CN111354258A - 一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，包括：底座；弓形支架，固定设置在底座的上端面；月球仪外壳，内部具有球形空腔，月球仪外壳与弓形支架固定连接；遮光板，内置于月球仪外壳的球形空腔中，遮光板的平面上固接有同轴器；Z形传动轴，一端与外轴传动连接，另一端通过减速变速箱与第一驱动电机传动连接，第一驱动电机置于底座内；第二驱动电机，置于月球仪外壳的球形空腔中，与内轴传动连接；模拟光源，固定设置于遮光板的平面上，与置于底座内的电源电性连接。可以实现在实物三维球面上，更加精确的计算出月相的显示范围，更加直观和逼真地在三维月球仪上显示出月相效果，更好地服务于月球科学的应用与研究。

Description

一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪

技术领域

本发明涉及月球与行星空间信息领域，具体涉及一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪。

背景技术

月相是指天文学中对于地球上看到的月球被太阳照明部分的称呼。月球绕地球运动，使太阳、地球、月球三者的相对位置在一个月中有规律地变动。因为月球本身不发光，且不透明，月球可见发亮部分是反射太阳光的部分。只有月球直接被太阳照射的部分才能反射太阳光。人们从不同的角度上看到月球被太阳直接照射的部分，这就是月相的来源。月相不是由于地球遮住太阳所造成的(这是月食)，而是由于人们只能看到月球上被太阳照到发光的那一部分所造成的，其阴影部分是月球自己的阴暗面。通过对月相的模拟，人们能够知道月球上月昼和月夜的分布情况，了解某个时间上月面的光照强度和范围，为在月球轨道、或者月面上的科学仪器是否开展工作提供数据决策支持，在月球科学研究、工程探测中应用十分广泛。因此，制作高精度的月相显示仪器具有重要的科学和工程价值。

已有的具有月相显示功能的一些仪器，如月相手表等，主要在屏幕或者其他二维平面显示设备上，通过计算出面向地球一面的月相显示范围，而后通过调控光线的明暗设置，较为粗略的在一个圆形平面上，大致显示出近似月相的范围。而真实情况下，月相的范围应该是在三维球面上的，由被太阳光照射的月球亮面半球面和不能照射的月球暗面半球面组成；而且，由于月球除了随地球一起绕太阳公转，其自身也有自转，加之月球自转轴本身也在规律性的变化(天秤动)，这样导致月相的变化是一个两轴转动的、更加复杂的三维面上运动的过程。这样，单纯通过二维平面上光线变化无法精确的进行表达。因此，现阶段迫切需要研究一种新的、更精确的在三维球面上展示月相的算法和装置。在月相的展示上，需要设计一个具有月球三维表面展示能力的装置(月球仪)；基于某个特定的时间，在三维球表面范围，利用星历数据，更加精确的计算出太阳光在月球表面的照射范围的经纬度、此时月轴倾角角度等参数；并通过一定的遮光控制算法，通过光线的明暗控制，被太阳光照射的半月球面光线亮，无太阳光照射的半月球面为暗面，这样，在三维表面模拟展示出月相的范围，实现更高精度的、更直观的月相显示效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪来解决模拟月相范围少、精度差、模拟不真实的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，包括：

底座；

弓形支架，呈弓形状，固定设置在所述底座的上端面；

月球仪外壳，呈透明球体结构，内部具有球形空腔，所述月球仪外壳与所述弓形支架固定连接；

遮光板，呈半球形结构，具有一球面及一平面，内置于所述月球仪外壳的球形空腔中，所述遮光板的平面上固接有同轴器；

同轴器，具有一外轴及一内轴，所述外轴与所述遮光板固定连接，所述内轴与所述外轴同步联接；

Z形传动轴，一端与所述外轴传动连接，另一端通过减速变速箱与第一驱动电机传动连接，所述第一驱动电机置于所述底座内；

第二驱动电机，置于所述月球仪外壳的球形空腔中，与所述内轴传动连接；

模拟光源，固定设置于所述遮光板的平面上，与置于所述底座内的电源电性连接。

作为本发明的一种改进，所述弓形支架包括一底杆及一侧架；

底杆，呈空心直杆结构，一端与所述底座的上端面固定连接，另一端与所述月球仪外壳的下端固定连接，所述底杆的内部空心用于允许所述Z形传动轴通过；

侧架，呈弓形状，下端与所述底杆的侧壁固接，上端与所述月球仪外壳的上端固接。

作为本发明的一种改进，所述遮光板上还设有固定杆，所述固定杆为透明状且位于所述月球仪外壳的中心平面上，所述固定杆与所述同轴器的外轴呈十字形固定连接，所述固定杆的一端与所述月球仪外壳的内壁滑动抵接，另一端贯穿所述遮光板并延伸滑动抵接至所述月球仪外壳的内壁上。

