CN104157207B - 太阳系八大行星演示仪 - Google Patents

Abstract

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。

Description

太阳系八大行星演示仪

技术领域

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

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

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；

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；

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；

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Ⅶ转动，传动轴Ⅶ上端固连天王星齿轮；传动轴Ⅶ上的同步带轮Ⅴ带动同步带轮Ⅵ及传动轴Ⅷ转动，传动轴Ⅷ上端固连海王星齿轮；

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Ⅶ支撑杆；

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Ⅶ，齿圈Ⅶ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；

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。

有益效果是：

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。

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。

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。

附图说明

图1为本发明的整体结构三维图；

图2为本发明的主轴总成示意图；

图3为本发明的动力分配总成三维图；

图4为本发明的导轨总成三维图；

图5为本发明的齿轮齿圈总成三维图；

图6为本发明的胶轮摩擦自转细节图；

图7为本发明的机体组三维图；

图8为本发明的导轨滑块配合三维图；

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Ⅶ，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Ⅶ支撑杆，318-海王星滑块，401-传动轴Ⅷ，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Ⅶ，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

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；

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Ⅳ109；由锥齿轮Ⅳ109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Ⅰ107；与主轴106同轴通过深沟球轴承连接的行星架105；一端固连于主轴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；

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Ⅰ107通过同步带轮Ⅱ415带动的传动轴Ⅰ419，传动轴Ⅰ419上端固连地球齿轮211；由传动轴Ⅰ419通过同步带轮Ⅲ416、同步带轮Ⅳ417带动的传动轴Ⅱ418，传动轴Ⅱ418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Ⅰ410；锥齿轮Ⅰ410再带动锥齿轮Ⅱ409、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Ⅳ420、链轮Ⅰ421转动；链轮Ⅰ421再带动链轮Ⅱ404、传动轴Ⅴ414转动，传动轴Ⅴ414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Ⅱ409还带动皮带轮Ⅰ408转动，从而带动皮带轮Ⅱ402及传动轴Ⅶ406转动，传动轴Ⅶ406上端固连天王星齿轮216；传动轴Ⅶ406上的同步带轮Ⅴ405带动同步带轮Ⅵ403及传动轴Ⅷ401转动，传动轴Ⅷ401上端固连海王星齿轮217；

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Ⅶ支撑杆317；

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Ⅰ220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Ⅱ208，齿圈Ⅱ208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Ⅲ207，齿圈Ⅲ207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Ⅳ206，齿圈Ⅳ206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Ⅴ205，齿圈Ⅴ205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Ⅵ203，齿圈Ⅵ203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Ⅶ202，齿圈Ⅶ202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；

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。

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。

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。

Claims (3)

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(2)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)；一端固连于所述主轴(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Ⅶ(406)转动，所述传动轴Ⅶ(406)上端固连天王星齿轮(216)；所述传动轴Ⅶ(406)上的同步带轮Ⅴ(405)带动同步带轮Ⅵ(403)及传动轴Ⅷ(401)转动，所述传动轴Ⅷ(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Ⅶ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Ⅶ(202)，所述齿圈Ⅶ(202)由所述海王星齿轮(217)所带动；所述齿轮齿圈总成(2)中的齿圈Ⅱ-齿圈Ⅶ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。