CN2376030Y - 行星公转演示仪 - Google Patents

Abstract

行星公转演示仪,属于教学仪器。主要用于演示九大行星公转所产生的日心方位、地心方位、目视星际方位的变化,及方位与年月的对应关系。该仪器的特征是,由表示太阳和九大行星的圆球,显示天体所处方位与年月对应关系的报年盘、报月盘、黄经盘、星图盘及支撑传动上述球盘的部件组成。仪器具有造价低廉,使用简便,演示内容与人们的生活环境及中学教材密切相关,演示效果形象直观,能明晰显示行星所处方位与年月的对应关系等优点。

Description

行星公转演示仪

本实用新型是一种演示九大行星公转所产生的日心方位、地心方位、目视星际方位变化及其与年月对应关系的教学仪器。

行星运行现象人们天天可见，对行星运行作出合理解释曾是天文学几千年的首要任务，至今也是天文地理教学科普重要内容之一，行星公转知识还是中学地理教材的内容之一。

演示行星公转的仪器设施已有天象仪，多媒体电脑等多种，但天象仪多媒体电脑既不易在普通学校普及使用，也不便于说明天体运行原理，人们需要在普通学校教学和科普活动中，用以演示行星运行的仪器。为获得上述方面的理想产品，沙特阿拉伯曾向国际招标求购。我国许多教师因教学需要也研制了多种演示行星公转的仪器，但大都过于简陋，有的不能按大行星公转较精确的速比运转，有的不能显示行星公转所处方位与年月的对应关系，大都不能同时显示出行星的日心方位、地心方位、目视星际方位。鉴于现有技术的不足，本设计人设计了本实用新型行星公转演示仪。

本实用新型的目的是提供一种既能演示地球和目视可见五大行星按近似实际公转速比绕日公转现象，又能演示九大行星公转所产生的日心黄经位置，地心黄经位置，目视星际方位的变化及其与年月对应关系的行星公转演示仪，以满足各级学校天文地理教学和天文地理科普工作的需要。

本实用新型的基本构思是，根据太阳和九大行星都是近似正圆形的特征，以10个正圆球分别表示太阳和九大行星。根据大行星公转有共面、同向、近圆三大特征，将表示太阳的圆球置于仪器中心的日柱管的顶端，日柱管下端垂直固定于仪器底座上，将表示九大行星的九个圆球，以其距日远近为序，分别置于以日柱管为中心的各层柱管顶端的擎臂上，擎臂将九个圆球擎之于与太阳在同一平面的相应序位上，擎托地球及目视可见五大行星的各个柱管，下端各固定在一个齿轮的中心，由一个捻轮驱动的统一传动系统，使各个擎托行星的转管按近似行星实际公转速比，在同一平面同向绕日做圆周运动。为显示九大行星公转所产生的方位变化及其与年月的对应关系，仪器的地球上套有黄经盘，用以显示太阳和八大行星的地心黄经位置变化，仪器演示部件的底面是一个大圆盘—星图盘，盘上绘有黄道附近星图和九大行星定位图，用以指示按装行星的方位，显示太阳及九大行星间星际方位、日心黄经方位的变化，星图盘中心处，盘面下有报年盘和报月盘，星图盘壁上有年月显示孔，以显示仪器所演示现象与报年盘报月盘上所对应的年月。

本实用新型的特征在于所述行星公转演示仪由太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星10个圆球，日柱管、水星管、金星管、地向管、地转管、火星管、木星管、土星管、远星管、报月管10条柱管，日柱套、水星套、金星套、地向套、地转套、火星套、木星套、土星套、天王星套、海王星套、冥王星套、月盘套12个管套，报月盘、报年盘、星图盘、黄经盘4个圆盘，34个传动齿轮，8条多齿轮同转轴，6条齿轮定位轴，11条托压齿轮的板梁，4条为板梁定位的定梁柱，以及捻轮、捻动轴、捻动架、擎地管、地向柱、地向轮、同步带、提针片、拨年针、顶针圈、年盘架、传动箱、底坐等部件组成。

