CN201373984Y - 竹筒水钟 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种竹筒水钟，本竹筒水钟包括储水机构；与所述储水机构相连的导流机构；具竹筒的周期性摆动的计时机构；与所述计时机构相连的时间显示机构。有益效果是：竹筒水钟不仅在其功能上实现了现代时钟的基本计时功能，在外观上，又利用竹筒这一自然元素，结合山水瀑布设计，将物理制作与艺术设计，时钟功能和山水自然情怀有机的结合起来，使水钟具有计时功能的同时还具有观赏价值。

Description

竹筒水钟

【技术领域】

本实用新型涉及时间显示技术领域，特别是一种竹筒水钟。

【背景技术】

现有的时间显示装置，主要通过手表、钟表、手机、电脑等各种机械、电子产品的时间显示功能来实现。这种时间显示装置有的以时间显示为主，如手表与钟表，手表是便于使用者随时查看时间，由于结构较小，所以外观较单一，即一表盘再加一表带；钟表为悬挂式，固定在房间内一具体地点，方便使用者抬头即可看清时间，该钟表一般只为圆形、方形或椭圆；对于手机、电脑，时间显示只是其附属功能，只需一电子显示区域即可，不具有时间的美观显示效果。

【实用新型内容】

为了解决现有的技术问题，本实用新型提供一种竹筒水钟，其与美学相结合，增强观赏的视觉效果。

本实用新型解决现有的技术问题，提供一种竹筒水钟，本竹筒水钟包括储水机构；与所述储水机构相连的导流机构；具竹筒的周期性摆动的计时机构；与所述计时机构相连的时间显示机构。

本实用新型更进一步的改进是，所述计时机构为竹筒的周期性摆动。

本实用新型更进一步的改进是，所述计时机构包括支架及设置在所述支架上的竹筒；所述支架包括支撑轴，所述竹筒包括与所述支撑轴相配合的转孔，所述支撑轴垂直于所述竹筒的摆动平面。

本实用新型更进一步的改进是，所述竹筒的一端为封口，其另一端为斜口。

本实用新型更进一步的改进是，所述储水机构包括水槽、位于所述水槽之上的储水池及连接所述水槽与所述储水池的水泵。

本实用新型更进一步的改进是，设置一溢流阀与所述储水池相连，经所述溢流阀的水流显示为瀑布形式。

本实用新型更进一步的改进是，所述导流机构包括导流管及设置在所述导流管上的流量控制阀。

本实用新型更进一步的改进是，在所述导流管的出口与所述竹筒的入口之间设置一导流杆。

本实用新型更进一步的改进是，所述时间显示机构包括传动部、时显示部与分显示部；所述计时机构经所述传动部与所述时显示部与所述分显示部相连。

本实用新型更进一步的改进是，所述传动部为与所述支撑轴同轴设置的棘爪、与所述棘爪相配合的棘轮及齿轮系。

本实用新型更进一步的改进是，本竹筒水钟包括假山、瀑布、观赏鱼、七彩石或水草的美观造型。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：竹筒水钟不仅在其功能上实现了现代时钟的基本计时功能，在外观上，又利用竹筒这一自然元素，结合山水瀑布设计，将物理制作与艺术设计，时钟功能和山水自然情怀有机的结合起来，使水钟具有计时功能的同时还具有观赏价值。

【附图说明】

图1为本竹筒水钟的结构示意图；

图2为所述竹筒的受力示意图；

图3为所述时间显示机构一实施方式示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1至图3所示，一种竹筒水钟，本竹筒水钟包括储水机构1、导流机构2、计时机构3和时间显示机构4。所述导流机构2与所述储水机构1相连，实现水流稳定的输出；所述计时机构3形成本竹筒水钟的基本单位时间；所述时间显示机构4与所述计时机构3相连，完成基本时间的累积、计算和显示。

本竹筒水钟还包括假山、瀑布、观赏鱼、七彩石或水草的美观造型，给整个竹筒水钟添加艺术气息，使其更具观赏性。

所述储水机构1包括水槽11、位于所述水槽11之上的储水池12及连接所述水槽11与所述储水池12的水泵13，设置一溢流阀14与所述储水池12相连。为了维持本竹筒水钟的正常运行，从竹筒31中倒出的水泻入水槽11中，通过水泵13抽送到蓄水池12中，蓄水池12给竹筒31提供具有稳定压强的水，多余的水从蓄水池12经溢流阀14排出，用来营造瀑布效果。

