專利名稱：日心天球·三球儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于教育教學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前大學(xué)里使用的天球儀，如同地球儀一樣，為不透明球體，從這樣的天球儀上無 法看到天球儀內(nèi)地球和月球在星際間的運動狀態(tài)，目前中小學(xué)使用的三球儀，又無法將太 陽、地球、月球三者同星空結(jié)合起來，本發(fā)明通過將天球儀改造后，把三球儀同天球儀有機 地結(jié)合起來，給人們帶來一種新的視覺效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是把三球儀和改造后的天球儀有機地結(jié)合，為學(xué)生提供一種能直觀地球、 月球在星際間的運動變化，從而產(chǎn)生出單個的地球儀或單個天球儀難以實現(xiàn)的多種直觀效果。技術(shù)方案用鋼絲做成兩個由二十四條經(jīng)線和六條緯線組合的半個網(wǎng)狀天球，將一對網(wǎng)狀天 球扣合，再將三十七個主要星座按照其座標(biāo)位置布在天球上，再制作一個半環(huán)狀的子午圈 支架，再制作園盤形支座，支座上固定一子午圈導(dǎo)軌，子午圈支架可穿入導(dǎo)軌內(nèi)并可上下滑 動。再做成之字形支撐管，在支撐管上設(shè)一方框支架，方框通過軸承與之字形支撐管連接， 在方框內(nèi)的之字形支撐管上固定極軸定向主動輪和傳動齒輪，在方框內(nèi)的一端固定與傳動 齒輪相配套的主動齒輪和蝸輪小電機，在之字形支撐管上固定一導(dǎo)電環(huán)，小電機的導(dǎo)線通 過導(dǎo)電環(huán)的滑動接觸，從支撐管內(nèi)引出。太陽為一球體燈管，固定在之字形支撐管端處，導(dǎo) 線從支撐管內(nèi)引出。然后在支撐管伸出方框支架的管上，固定雙槽主動輪，選一塑質(zhì)球體 做地球，并打一過球心的孔，把球體從下半部切開，切面與孔垂直。在一對切面上，各固定一 對永久磁鐵，且使上下面的磁鐵異極相對。在方框支架另一端打孔，將地軸穿入孔內(nèi)，在方 框支架下邊的地軸上，固定一與極軸定向主動輪大小相等的極軸定向被動輪，兩者用平形 傳動線連接。在方框支架上邊的地軸上，分別套上去月球公轉(zhuǎn)傳動管和地球自轉(zhuǎn)傳動管，然 后在一對傳動管的下端分別固定上地球自轉(zhuǎn)傳動輪和月球公傳動輪，在一對傳動管的上端 分別固定上凹形地球自轉(zhuǎn)傳動小齒輪和凹形月球公轉(zhuǎn)傳動小齒輪。在小半個球體的球面上 分別固定一對分別與一對凹形小齒輪配套的傘形地球自轉(zhuǎn)小齒輪和傘形月球公轉(zhuǎn)小齒輪。 在兩對小齒輪咬合處把地軸折成113°半的角。再選一塑管，通過地軸穿入小半個球體的孔 內(nèi)，在塑管的下端與月球公轉(zhuǎn)傘形小齒輪固定，在塑管的上端固定一與塑管垂直的塑桿做 月球支桿，在月球支桿上端固定月球。在地軸上套上一個圈墊，然后把大半個球體套入地軸 上，圈墊使兩切面留有一定間隙，地球自轉(zhuǎn)傳動輪、月球公轉(zhuǎn)傳動輪和雙槽主動輪間均用交 叉?zhèn)鲃泳€連接。再打開兩半個網(wǎng)狀天球，把之字形支撐管通過南極軸孔固定在子午圈支架 的端處，使太陽正處在天球的中心。然后通過赤道將兩半個網(wǎng)狀天球扣合并固定，北極軸通 過北極軸孔固定在子午圈支架的上端。然后在赤道外層設(shè)一槽形赤道圈與赤道相吻合，并固定在子午圈支架的中點處，使天球可在赤道圈內(nèi)傳動，在赤道圈上設(shè)時刻刻度。再制作黃 道圈，固定在天球上的適當(dāng)位置，在黃道圈上設(shè)節(jié)氣日刻度，在赤道圈上6點和18點刻度處 的赤道圈上，各固定一地平圈轉(zhuǎn)軸。然后在子午圈適當(dāng)位置設(shè)一長方形彀，做地平圈導(dǎo)軌， 做一適當(dāng)直徑的地平圈，在地平圈一對對稱點上各打一孔，讓地平圈上的孔穿入地平圈轉(zhuǎn) 軸并固定在地平圈導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌可上下滑動。本發(fā)明的有益效果把三球儀與改造后的天球儀結(jié)合，實現(xiàn)了單獨由地球儀或天 球儀難以實現(xiàn)的有益效果，使學(xué)生能更形象更直觀地了解天體運動變化的規(guī)律。


