CN111081135B - 具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪，所述地轴定向机构包括减速器以及与导向轴连接的导向轴同步齿轮，所述减速器输入端的齿轮啮合有轨道输入同步齿轮，输出端的齿轮与导向轴同步齿轮啮合；所述圆形轨道内壁的内侧或外侧，或者外壁的内侧或外侧设有齿，整个轨道构成外齿轮或内齿圈，轨道输入同步齿轮与该外齿轮或内齿圈啮合，该演示仪能够实现地球仪在绕表示太阳的光源公转时保持地球仪地面相对静止不转动，并永远指向一个方向，即从直观上显示地球在绕太阳公转过程中始终保持地轴倾斜方向不变。

Description

具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪

技术领域

本发明涉及模拟太阳与地球之间运动以及太阳、地球、月亮运动的演示仪，具体地指一种具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪，用于演示地球在绕太阳公转过程中始终保持地轴倾斜不变的自然现象。

背景技术

目前现有的模拟太阳、地球以及月亮、地球、太阳相互运行规律的模型，是通过直观的演示地球绕太阳公转、地球自转以及月亮绕地球转动时三球的空间状态，但是，在地球绕太阳公转的过程中，地球的地轴是保持一定的倾斜角度不变的，现有的模型很难准确的模拟这一自然现象，或者很难长期保持这一状态。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪，该演示仪能够实现地球仪在绕表示太阳的光源公转时保持地球仪地面相对静止不转动，并永远指向一个方向，即从直观上显示地球在绕太阳公转过程中始终保持地轴倾斜方向不变。

实现本发明采用的技术方案是一种具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪，包括：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，所述的支架包括设置在中心的光源支座、连接块以及设置在连接块外部的圆形轨道，在所述的轨道上设置有一移动的小车，在该小车的车体上设置有导向孔，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，在弧形T型燕尾槽内滑动的设置有一T型燕尾座，地球仪通过地轴与T型燕尾座固定相连，所述地轴定向机构包括减速器以及与导向轴连接的导向轴同步齿轮，所述减速器输入端的齿轮啮合有轨道输入同步齿轮，所述轨道输入同步齿轮与圆形轨道啮合；所述减速器输出端的齿轮与导向轴同步齿轮啮合。

进一步地，本发明具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪还包括沙罗周期驱动机构和月球公转驱动机构，其中：

所述沙罗周期驱动机构包括沙罗周期上转动盘、沙罗周期底座、沙罗周期驱动齿轮和沙罗周期驱动电机，沙罗周期上转动盘安装在沙罗周期底座上，二者之间安装轴承滚珠；沙罗周期驱动齿轮固定在沙罗周期驱动电机的转轴上，并与沙罗周期上转动盘的外齿圈啮合，由沙罗周期驱动电机通过驱动齿轮带动沙罗周期上转动盘转动，沙罗周期上转动盘转动时又会带动整个月球公转驱动机构围绕导向轴转动；

所述月球公转驱动机构包括月球支架、圆形外齿圈、齿圈座、月球公转驱动齿轮、月球公转电机，圆形外齿圈通过轴承滚珠安装在齿圈座上，齿圈座穿过导向轴与沙罗周期驱动机构上的上转动盘固定联接，月球公转驱动齿轮固定在月球公转电机的转轴上，并与圆形外齿圈啮合，由月球公转电机通过月球公转驱动齿轮带动圆形外齿圈绕齿圈座转动。月球安装支架一端与圆形外齿圈连接，另一端用于安装月球仪；上述月球公转轨道平面即齿圈座的平面相对于地球轨道平面有一倾角。

