CN102097030A - 日心天球·三球仪 - Google Patents

Abstract

日心天球·三球仪是一个由经纬线组成的网状天球，将二十七个主要星座按其座标布在天球上，同时设有赤道圈，在赤道圈上标有时刻刻度，设有黄道圈，在黄道圈上标有节气日刻度，设有地平圈、设有可在支座上移动的子午圈支架。在网状天球内部由天球南极轴孔伸入之字形支撑管，其上端设有太阳，天球可绕轴转动。支撑管上设有方框支架，在支架上设有地球、月球，动力部分和传动部分，从而形成地球自转，同时绕太阳公转和极轴定向，形成月球绕地球公转。让人从仪器上直接看到地球自转和公转及月球的公转状态，看到某个节气日太阳所处的位置，看到地球上四季变化的成因，看到不同日期、不同时刻、不同纬度地区某星座所在天球上的位置，也即是所在天空的真实位置；看到不同纬度地区全年昼夜长短的变化和极昼极夜现象的成因。

Description

日心天球·三球仪

所属技术领域：

本发明属于教育教学领域。

背景技术：

目前大学里使用的天球仪，如同地球仪一样，为不透明球体，从这样的天球仪上无法看到天球仪内地球和月球在星际间的运动状态，目前中小学使用的三球仪，又无法将太阳、地球、月球三者同星空结合起来，本发明通过将天球仪改造后，把三球仪同天球仪有机地结合起来，给人们带来一种新的视觉效果。

发明内容：

本发明是把三球仪和改造后的天球仪有机地结合，为学生提供一种能直观地球、月球在星际间的运动变化，从而产生出单个的地球仪或单个天球仪难以实现的多种直观效果。

技术方案：

用钢丝做成两个由二十四条经线和六条纬线组合的半个网状天球，将一对网状天球扣合，再将三十七个主要星座按照其座标位置布在天球上，再制作一个半环状的子午圈支架，再制作园盘形支座，支座上固定一子午圈导轨，子午圈支架可穿入导轨内并可上下滑动。再做成之字形支撑管，在支撑管上设一方框支架，方框通过轴承与之字形支撑管连接，在方框内的之字形支撑管上固定极轴定向主动轮和传动齿轮，在方框内的一端固定与传动齿轮相配套的主动齿轮和蜗轮小电机，在之字形支撑管上固定一导电环，小电机的导线通过导电环的滑动接触，从支撑管内引出。太阳为一球体灯管，固定在之字形支撑管端处，导线从支撑管内引出。然后在支撑管  伸出方框支架的管上，固定双槽主动轮，选一塑质球体做地球，并打一过球心的孔，把球体从下半部切开，切面与孔垂直。在一对切面上，各固定一对永久磁铁，且使上下面的磁铁异极相对。在方框支架另一端打孔，将地轴穿入孔内，在方框支架下边的地轴上，固定一与极轴定向主动轮大小相等的极轴定向被动轮，两者用平形传动线连接。在方框支架上边的地轴上，分别套上去月球公转传动管和地球自转传动管，然后在一对传动管的下端分别固定上地球自转传动轮和月球公传动轮，在一对传动管的上端分别固定上凹形地球自转传动小齿轮和凹形月球公转传动小齿轮。在小半个球体的球面上分别固定一对分别与一对凹形小齿轮配套的伞形地球自转小齿轮和伞形月球公转小齿轮。在两对小齿轮咬合处把地轴折成113°半的角。再选一塑管，通过地轴穿入小半个球体的孔内，在塑管的下端与月球公转伞形小齿轮固定，在塑管的上端固定一与塑管垂直的塑杆做月球支杆，在月球支杆上端固定月球。在地轴上套上一个圈垫，然后把大半个球体套入地轴上，圈垫使两切面留有一定间隙，地球自转传动轮、月球公转传动轮和双槽主动轮间均用交叉传动线连接。再打开两半个网状天球，把之字形支撑管通过南极轴孔固定在子午圈支架的端处，使太阳正处在天球的中心。然后通过赤道将两半个网状天球扣合并固定，北极轴通过北极轴孔固定在子午圈支架的上端。然后在赤道外层设一槽形赤道圈与赤道相吻合，并固定在子午圈支架的中点处，使天球可在赤道圈内传动，在赤道圈上设时刻刻度。再制作黄道圈，固定在天球上的适当位置，在黄道圈上设节气日刻度，在赤道圈上6点和18点刻度处的赤道圈上，各固定一地平圈转轴。然后在子午圈适当位置设一长方形彀，做地平圈导轨，做一适当直径的地平圈，在地平圈一对对称点上各打一孔，让地平圈上的孔穿入地平圈转轴并固定在地平圈导轨上，导轨可上下滑动。

