一種太陽、地球運動演示儀及太陽、地球、月亮運動演示儀的製作方法
2023-06-11 23:45:36 2
專利名稱：一種太陽、地球運動演示儀及太陽、地球、月亮運動演示儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬太陽、地球以及月亮、地球、太陽相互運行規律的模型。尤其能 直觀的演示地球繞太陽公轉、自轉以及月亮繞地球轉動時三球的空間狀態，以及在不同狀 態下太陽直射點的變化、太陽光在地球和月球表面的光照區域的變化，從而直觀地解釋晝 夜變化的過程、時差形成、24節氣變化及24節氣日照時間的變化、極晝與極夜的產生、 年與日的關係及春夏秋冬的形成原因以及月相的變化和日食、月食形成的原因。
背景技術：
目前市面上出售的普通的地球儀是由繪製有地圖的球形體和支架組成，這種地球儀只 能靜態地反應各地理位置和特徵，無法全面直觀地動態的表達月球、地球與太陽間的運動 關係及由這種運動關系所產生的眾多天文地理現象。這些信息、知識只能憑藉人們的想像 力來獲得，既不直觀也不真實，大大增加了人們特別是空間想像力不成熟的青少年學習地 理知識的難度和準確理解的困難，甚至造成人們獲得錯誤的信息。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有市面上出售的地球儀是靜態的、不能反應 地球運動及地球繞太陽運行以及現有的發明不適於大批量工業化生產的的不足，而提供一 種真實模擬再現地球和或月球繞日運動的時地球運行狀態以及由此狀態產生的太陽光照 區域和直射點變化從而解釋與月球、地球和太陽有關的許多天文和地理現象的演示模型。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是
一種太陽、地球運動演示儀，包括一支架，在該支架上設置有用於表示太陽的光源和 繞該光源既公轉又自轉的地球儀，所述的支架包括連接塊以及設置在連接塊外部的圓形軌 道體，所述的光源設置在連接塊的中心，在所述的軌道上設置有一在所述的軌道體上移動 的小車，在該小車的小車車體上設置有一導向孔， 一導向軸穿在所述的導向孔內，在所述
的導向軸的上端還設置有一可以傾斜角度的弧形T型燕尾槽，在所述的弧形T型燕尾槽內
4滑動的設置有一T型燕尾座，所述的地球儀與T型燕尾座固定相連，在導向軸的下端設置 有一導向齒輪，在所述的軌道體上設置有平行分布的導向齒條，所述的導向齒輪與導向齒 條嚙合。
所述的光源為柱狀直射光源。
在所述的光源與小車之間還設置有一用於控制平面光源連續照射地球儀的連杆機構。 在所述的平面光源的中心還設置有一產生太陽直射點的聚光光源。
在所述的地球儀和月球儀的表面塗有被光照部分產生明顯的反光或高反光性能的熒 光漆。
一種太陽、地球、月亮運動演示儀，包括一支架，在該支架上設置有用於表示太陽的 光源、繞該光源既公轉又自轉的地球儀，以及繞地球儀公轉的月亮，其特徵在於所述的 支架包括連接塊以及設置在連接塊外部的圓形軌道體，所述的光源設置在連接塊的中心， 在所述的軌道體上設置有一在所述的軌道體上移動的小車，在該小車的小車車體上設置有 一導向孔， 一導向軸穿在所述的導向孔內，在所述的導向軸的上端還設置有一可以傾斜角 度的弧形T型燕尾槽，在所述的弧形T型燕尾槽內滑動的設置有一T型燕尾座，所述的地 球儀與T型燕尾座固定相連，在導向軸的下端設置有一導向齒輪，在所述的軌道上設置有 平行分布的導向齒條，所述的導向齒輪與導向齒條嚙合，所述的地球儀包括一地球儀固定 軸，在所述的地球儀固定軸上通過一球面關節軸承連接一使月球產生進動運動的進動裝 置，在進動裝置的上端設置有一轉動軸套，固定月球的月球進動從動齒輪與所述的該轉動 軸套轉動連接， 一套連杆曲軸機構帶動轉動軸套擺動從而帶動月球產生進動。
