地反应各地理位置和特征，无法全面直观地动态的表达月球、地球与太阳间的运动关系及由这种运动关系所产生的众多天文地理现象。这些信息、知识只能凭借人们的想象力来获得，既不直观也不真实，大大增加了人们特别是空间想象力不成熟的青少年学习地理知识的难度和准确理解的困难，甚至造成人们获得错误的信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有市面上出售的地球仪是静态的、不能反应地球运动及地球绕太阳运行以及现有的发明不适于大批量工业化生产的的不足，而提供一种真实模拟再现地球和或月球绕日运动的时地球运行状态以及由此状态产生的太阳光照区域和直射点变化从而解释与月球、地球和太阳有关的许多天文和地理现象的演示模型。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种太阳、地球运动演示仪，包括一支架，在该支架上设置有用于表示太阳的光源和绕该光源既公转又自转的地球仪，所述的支架包括连接块以及设置在连接块外部的圆形轨道体，所述的光源设置在连接块的中心，在所述的轨道上设置有一在所述的轨道体上移动的小车，在该小车的小车车体上设置有一导向孔，一导向轴穿在所述的导向孔内，在所述的导向轴的上端还设置有一可以倾斜角度的弧形T型燕尾槽，在所述的弧形T型燕尾槽内滑动的设置有一T型燕尾座，所述的地球仪与T型燕尾座固定相连，在导向轴的下端设置有一导向齿轮，在所述的轨道体上设置有平行分布的导向齿条，所述的导向齿轮与导向齿条啮合。

所述的光源为柱状直射光源。

在所述的光源与小车之间还设置有一用于控制平面光源连续照射地球仪的连杆机构。

在所述的平面光源的中心还设置有一产生太阳直射点的聚光光源。

在所述的地球仪和月球仪的表面涂有被光照部分产生明显的反光或高反光性能的荧光漆。

一种太阳、地球、月亮运动演示仪，包括一支架，在该支架上设置有用于表示太阳的光源、绕该光源既公转又自转的地球仪，以及绕地球仪公转的月亮，其特征在于：所述的支架包括连接块以及设置在连接块外部的圆形轨道体，所述的光源设置在连接块的中心，在所述的轨道体上设置有一在所述的轨道体上移动的小车，在该小车的小车车体上设置有一导向孔，一导向轴穿在所述的导向孔内，在所述的导向轴的上端还设置有一可以倾斜角度的弧形T型燕尾槽，在所述的弧形T型燕尾槽内滑动的设置有一T型燕尾座，所述的地球仪与T型燕尾座固定相连，在导向轴的下端设置有一导向齿轮，在所述的轨道上设置有平行分布的导向齿条，所述的导向齿轮与导向齿条啮合，所述的地球仪包括一地球仪固定轴，在所述的地球仪固定轴上通过一球面关节轴承连接一使月球产生进动运动的进动装置，在进动装置的上端设置有一转动轴套，固定月球的月球进动从动齿轮与所述的该转动轴套转动连接，一套连杆曲轴机构带动转动轴套摆动从而带动月球产生进动。

所述的进动装置包括：进动机构固定支座、进动机构活动支座以及一曲柄连杆机构，在所述的固定支座上开设有一弧形槽，在所述的弧形槽内设置有一进动平衡控制杆，该进动平衡控制杆将所述的进动机构活动支座与固定支座连接，所述的曲柄连杆机构的连杆的自由端与平衡控制杆连接，转动所述的曲柄连杆机构的曲柄，使活动支座产生进动运动。

所述的光源为柱状直射光源。

在所述的光源与小车之间还设置有一用于控制平面光源连续照射地球仪的连杆机构。

在所述的平面光源的中心还设置有一聚光光源。

在地球仪和月球仪的表面涂有高反光性能的荧光漆，当光源照在地球仪和月球仪上时，被光照部分产生明显的反光。

本发明地球和或月球绕太阳运动的演示仪，首先是一个模拟地球运行轨道的圆形的塑料轨道，轨道上是一个可以由电源驱动带减速器的电机并通过齿轮传动带动的运动小车，小车上通过T型燕尾座固定一个由带减速器的电机通过齿轮传动带动的模拟地球自转的地球仪；