在上述技术方案中，导向轴同步齿轮设于导向轴的下端。

在上述技术方案中，所述圆形轨道内壁的内侧或外侧，或者外壁的内侧或外侧设有齿，整个轨道构成外齿轮或内齿圈，轨道输入同步齿轮与该外齿轮或内齿圈啮合。

本发明能够实现地球仪在绕表示太阳的光源公转时保持地球仪地面相对静止不转动，其原理为：地球的自转轴与地球公转轨道平面的夹角为23.5度，当小车沿着轨道做圆周运动时，小车上的地球仪也随着小车一起运动，若地球仪不与小车公转轨道通过导向轴和输入同步齿轮连接，可以将地轴、导向轴和小车看成一个整体，地轴的指向就会随着小车在轨道的不同位置不断变化，地轴垂直于地球公转轨道平面相对于初始位置的角度和小车绕轨道中心运动的角度完全一样，但方向相反，由于导向轴和地球公转轨道垂直，因此，导向轴绕中心转动的角度和小车绕小车运转轨道的中心的转动角度相等，但方向相反，为使地轴的指向不变，即是要实现当小车在任何位置时，导向轴相对于小车车体反向转动的角度和小车围绕轨道中心转过的角度相等。为实现该目标，即将轨道输入齿轮与轨道上的齿啮合，小车的运动带动轨道输入同步齿轮转动，轨道输入齿轮转动通过减速器减速后带动导向轴同步齿轮转动，导向轴同步齿轮带动导向轴转动，导向轴带着地轴反向运动，通过设置合适的齿轮传动级别和传动比，可以完全实现小车沿轨道转动相对于轨道中心转动的角度和导向轴相对小车反向转动的角度正好相同，从而使得地球仪在绕太阳仪(光源)转动时地轴的指向始终不变，即从直观上显示地球在绕太阳公转过程中始终保持地轴倾斜不变。

本发明具有以下优点：

1、加工方便，传动可靠，精度高。

2、地球轨道结构简单，加工可靠，加工精度高；

附图说明

图1为本发明具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪的结构示意图。

图2为图1中地球仪的连接结构示意图。

图3为本发明中轨道的结构示意图。

图4是实施例2太阳、地球、月亮运动演示系统的月球轨道运动周期实现机构中地球仪与月球仪部分的剖视图。

图中各标号表示如下：1、地球轨道；2、轨道输入同步齿轮；3、导向轴方向控制减速器；4、小车车体；5、导向轴同步齿轮；6、导向轴；7、地球仪；9、外齿圈；10、轴承滚珠；11、齿圈座；12、月球公转驱动齿轮；13、月球公转电机；14、沙罗周期驱动齿轮；15、沙罗周期上转动盘；16、轴承滚珠；17、沙罗周期驱动电机；18、沙罗周期底座；19、月球支架；20、月球；21、下导电环、22、上导电环、23、导电簧片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图2所示，本发明太阳、地球运动演示仪的地轴定向机构，包括：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7，所述的支架包括设置在中心的光源支座、连接块以及设置在连接块外部的圆形地球轨道1，在地球轨道1上设置有一移动的小车车体4，在该小车车体4上设置有导向孔，导向轴6穿在该导向孔内，在导向轴6的上端还设置有一可以倾斜角度的弧形T型燕尾槽，在该弧形T型燕尾槽内滑动的设置有一T型燕尾座，地球仪7与T型燕尾座固定相连，该地轴定向机构还包括导向轴方向控制减速器3以及与导向轴6连接的导向轴同步齿轮5，导向轴方向控制减速器3的轨道输入同步齿轮2与地球轨道1上的齿啮合，输出端的齿轮与导向轴同步齿轮5啮合。