作为本发明的一种改进，所述遮光板上与所述固定杆接触的部位设有遮光毛刷。

作为本发明的一种改进，所述Z形传动轴的一端设有第一导电滑环，所述第一导电滑环与所述同轴器转动连接，所述Z形传动轴的另一端设有第二导电滑环，所述第二导电滑环的另一端与所述减速变速箱转动连接，所述第二导电滑环与所述电源电性连接。

作为本发明的一种改进，所述底座内部还设有主板，所述主与所述第一驱动电机、第二驱动电机、电源电性连接。

作为本发明的一种改进，所述第二驱动电机上还设有限速抱闸装置，所述限速抱闸装置设置于所述第二驱动电机的输出轴及第一导电滑环之间，所述限速抱闸装置包括：

抱闸固定外壳体，呈空腔结构，其外壁通过连接柱固定设置于所述第一导电滑环的一侧；

所述抱闸固定外壳体的内部被隔板分割成两个腔室，靠近所述第二驱动电机一侧的腔室为传动腔，靠近所述第一导电滑环一侧的腔室为抱闸腔；

所述隔板为全封闭式结构，且所述隔板与所述抱闸固定外壳体的外壁始终保持平行状态；

所述传动腔内转动设置有大齿轮，所述大齿轮套设于所述第二驱动电机的输出轴上，所述大齿轮的两侧还对称设置有两个小齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮啮合传动；

所述抱闸腔内设置有止转盘，所述止转盘套设于所述第二驱动电机的输出轴上，所述止转盘的两侧还对称设置有两个离心盘，两个所述离心盘均与所述小齿轮同步转动；

离心盘，呈盘状结构，一端面与所述小齿轮固接，另一端面开设有十字形滑槽，所述滑槽内滑动插接有滑块，所述滑块通过回位弹簧连接于所述离心盘的中央部位，所述滑块的顶端一体成型有压块；

抱闸环，呈半弧形状，共有两个且相对所述止转盘而设，所述抱闸环的外侧固接有触板，所述触板一侧与所述压块接触配合，另一侧设置有分离弹簧，所述分离弹簧对触板施加远离止转盘的弹性力。

作为本发明的一种改进，所述底座的外壁上还设有控制屏幕，所述控制屏幕与所述主板电性连接。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视图；

图3为图2在A处的放大示意图；

图4为图2在B处的放大示意图；

图5为本发明中限速抱闸装置的抱闸腔内部结构图；

图6为本发明中限速抱闸装置的传动腔内部结构图；

图7为本发明中限速抱闸装置的截面图；

图8为本发明的离心盘正视图。

图中各构件为：

1-底座，

2-弓形支架，2.1-底杆，2.2-侧架，

3-月球仪外壳，3.1-球形空腔，

4-遮光板，4.1-球面，4.2-平面，4.3-遮光毛刷，

5-同轴器，5.1-外轴，5.2-内轴，

6-Z形传动轴，

7-减速变速箱，

8-第一驱动电机，

9-第二驱动电机，

10-光源，

11-电源，

12-固定杆，

13-第一导电滑环，

14-第二导电滑环，

15-主板，

16-控制屏幕，

17-限速抱闸装置，17.1-抱闸固定外壳体，17.2-连接柱，17.3-传动腔，17.4-抱闸腔，17.5-隔板，17.6-大齿轮，17.7-小齿轮，17.8-止转盘，17.9-离心盘，17.10-滑槽，17.11-回位弹簧，17.12-滑块，17.13-压块，17.14-抱闸环，17.15-触板，17.16-分离弹簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，包括：