地球仪通过地球仪支座固定在一个可以调节角度的弧形燕尾槽座上。这样可以通过调整演示地轴与地球公转轨道平面呈不同角度时地球上产生的各种地理现象之间的差异，从而更清晰地解释地球上各种地理现象的成因。

月球的运动分自转运动、公转运动和进动。由于月球的自转对我们研究日常的天文现象意义不大，因此，本发明未包含对该天文现象的演示。若不考虑月球的自转和公转运动，则月球的运动就是进动，即在与赤道面和黄道面分别成固定角度的一平面内，角度在+5°9′和-5°9′之间的摆动运动！带动月球仪转动的从动齿轮套装在月球转动从动齿轮套上，月球转动从动齿轮套通过过盈连接在一球面关节轴承上。按照六个自由度的约束理论，该装配限制了三个位移的自由度，还有三个旋转的自由度可以实现月球在自转的同时，其转动轨道平面与地球公转轨道平面的夹角实现任意方向的变化的可能。但、固定在月球转动从动齿轮套上，在月球进动机构支座的滑槽中运动的进动平衡控制杆和月球转动从动齿轮套与月球进动机构支座两件实行面与面的无间隙接触分别限制了余下三个旋转自由度中的两个，这样，若不考虑月球仪的公转，带减速器的电机就可以带动通过曲轴转动带动月球转动从动齿轮套在与赤道面和黄道面成一固定角度的平面内摆动一从而实现活动固定在月球转动从动齿轮套上的月球仪的进动！

月球仪固定在带动月球仪转动的的从动齿轮上，从动齿轮活动套在月球转动从动齿轮套上，可以实现相对从动齿轮套的转动。带减速器的电机通过齿轮传动带动月球仪绕地球公转！

支撑地球仪的燕尾座和燕尾槽与小车车体由导电环连接实现相对转动和导电的功能。燕尾槽与车体可以通过导电环相对运动，燕尾座通过导向轴及导向轴上的导向齿轮与地球运动轨道上的导向齿轮地滚动接触连接来实现导向轴的方向总是相对地面静止不转动，从而通过燕尾座控制地球与地面相对静止不转动，并永远指向一个方向。

因为地球绕太阳总是周而复始的朝一个方向转动，所以模拟地球运动的承载地球仪的小车也是沿着塑料轨道朝一个方向往复的运动，这样就导致固定在地球仪支座上的驱动地球仪的电机与固定在小车车体上的电源相对转动也总是朝一个方向，在这种情况下，如用电线连接就会出现电线缠绕。为解决这一问题，我们用导电环连接燕尾槽和小车车体，通过导电环上下环体的转动接触实现导电把电源传递到地球仪自转、月球仪公转和月球仪进动的电机上。

为清晰的体现太阳光直射地球的光照和非光照区域的效果，在圆形地球运转轨道的中心固定一柱状直射光源。小车运动通过随动杆带动灯座转动，使光线永远照射在地球仪上；为展示太阳光在地球上直射区域的变化，我们在光源的中心安装了一直径为3mm-5mm的蓝色聚光光源，该射线通过地球仪的球心照射在地球仪的表面。该光线照射在地球仪上的点即是太阳在地球上的直射点。该光源还能再现月球仪挡住照在地球仪上的太阳光出现的日食，以及地球挡住照在月球上的太阳光时出现的月却、月圆以及月食等天文现象。

月球的公转、地球仪的自转以及轨道上载着地球仪公转的小车均可通过变频器实现无级调速，三个电机的驱动电源是同一电源。电源通过导电环引入以解决运动物体的电线缠绕问题。

与现有技术相比，本发明地球、太阳运动演示仪具有如下优点：

1、本发明将地球运动仪安装在一个沿圆形轨道运动的小车上，并在圆形轨道上设置平行的齿条，在地球仪的下端设置与齿条啮合的齿轮，从而使得地球仪在绕太阳仪转动时地轴的指向始终不变，同时将地球仪设置在T型燕尾座上，T型燕尾座可在弧形的T型燕尾槽中滑动以调节不同的地轴指向角度从而观察地球仪在不同角度的光照位置和范围的变化。

2、本发明演示模型不仅能直观地反应诸如地球在公转和自传时地轴始终指向一个方向的地理特征和时间、时差、季节、节气、日照变化，极昼极夜以及月相、日食、月食及月球进动等天文地理现象，更为重要地是该模型的设计结合了当今最新的光、机、电的应用技术和玩具制造技术，充分考虑了制造的工艺性和寓教于乐的趣味性，使普通的青少年及儿童可以对照图片自行拼装，增加了科普教育和学习的趣味性；同时由于结合了玩具的制造工艺，使该产品可以控制成本的大批量推广，从而使该科普教学模型可大量普及。