实施例2

本发明还提供一种太阳、地球、月亮运动演示仪的地轴定向机构，相比于实施例1，本实施例增加了月球仪，以模拟太阳、地球、月亮三者之间的运动。具体结构如下：

包括：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7，所述的支架包括设置在中心的光源支座、连接块以及设置在连接块外部的圆形的地球轨道1，在所述的轨道1上设置有一移动的小车车体4，在该小车车体4上设置有导向孔，导向轴6穿在所述的导向孔内，在所述的导向轴6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7与T型燕尾座固定相连，本实施例还包括月球20、月球公转驱动机构和沙罗周期驱动机构，其中，所述月球公转驱动机构包括月球支架19、圆形外齿圈9、齿圈座11、月球公转驱动齿轮12、月球公转电机13等。圆形外齿圈9通过轴承滚珠(大)10安装在齿圈座11上，齿圈座11穿过导向轴6与沙罗周期驱动机构上的沙罗周期上转动盘15固定联接，二者形成平面推力轴承。月球公转驱动齿轮12固定在月球公转电机13的转轴上，并与圆形外齿圈9啮合，由月球公转电机13通过月球公转驱动齿轮12带动圆形外齿圈9绕齿圈座11转动，该结构是轴承与齿轮的组合结构。月球安装支架19一端与圆形外齿圈9连接，另一端用于安装月球仪20；上述月球公转轨道平面即齿圈座11的平面相对于地球轨道平面有一倾角，所以，当圆形外齿圈9转动时带动月球公转运动的平面相对于地球的公转轨道平面有一固定夹角。

本实施例所用的沙罗周期驱动机构包括沙罗周期上转动盘15、沙罗周期底座18、沙罗周期驱动齿轮14和沙罗周期驱动电机17。沙罗周期上转动盘15安装在沙罗周期底座18上，二者之间安装轴承滚珠(小)16，形成轴向推力轴承；沙罗周期驱动齿轮14固定在沙罗周期驱动电机17的转轴上，并与沙罗周期上转动盘15的外齿啮合，由沙罗周期驱动17通过沙罗周期驱动齿轮14带动沙罗周期上转动盘15转动，该结构是轴承与齿轮的组合结构的又一应用。

沙罗周期上转动盘15转动时又会带动整个月球公转驱动机构围绕导向轴6转动。即月球在公转的同时，又由沙罗周期驱动机构带动绕导向轴6转动，导致其公转轨道以相对于地球公转轨道平面以一定的角度不断移动。

作为本发明的一种优选实施方式，圆形外齿圈内包括吸铁石，月球支架19的一端与吸铁石吸附在一起，另一端用于安装月球仪20。金属铁块便于吸住固定月球支架19，在不演示与月球有关的天文现象时，可以快速的将月球仪20取下或安装。

作为本发明的一种优选实施方式，太阳、地球、月亮运动演示系统的沙罗周期驱动机构，在沙罗周期底座18上安装平面导电环下导电环21，下导电环21为电路板腐蚀的多路圆环，在沙罗周期上转动盘15内侧安装平面导电环上导电环22，上导电环22为电路板腐蚀的多路导电圆环，在多路导电环上焊接导电簧片23，导电簧片23与下导电环在转动的同时无间隙接触，将电流和信号输入到与小车有相对运动的月球公转电机和位置传感器。为保证接触可靠，每一路导电都在该环路上均匀焊接三个以上的导电簧片23。