所述的進動裝置包括進動機構固定支座、進動機構活動支座以及一曲柄連杆機構， 在所述的固定支座上開設有一弧形槽，在所述的弧形槽內設置有一進動平衡控制杆，該進 動平衡控制杆將所述的進動機構活動支座與固定支座連接，所述的曲柄連杆機構的連杆的 自由端與平衡控制杆連接，轉動所述的曲柄連杆機構的曲柄，使活動支座產生進動運動。
所述的光源為柱狀直射光源。
在所述的光源與小車之間還設置有一用於控制平面光源連續照射地球儀的連杆機構。 在所述的平面光源的中心還設置有一聚光光源。
在地球儀和月球儀的表面塗有高反光性能的螢光漆，當光源照在地球儀和月球儀上 時，被光照部分產生明顯的反光。
本發明地球和或月球繞太陽運動的演示儀，首先是一個模擬地球運行軌道的圓形的塑 料軌道，軌道上是一個可以由電源驅動帶減速器的電機並通過齒輪傳動帶動的運動小車，小車上通過T型燕尾座固定一個由帶減速器的電機通過齒輪傳動帶動的模擬地球自轉的地 球儀；
地球儀通過地球儀支座固定在一個可以調節角度的弧形燕尾槽座上。這樣可以通過調 整演示地軸與地球公轉軌道平面呈不同角度時地球上產生的各種地理現象之間的差異，從 而更清晰地解釋地球上各種地理現象的成因。
月球的運動分自轉運動、公轉運動和進動。由於月球的自轉對我們研究日常的天文現 象意義不大，因此，本發明未包含對該天文現象的演示。若不考慮月球的自轉和公轉運動， 則月球的運動就是進動，即在與赤道面和黃道面分別成固定角度的一平面內，角度在+ 5 ° 9'和一5° 9'之間的擺動運動！帶動月球儀轉動的從動齒輪套裝在月球轉動從動齒輪 套上，月球轉動從動齒輪套通過過盈連接在一球面關節軸承上。按照六個自由度的約束理 論，該裝配限制了三個位移的自由度，還有三個旋轉的自由度可以實現月球在自轉的同時， 其轉動軌道平面與地球公轉軌道平面的夾角實現任意方向的變化的可能。但、固定在月球 轉動從動齒輪套上，在月球進動機構支座的滑槽中運動的進動平衡控制杆和月球轉動從動 齒輪套與月球進動機構支座兩件實行面與面的無間隙接觸分別限制了餘下三個旋轉自由 度中的兩個，這樣，若不考慮月球儀的公轉，帶減速器的電機就可以帶動通過曲軸轉動帶 動月球轉動從動齒輪套在與赤道面和黃道面成一固定角度的平面內擺動一從而實現活動 固定在月球轉動從動齒輪套上的月球儀的進動！
月球儀固定在帶動月球儀轉動的的從動齒輪上，從動齒輪活動套在月球轉動從動齒輪 套上，可以實現相對從動齒輪套的轉動。帶減速器的電機通過齒輪傳動帶動月球儀繞地球 公轉！
支撐地球儀的燕尾座和燕尾槽與小車車體由導電環連接實現相對轉動和導電的功能。 燕尾槽與車體可以通過導電環相對運動，燕尾座通過導向軸及導向軸上的導向齒輪與地球
運動軌道上的導向齒輪地滾動接觸連接來實現導向軸的方向總是相對地面靜止不轉動，從 而通過燕尾座控制地球與地面相對靜止不轉動，並永遠指向 一個方向。
因為地球繞太陽總是周而復始的朝一個方向轉動，所以模擬地球運動的承載地球儀的 小車也是沿著塑料軌道朝一個方向往復的運動，這樣就導致固定在地球儀支座上的驅動地 球儀的電機與固定在小車車體上的電源相對轉動也總是朝一個方向，在這種情況下，如用 電線連接就會出現電線纏繞。為解決這一問題，我們用導電環連接燕尾槽和小車車體，通 過導電環上下環體的轉動接觸實現導電把電源傳遞到地球儀自轉、月球儀公轉和月球儀進 動的電機上。