圖1、總裝示意圈(北緯38°，夏至日零點狀態(tài))；圖2、地球、月球部分放大示意圈；圖3、A-A剖視示意圖；圖中1、天球北極軸；2、經(jīng)線；3、緯線；4、赤道圈；5、黃道圈；6、地平圈；7、地平 圈導(dǎo)軌；8、底座；9、子午圈導(dǎo)軌；10、子午圈支架；11、節(jié)氣日刻度；12、時刻刻度；13、赤道； 14、方框；15、軸承；16、傳動齒輪；17、主動齒輪；18、雙槽主動輪；19、月球公轉(zhuǎn)傳動輪；20、 地球自轉(zhuǎn)傳動輪；21、地球；22、地軸；23、極軸定向傳動輪；24、極軸定向主動輪；25、地球自 轉(zhuǎn)傳動管；26、地球自轉(zhuǎn)傳動小齒輪；27、永久磁鐵；28、月球公轉(zhuǎn)傳動管；29、月球公轉(zhuǎn)傳動 小齒輪；30、月球；31、蝸輪小電機；32、蝸桿；33、之字形支撐管；34、軸套；35、交叉?zhèn)鲃泳€； 36、平形傳動線；37、電源；38、干電池；39、主動齒輪軸；40、導(dǎo)電環(huán)；41、太陽；42、月球公轉(zhuǎn) 傳動桿；43、銀河；44、固定片；45、天球；46、圈墊；47、地平圈轉(zhuǎn)軸；48、經(jīng)線固定塊；49、地 軸固定片；50、月球公轉(zhuǎn)傳動管；51、開關(guān)；52、開關(guān)；53、星座。
具體實施方案如圖(1)所示，選一定長度的鋼絲，做成二十四條經(jīng)線O)，五條緯線(3)和一條赤 道(13)，經(jīng)線固定塊08)中心打孔，將二十四條經(jīng)線(2) —端均勻焊在經(jīng)線固定塊G8)邊 沿，另一端均勻焊在赤道(1 上，然后將五條不同長度的緯線C3)分別均勻焊在每條經(jīng)線 (2)上，并與經(jīng)線( 垂直交叉。形成半個網(wǎng)狀天球(45)，同樣方法做成另一半天球(45)， 將兩半球扣合起來，將二十五個主要星座和十二個黃道圈上的星座(53)，按其座標(biāo)位置固 定在網(wǎng)狀天球G5)上，再制作半環(huán)形的子午圈支架(10)，再制作園盤狀的底座(8)，在底 座(8)上固定一個長方形的子午圈導(dǎo)軌(9)，子午圈支架(10)可穿入導(dǎo)軌內(nèi)，并可上下滑 動和固定。子午圈支架上端焊一段適當(dāng)長度的天球北極軸(1)，制作一之字形支撐管(33)， 制作一方框(14)在支撐管(3 上通過軸承(1 與方框(14)固定，在方框(14)內(nèi)的支撐 管(3 上，固定一極軸定向主動輪04)和一傳動齒輪(16)，在方框(14)內(nèi)一端固定一組 與傳動齒輪(16)相配套的主動齒輪(17)和蝸輪小電機(31)，在支撐管(3 的伸出方框 (14)部分，固定一雙槽主動輪(18)。在支撐管(3 上端固定一球形燈管做太陽(41)，其導(dǎo) 線由支撐管(33)內(nèi)引出，在方框(14)下邊的支撐管上設(shè)一對導(dǎo)電環(huán)(40)，小電機(31)上 的導(dǎo)線通過與導(dǎo)電環(huán)GO)滑動接觸，再由支撐管(33)內(nèi)引出，在方框(14)的另一端打孔， 讓地軸0 穿過孔內(nèi)。如圖2所示，在方框(14)下邊的地軸0 上，固定一直徑等于極 軸定主動輪04)的極軸定向傳動輪(23)，兩者通過平形傳動線(36)連接。在方框(14)上邊的地軸0 上，固定一地軸固定片G4)并分別套上月球公轉(zhuǎn)傳動管08)和地球自轉(zhuǎn)傳 動管(25)，其下端分別固定月球公傳動輪(19)，和地球自轉(zhuǎn)傳動輪(20)，讓兩傳動輪(19)、 (20)與雙槽主動輪(18)分別通過交叉?zhèn)鲃泳€(3 連接，在一對傳動管0幻“28)上端分 別固定一凹形地球自轉(zhuǎn)傳動小齒輪06)和凹形月球公轉(zhuǎn)傳動小齒輪(四)，選一塑質(zhì)球做 地球，在球體上打一通過球心的孔，從球體上切下一少半，切面與孔垂直，在上下兩個 切面上的適當(dāng)位置各固定一對永久磁鐵(27)，并使上面與下面的永久磁鐵異極相對。