所述导流机构2包括导流管21及设置在所述导流管21上的流量控制阀22。在所述导流管21的出口与所述竹筒31的入口之间设置一导流杆23。

所述计时机构3为竹筒31的周期性摆动，其包括支架32及设置在所述支架32上的竹筒31；所述支架32包括支撑轴，所述竹筒31包括与所述支撑轴相配合的转孔33，所述支撑轴垂直于所述竹筒的摆动平面。所述竹筒的一端为封口，其另一端为斜口。所述计时机构的工作原理是：竹筒通过固定的支撑轴安置在支架上，竹筒中盛装清水。当水位变化时，竹筒的重心随之变化。根据杠杆原理，当重心的位置超过支撑轴时，竹筒发生翻转，并将竹筒内的清水倒出。清水倒完之后，在竹筒自身重力的作用下，竹筒又恢复到原来的位置。若通过水流控制阀门使滴入竹筒中的水流速度恒定不变，那么竹筒每次翻转所用时间将恒定不变。正是利用这一点构成一个具有周期性摆动的装置，实现本竹筒水钟固有频率的周期性摆动。

所述时间显示机构4包括传动部、时显示部42与分显示部43；所述计时机构3经所述传动部与所述时显示部42与所述分显示部43相连。所述传动部为与所述支撑轴同轴设置的棘爪411、与所述棘爪411相配合的棘轮412及齿轮系，所述传动部也可为与所述支撑轴同轴设置的擒纵叉、与所述擒纵叉相配合的擒纵齿轮及齿轮系。所述时间显示机构的工作原理是：竹筒每摆动一次，将带动棘爪摆动一次，使棘轮转过一齿，棘轮带动分钟齿轮转动(分钟齿轮上有分钟刻度)，转换齿轮与分钟齿轮同轴，又带动时钟齿轮转动，时钟齿轮上方刻有时间刻度，这样通过时钟齿轮和分钟齿轮便可显示当前时间。

本实用新型的竹筒水钟将时钟的计时显示功能与盆景的观赏价值融为一体，利用竹筒这一自然元素，结合山水瀑布的设计，将物理制作与艺术设计，时钟功能与山水自然情怀有机的结合起来，增添了视觉效果。

本实用新型计时机构具体分析如下：

结构：由竹筒和支架组成。竹筒的长度约为30CM，壁厚为1CM，竹筒的一端封口并在该端设置加重部件，作用是改变竹筒整体的重心位置。其另一端被切成一个具有一定倾角的斜面，作用是方便水的流入及倒出。在距离竹筒封口1/2处，在其两侧均匀对称各钻一个直径很小的孔，用做转孔，使其能够灵活自由的转动。

原理：一开始竹筒内没水时，竹筒的总体重心在转孔的靠近封口一侧(如图1所示，在转孔的左侧)，此时竹筒自然的倾斜。当水不断的流入竹筒后，由于水位逐渐上升，使竹筒和水整体的重心不断的往转孔处靠近。当整体的重心达到转孔的位置时，即达到了临界状态，处于平稳状态，当重心超过转孔位置后，根据杠杆原理，竹筒将发生翻转，使筒内的水倒出。竹筒内的水倒出之后，整体重心又移回左侧，竹筒恢复到初始位置，这样就完成了一个基本时间单位的摆动。临界状态下，

M_竹gl₁＝M_水gl₂

其中，M_竹、M_水分别是竹筒和水的质量，l₁、l₂分别是竹筒重心O_竹和水的重心O_水到转孔O的垂直距离。用T表示竹筒摆动周期，v表示水流速度，则

M_水＝v·T

由于竹筒的外形左右对称，可以判断出它的重心位置在中轴线下方，转孔左侧。竹筒内径用r表示，竹筒初始位置的倾角用θ表示，同样，因为水装在竹筒中，形状同竹筒，也具有左右对称的特点，所以水的重心O_水也在中轴线下方，但是临界状态时，在转孔右侧。

O_水＝f(r，θ，v，T)

l₂＝G(r，θ，ρ_液，v，O)

即临界状态时，水的重心受到竹筒内径、倾角θ以及水量的影响。l₂则受到r，θ，液体密度ρ_液，此处ρ_液＝ρ_水，水流速度v以及转孔位置O的影响。

可以看出，竹筒的摆动周期T与水流速度v、转孔位置O、倾角θ以及竹筒重心等因素有关。

如果竹筒的外形确定，质量分布已知，那么竹筒的重心就能够从理论上得知，同时也可通过实际测量得到。因为竹筒一旦制作成形，重心就不能变化。所以在设计中，往往通过调节其他几个因素，来控制竹筒的摆动周期。竹筒初始位置的倾角θ直接决定了水的重心位置，