6為清晰的體現太陽光直射地球的光照和非光照區域的效果，在圓形地球運轉軌道的中 心固定一柱狀直射光源。小車運動通過隨動杆帶動燈座轉動，使光線永遠照射在地球儀上; 為展示太陽光在地球上直射區域的變化，我們在光源的中心安裝了一直徑為3隱-5mm的藍 色聚光光源，該射線通過地球儀的球心照射在地球儀的表面。該光線照射在地球儀上的點 即是太陽在地球上的直射點。該光源還能再現月球儀擋住照在地球儀上的太陽光出現的日 食，以及地球擋住照在月球上的太陽光時出現的月卻、月圓以及月食等天文現象。
月球的公轉、地球儀的自轉以及軌道上載著地球儀公轉的小車均可通過變頻器實現無 級調速，三個電機的驅動電源是同一電源。電源通過導電環引入以解決運動物體的電線纏 繞問題。
與現有技術相比，本發明地球、太陽運動演示儀具有如下優點
1、 本發明將地球運動儀安裝在一個沿圓形軌道運動的小車上，並在圓形軌道上設置 平行的齒條，在地球儀的下端設置與齒條嚙合的齒輪，從而使得地球儀在繞太陽儀轉動時 地軸的指向始終不變，同時將地球儀設置在T型燕尾座上，T型燕尾座可在弧形的T型燕 尾槽中滑動以調節不同的地軸指向角度從而觀察地球儀在不同角度的光照位置和範圍的 變化。
2、 本發明演示模型不僅能直觀地反應諸如地球在公轉和自傳時地軸始終指向一個方 向的地理特徵和時間、時差、季節、節氣、日照變化，極晝極夜以及月相、日食、月食及 月球進動等天文地理現象，更為重要地是該模型的設計結合了當今最新的光、機、電的應 用技術和玩具製造技術，充分考慮了製造的工藝性和寓教於樂的趣味性，使普通的青少年 及兒童可以對照圖片自行拼裝，增加了科普教育和學習的趣味性；同時由於結合了玩具的 製造工藝，使該產品可以控制成本的大批量推廣，從而使該科普教學模型可大量普及。
3、 本發明模型的另一特點是不僅能模擬月球的公轉，還能準確地模擬月球在公轉 過程中的進動運動即即在與赤道面和黃道面分別成固定角度的一平面內，角度在+ 5° 9 '和_5° 9'之間的擺動運動！帶動月球儀轉動的從動齒輪套裝在月球轉動從動齒輪套 上，月球轉動從動齒輪套通過過盈連接在一球面關節軸承上。固定在月球轉動從動齒輪套 上，在月球進動機構支座的滑槽中運動的進動平衡控制杆和月球轉動從動齒輪套與月球進 動機構支座兩件實行面與面的無間隙接觸分別限制了餘下三個旋轉自由度中的兩個，這 樣，若不考慮月球儀的公轉，帶減速器的電機就可以帶動通過曲軸轉動帶動月球轉動從動 齒輪套在與赤道面和黃道面成一固定角度的平面內擺動一從而實現活動固定在月球轉動 從動齒輪套上的月球儀的進動！
圖l是本發明地球、月亮、太陽運動演示儀結構示意圖。
圖2是本發明地球、月亮、太陽運動演示儀連接剖視圖。
圖3是本發明地球儀與小車連接示意圖。
圖4是本發明進動裝置結構示意圖。
圖5是圖2的A-A視圖。
圖6是圖2的B-B視圖。
圖7是圖6的D-D視圖。
圖中各標號表示如下
1、地球儀；2、地球儀固定軸；3、月球儀；4;月球儀支座；5、月球轉動從動齒
輪；6、月球轉動從動齒輪套/月球儀固定座；7、關節軸承;8、轉換塊；9、月球進動連 杆；10、月球進動曲軸；11、月球進動從動齒輪；12、月球進動減速電機；13、月球進動 主動動齒輪；14、月球進動機構支座l; 15、月球進動機構支座2; 16、地球儀支座；17、 地球儀自轉減速箱；18、地球自轉從動齒輪；19、 T型燕尾座；20、 T型燕尾槽蓋板；21、