对于上述两个实施例，与同步齿轮啮合的齿位于圆形轨道内壁的内侧或外侧，或者外壁的内侧或外侧，整个轨道构成外齿轮或内齿圈，轨道输入同步齿轮与该外齿轮或内齿圈啮合。

本发明实现地球仪在绕表示太阳的光源公转时保持地球仪地面相对静止不转动的原理为：地球的自转轴8与地球公转轨道1平面的夹角为23.5度，当小车车体4沿着轨道做圆周运动时，小车车体4上的地球仪7也随着小车车体4一起运动，若地球仪7不与小车地球轨道1通过导向轴6和轨道输入同步齿轮2连接，可以将地轴、导向轴6和小车车体4看成一个整体，地轴的指向就会随着小车车体4在地球轨道1的不同位置不断变化，地轴垂直于地球公转轨道1平面相对于初始位置的角度和小车车体4绕轨道中心运动的角度完全一样，但方向相反，由于导向轴6和地球公转轨道1垂直，因此，导向轴6绕中心转动的角度和小车车体4绕地球轨道1的中心的转动角度相等，但方向相反！为使地轴的指向不变，即是要实现当小车车体4在任何位置时，导向轴6相对于小车车体4反向转动的角度和小车围绕地球轨道1中心转过的角度相等。为实现该目标，即将轨道输入同步齿轮2与地球轨道1上的齿啮合，小车车体4的运动带动轨道输入同步齿轮2转动，轨道输入同步齿轮2转动通过导向轴方向控制减速器3减速后带动导向轴同步齿轮5转动，导向轴同步齿轮5带动导向轴6转动，导向轴6带着地轴8反向运动，通过设置合适的齿轮传动级别和传动比，可以完全实现小车车体4沿地球轨道1转动相对于地球轨道1中心转动的角度和导向轴6相对小车车体4反向转动的角度正好相同，从而使得地球仪7在绕光源转动时地轴8的指向始终不变，即从直观上显示地球在绕太阳公转过程中始终保持地轴倾斜不变。

本发明中所涉及小车的结构及其运动方式、地球仪自转结构及其运动方式、地球自转倾斜角度可调的结构及方式、光源的实现和太阳直射点的体现、以及月球的公转和运动，与公开号为101567149A的中国专利《一种太阳、地球运动演示仪及太阳、地球、月亮运动演示仪》所使用的技术手段相同，此处不再赘述。

Claims (3)

1.一种具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪，包括：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，所述的支架包括设置在中心的光源支座、连接块以及设置在连接块外部的圆形轨道，在所述的轨道上设置有一移动的小车，在该小车的车体上设置有导向孔，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，在弧形T型燕尾槽内滑动的设置有一T型燕尾座，地球仪通过地轴与T型燕尾座固定相连，其特征在于：所述地轴定向机构包括减速器以及与导向轴连接的导向轴同步齿轮，所述减速器输入端的齿轮啮合有轨道输入同步齿轮，所述轨道输入同步齿轮与圆形轨道啮合；所述减速器输出端的齿轮与导向轴同步齿轮啮合；

所述演示仪还包括沙罗周期驱动机构和月球公转驱动机构，其中：

所述沙罗周期驱动机构包括沙罗周期上转动盘、沙罗周期底座、沙罗周期驱动齿轮和沙罗周期驱动电机，沙罗周期上转动盘安装在沙罗周期底座上，二者之间安装轴承滚珠；沙罗周期驱动齿轮固定在沙罗周期驱动电机的转轴上，并与沙罗周期上转动盘的外齿圈啮合，由沙罗周期驱动电机通过沙罗周期驱动齿轮带动沙罗周期上转动盘转动，沙罗周期上转动盘转动时又会带动整个月球公转驱动机构围绕导向轴转动；

所述月球公转驱动机构包括月球支架、圆形外齿圈、齿圈座、月球公转驱动齿轮、月球公转电机，圆形外齿圈通过轴承滚珠安装在齿圈座上，齿圈座穿过导向轴与沙罗周期驱动机构上的上转动盘固定联接，月球公转驱动齿轮固定在月球公转电机的转轴上，并与圆形外齿圈啮合，由月球公转电机通过月球公转驱动齿轮带动圆形外齿圈绕齿圈座转动；月球安装支架一端与圆形外齿圈连接，另一端用于安装月球仪；月球公转轨道平面即齿圈座的平面相对于地球轨道平面有一倾角。

2.根据权利要求1所述具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪，其特征在于：导向轴同步齿轮设于导向轴的下端。

3.根据权利要求1-2任一所述具有地轴定向机构的太阳、地球运动演示仪，其特征在于：所述圆形轨道内壁的内侧或外侧，或者外壁的内侧或外侧设有齿，整个轨道构成外齿轮或内齿圈，轨道输入同步齿轮与该外齿轮或内齿圈啮合。

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