本发明的有益效果：把三球仪与改造后的天球仪结合，实现了单独由地球仪或天球仪难以实现的有益效果，使学生能更形象更直观地了解天体运动变化的规律。

附图说明：

图1、总装示意圈(北纬38°，夏至日零点状态)；

图2、地球、月球部分放大示意圈；

图3、A-A剖视示意图；

图中：1、天球北极轴；2、经线；3、纬线；4、赤道圈；5、黄道圈；6、地平圈；7、地平圈导轨；8、底座；9、子午圈导轨；10、子午圈支架；11、节气日刻度；12、时刻刻度；13、赤道；14、方框；15、轴承；16、传动齿轮；17、主动齿轮；18、双槽主动轮；19、月球公转传动轮；20、地球自转传动轮；21、地球；22、地轴；23、极轴定向传动轮；24、极轴定向主动轮；25、地球自转传动管；26、地球自转传动小齿轮；27、永久磁铁；28、月球公转传动管；29、月球公转传动小齿轮；30、月球；31、蜗轮小电机；32、蜗杆；33、之字形支撑管；34、轴套；35、交叉传动线；36、平形传动线；37、电源；38、干电池；39、主动齿轮轴；40、导电环；41、太阳；42、月球公转传动杆；43、银河；44、固定片；45、天球；46、圈垫；47、地平圈转轴；48、经线固定块；49、地轴固定片；50、月球公转传动管；51、开关；52、开关；53、星座。

具体实施方案：

如图(1)所示，选一定长度的钢丝，做成二十四条经线(2)，五条纬线(3)和一条赤道(13)，经线固定块(48)中心打孔，将二十四条经线(2)一端均匀焊在经线固定块(48)边沿，另一端均匀焊在赤道(13)上，然后将五条不同长度的纬线(3)分别均匀焊在每条经线(2)上，并与经线(2)垂直交叉。形成半个网状天球(45)，同样方法做成另一半天球(45)，将两半球扣合起来，将二十五个主要星座和十二个黄道圈上的星座(53)，按其座标位置固定在网状天球(45)上，再制作半环形的子午圈支架(10)，再制作园盘状的底座(8)，在底座(8)上固定一个长方形的子午圈导轨(9)，子午圈支架(10)可穿入导轨内，并可上下滑动和固定。子午圈支架上端焊一段适当长度的天球北极轴(1)，制作一之字形支撑管(33)，制作一方框(14)在支撑管(33)上通过轴承(15)与方框(14)固定，在方框(14)内的支撑管(33)上，固定一极轴定向主动轮(24)和一传动齿轮(16)，在方框(14)内一端固定一组与传动齿轮(16)相配套的主动齿轮(17)和蜗轮小电机(31)，在支撑管(33)的伸出方框(14)部分，固定一双槽主动轮(18)。在支撑管(33)上端固定一球形灯管做太阳(41)，其导线由支撑管(33)内引出，在方框(14)下边的支撑管上设一对导电环(40)，小电机(31)上的导线通过与导电环(40)滑动接触，再由支撑管(33)内引出，在方框(14)的另一端打孔，让地轴(22)穿过孔内。如图2所示，在方框(14)下边的地轴(22)上，固定一直径等于极轴定主动轮(24)的极轴定向传动轮(23)，两者通过平形传动线(36)连接。在方框(14)上边的地轴(22)上，固定一地轴固定片(44)并分别套上月球公转传动管(28)和地球自转传动管(25)，其下端分别固定月球公传动轮(19)，和地球自转传动轮(20)，让两传动轮(19)、(20)与双槽主动轮(18)分别通过交叉传动线(35)连接，在一对传动管(25)、(28)上端分别固定一凹形地球自转传动小齿轮(26)和凹形月球公转传动小齿轮(29)，选一塑质球做地球(21)，在球体上打一通过球心的孔，从球体上切下一少半，切面与孔垂直，在上下两个切面上的适当位置各固定一对永久磁铁(27)，并使上面与下面的永久磁铁异极相对。在少半部分球体的球面上的孔处，固定一对伞形小齿轮，并分别与凹形月球公转小齿轮(29)和凹形地球自转小齿轮(26)相配套，将少半部分的球体套在地轴(22)上，然后自两对小齿轮之间把地轴折出113°半的角，且使两对小齿轮(26)、(29)分别咬合，在小半部球体的孔内穿入月球公转传动管(50)，其下端与伞形月球公转小齿轮固定，其上端固定一塑质月球公转传动杆(42)选一适当直径的小球，做月球(30)，固定在月球公转传动杆(42)上端，然后在地轴(22)的球体切面处固定一圈垫(46)。在地轴(22)上套上球体的大半部分，圈垫(46)使上下两半个球体间形成一定的间隙，让月球传动杆(42)在间隙内可自由转动。然后在地轴(22)上端固定一地轴固定片(49)。打开网状天球南北两半球，在南半球极轴孔处固定一轴套(34)，把之字形支管(33)下端穿过轴套(34)固定在子午圈支架(10)下端，且使太阳(41)处在网状天球的中心位置，然后把网状天球北半天球与南半天球扣合并固定。再将子午圈支架(10)上端的北极轴(1)插入北极轴孔内。