T型燕尾槽；22、導電環；23、導向軸；24、小車車體；25、小車車輪；26、導向輪軸； 27、導向齒輪；28、地球運動軌道體；29、連接塊；30、隨動杆；31、光源；32、燈 座；33、燈體轉軸；35進動平衡控制杆；36、月球轉動減速電機固定座；37、月球公轉 減速電機；38、月球轉動主動齒輪；39、地球公轉減速電機；40、地球公轉主動齒輪;41、 地球公轉從動齒輪；42、電源系統；43、地球自轉主動齒輪；44、地球自轉減速電機；
45、地球自轉從動齒輪；45、月球進動裝置。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明作詳細說明 一種太陽、地球運動演示儀，包括一支架，在
該支架上設置有用於表示太陽的光源31和繞該光源既公轉又自轉的地球儀1，支架包括連 接塊29以及設置在連接塊29外部的圓形軌道體28，光源31設置在連接塊29的中心，在 軌道上設置有一在所述的軌道體28上移動的小車24，在該小車的小車車體24上設置有一 導向孔， 一導向軸23穿在所述的導向孔內，在導向軸23的上端還設置有一可以傾斜角度 的弧形T型燕尾槽10，在弧形T型燕尾槽10內滑動的設置有一 T型燕尾座7，地球儀1 與T型燕尾座7固定相連，在導向軸的下端設置有一導向齒輪27，在所述的軌道體28上 設置有平行分布的導向齒條，所述的導向齒輪27與導向齒條嚙合。一種太陽、地球、月亮運動演示儀，包括一支架，在該支架上設置有用於表示太陽的 光源、繞該光源既公轉又自轉的地球儀，以及繞地球儀公轉的月亮，其特徵在於所述的 支架包括連接塊29以及設置在連接塊29外部的圓形軌道體28，所述的光源31設置在連 接塊29的中心，在所述的軌道體28上設置有一在所述的軌道體28上移動的小車，在該 小車的小車車體24上設置有一導向孔， 一導向軸23穿在所述的導向孔內，在所述的導向 軸23的上端還設置有一可以傾斜角度的弧形T型燕尾槽10，在所述的弧形T型燕尾槽10 內滑動的設置有一T型燕尾座7，所述的地球儀1與T型燕尾座7固定相連，在導向軸的 下端設置有一導向齒輪20，在所述的軌道上設置有平行分布的導向齒條，所述的導向齒輪 20與導向齒條嚙合，所述的地球儀包括一地球儀固定軸3，在所述的地球儀固定軸3上通
過一球面關節軸承連接一使月球產生進動運動的進動裝置，在進動裝置的上端設置有一轉 動軸套6，固定月球的月球進動從動齒輪11與所述的該轉動軸套6轉動連接， 一套連杆曲 軸機構帶動轉動軸套6擺動從而帶動月球產生進動。
A、 小車運動
4個小車車輪25、輪軸以及小車車體24組成了承載地球儀1運動的小車；電源系統 42通過地球公轉主動齒輪40帶動地球公轉從動齒輪41驅動小車車體24載著地球儀1圍 繞圓周運動。
通過變頻器控制可實現運動小車的任意速度的無級調速。
B、 地球儀2自轉
地球儀1通過地球儀固定軸2固定在地球儀支座16上；帶動地球儀1轉動的地球自
轉從動齒輪45固定在地球儀固定軸2上；電源系統42的電流通過導電環接觸傳導到地球 自轉減速電機44旋轉，通過地球自轉主動齒輪43帶動地球自轉從動齒輪45，從而帶動地 球儀l自轉。
通過變頻器控制可實現運動小車的任意速度的無級調速。
C、 地球自轉傾斜角度的可調
地球儀支座16固定在一個弧形T型燕尾座19上。T型燕尾座19可在弧形的T型燕尾 槽21中滑動以調節不同的地軸指向角度從而觀察地球儀1在不同角度的光照位置和範圍 的變化。T型燕尾槽蓋板20是防止T型燕尾座19從槽中脫出。
D、 地軸的指向不變的實現
導向軸23上部與T型燕尾槽21以花鍵形式聯接，可實現軸的上下調整，下部與導向 輪軸26和導向齒輪27連接。當小車運動時，導向齒輪27永遠保持與地球運動軌道體28