上述日柱管贯穿仪器上下的中心，其下端垂直固定在底坐的中心，底坐上面是传动箱，在箱内日柱管穿过11条板梁和10条柱管10个齿轮的中心，齿轮和板梁逐层相间，日柱管穿过的11层板梁从下向上依次是底梁、中传梁、上传梁、水星梁、金星梁、地球梁、火星梁、木星梁、土星梁、月盘梁、顶梁。以日柱管为中心的柱管共11条，其中最低的一条是位于底梁和水星梁之间，内侧围着日柱管，外侧固定着三层齿轮的中心传动轴，其余10条又以日柱管为中心逐层向外围，底端逐层增高，它们依次是水星管、金星管、地向管、地转管、火星管、木星管、土星管、远星管、月盘管。这9条柱管穿过传动箱，其中日柱管下端固定在底坐上，地向管下端固定在地球梁上，远星管下端固定在土星梁上，其余7条柱管，其下端均固定在以日柱管为圆心的齿轮上，自下而上依次是水星管、金星管、地转管、火星管、木星管、土星管、月盘管。

传动箱内的11条板梁7纵4横垂直交叉，纵横梁两端分别由两条定梁柱将其按一定距离连同传动箱的底和盖固定在一起，日柱管和四条定梁柱之间，各有一条上下带有数层齿轮的传动轴，传动轴下层的齿轮直接咬合或通过介轮被中心传动轴上的齿轮传动，传动轴上层的齿轮直接咬合或通过介轮、同轴变速轮分别传动与转管下端固定为一体的各个齿轮。中心传动轴中层的齿轮还与捻动架上的一个齿轮相咬合，捻动架上的这个齿轮与其上面的横弧形轮为同转轴轮，横弧形轮与竖弧形轮相咬合，竖弧形轮与传动箱壁外的捻轮固定在同一条捻动轴上，捻动捻轮中心传动轴上的齿轮推动7个转管下的齿轮转动，7个转管带动其管顶套及管顶套擎托的六大行星和报月盘等部件转动。横弧形轮下的齿轮有10个深齿根，它与捻动架上另一侧有一个长齿尖的齿轮相互配合以限制仪器演示的年数。

上述星图盘最外边是个平直边，与传动箱固定在一起，盘正中心高凸成圆锥形，圆锥形下面是显示年月的装置，扣在圆锥凸起下面有报月管带动的报月盘，固定在年盘架上的报年盘，拨动年盘架的拨年针，拨年针一端由转动轴固定在由月盘套向下伸出的提针片上，另一端受有58度弓形凹槽的顶针圈的顶托，顶针圈固定在传动箱盖上，圆锥凸起处的盘壁上有年月显示孔，以显示报年盘、报月盘上相应的年月，圆锥形凸起和平边间是星图盘的主体部分，这部分又分内外层两部分，外层是黄道附近星图，用以显示运转中各行星的日心黄经和星际方位，内层为9大行星定位图，用以显示九大行星的近日点、升交点、演示起始点及每个远日行星演示的12年中每年的行程。上述报年盘上的年份和星图盘上的行星演示起始点，远日行星每年行程均可参照天文年历及时更新。

上述以日柱管为中心的柱管，连同日柱管共9条穿过星图盘，顶端均装有离合管套，其中除了地向管套外侧为一个皮带轮外，其余8条柱管所带管套均擎托着表示天体的圆球，柱管、管套、天体搭配如下：柱管  日柱  水星  金星  地转  火星  木星  土星  远    星    管

  管    管    管    管    管    管    管管套  日柱  水星  金星  地转  火星  木星  土星  天王星  海王星  冥王星

  套    套    套    套    套    套    套    套      套      套天体  太阳  水星  金星  地球  火星  木星  土星  天王星  海王星  冥王星

上述表示天体的圆球与管套间，其连接物太阳为灯口，地球的支架由横向片和擎地管组成，其余8大行星均由一根有一定曲折的柱条擎之于与日地同高的相应序位上，上述表示天体的圆球，其中地球外侧套有显示地心黄经方位的黄经盘。上述地转套上固定着横向片，片上固定着擎地管和地向轮的轴套，上部与地球固定为一体向下穿过擎地管的地向柱，下端挤在地向轮的中心孔里，地向轮与地向套外的皮带轮共同围在一条同步带里，使地轴保持定向。

本实用新型的突出优点是，本仪器造价低廉，使用时可不用交流电等条件，任何地方都可使用。使用方法简单，一般地理教师看几分钟说明书即可对其清楚明了运用自如。仪器的传动装置虽然只有34个齿轮，但目视可见五大行星与地球公转的速度比十分接近实际，任一行星12年的公转角度比实际误差小于3度。仪器能同时显示各大行星在公转轨道上的日心黄经位置、地心黄经位置、目视星际方位及其与年月的对应关系，尤其日心黄经和地心黄经的对应关系，是天文科普常遇到的难点，至今尚缺少这方面的演示仪器。