制作一对与赤道(13)配套的槽形赤道圈(4)固定在子午圈支架(10)中点处，网状天球转动时，赤道可在赤道圈(4)的槽内滑动。然后在赤道圈上设时刻刻度(12)制作黄道圈(5)固定在网状天球上，并与赤道(13)成23°半夹角，在黄道圈(5)上设节气日刻度(11)，然后在赤道圈(5)的6点和18点刻度处的赤道圈(5)上，固定一对地平圈转轴(47)，制作地平圈(6)，在地平圈左右对称点上打孔，再做一长方形地平圈导轨(7)，套在子午圈支架(10)适当位置，把地平圈(6)上的左右两孔套在地平圈转轴(47)上，并与地平圈导轨(7)固定，地平圈(6)通过地平圈导轨(7)可在子午圈支架(10)上滑动。最后，让蜗轮小电机(31)的导线与干电池(38)接通，让太阳(41)的导线与电源(37)接通。

打开开关(51)和开关(52)，太阳发出亮光，蜗轮小电机(31)启动，主动齿轮(17)带动方框(14)上的地球(21)绕太阳逆时针方向公转。由于固定在主动齿轮轴(39)上端的双槽主动轮(18)是静止的，它与地球自转传动轮(20)和月球公转传动轮(19)是通过交叉传动线连接，又通过一对小齿轮(29)和(26)的传动，使月球(30)逆时针公转，使地球下半部逆时针自转，下半部在切面上两对永久磁铁的引力下也带动地球(21)上半部逆时针自转，地球极轴定向传动轮(23)和极轴定向主动轮(24)是平形传动线连接，方框(14)逆时针转动多少角度，极轴定向主动轮(24)的摩擦力就会把极轴定向传动轮(23)拉回多少角度。所以地轴(23)所指的方向不会改变。从而形成地球上的四季变化和昼夜变化及月球沿赤道方向公转的状态。如果将天北极轴(1)对准正北方向，再转动天球让黄道(5)上的日期刻度(即观星时的日期)对准赤道圈(4)上的时刻刻度(即观星时的时刻)，再将天北极高度调至观星人所在的纬度数。天球上呈出现出来的各星座的方位与高度会与当时天空出现各对应星座的方位与高度完全一致。如图(1)，就是处在北伟38°地区的人，在6月22日24时所看到的子圈以东的星空，6月22日的白天中午，太阳正直射地球的北纬23°半地区。太阳高度为75°半，还可以看到太阳正处在金牛座与双子座之间，网状天球上的天象基点是东径120°，如果观星人所在经度每大于120°一度，可在时刻计算上减少4分钟，反之增加4分钟。如果姑且把网状天球看作地球，天球上的24条经线正好形成24个时区，移动地平圈导轨(7)至北纬66°半，此时天顶正好在23°半的纬线与午圈的交点上。把北极轴所在地平圈(6)的方面看作白天的活，地平圈(6)就可看作是当时同一时刻的晨昏线，于是从网状天球上就可观夏至日各个纬度地区不同的日照时数也可清楚地看到极昼极夜现象的成因。

Claims (2)

1.日心天球·三球仪是将天球仪改造成由二十四条经线和十一条纬线组合成的天球结构，由二分之一子午圈作天球极轴的支架，子午圈通过导轨固定在支座上，在天球内部设有之字形支撑管支撑的方框支架。太阳固定在之字形支撑管上端，把地球和月球及其传动管、传动轮、交叉传动线、平行传动线、传动齿轮和动力部分，设在方框支架上。形成地球的自西向东的自转和绕太阳公转以及地球的极轴定向；形成月球绕地球自西向东公转，让人们直观地球、月球在星际间的运动状态，直观地球上四季变化的成因，直观太阳和星空的视运动变化。

2.根据权利要求1所述的日心天球·三球仪，其特征是，在天球上设有黄道圈，黄道圈上设有节气日刻度，二分之一子午圈支架固定在支座上的子午圈导轨内，子午圈可在导轨内滑动，从而可改变天极轴的倾斜度。在子午圈上固定有赤道圈，让天球转动时，天赤道可在赤道圈内滑动，在赤道圈上设有时刻刻度，让不同纬度地区的人，在不同日期、不同时刻看到某星座在天球上的位置(此时星座的方位与高度与当时天空真实出现的对应星座的方位与高度完全一致)。在赤道圈上6点和18点刻度处上设有地平圈转轴，在子午圈上设有地平圈导轨，在地平圈两对称点上打孔，让两孔套进地平圈转轴上，同时与地平圈导轨固定，通过导轨在子午圈上滑动，可使地平圈保持水平状态。如果把天球部分姑且看作只有经纬线的地球，因同一时刻的晨昏线又可看作此时刻的地平圈，因地球不断地自转和公转，晨昏线也在不断地移动和改变角度，从而在天球上可以直观某个纬度地区、某一节气日的日照时数，让人们了解昼夜长短变化的成因和极昼极夜现象的成因。

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