張衡地動(dòng)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)振原理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)振裝置，特別是涉及一種復(fù)原和再現(xiàn)張衡地動(dòng)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的測(cè)振裝置，可以用于測(cè)量地震或其它原因引起的振動(dòng)，更可用于涉及歷史、語(yǔ)文、物理等諸多方面的教學(xué)和展示。
【背景技術(shù)】
[0002]《后漢書.張衡傳》在描述地動(dòng)儀時(shí)寫到“中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)”，隨后強(qiáng)調(diào)“其牙機(jī)巧制，皆隱在尊中”。這可以理解為，“牙機(jī)”是指“施關(guān)發(fā)機(jī)”的“機(jī)”，“巧制”涉及“施關(guān)發(fā)機(jī)”的“關(guān)”。也就是說(shuō)，“都柱”、“八道”、“牙機(jī)”和“巧制”是地動(dòng)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的四個(gè)組成部分。從地動(dòng)儀的工作方法可以看出，“牙機(jī)”應(yīng)該是指用以“首銜銅丸”、“機(jī)發(fā)吐丸”的夾持和釋放機(jī)構(gòu)，“巧制”主要包括確?！半m一龍發(fā)機(jī)，而七首不動(dòng)”的制約或關(guān)閉裝置。觸發(fā)“牙機(jī)”和“巧制”所需的動(dòng)力和位移來(lái)源于地震或其它原因的振動(dòng)。當(dāng)微弱的振動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以完成觸發(fā)時(shí)，接收和放大微弱的振動(dòng)而輸出足夠的動(dòng)力和位移就成為“都柱”和“八道”應(yīng)當(dāng)具備的功能。
[0003]以往對(duì)復(fù)原張衡地動(dòng)儀所做的長(zhǎng)期的、多樣的嘗試，即使沒有根據(jù)史書記載準(zhǔn)確理解或說(shuō)明“都柱”、“八道”、“牙機(jī)”和“巧制”四類部件，但基本上都是圍繞著接收、放大、觸發(fā)和制約等方面進(jìn)行的。接收或測(cè)知振動(dòng)通常認(rèn)為應(yīng)該利用懸垂擺體或者倒立擺體，而如何進(jìn)一步將其放大則一直沒有令人滿意的和廣為認(rèn)同的答案，這致使現(xiàn)有的復(fù)原方案不能完全具備史書中描述的靈敏而實(shí)用的測(cè)振功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]使“都柱”和“八道”具備接收和放大微弱振動(dòng)并輸出足以觸發(fā)“牙機(jī)”和“巧制”的動(dòng)力和位移的功能，是復(fù)原張衡地動(dòng)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的首要的和核心的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]將地動(dòng)儀中央的“都柱”與周圍“八道”中的一個(gè)或若干個(gè)杠桿，作為懸垂或倒立的擺體，與地面垂直或接近垂直放置，通過(guò)傍靠排列，即“傍行”，和/或連桿連接等方式，相互耦合成為動(dòng)力臂小于阻力臂的、具有復(fù)式杠桿特征的杠桿組合，并使“都柱”具有足夠大的質(zhì)量平衡杠桿另一側(cè)的阻力和系統(tǒng)中的摩擦力，能夠在受到振動(dòng)后形成擺動(dòng)，即可在傳遞振動(dòng)的同時(shí)將位移放大一定的倍數(shù)，可以是上千倍。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的懸垂都柱地動(dòng)儀的剖面示意圖。
[0007]圖2是層屜式安裝的輪輻式結(jié)構(gòu)的機(jī)架和帶有龍紋裝飾的擺動(dòng)桿件的示意圖。
[0008]圖3是本發(fā)明實(shí)施例5的牙機(jī)巧制合一的地動(dòng)儀的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1:懸垂都柱地動(dòng)儀設(shè)置上層機(jī)架11和下層機(jī)架12，與“尊”7剛性連接。機(jī)架可以設(shè)計(jì)成層屜式安裝的輪輻式結(jié)構(gòu)，便于保持整個(gè)系統(tǒng)的水平方向的中心對(duì)稱性，和垂直方向的上下對(duì)應(yīng)性。每層每側(cè)機(jī)架由左右平行的兩條橫梁組成，擺體杠桿組合等構(gòu)件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)安裝在橫梁上并處于兩條橫梁之間。連接橫梁和擺體杠桿等構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)可使用刀口和刀承的形式，以減小表面摩擦。