图1图2是本实用新型最佳实施例之一的整体结构正视和局剖示意图，图中各标号所指示的部件是：1冥王星，2海王星，3天王星，4土星，5木星，6火星，7地球，8黄经盘，9金星，10擎地管，11地向柱，12水星，13地向轮，14太阳，15日柱套，16同步带，17水星套，18金星套，19地向套，20地转套，21火星套，22木星套，23土星套，24天王星套，25海王星套，26冥王星套，27报月盘及套，28提针片，29报年盘，30拨年针，31顶针圈，32年盘架，33传动箱盖，34传动轴及套，35顶梁，36土星梁，37木星梁，38定梁柱及套，39传动箱框，40星图盘，41底梁，42传动箱底，43传动轮组，44底坐，45中心传动轴，46传动轴及套，47捻动轴，48捻动架，49定梁柱及垫，50捻轮，51月盘管，52远星管，53土星管，54木星管，55火星管，56地转管，57地向管，58金星管，59水星管，60日柱管，61定梁柱及垫，62传动轴及套，63传动轴及套，64定梁柱及垫，65中传动梁，66上传动梁，67水星梁，68金星梁，69地球梁，70火星梁，71月盘梁。

结合最佳实施例和附图对本实用新型的结构特征进一步说明如下：仪器的部件中除太阳中心的灯泡外，其它部件的材质均既可用塑料也可用金属制作，仪器最下层是底坐44，底坐上面是传动箱底42，日柱管60垂直向上固定于底坐的中心，穿过传动箱的中心，在传动箱内日柱管穿过四层横梁35、36、37、41和七层纵梁65-71的垂直交叉点，穿过与纵横梁逐层相间的10层齿轮的中心，10层齿轮中最下面三层z₁₃、z₁₄、z₁₅，一同固定在一个围绕日柱管的中心传动轴45上，以上七个齿轮z₁₂、z₁₁、z₉、z₈、z₇、z₅、z₆，自下而上依次固定在水星管59、金星管58、地转管56、火星管55、木星管54、土星管53和月盘管51的下端，这七个转管与位于金星管和地转管之间，下端固定于地球梁69上的地向管57，位于土星管与月盘管之间下端固定在土星梁36上的远星管52，自日柱管向外逐层相套向上穿出传动箱盖33。传动箱内纵梁和横梁的两端共有四条定梁柱和垫38、49、61、64将其固定有一定间隔并与传动箱的底42和盖33固定为一体，四条定梁柱和日柱管之间分别有一条传动轴34、46、62、63，固定于传动轴下端的齿轮z₄、z₁₉、z₂₈、z₃₄与中心传动轴上的齿轮直接咬合或通过介轮z₁₀、z₁₆、z₃₀相传动，固定于传动轴上部的齿轮z₁、z₂₄、z₂₅、z₂₆、z₂₇、z₃₂、z₄₆与六大行星转管月盘管下端的齿轮直接咬合或通过介轮z₃₁、z₂₉，通过同轴变速轮z₂、z₃，z₂₂、z₂₃相传动。

传动箱框39外的捻轮50固定在捻动轴47的一端，捻动轴插入传动箱内的一端与箱内竖弧形轮z₂₀固定为一体，竖弧形轮与其下面的横弧形轮z₁₈相咬合，横弧形轮与其下面的直齿轮z₁₇为同转轴轮，直齿轮z₁₇一面与中心传动轴上的齿轮相传动，另一面与齿轮z₂₁相咬合，捻动轴和齿轮z₁₇、z₂₁都被固定于传动箱底上的捻动架48顶托着，齿轮z₁₇有10个深齿槽，齿轮z₂₁有一个长齿尖，二者配合使仪器限定12转。

星图盘40四周的平边固定在传动箱盖33上，中心凸起为圆锥形，凸起处与传动箱盖间有由月盘管带动的报月盘27，由报月盘中心套带动的提针片28，由转轴与提针片相连的拨年针30，由拨年针拨动的年盘架32，由年盘架顶托的报年盘29，以及固定于传动箱盖上，顶托着拨年针和限制着年盘架晃动的顶针圈31。星图盘凸起处的盘壁上有年月显示孔，以显示行星所在位置与报年盘报月盘上相对应的年月。位于平边和中心凸起之间是一个穹形隆起，穹形隆起又分内外两层，内层是九大行星定位图，图上绘有9个同心圆，表示九大行星公转轨道，各行星轨道上分别标有近日点、升交点和该行星的仪器演示起始时间定位点，远日行星轨道上还标有所演示12年中每年的行程，外层是黄道附近星图，图上绘有黄道、恒星时线、亮于4等的恒星等，标有星座名、重要恒星名、24节气地球所在日心黄经的度数。