底座1；

弓形支架2，呈弓形状，固定设置在所述底座1的上端面；

月球仪外壳3，呈透明球体结构，内部具有球形空腔3.1，所述月球仪外壳3与所述弓形支架2固定连接；

遮光板4，呈半球形结构，具有一球面4.1及一平面4.2，内置于所述月球仪外壳3的球形空腔3.1中，所述遮光板4的平面4.2上固接有同轴器5；

同轴器5，具有一外轴5.1及一内轴5.2，所述外轴5.1与所述遮光板4固定连接，所述内轴5.2与所述外轴5.1同步联接；

Z形传动轴6，一端与所述外轴5.1传动连接，另一端通过减速变速箱7与第一驱动电机8传动连接，所述第一驱动电机8置于所述底座1内；

第二驱动电机9，置于所述月球仪外壳3的球形空腔3.1中，与所述内轴5.2传动连接；

模拟光源10，固定设置于所述遮光板4的平面4.2上，与置于所述底座1内的电源11电性连接。

上述技术方案的工作原理：常见的月球仪仅仅是采用轴向转动的遮光板及光源以便简单的呈现月相变化效果，不能精确展示月球在天平动时所呈现的月相变化，而上述技术方案则具有展示月球天平动时月相变化的机械结构。底座1、弓形支架2、月球仪外壳3作为固定部件，三者依次固定连接，固接方式可以为粘接、一体成型、螺纹固接等方式，其中透明的月球仪外壳3即用于观察月相变化过程。设置在月球仪外壳3内部的遮光板4、模拟光源10则用于模拟太阳光线照射月球时所形成的正面和背面，即月球仪外壳3表面上被遮光板4遮挡的部分为背面，其余部分为正面。固接在遮光板4上的同轴器5通过与Z形传动轴6传动连接使遮光板4悬空置于月球仪外壳3的球形空腔3.1中，并且Z形传动轴6在第一驱动电机8的带动下使遮光板4绕Z形传动轴6的轴线作圆形转动，模拟月球天平动现象。第二驱动电机9通过齿轮和内轴5.2传动连接，由于内轴5.2与外轴5.1同步转动，因此在第二驱动电机9的带动下，遮光板4绕同轴器5的轴线转动，从而模拟月相变化。

上述技术方案的有益效果：可以实现在实物三维球面上，更加精确的计算出月相的显示范围，更加直观和逼真地在三维月球仪上显示出月相效果，更好地服务于月球科学的应用与研究。

在本发明的一个实施例中，所述弓形支架2包括一底杆2.1及一侧架2.2；

底杆2.1，呈空心直杆结构，一端与所述底座1的上端面固定连接，另一端与所述月球仪外壳3的下端固定连接，所述底杆2.1的内部空心用于允许所述Z形传动轴6通过；

侧架2.2，呈弓形状，下端与所述底杆2.1的侧壁固接，上端与所述月球仪外壳3的上端固接。

上述技术方案的工作原理及有益效果：为了使遮光板4在月球仪外壳3的球形空腔3.1中运动不受阻碍，也为了节省空间及外部美观度，将第一驱动电机8设置在底座1的内部，为了能使第一驱动电机8通过Z形传动轴驱动遮光板4转动，将弓形支架2的底杆2.1设为空心，便于Z形传动轴通过，以便底座1内的第一驱动电机8和月球仪外壳3内的遮光板4能够传动连接。

在本发明的一个实施例中，所述遮光板4上还设有固定杆12，所述固定杆12为透明状且位于所述月球仪外壳3的中心平面上，所述固定杆12与所述同轴器5的外轴5.1呈十字形固定连接，所述固定杆12的一端与所述月球仪外壳3的内壁滑动抵接，另一端贯穿所述遮光板4并延伸滑动抵接至所述月球仪外壳3的内壁上。

所述遮光板4上与所述固定杆12接触的部位设有遮光毛刷4.3。

上述技术方案的工作原理及有益效果：为了能使遮光板3能够平稳转动且在转动过程中不会偏移预设的轨迹，在遮光板4固定连接一透明的固定杆12，固定杆12在随遮光板4转动过程中始终处于所述月球仪外壳3的中心平面上，其两端分别与月球仪外壳3的内壁滑动接触，对遮光板4的轨迹进行控制。

在本发明的一个实施例中，所述Z形传动轴6的一端设有第一导电滑环13，所述第一导电滑环13与所述同轴器5转动连接，所述Z形传动轴6的另一端设有第二导电滑环14，所述第二导电滑环14的另一端与所述减速变速箱7转动连接，所述第二导电滑环14与所述电源电性连接。

上述技术方案的工作原理及有益效果：为了避免电源电线及信号电线在Z形传动轴6转动过程被磨损，采用导电滑环代替电线进行传输。第一导电滑环13、第二导电滑环14的作用是在Z形传动轴6的传动过程中，在不影响其转动的同时能够有效传输电源及控制信号。