水流速度v决定了水的重心的变化快慢程度；转孔位置则决定了临界状态的发生时刻。在设计中，转孔、倾角和水流速度都在一定范围内可调，从而保证竹筒的摆动周期有余地校准。

本实用新型时间显示机构具体分析如下：

结构：棘爪(1个)棘轮(30齿)10齿齿轮(1个)30齿齿轮(1个)60齿齿轮(2个)120齿齿轮(1个)，结构如图3所示。

原理：棘轮A与竹筒的转孔同轴，而棘爪又与棘轮A精确啮合，构成单向转动棘轮机构。30齿的转换齿轮B与棘轮A同轴，60齿的分钟齿轮C与转换齿轮B外啮合，换向齿轮D(60齿)与分钟齿轮C外啮合，10齿的转换齿轮E与换向齿轮D同轴，E与120齿的时钟齿轮F外啮合。竹筒一分钟摆动一次，使棘轮一分钟转过一齿。

ω_A，υ_A分别表示A齿轮的角速度和线速度。

表示A齿轮(共m齿)转过n齿所用的时间。由齿轮的传动可推算出：

①A、B同轴，且齿数相同，所以角速度相同，一分钟转过一个齿。

ω_A＝ω_B

$T_{A\frac{1}{30}}=T_{B\frac{1}{30}}=1\min$

②B、C齿外啮合，线速度相同，一分钟转过一个齿，C共60齿，即转一周60分钟。

v_B＝v_C

$T_{C\frac{1}{60}}=1\min$ $T_{C\frac{60}{60}}=60\min =1h$

③C、D齿外啮合，线速度相同，一分钟转过一个齿，D共60齿，即转一周60分钟。

v_C＝v_D

$T_{D\frac{1}{60}}=1\min$ $T_{D\frac{60}{60}}=60\min =1h$

④D、E同轴，角速度相同，D与E的齿数比为6∶1，所以E转一个齿为6分钟。

ω_D＝ω_E

$T_{D\frac{60}{60}}=T_{E\frac{10}{10}}=60\min$ $T_{E\frac{1}{10}}=6\min$

⑤E、F齿外啮合，线速度相同，E转一周为1小时，F共120个齿，所以转一周12小时。

v_E＝v_F

$T_{E\frac{10}{10}}=60\min =1h,$ $T_{F\frac{10}{120}}=60\min =1h,$ $T_{F\frac{120}{120}}=12h$

∴分钟齿轮C每走1个齿为一分钟，转一圈为1个小时，

时钟齿轮F每走10个齿为一个小时，转一圈为12小时。

这样通过竹筒和棘轮机构的组合，以及齿轮的传动就实现了计时的功能。

本实用新型储水机构与导流机构具体分析如下：

结构：由导流装置，导水软管，水槽，蓄水池，水泵，流量控制阀，溢流装置，支架平台等构件组成。

原理：蓄水池中的水经过软管流入导流装置(流量控制阀在此控制水的流量)，经导流装置流入计时系统，即竹筒中。当竹筒翻转后，筒内的水泄入水槽中。水泵将水槽中的水抽到蓄水池中，由于水泵抽水的速度大于蓄水池中流出的水量，所以多余的水经过溢流装置排出(作用是保持蓄水池中的水压稳定不变，减少压强对水流速度的影响)，形成瀑布效果，这样就完成了一次循环。

本实用新型美观造型的具休分析为：

竹筒水钟与美学相结合，加入假山、瀑布、观赏鱼、七彩石、水草等可观赏性的视觉效果，使整个作品形成一幅山水画，更具有观赏性。

另外，在本实用新型竹筒水钟中：

●支撑轴与转孔之间的摩擦力应尽可能的小，使竹筒自由灵活的摆动。支撑轴不宜太粗，必需足够坚硬，不形变，要有足够的承重能力，转孔处要细锐。

●竹筒的外形尺寸设计也是一个十分关键，并且十分有讲究的技术。竹筒的质量分布要尽可能使竹筒的摆动更加稳定，通过竹筒重心的控制，可精确设计满足各种摆动周期需要的竹筒。