仪器上穿过星图盘的柱管有9条，顶端均带有离合管套，这些管套除了地向套19外侧是个皮带轮外，其余柱管的管套均带有天体模型，柱管、管套、天体模型配合如下：

柱管  日柱管60  水星管59  金星管58  地转管56  火星管55  木星管54  土星管53

管套  日柱套15  水星套17  金星套18  地转套20  火星套21  木星套22  土星套23

天体  太阳14    水星12    金星9     地球7     火星6     木星5     土星4

柱管      远       星      管      52

  管套  天王星套24  海王星套25  冥王星套26

  天体  天王星3     海王星2     冥王星1

  以灯泡表示的太阳位于管套正上方不需侧向擎托，以轻质圆球表示的九大行星均由支架擎托于一定方位，其中地球的支架由横向片和擎地管10组成，其余8大行星的支架均为一条带有一定曲折的柱条，从地球中心向下固定着一条地向柱11，地向柱穿过擎地管，下端挤在以横向片上的圆孔为轴套的地向轮13的中心，地向轮与地向套外侧的皮带轮的外侧共同套有一条同步带16，地球外侧套有黄经盘8，黄经盘与地球同圆心，与日心地心连线同高，与地球上的赤道相交23.5度，盘面上以距地球北极最近的那条半径处为90度，度数按逆时针方向递增，盘上标有0和15度的整倍数的度数。

仪器上34个齿轮模数要求弧形轮与弧形轮相同，直齿轮与直齿轮相同即可，一般以1.5为宜，仪器上各齿轮的代号齿数如下：代号z₁ z₂ z₃ z₄ z₅ z₆ z₇ z₈ z₉ z₁₀ z₁₁ z₁₂ z₁₃ z₁₄ z₁₅ z₁₆齿数17  32  16   68  59   36  48  47   36   20  16   18   26   36   16   23z₁₇ z₁₈ z₁₉ z₂₀ z₂₁ z₂₂ z₂₃ z₂₄ z₂₅ z₂₆ z₂₇ z₂₈ z₂₉ z₃₀ z₃₁ z₃₂ z₃₃ z₃₄17   16   62   16   36   27   31   18   36   25   36   36   16   27   32   16   46   16

仪器由齿轮带动的转管，由中心传动轴上的齿轮开始的传动过程如下：

水星管z₁₃→z₃₀→z₃₄↑z₃₃→z₂₉→z₁₂

金星管              34↑z₃₂→z₃₁→z₁₁

木星管z₁₅→z₁₆→z₁₉↑z₂₄→z₂₃→z₂₂→z₇

土星管z₁₅→z₁₀→z₄↑z₁→z₂→z₃→z₅

地转管z₁₄→z₂₈↑z₂₇→z₉

火星管      z₂₈↑z₂₆→z₈

月盘管      z₂₈↑z₂₅→z₆

仪器上六大行星及报年盘、报月盘12年实际应转角度数与仪器上旋转角度数对照如下：球盘名  水星      金星     地球    火星     木星    土星    报月盘  报年盘应转角 17937.09 7022.25  4320.00  2296.88  146.66  364.20  4320.00  360.00旋转角 17440.00 7022.00  4320.00  2297.87  146.44  364.12  4320.00  360.00差误角  +2.91   -2.25         0   +0.99     -0.22  -0.08      0        0

作为实施例的变更：

1.本实施例各部件外型尺寸以及齿轮个数模数均可适当变更。

2.可加上导线电池，或改用交流电使灯泡发光。

3.可据需要否停用限转装置。

4.地向套的外轮和地向轮可改用加介轮的齿轮，地向柱可改用弯曲的弹簧以缩短横向片的横向长度。

Claims (3)