在本发明的一个实施例中，所述底座1内部还设有主板15，所述主板15与所述第一驱动电机8、第二驱动电机9、电源11电性连接。

所述底座1的外壁上还设有控制屏幕16，所述控制屏幕16与所述主板15电性连接。

上述技术方案的工作原理及有益效果：主板15可以实施为西门子SM5000-V2型号的主板，其用于控制光源10、第一驱动电机8、第二驱动电机9的启停，实现自动化控制。

在本发明的一个实施例中，所述第二驱动电机9上还设有限速抱闸装置17，所述限速抱闸装置17设置于所述第二驱动电机9的输出轴及第一导电滑环13之间，所述限速抱闸装置17包括：

抱闸固定外壳体17.1，呈空腔结构，其外壁通过连接柱17.2固定设置于所述第一导电滑环13的一侧；

所述抱闸固定外壳体17.1的内部被隔板17.5分割成两个腔室，靠近所述第二驱动电机9一侧的腔室为传动腔17.3，靠近所述第一导电滑环13一侧的腔室为抱闸腔17.4；

所述隔板17.5为全封闭式结构，且所述隔板17.5与所述抱闸固定外壳体17.1的外壁始终保持平行状态；

所述传动腔17.3内转动设置有大齿轮17.6，所述大齿轮17.6套设于所述第二驱动电机9的输出轴上，所述大齿轮17.6的两侧还对称设置有两个小齿轮17.7，所述小齿轮17.7与所述大齿轮17.6啮合传动；

所述抱闸腔17.4内设置有止转盘17.8，所述止转盘17.8套设于所述第二驱动电机9的输出轴上，所述止转盘17.8的两侧还对称设置有两个离心盘17.9，两个所述离心盘17.9均与所述小齿轮17.7同步转动；

离心盘17.9，呈盘状结构，一端面与所述小齿轮17.7固接，另一端面开设有十字形的滑槽17.10，所述滑槽17.10内滑动插接有滑块17.12，所述滑块17.12通过回位弹簧17.11连接于所述离心盘17.9的中央部位，所述滑块17.12的顶端一体成型有压块17.13；

抱闸环17.14，呈半弧形状，共有两个且相对所述止转盘17.8而设，所述抱闸环17.14的外侧固接有触板17.15，所述触板17.15一侧与所述压块17.13接触配合，另一侧设置有分离弹簧17.16，所述分离弹簧17.16对触板17.15施加远离止转盘17.8的弹性力。

上述技术方案的工作原理及有益效果：第二驱动电机9在驱动遮光板4转动时，在某一段的路径上难免会因遮光板4自身的重力原因，而使遮光板4的转动速度较快，而导致月球仪在模拟时失真，无法准确的模拟月相显示效果。为此在第二驱动电机9上设置一用于限速的限速抱闸装置17，当遮光板4的转动速度超过预设的速度时，会对第二驱动电机9进行抱闸，从而限定其转速，其中该预设的速度主要是由回位弹簧17.11本身的弹性特质来决定的。当第二驱动电机9带动大齿轮17.6转动时，与之啮合传动连接的小齿轮17.7也同步转动。当第二驱动电机9的输出轴突然增大转速时，小齿轮17.7的转速也会成倍的增速(增速比例由二者的啮合比例而定)，也就是小齿轮17.7会成倍扩大增速。当小齿轮17.7的增速过大时，与之同步转动的离心盘17.9上的滑块17.12在离心力的作用下会滑动至滑槽17.10的最外侧，从而使压块17.13压紧触板17.15，使抱闸环17.14向止转盘17.8靠近，当相对的两个抱闸环17.14抱紧止转盘17.8时，会使第二驱动电机9的输出轴减小转动速度，从而避免了遮光板4因转动速度过快而模拟效果失真。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内中。

Claims (8)

1.一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，其特征在于，包括：

底座(1)；

弓形支架(2)，呈弓形状，固定设置在所述底座(1)的上端面；

月球仪外壳(3)，呈透明球体结构，内部具有球形空腔(3.1)，所述月球仪外壳(3)与所述弓形支架(2)固定连接；

遮光板(4)，呈半球形结构，具有一球面(4.1)及一平面(4.2)，内置于所述月球仪外壳(3)的球形空腔(3.1)中，所述遮光板(4)的平面(4.2)上固接有同轴器(5)；