3、本发明模型的另一特点是：不仅能模拟月球的公转，还能准确地模拟月球在公转过程中的进动运动即：即在与赤道面和黄道面分别成固定角度的一平面内，角度在+5°9′和-5°9′之间的摆动运动！带动月球仪转动的从动齿轮套装在月球转动从动齿轮套上，月球转动从动齿轮套通过过盈连接在一球面关节轴承上。固定在月球转动从动齿轮套上，在月球进动机构支座的滑槽中运动的进动平衡控制杆和月球转动从动齿轮套与月球进动机构支座两件实行面与面的无间隙接触分别限制了余下三个旋转自由度中的两个，这样，若不考虑月球仪的公转，带减速器的电机就可以带动通过曲轴转动带动月球转动从动齿轮套在与赤道面和黄道面成一固定角度的平面内摆动-从而实现活动固定在月球转动从动齿轮套上的月球仪的进动！

附图说明

图1是本发明地球、月亮、太阳运动演示仪结构示意图。

图2是本发明地球、月亮、太阳运动演示仪连接剖视图。

图3是本发明地球仪与小车连接示意图。

图4是本发明进动装置结构示意图。

图5是图2的A-A视图。

图6是图2的B-B视图。

图7是图6的D-D视图。

图中各标号表示如下：

1、地球仪；2、地球仪固定轴；3、月球仪；4；月球仪支座；5、月球转动从动齿轮；6、月球转动从动齿轮套/月球仪固定座；7、关节轴承；8、转换块；9、月球进动连杆；10、月球进动曲轴；11、月球进动从动齿轮；12、月球进动减速电机；13、月球进动主动动齿轮；14、月球进动机构支座1；15、月球进动机构支座2；16、地球仪支座；17、地球仪自转减速箱；18、地球自转从动齿轮；19、T型燕尾座；20、T型燕尾槽盖板；21、T型燕尾槽；22、导电环；23、导向轴；24、小车车体；25、小车车轮；26、导向轮轴；27、导向齿轮；28、地球运动轨道体；29、连接块；30、随动杆；31、光源；32、灯座；33、灯体转轴；35进动平衡控制杆；36、月球转动减速电机固定座；37、月球公转减速电机；38、月球转动主动齿轮；39、地球公转减速电机；40、地球公转主动齿轮；41、地球公转从动齿轮；42、电源系统；43、地球自转主动齿轮；44、地球自转减速电机；45、地球自转从动齿轮；45、月球进动装置。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明：一种太阳、地球运动演示仪，包括一支架，在该支架上设置有用于表示太阳的光源31和绕该光源既公转又自转的地球仪1，支架包括连接块29以及设置在连接块29外部的圆形轨道体28，光源31设置在连接块29的中心，在轨道上设置有一在所述的轨道体28上移动的小车24，在该小车的小车车体24上设置有一导向孔，一导向轴23穿在所述的导向孔内，在导向轴23的上端还设置有一可以倾斜角度的弧形T型燕尾槽10，在弧形T型燕尾槽10内滑动的设置有一T型燕尾座7，地球仪1与T型燕尾座7固定相连，在导向轴的下端设置有一导向齿轮27，在所述的轨道体28上设置有平行分布的导向齿条，所述的导向齿轮27与导向齿条啮合。

一种太阳、地球、月亮运动演示仪，包括一支架，在该支架上设置有用于表示太阳的光源、绕该光源既公转又自转的地球仪，以及绕地球仪公转的月亮，其特征在于：所述的支架包括连接块29以及设置在连接块29外部的圆形轨道体28，所述的光源31设置在连接块29的中心，在所述的轨道体28上设置有一在所述的轨道体28上移动的小车，在该小车的小车车体24上设置有一导向孔，一导向轴23穿在所述的导向孔内，在所述的导向轴23的上端还设置有一可以倾斜角度的弧形T型燕尾槽10，在所述的弧形T型燕尾槽10内滑动的设置有一T型燕尾座7，所述的地球仪1与T型燕尾座7固定相连，在导向轴的下端设置有一导向齿轮20，在所述的轨道上设置有平行分布的导向齿条，所述的导向齿轮20与导向齿条啮合，所述的地球仪包括一地球仪固定轴3，在所述的地球仪固定轴3上通过一球面关节轴承连接一使月球产生进动运动的进动装置，在进动装置的上端设置有一转动轴套6，固定月球的月球进动从动齿轮11与所述的该转动轴套6转动连接，一套连杆曲轴机构带动转动轴套6摆动从而带动月球产生进动。