1.一种行星公转演示仪，由表示太阳、地球、八大行星的球体，显示时间、方位的圆盘及其支撑传动装置构成，本实用新型的特征在于所述行星公转演示仪，由太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星10个圆球，日柱管、水星管、金星管、地向管、地转管、火星管、木星管、土星管、远星管、月盘管10条柱管，日柱套、水星套、金星套、地向套、地转套、火星套、木星套、土星套、天王星套、海王星套、冥王星套、月盘套12个管顶套，报月盘、报年盘、星图盘、黄经盘四个圆盘，34个传动齿轮，8条齿轮同角速传动轴，6条齿轮定位轴，11条托压齿轮的板梁，4条为板梁定位的定梁柱，以及捻轮、捻动轴、捻动架、擎地管、地向柱、地向轮、同步带、提针片、拨年针、顶针圈、年盘架、传动箱、底坐等部件组成，上述底坐位于仪器最底层的中心，上述传动箱位于底坐上，传动箱外的一侧有一个捻轮，与捻轮固定为一体的捻动轴，穿过传动箱框壁，里端与竖弧形轮固定为一体，竖弧形轮与横弧形轮咬合，横弧形轮与其下面的直齿轮为同转轴轮该直齿轮一面与同在捻动架上的限转数轮咬合，另一面与传动箱内中心传动轴上的齿轮咬合，上述日柱管，下端垂直固定于底坐的中心，它从底坐向上穿过传动箱底，在传动箱中，日柱管穿过11条板梁和10个齿轮、1个中心传动轴，9层柱管的中心，上述位于传动箱内，以日柱管为中心的齿轮有10层，每层的上下均有板梁顶托覆盖，纵7条横4条的板梁，以日柱管为中心十字交叉，纵横梁两端均有定梁柱将其固定为一定间隔，并使之与传动箱为一体，上述以日柱管为中心的10层齿轮，最下面的三层中心都固定在以日柱管为心轴的中心传动轴上，其余7个齿轮，自下而上依次固定在水星管、金星管、地转管、火星管、木星管、土星管、报月管的下端，上述柱管除日柱管和7个下端固定在齿轮上的外，还有位于金星管与地转管间的地向管，位于土星管与月盘管间的远星管，此2管下端固定在板梁上，日柱管和4条定梁柱之间，各有一根齿轮同角速传动轴，固定在轴下部的齿轮，通过直接咬合或通过介轮，被日柱管下部中心传动轴上的齿轮传动，固定于该轴上部的齿轮，通过直接咬合或通过介轮、同轴变速轮传动固定于旋转柱管下端的齿轮，以日柱管为中心的10条柱管穿过传动箱盖向上伸出，其顶端共顶托着12个离合管套，其中除从外数第二层的远星管带有天王星套、海王星套、冥王星套三个管套外，其余柱管各带一个管套，从日柱管顶开始自内向外依次是日柱套、水星套、金星套、地向套、地转套、火星套、木星套、土星套和月盘套，上述星图盘周边固定在传动箱盖上，由月盘套带动的报月盘，提针片、拨年针、年盘架、报年盘，及固定在传动箱盖上的顶针圈，都位于传动箱盖上的星图盘中心凸起处内，星图盘中心凸起处的外壁上，有显示年月的年月显示孔，上述穿过星图盘的柱管带有11个管套，其中日柱套是个灯口上面直接顶着表示太阳的灯泡，地向套外侧是个皮带轮，此轮与地转套横向片上的地向轮共同被一条同步带围着，地转套外侧固定有横向片，横向片上固定着擎地管，擎地管上端顶托着表示地球的圆球，横向片外端有圆孔，孔上端托着以孔为轴套的地向轮，上头与地球固定为一体的地向柱，向下插过擎地管，下部挤在地向轮的中心，地球的外侧套有显示地心黄经位置的黄经盘，其余8个管套均固定着有一定曲折的柱条，各柱条分别将表示八个大行星的球体擎之与太阳地球高度相同的相应位置。

2.根据权利要求1所述行星公转演示仪，其特征在于星图盘，盘面自内向外分为四部分，第一部分即盘面中心向上凸起为圆锥形的部分，锥侧面有年月显示孔，第二、三部分为一个统一的拱穹形，拱穹的内圆即第二部分为九大行星定位图，图上有九个同心圆，分别表示九大行星的公转轨道，每条轨道上均标有近日点、升交点和该行星演示起始点的位置及每个远日行星在仪器所演示的12年中每年的行程，外圈即第三部分为黄道附近星图，绘有恒星时线、度数为0和整十数赤纬线、黄道、亮于4等的恒星，标有24节气地球所在日心黄经的度数及星座名，重要恒星名，第四部分为与传动箱盖相固定的平边。

3.根据权利要求1所述行星公转演示仪，其特征在于上述黄经盘，该盘为盘面上标有分度划线和0及15度整倍数度数数值的平板空心正圆盘，圆盘与日心地心连线同高，与地球的赤道面相交23.5度，固定在地球上，盘面上所标度数值按逆时针方向递增，其中90度与距地球北极点最近的那条半径重合。

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