●转孔的位置，以及竹筒初始状态下的倾角，都是十分重要的参数，直接影响系统的摆动周期以及下一环节的运行。实际制作时，可设计在一定范围内调节转孔及倾角的大小。

●竹筒每摆动一次，通过单向转动棘轮装置控制转换齿轮B转过一齿。所以要综合考虑竹筒的摆动幅度和齿轮的实际大小等因素，保证棘轮与竹筒摆动，棘轮与转换齿轮转动之间的精确配合。

●齿轮加工要精密，减小齿轮啮合时的误差。齿轮要轻而坚韧，表面平整，减小啮合时的摩擦。因为作品中是通过齿轮上方的示数来显示当前时间的，所以齿轮的大小要合适，既不能太大也不能太小。

●蓄水池可利用一节粗竹筒来制作。为了保证在整个计时过程中的精度，必需维持蓄水池中的水压恒定不变，在设计中，蓄水池始终保持充满状态，也就是说水泵的抽水量必需大于计时系统的用水量，多余的水通过溢流装置排出蓄水池，形成瀑布效果。不仅保证了系统的稳定运行，而且美化了装置的效果。

●阀门要和整个系统匹配。本装置利用杠杆原理，通过调节水位来改变竹筒的重心，使竹筒实现自动往复翻转。竹筒的摆动周期要精确的控制在一分钟，所以需要用精确的阀门调节流速来确保计时的准确。

●时间显示需要把固定时间的摆动转换为时间变化的周期性规律。

为了进一步提高竹筒水钟的精确性，本实用新型的竹筒水钟：

●使用更精密的阀门，提高系统的精度。

●尽可能减小竹筒转孔与支架之间的摩擦力，使竹筒自由灵活的摆动。

●增加竹筒摆动的稳定性，须在竹筒外形尺寸，重心位置和转孔位置等方面考虑最优化的选择。

●保证支撑轴垂直于竹筒的转动平面，杜绝左右晃动。所以在制作支架时，转孔和支撑轴的设计和制作非常重要。

●竹筒的摆幅要合理合适，太大太小都不行，且要注意棘轮装置与竹筒摆动之间的配合。

●尽可能制作更加精确的齿轮，减小齿轮啮合时的误差。

●减小齿轮之间的摩擦，降低能耗，提高精度。

●保证竹筒翻转过程中的动能带动棘轮装置，准确的使转换齿轮转过一个齿。

●使用小功率水泵，降低能耗，提高效益。

●保证竹筒向下翻转后，回复时棘轮不跟着倒转。

本实用新型竹筒水钟的使用方法为：

●在蓄水池、水槽中添加适量的清水。

●开启水泵电源。

●调节水流控制阀门，使恒定的水流流入竹筒中，实现竹筒每分钟翻转一次。

●拨动机械显示系统的表盘，使表盘示数与当前时间一致。

●计时开始。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种竹筒水钟，其特征在于：本竹筒水钟包括

储水机构；

与所述储水机构相连的导流机构；

具竹筒的周期性摆动的计时机构；

与所述计时机构相连的时间显示机构。

2.根据权利要求1所述的竹筒水钟，其特征在于：所述计时机构包括支架及设置在所述支架上的竹筒；所述支架包括支撑轴，所述竹筒包括与所述支撑轴相配合的转孔，所述支撑轴垂直于所述竹筒的摆动平面。

3.根据权利要求1或2所述的竹筒水钟，其特征在于：所述竹筒的一端为封口，其另一端为斜口。

4.根据权利要求1所述的竹筒水钟，其特征在于：所述储水机构包括水槽、位于所述水槽之上的储水池及连接所述水槽与所述储水池的水泵。

5.根据权利要求4所述的竹筒水钟，其特征在于：设置一溢流阀与所述储水池相连，经所述溢流阀的水流显示为瀑布形式。

6.根据权利要求1所述的竹筒水钟，其特征在于：所述导流机构包括导流管及设置在所述导流管上的流量控制阀。

7.根据权利要求6所述的竹筒水钟，其特征在于：在所述导流管的出口与所述竹筒的入口之间设置一导流杆。

8.根据权利要求1所述的竹筒水钟，其特征在于：所述时间显示机构包括传动部、时显示部与分显示部；所述计时机构经所述传动部与所述时显示部与所述分显示部相连。

9.根据权利要求8所述的竹筒水钟，其特征在于：所述传动部为与所述支撑轴同轴设置的棘爪、与所述棘爪相配合的棘轮及齿轮系。

10.根据权利要求1至2、4至9任意一项所述的竹筒水钟，其特征在于：本竹筒水钟包括假山、瀑布、观赏鱼、七彩石或水草的美观造型。

Images