在少 半部分球體的球面上的孔處，固定一對傘形小齒輪，并分別與凹形月球公轉(zhuǎn)小齒輪09)和 凹形地球自轉(zhuǎn)小齒輪06)相配套，將少半部分的球體套在地軸0 上，然后自兩對小齒 輪之間把地軸折出113°半的角，且使兩對小齒輪06) “29)分別咬合，在小半部球體的孔 內(nèi)穿入月球公轉(zhuǎn)傳動管(50)，其下端與傘形月球公轉(zhuǎn)小齒輪固定，其上端固定一塑質(zhì)月球 公轉(zhuǎn)傳動桿0 選一適當(dāng)直徑的小球，做月球(30)，固定在月球公轉(zhuǎn)傳動桿0 上端，然 后在地軸0 的球體切面處固定一圈墊G6)。在地軸0 上套上球體的大半部分，圈墊 (46)使上下兩半個球體間形成一定的間隙，讓月球傳動桿0 在間隙內(nèi)可自由轉(zhuǎn)動。然后 在地軸0 上端固定一地軸固定片09)。打開網(wǎng)狀天球南北兩半球，在南半球極軸孔處固 定一軸套(34)，把之字形支管(3 下端穿過軸套(34)固定在子午圈支架(10)下端，且使 太陽Gl)處在網(wǎng)狀天球的中心位置，然后把網(wǎng)狀天球北半天球與南半天球扣合并固定。再 將子午圈支架(10)上端的北極軸(1)插入北極軸孔內(nèi)。制作一對與赤道(13)配套的槽形赤道圈⑷固定在子午圈支架(10)中點處，網(wǎng) 狀天球轉(zhuǎn)動時，赤道可在赤道圈(4)的槽內(nèi)滑動。然后在赤道圈上設(shè)時刻刻度(1 制作黃 道圈(5)固定在網(wǎng)狀天球上，并與赤道(1 成23°半夾角，在黃道圈( 上設(shè)節(jié)氣日刻度 (11)，然后在赤道圈(5)的6點和18點刻度處的赤道圈(5)上，固定一對地平圈轉(zhuǎn)軸G7)， 制作地平圈(6)，在地平圈左右對稱點上打孔，再做一長方形地平圈導(dǎo)軌(7)，套在子午圈 支架(10)適當(dāng)位置，把地平圈(6)上的左右兩孔套在地平圈轉(zhuǎn)軸G7)上，并與地平圈導(dǎo)軌 (7)固定，地平圈(6)通過地平圈導(dǎo)軌(7)可在子午圈支架(10)上滑動。最后，讓蝸輪小電 機(31)的導(dǎo)線與干電池(38)接通，讓太陽Gl)的導(dǎo)線與電源(37)接通。打開開關(guān)(51)和開關(guān)(52)，太陽發(fā)出亮光，蝸輪小電機(31)啟動，主動齒輪(17) 帶動方框(14)上的地球繞太陽逆時針方向公轉(zhuǎn)。由于固定在主動齒輪軸(39)上端 的雙槽主動輪(18)是靜止的，它與地球自轉(zhuǎn)傳動輪OO)和月球公轉(zhuǎn)傳動輪(19)是通過交 叉?zhèn)鲃泳€連接，又通過一對小齒輪09)和06)的傳動，使月球(30)逆時針公轉(zhuǎn)，使地球下 半部逆時針自轉(zhuǎn)，下半部在切面上兩對永久磁鐵的引力下也帶動地球上半部逆時針 自轉(zhuǎn)，地球極軸定向傳動輪和極軸定向主動輪04)是平形傳動線連接，方框(14)逆 時針轉(zhuǎn)動多少角度，極軸定向主動輪04)的摩擦力就會把極軸定向傳動輪拉回多少 角度。所以地軸所指的方向不會改變。從而形成地球上的四季變化和晝夜變化及月 球沿赤道方向公轉(zhuǎn)的狀態(tài)。如果將天北極軸(1)對準(zhǔn)正北方向，再轉(zhuǎn)動天球讓黃道(5)上 的日期刻度(即觀星時的日期)對準(zhǔn)赤道圈(4)上的時刻刻度(即觀星時的時刻)，再將天 北極高度調(diào)至觀星人所在的緯度數(shù)。天球上呈出現(xiàn)出來的各星座的方位與高度會與當(dāng)時天 空出現(xiàn)各對應(yīng)星座的方位與高度完全一致。如圖(1)，就是處在北偉38°地區(qū)的人，在6月 22日對時所看到的子圈以東的星空，6月22日的白天中午，太陽正直射地球的北緯23°半 地區(qū)。太陽高度為75°半，還可以看到太陽正處在金牛座與雙子座之間，網(wǎng)狀天球上的天象基點是東徑120°，如果觀星人所在經(jīng)度每大于120° —度，可在時刻計算上減少4分鐘，反 之增加4分鐘。如果姑且把網(wǎng)狀天球看作地球，天球上的M條經(jīng)線正好形成M個時區(qū)，移 動地平圈導(dǎo)軌(7)至北緯66°半，此時天頂正好在23°半的緯線與午圈的交點上。把北極 軸所在地平圈(6)的方面看作白天的活，地平圈(6)就可看作是當(dāng)時同一時刻的晨昏線，于 是從網(wǎng)狀天球上就可觀夏至日各個緯度地區(qū)不同的日照時數(shù)也可清楚地看到極晝極夜現(xiàn) 象的成因。