A、小车运动

4个小车车轮25、轮轴以及小车车体24组成了承载地球仪1运动的小车；电源系统42通过地球公转主动齿轮40带动地球公转从动齿轮41驱动小车车体24载着地球仪1围绕圆周运动。

通过变频器控制可实现运动小车的任意速度的无级调速。

B、地球仪2自转

地球仪1通过地球仪固定轴2固定在地球仪支座16上；带动地球仪1转动的地球自转从动齿轮45固定在地球仪固定轴2上；电源系统42的电流通过导电环接触传导到地球自转减速电机44旋转，通过地球自转主动齿轮43带动地球自转从动齿轮45，从而带动地球仪1自转。

通过变频器控制可实现运动小车的任意速度的无级调速。

C、地球自转倾斜角度的可调

地球仪支座16固定在一个弧形T型燕尾座19上。T型燕尾座19可在弧形的T型燕尾槽21中滑动以调节不同的地轴指向角度从而观察地球仪1在不同角度的光照位置和范围的变化。T型燕尾槽盖板20是防止T型燕尾座19从槽中脱出。

D、地轴的指向不变的实现

导向轴23上部与T型燕尾槽21以花键形式联接，可实现轴的上下调整，下部与导向轮轴26和导向齿轮27连接。当小车运动时，导向齿轮27永远保持与地球运动轨道体28上的齿条啮合。齿条沿小车运动轨道朝一个方向平行分布，因此，尽管小车运动时车头的方向不断变化，但与导向齿轮26联接的地球仪1的地轴的方向也始终相应地指向同一个方向。

E、光源31的实现和太阳直射点的体现

光源31固定在灯体转轴33上，灯体转轴33可以在灯座32中转动。灯座通过连接块29连接于地球运动轨道体28，使光源保持在地球运动轨道的中心。光源将柱状光照射至地球仪表面，同时，在光源的中心是一直径3-5mm的特殊颜色的聚光光源，正照射在地球仪上与地球公转轨道平面平行的最大直径处的圆周上，该圆周即是在某一天的太阳直射点。随动杆30连接小车车体24和灯体转轴33，小车车体24即地球仪1转动时带动光源转动从而使光源31的柱状分布的光线始终照射射在地球仪上，红色聚光光束始终通过地球仪的球心照射在地球仪的球面上该聚光光束在地球仪上的照射点即显示的是太阳在地球上的直射点。

F、月球的公转

月球仪3固定在带动月球仪转动的的从动齿轮5上，从动齿轮5活动套在月球转动从动齿轮套6上，可以实现相对从动齿轮套6的转动。带减速器的电机37通过月球转动主动齿轮38传动带动月球转动从动齿轮5及固定其上的月球仪1绕地球公转！

G、月球的进动

月球的运动分自转运动、公转运动和进动。由于月球的自转对我们研究日常的天文现象意义不大，因此，本发明未包含对该天文现象的演示。若不考虑月球的自转和公转运动，则月球的运动就是进动，即在与赤道面和黄道面分别成固定角度的一平面内，角度在+5°9′和-5°9′之间的摆动运动！带动月球仪转动的从动齿轮5套装在月球转动从动齿轮套6上，月球转动从动齿轮套6通过过盈连接在一球面关节轴承7上。按照六个自由度的约束理论，该装配限制了三个位移的自由度，还有三个旋转的自由度可以实现月球在自转的同时，其转动轨道平面与地球公转轨道平面的夹角实现任意方向的变化的可能。但、固定在月球转动从动齿轮套6上，在月球进动机构支座215滑槽中运动的进动平衡控制杆35和月球转动从动齿轮套6与月球进动机构支座215两零件实行面与面的无间隙接触分别限制了余下三个旋转自由度中的两个，这样，若不考虑月球仪的公转，带减速器的月球进动电机12就可以带动齿轮13和齿轮11转动，从而带动月球进动曲轴10转动，带动月球转动从动齿轮套6在与赤道面和黄道面成一固定角度的平面内摆动，从而实现活动固定在月球转动从动齿轮套上的月球仪的进动！