9上的齒條嚙合。齒條沿小車運動軌道朝一個方向平行分布，因此，儘管小車運動時車頭的 方向不斷變化，但與導向齒輪26聯接的地球儀1的地軸的方向也始終相應地指向同一個 方向。
E、 光源31的實現和太陽直射點的體現
光源31固定在燈體轉軸33上，燈體轉軸33可以在燈座32中轉動。燈座通過連接塊 29連接於地球運動軌道體28，使光源保持在地球運動軌道的中心。光源將柱狀光照射至 地球儀表面，同時，在光源的中心是一直徑3-5mm的特殊顏色的聚光光源，正照射在地球 儀上與地球公轉軌道平面平行的最大直徑處的圓周上，該圓周即是在某一天的太陽直射 點。隨動杆30連接小車車體24和燈體轉軸33，小車車體24即地球儀1轉動時帶動光源 轉動從而使光源31的柱狀分布的光線始終照射射在地球儀上，紅色聚光光束始終通過地 球儀的球心照射在地球儀的球面上該聚光光束在地球儀上的照射點即顯示的是太陽在地 球上的直射點。
F、 月球的公轉
月球儀3固定在帶動月球儀轉動的的從動齒輪5上，從動齒輪5活動套在月球轉動從 動齒輪套6上，可以實現相對從動齒輪套6的轉動。帶減速器的電機37通過月球轉動主 動齒輪38傳動帶動月球轉動從動齒輪5及固定其上的月球儀1繞地球公轉！
G、 月球的進動
月球的運動分自轉運動、公轉運動和進動。由於月球的自轉對我們研究日常的天文現 象意義不大，因此，本發明未包含對該天文現象的演示。若不考慮月球的自轉和公轉運動， 則月球的運動就是進動，即在與赤道面和黃道面分別成固定角度的一平面內，角度在十5 ° 9'和一5° 9'之間的擺動運動！帶動月球儀轉動的從動齒輪5套裝在月球轉動從動齒 輪套6上，月球轉動從動齒輪套6通過過盈連接在一球面關節軸承7上。按照六個自由度
的約束理論，該裝配限制了三個位移的自由度，還有三個旋轉的自由度可以實現月球在自 轉的同時，其轉動軌道平面與地球公轉軌道平面的夾角實現任意方向的變化的可能。但、 固定在月球轉動從動齒輪套6上，在月球進動機構支座215滑槽中運動的進動平衡控制杆 35和月球轉動從動齒輪套6與月球進動機構支座215兩零件實行面與面的無間隙接觸分別 限制了餘下三個旋轉自由度中的兩個，這樣，若不考慮月球儀的公轉，帶減速器的月球進 動電機12就可以帶動齒輪13和齒輪11轉動，從而帶動月球進動曲軸10轉動，帶動月球 轉動從動齒輪套6在與赤道面和黃道面成一固定角度的平面內擺動，從而實現活動固定在 月球轉動從動齒輪套上的月球儀的進動！
權利要求
1、一種太陽、地球運動演示儀，包括一支架，在該支架上設置有用於表示太陽的光源(31)和繞該光源既公轉又自轉的地球儀(1)，其特徵在於所述的支架包括連接塊(29)以及設置在連接塊(29)外部的圓形軌道體(28)，所述的光源(31)設置在連接塊(29)的中心，在所述的軌道上設置有一在所述的軌道體(28)上移動的小車(24)，在該小車的小車車體(24)上設置有一導向孔，一導向軸(23)穿在所述的導向孔內，在所述的導向軸(23)的上端還設置有一可以傾斜角度的弧形T型燕尾槽(10)，在所述的弧形T型燕尾槽(10)內滑動的設置有一T型燕尾座(7)，所述的地球儀(1)與T型燕尾座(7)固定相連，在導向軸的下端設置有一導向齒輪(27)，在所述的軌道體(28)上設置有平行分布的導向齒條，所述的導向齒輪(27)與導向齒條嚙合。
2、 根據權利要求1所述的太陽、地球運動演示儀，其特徵在於所述的光源為柱狀 直射光源。
3、 根據權利要求1所述的太陽、地球運動演示儀，其特徵在於在所述的光源與小 車之間還設置有一用於控制平面光源連續照射地球儀的連杆機構。