權(quán)利要求
1.日心天球·三球儀是將天球儀改造成由二十四條經(jīng)線和十一條緯線組合成的天球 結(jié)構(gòu)，由二分之一子午圈作天球極軸的支架，子午圈通過導(dǎo)軌固定在支座上，在天球內(nèi)部設(shè) 有之字形支撐管支撐的方框支架。太陽固定在之字形支撐管上端，把地球和月球及其傳動 管、傳動輪、交叉?zhèn)鲃泳€、平行傳動線、傳動齒輪和動力部分，設(shè)在方框支架上。形成地球的 自西向東的自轉(zhuǎn)和繞太陽公轉(zhuǎn)以及地球的極軸定向；形成月球繞地球自西向東公轉(zhuǎn)，讓人 們直觀地球、月球在星際間的運動狀態(tài)，直觀地球上四季變化的成因，直觀太陽和星空的視 運動變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的日心天球·三球儀，其特征是，在天球上設(shè)有黃道圈，黃道圈 上設(shè)有節(jié)氣日刻度，二分之一子午圈支架固定在支座上的子午圈導(dǎo)軌內(nèi)，子午圈可在導(dǎo)軌 內(nèi)滑動，從而可改變天極軸的傾斜度。在子午圈上固定有赤道圈，讓天球轉(zhuǎn)動時，天赤道可 在赤道圈內(nèi)滑動，在赤道圈上設(shè)有時刻刻度，讓不同緯度地區(qū)的人，在不同日期、不同時刻 看到某星座在天球上的位置(此時星座的方位與高度與當(dāng)時天空真實出現(xiàn)的對應(yīng)星座的 方位與高度完全一致)。在赤道圈上6點和18點刻度處上設(shè)有地平圈轉(zhuǎn)軸，在子午圈上設(shè) 有地平圈導(dǎo)軌，在地平圈兩對稱點上打孔，讓兩孔套進地平圈轉(zhuǎn)軸上，同時與地平圈導(dǎo)軌固 定，通過導(dǎo)軌在子午圈上滑動，可使地平圈保持水平狀態(tài)。如果把天球部分姑且看作只有經(jīng) 緯線的地球，因同一時刻的晨昏線又可看作此時刻的地平圈，因地球不斷地自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，晨 昏線也在不斷地移動和改變角度，從而在天球上可以直觀某個緯度地區(qū)、某一節(jié)氣日的日 照時數(shù)，讓人們了解晝夜長短變化的成因和極晝極夜現(xiàn)象的成因。
全文摘要
日心天球·三球儀是一個由經(jīng)緯線組成的網(wǎng)狀天球，將二十七個主要星座按其座標(biāo)布在天球上，同時設(shè)有赤道圈，在赤道圈上標(biāo)有時刻刻度，設(shè)有黃道圈，在黃道圈上標(biāo)有節(jié)氣日刻度，設(shè)有地平圈、設(shè)有可在支座上移動的子午圈支架。在網(wǎng)狀天球內(nèi)部由天球南極軸孔伸入之字形支撐管，其上端設(shè)有太陽，天球可繞軸轉(zhuǎn)動。支撐管上設(shè)有方框支架，在支架上設(shè)有地球、月球，動力部分和傳動部分，從而形成地球自轉(zhuǎn)，同時繞太陽公轉(zhuǎn)和極軸定向，形成月球繞地球公轉(zhuǎn)。讓人從儀器上直接看到地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)及月球的公轉(zhuǎn)狀態(tài)，看到某個節(jié)氣日太陽所處的位置，看到地球上四季變化的成因，看到不同日期、不同時刻、不同緯度地區(qū)某星座所在天球上的位置，也即是所在天空的真實位置；看到不同緯度地區(qū)全年晝夜長短的變化和極晝極夜現(xiàn)象的成因。
文檔編號G09B27/06GK102097030SQ20091022755
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者張改一 申請人:張改一