Claims (10)

1、一种太阳、地球运动演示仪，包括一支架，在该支架上设置有用于表示太阳的光源(31)和绕该光源既公转又自转的地球仪(1)，其特征在于：所述的支架包括连接块(29)以及设置在连接块(29)外部的圆形轨道体(28)，所述的光源(31)设置在连接块(29)的中心，在所述的轨道上设置有一在所述的轨道体(28)上移动的小车(24)，在该小车的小车车体(24)上设置有一导向孔，一导向轴(23)穿在所述的导向孔内，在所述的导向轴(23)的上端还设置有一可以倾斜角度的弧形T型燕尾槽(10)，在所述的弧形T型燕尾槽(10)内滑动的设置有一T型燕尾座(7)，所述的地球仪(1)与T型燕尾座(7)固定相连，在导向轴的下端设置有一导向齿轮(27)，在所述的轨道体(28)上设置有平行分布的导向齿条，所述的导向齿轮(27)与导向齿条啮合。

2、根据权利要求1所述的太阳、地球运动演示仪，其特征在于：所述的光源为柱状直射光源。

3、根据权利要求1所述的太阳、地球运动演示仪，其特征在于：在所述的光源与小车之间还设置有一用于控制平面光源连续照射地球仪的连杆机构。

4、根据权利要求2所述的太阳、地球运动演示仪，其特征在于：在所述的平面光源的中心还设置有一产生太阳直射点的聚光光源。

5、根据权利1要求的太阳、地球运行仿真模型，其特征是：在所述的地球仪和月球仪的表面涂有被光照部分产生明显的反光或高反光性能的荧光漆。

6、一种太阳、地球、月亮运动演示仪，包括一支架，在该支架上设置有用于表示太阳的光源、绕该光源既公转又自转的地球仪，以及绕地球仪公转的月亮，其特征在于：所述的支架包括连接块(29)以及设置在连接块(29)外部的圆形轨道体(28)，所述的光源(31)设置在连接块(29)的中心，在所述的轨道体(28)上设置有一在所述的轨道体(28)上移动的小车，在该小车的小车车体(24)上设置有一导向孔，一导向轴(23)穿在所述的导向孔内，在所述的导向轴(23)的上端还设置有一可以倾斜角度的弧形T型燕尾槽(10)，在所述的弧形T型燕尾槽(10)内滑动的设置有一T型燕尾座(7)，所述的地球仪(1)与T型燕尾座(7)固定相连，在导向轴的下端设置有一导向齿轮(20)，在所述的轨道上设置有平行分布的导向齿条，所述的导向齿轮(20)与导向齿条啮合，所述的地球仪包括一地球仪固定轴(3)，在所述的地球仪固定轴(3)上通过一球面关节轴承连接一使月球产生进动运动的进动装置，在进动装置的上端设置有一转动轴套(6)，固定月球的月球进动从动齿轮(11)与所述的该转动轴套(6)转动连接，一套连杆曲轴机构带动转动轴套(6)摆动从而带动月球产生进动。

7、根据权利要求6所述的太阳、地球、月亮运动演示仪，其特征在于：所述的进动装置包括：进动机构固定支座(14)、进动机构活动支座(15)以及一曲柄连杆机构(9、10)，在所述的固定支座上开设有一弧形槽，在所述的弧形槽内设置有一进动平衡控制杆(35)，该进动平衡控制杆将所述的进动机构活动支座与固定支座连接，所述的曲柄连杆机构的连杆的自由端与平衡控制杆(35)连接，转动所述的曲柄连杆机构的曲柄(10)，使活动支座产生进动运动。

8、根据权利要求6或7所述的太阳、地球、月亮运动演示仪，其特征在于：所述的光源为柱状直射光源。

9、根据权利要求6或7所述的太阳、地球、月亮运动演示仪，其特征在于：在所述的光源与小车之间还设置有一用于控制平面光源连续照射地球仪的连杆机构。

10、根据权利要求8所述的太阳、地球、月亮运动演示仪，其特征在于：在所述的平面光源的中心还设置有一聚光光源。

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