4、 根據權利要求2所述的太陽、地球運動演示儀，其特徵在於在所述的平面光源 的中心還設置有一產生太陽直射點的聚光光源。
5、 根據權利1要求的太陽、地球運行仿真模型，其特徵是在所述的地球儀和月球儀的表面塗有被光照部分產生明顯的反光或高反光性能的螢光漆。
6、 一種太陽、地球、月亮運動演示儀，包括一支架，在該支架上設置有用於表示太陽的光源、繞該光源既公轉又自轉的地球儀，以及繞地球儀公轉的月亮，其特徵在於所述的支架包括連接塊(29)以及設置在連接塊(29)外部的圓形軌道體(28)，所述的光 源(31)設置在連接塊(29)的中心，在所述的軌道體(28)上設置有一在所述的軌道體 (28)上移動的小車，在該小車的小車車體(24)上設置有一導向孔， 一導向軸(23)穿 在所述的導向孔內，在所述的導向軸(23)的上端還設置有一可以傾斜角度的弧形T型燕 尾槽(10)，在所述的弧形T型燕尾槽(10)內滑動的設置有一 T型燕尾座(7)，所述的 地球儀(1)與T型燕尾座(7)固定相連，在導向軸的下端設置有一導向齒輪(20)，在 所述的軌道上設置有平行分布的導向齒條，所述的導向齒輪(20)與導向齒條"P齒合，所述 的地球儀包括一地球儀固定軸(3)，在所述的地球儀固定軸(3)上通過一球面關節軸承連接一使月球產生進動運動的進動裝置，在進動裝置的上端設置有一轉動軸套(6)，固定 月球的月球進動從動齒輪(11)與所述的該轉動軸套(6)轉動連接， 一套連杆曲軸機構 帶動轉動軸套(6)擺動從而帶動月球產生進動。
7、 根據權利要求6所述的太陽、地球、月亮運動演示儀，其特徵在於所述的進動 裝置包括進動機構固定支座(14)、進動機構活動支座(15)以及一曲柄連杆機構(9、 10)，在所述的固定支座上開設有一弧形槽，在所述的弧形槽內設置有一進動平衡控制杆(35)，該進動平衡控制杆將所述的進動機構活動支座與固定支座連接，所述的曲柄連杆 機構的連杆的自由端與平衡控制杆(35)連接，轉動所述的曲柄連杆機構的曲柄(10)，使 活動支座產生進動運動。
8、 根據權利要求6或7所述的太陽、地球、月亮運動演示儀，其特徵在於所述的 光源為柱狀直射光源。
9、 根據權利要求6或7所述的太陽、地球、月亮運動演示儀，其特徵在於在所述 的光源與小車之間還設置有一用於控制平面光源連續照射地球儀的連杆機構。
10、 根據權利要求8所述的太陽、地球、月亮運動演示儀，其特徵在於在所述的平面光源的中心還設置有一聚光光源。
全文摘要
本發明公開了一種太陽、地球運動演示儀以及一種太陽、地球、月亮運動演示儀，太陽、地球運動演示儀包括一支架，在該支架上設置有光源和繞該光源既公轉又自轉的地球儀，支架包括連接塊以及圓形軌道體，在軌道上設置有一在軌道體上移動的小車，在該小車的小車車體上設置有一導向孔，一導向軸穿在導向孔內，在導向軸的上端還設置有弧形T型燕尾槽，在T型燕尾槽內設置有一T型燕尾座，地球儀與T型燕尾座固定相連，在導向軸的下端設置有一導向齒輪，在軌道體上設置有平行分布的導向齒條，導向齒輪與導向齒條嚙合。本發明地球儀在繞太陽儀轉動時地軸的指向始終不變，同時調節不同的地軸指向角度從而觀察地球儀在不同角度的光照位置和範圍的變化。
文檔編號G09B27/00GK101567149SQ20091003284
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月4日 優先權日2009年6月4日
發明者戈國標 申請人:戈國標;戈國連