[0010]“都柱”1懸掛于上層機(jī)架11中央，并能夠向各個(gè)方向靈活擺動(dòng)?！鞍说馈?中的懸垂擺體杠桿5的支點(diǎn)固定于上層機(jī)架11，倒立擺體杠桿6的支點(diǎn)固定于下層機(jī)架12?！岸贾?I與擺體杠桿之間、擺體杠桿相互之間，通過(guò)傍靠排列，即“傍行”，和/或連桿連接等方式，耦合成為動(dòng)力臂小于阻力臂的、具有復(fù)式杠桿特征的杠桿組合，并使“都柱” I具有足夠大的質(zhì)量平衡杠桿另一側(cè)的阻力和系統(tǒng)中的摩擦力，能夠在受到振動(dòng)后形成擺動(dòng)，即可在傳遞振動(dòng)的同時(shí)放大位移。
[0011]“都柱” I和“八道”2中的擺體在受到地震或其它原因的振動(dòng)時(shí)，因其自身的慣性或惰性，與“尊” 7及其附著的地面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即擺動(dòng)。以“傍行”或連桿連接等方式耦合而成的、具有復(fù)式杠桿特征的、動(dòng)力臂小于阻力臂的杠桿組合，將擺動(dòng)放大相當(dāng)?shù)谋稊?shù)而達(dá)到足夠的程度觸發(fā)“牙機(jī)”和“巧制”。地動(dòng)儀中擺體的擺動(dòng)體現(xiàn)和放大的是測(cè)振地點(diǎn)振動(dòng)位移在受限的八個(gè)“八道”方向上的水平分量。分量最大的一側(cè)首先被觸發(fā)，且當(dāng)該分量的方向與其振源方向相反時(shí)，振源在被觸發(fā)的龍首一側(cè)左右夾角各為八分之一圓周的一半即22.5度的范圍內(nèi)。
[0012]杠桿的級(jí)數(shù)、每級(jí)杠桿的比例以及不同擺體的搭配可以根據(jù)具體需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。三級(jí)以上的杠桿組合配合足夠大質(zhì)量的“都柱”就可以把微弱的振動(dòng)位移放大上千倍，使地動(dòng)儀可以對(duì)人為施加的振動(dòng)做出靈敏和準(zhǔn)確的反應(yīng)，做到“驗(yàn)之以事，合契若神”，并且具有測(cè)知“地不覺動(dòng)”的微弱地震的功能。
[0013]“牙機(jī)”3是擺體杠桿，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)固定于上層機(jī)架11，就位靜止時(shí)與“八道”2擺體杠桿組合外側(cè)一端相傍靠，同時(shí)從下方支撐抵住“巧制”4?！扒芍啤?是組成制約和關(guān)閉裝置的八個(gè)具有共同中心落點(diǎn)的、放射形環(huán)繞排列的活動(dòng)桿件之一，內(nèi)側(cè)一端為圓柱體或球體，外側(cè)一端與龍首9結(jié)合為一體，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)固定于上層機(jī)架11，并與龍首9和“銅丸，，10分別處于支點(diǎn)兩側(cè)，形成蹺蹺板的起落模式，重心設(shè)置在“巧制”4 一側(cè)，就位靜止時(shí)從下方被“牙機(jī)”3支撐抵住。龍首9與“尊”7靠攏夾持“銅丸”10而狀如“ 口銜銅丸”。“巧制”4外側(cè)一端向外向下指向龍首9，內(nèi)側(cè)一端向內(nèi)向上指向“都柱” I上方、“尊”7內(nèi)頂部的中心位置，形成內(nèi)高外低的傘形布局，“合蓋隆起”的“蓋”8與之相適應(yīng)，使地動(dòng)儀重心低矮、結(jié)構(gòu)緊湊。
[0014]當(dāng)“八道” 2擺體杠桿組合外側(cè)一端向外推壓“牙機(jī)” 3時(shí)，“牙機(jī)” 3轉(zhuǎn)動(dòng)移出支撐面，使“巧制”4和龍首9失去支撐，位于支點(diǎn)外側(cè)的龍首9向外抬起，龍口開啟，“銅丸”10掉落而“機(jī)發(fā)吐丸”;相對(duì)應(yīng)的“巧制”4的內(nèi)側(cè)一端向內(nèi)落下，占據(jù)“尊”7內(nèi)頂部、“都柱”1上方的中心位置，使其它“巧制”內(nèi)側(cè)端即使相繼失去“牙機(jī)”的支撐也無(wú)法完全落下，外側(cè)龍首無(wú)法完全抬起，其它“銅丸”無(wú)法脫口落下，從而關(guān)閉了再次觸發(fā)的功能，形成“巧制”，實(shí)現(xiàn)了 “雖一龍發(fā)機(jī)，而七首不動(dòng)”。測(cè)振之后，將“銅丸” 10放回龍口并推入龍首9與“尊”7靠攏，“巧制”4內(nèi)側(cè)一端向上抬起，“牙機(jī)”3因其自身的擺體作用而復(fù)位，從下方支撐抵住“巧制”4。依次檢查所有“龍首”，將其向內(nèi)推入并使所有“牙機(jī)”全都復(fù)位。此時(shí)，“巧制”的關(guān)閉功能解除，“牙機(jī)”的