同轴器(5)，具有一外轴(5.1)及一内轴(5.2)，所述外轴(5.1)与所述遮光板(4)固定连接，所述内轴(5.2)与所述外轴(5.1)同步联接；

Z形传动轴(6)，一端与所述外轴(5.1)传动连接，另一端通过减速变速箱(7)与第一驱动电机(8)传动连接，所述第一驱动电机(8)置于所述底座(1)内；

第二驱动电机(9)，置于所述月球仪外壳(3)的球形空腔(3.1)中，与所述内轴(5.2)传动连接；

模拟光源(10)，固定设置于所述遮光板(4)的平面(4.2)上，与置于所述底座(1)内的电源(11)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，其特征在于：所述弓形支架(2)包括一底杆(2.1)及一侧架(2.2)；

底杆(2.1)，呈空心直杆结构，一端与所述底座(1)的上端面固定连接，另一端与所述月球仪外壳(3)的下端固定连接，所述底杆(2.1)的内部空心用于允许所述Z形传动轴(6)通过；

侧架(2.2)，呈弓形状，下端与所述底杆(2.1)的侧壁固接，上端与所述月球仪外壳(3)的上端固接。

3.根据权利要求1所述的一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，其特征在于：所述遮光板(4)上还设有固定杆(12)，所述固定杆(12)为透明状且位于所述月球仪外壳(3)的中心平面上，所述固定杆(12)与所述同轴器(5)的外轴(5.1)呈十字形固定连接，所述固定杆(12)的一端与所述月球仪外壳(3)的内壁滑动抵接，另一端贯穿所述遮光板(4)并延伸滑动抵接至所述月球仪外壳(3)的内壁上。

4.根据权利要求3所述的一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，其特征在于：所述遮光板(4)上与所述固定杆(12)接触的部位设有遮光毛刷(4.3)。

5.根据权利要求2所述的一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，其特征在于：所述Z形传动轴(6)的一端设有第一导电滑环(13)，所述第一导电滑环(13)与所述同轴器(5)转动连接，所述Z形传动轴(6)的另一端设有第二导电滑环(14)，所述第二导电滑环(14)的另一端与所述减速变速箱(7)转动连接，所述第二导电滑环(14)与所述电源电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，其特征在于：所述底座(1)内部还设有主板(15)，所述主板(15)与所述第一驱动电机(8)、第二驱动电机(9)、电源(11)电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，其特征在于：所述第二驱动电机(9)上还设有限速抱闸装置(17)，所述限速抱闸装置(17)设置于所述第二驱动电机(9)的输出轴及第一导电滑环(13)之间，所述限速抱闸装置(17)包括：

抱闸固定外壳体(17.1)，呈空腔结构，其外壁通过连接柱(17.2)固定设置于所述第一导电滑环(13)的一侧；

所述抱闸固定外壳体(17.1)的内部被隔板(17.5)分割成两个腔室，靠近所述第二驱动电机(9)一侧的腔室为传动腔(17.3)，靠近所述第一导电滑环(13)一侧的腔室为抱闸腔(17.4)；

所述隔板(17.5)为全封闭式结构，且所述隔板(17.5)与所述抱闸固定外壳体(17.1)的外壁始终保持平行状态；

所述传动腔(17.3)内转动设置有大齿轮(17.6)，所述大齿轮(17.6)套设于所述第二驱动电机(9)的输出轴上，所述大齿轮(17.6)的两侧还对称设置有两个小齿轮(17.7)，所述小齿轮(17.7)与所述大齿轮(17.6)啮合传动；

所述抱闸腔(17.4)内设置有止转盘(17.8)，所述止转盘(17.8)套设于所述第二驱动电机(9)的输出轴上，所述止转盘(17.8)的两侧还对称设置有两个离心盘(17.9)，两个所述离心盘(17.9)均与所述小齿轮(17.7)同步转动；

离心盘(17.9)，呈盘状结构，一端面与所述小齿轮(17.7)固接，另一端面开设有十字形的滑槽(17.10)，所述滑槽(17.10)内滑动插接有滑块(17.12)，所述滑块(17.12)通过回位弹簧(17.11)连接于所述离心盘(17.9)的中央部位，所述滑块(17.12)的顶端一体成型有压块(17.13)；

抱闸环(17.14)，呈半弧形状，共有两个且相对所述止转盘(17.8)而设，所述抱闸环(17.14)的外侧固接有触板(17.15)，所述触板(17.15)一侧与所述压块(17.13)接触配合，另一侧设置有分离弹簧(17.16)，所述分离弹簧(17.16)对触板(17.15)施加远离止转盘(17.8)的弹性力。

8.根据权利要求1所述的一种模拟月球天平动及月相变化的月球仪，其特征在于：所述底座(1)的外壁上还设有控制屏幕(16)，所述控制屏幕(16)与所述主板(15)电性连接。

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