专利名称：三相历式地球仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地球仪，尤其是太阳、地球和月球三球式的地球仪。
背景技术：
在太阳系中，地球只有一个，是人类生存的地方。地球上的许多自然现象和人们的生活规律都与太阳、月球有着密切的关系。人类为了了解地球，以及地球与太阳、月球的关系，自古以来就不断地进行探索。就目前的技术状况，供人们了解太阳、地球、月亮三者运行规律的手段，除天文观测台外，就是人们常用的模拟立体方式。天文观测台是科研重地，一般人很难进去观看。模拟立体方式一般可分为一球式、二球式和三球式。一球式只有地球的模型，二球式有两种(1)太阳和地球的模型；(2)地球和月球的模型。三球式同时有太阳、地球和月球的模型。一球式和二球式能表达的天文参数和人们生活相关的数据较少，而三球式能表达的较多。但是距离人们的要求还差得甚远，不具有同时性、直观性和精确性差，对太阳、地球和月球在同一时间点各球所处的位置及面向方位未进行表达。现在没有哪一种地球仪与现行的公历历法、农历历法、计时方法能准确直观地联系在一起，方便人们的生活、工作和学习。
发明内容
本发明的目的是提供一种三相历式地球仪，它能对太阳、地球和月球这三个天体的运行进行模拟，向人们展现三天体之间的运行规律及其与现行公历历法、农历历法和计时方法的关系，以及相关的天文现象。
本发明包括太阳、地球和月球三球仪，其特征在于还包括含底盘、公转中心轴和公历年计数盘的器座装置；主要由驱动器、联轴器、农历数盘、计时盘、工型件和带齿管构成，驱动地球仪转动及输出动力的驱动装置；绕所述公转中心轴转动，包括公转转杆、电源输入线、碳刷座和碳刷环，以及轴承、节气盘和公历数指针的公转装置；将所述驱动装置的动力按速率传输给公转装置及所述月球和节气指针转动的变速装置。
所述公转中心轴的顶端设置有太阳球仪。
所述的地球仪中心轴线与公转杆运行平面的夹角为66.5度，即地球自西向东转轴与水平面——黄道面成66.5度。
以上结构的地球仪形象地表达了太阳、地球和月球之间的客观运动规律和这三球对人们生活的影响。具有如下优点(1)表达的相应参数量全面；①地球自转，并自西向东绕太阳公转，轨迹面是黄道面；②地球的自转轴与黄道面成66.5度，符合国家天文台公布的相应数据，自转轴始终指向一个方向，即北极星附近；③月球跟着地球绕太阳运行，月球运行轨道面——白道面与黄道面成5度角；④地球运行与公历历法的关系；⑤地球运行与农历历法及24节气的关系；⑥地球运行与24小时计法的关系；⑦月相变化和日月蚀规律；⑧昼夜更递。(2)表达相应天文参数的同时性，各相应的参数是相互关联的，不是弧立片面的，而本发明能同时具体体现。(3)直观性强，太阳、地球和月球在各个阶段的运行位置，以及与人们生活中的公历、农历、24节气和24小时的计算，一目了然，表达非常直接，简单明了。(4)可靠性好，本地球仪的动力传动基本上采用齿轮传动，精度高、可靠，而且结构简单化，可作为历法用具和教学用具，也可作为计时工具。由于在太阳、地球和月球中，主要体现了地球及其与生活在地球上的人们相关的天文参数，尤其是人们与日相、月相和地球之间的相关参数，所以，仍称三相历式地球仪。
图1是本发明的总构成示意图。
图2是本发明驱动装置结构示意图。
图3是图2驱动装置下部分的剖视结构示意图。
图4是本发明变速装置结构的部分剖视示意图。
图5是本发明变速装置的结构示意图。
图6是图1中公转部分的剖视结构示意图。
图7是驱动器电源线路输送结构示意图。
图8是公历数盘的结构主视示意图。
图9是图8B视结构示意图。
图10是农历数盘的结构主视示意图。
图11是24节气盘的结构主视示意图。
图12是24小时计时盘的展开示意图。
具体实施例方式
下面，结合附图，对本发明作进一步说明。
图1所示，是本发明的总构成示意图。在图中，底座盘1的中心固定有主支承杆2，该杆2的顶端固定有表示太阳的球体11。代表地球和月球的地球仪14和月球体15，通过转动结构都绕太阳球11转动，所以，主支承杆2也称公转中心轴2。在公转中心轴2上，从下至上依序间隔固定联接有公历一年的年历盘4、公转定伞齿轮5和第一碳刷环6。在第一碳刷环6上方的轴2上，也向上依序间隔转动联接有碳刷架8、轴承盖9和公转杆10的一端。其中，在碳刷架8的一端头下侧，固定联接有，设有绕在第一碳刷环6上滑动的碳刷座及其碳刷7，碳刷7导电道数与刷环6的导电道数对应相等，可为多道。输入电源线3a穿过年历盘4和定伞齿轮5上的侧透孔与碳刷环6接通导电路。年历盘4详见图8和图9。公转杆10的中部，通过螺栓和垫块与碳刷架8固定联接。在碳刷架8右端通过螺栓固定联接有向下指年历盘4外侧的公历指针21。在公转杆10和碳刷架8的另一端，转动联接有纵主轴25，在该纵主轴25上，从下至上依序间隔固定联接有主伞齿轮24、第二碳刷环23。在第二碳刷环23上方的轴25上，也向上依序间隔转动联接有碳刷架8和另一端的公转杆10及其轴承盖20。其中，在该端碳刷架8的下侧固定联有可绕在第二碳刷环23上滑动的碳刷座及其碳刷22。同理，碳刷22的导电道数与碳刷环23的导电道数对应相等。在碳刷架8中部的下面通过间隔的两块纵联接板27，横向转动联接有横轴28。在该横轴28的右端固定联接有与主伞齿轮24啮合的从伞齿轮26。在横轴28的另一端，固定联接有与定伞齿轮5啮合的动伞齿轮29。这样，当纵主轴25受驱转动时，通过两对啮合的齿轮24和26与29和5，使公转杆10的外端，能绕内端的公转中心轴2转动。因为太阳球11设在轴2的顶端，所以，设在公转杆10外端上的所有零件，包括地球14和月球15、线框16，可绕太阳球11模拟公转。仪器运行时，地球仪14绕自转轴自西向东转动，同时，地球仪14和线框16也以纵主轴25为轴，顺时针方向转动；也在同时，公转杆10的外端、刷架的外端以中心轴2为轴，自西向东转动，即公转。公转一圈就是一年。地球14运行轨迹就是黄道。
在图1中，公转杆10右端上方还设有固定节气盘19，该节气盘19详见图11。地球14的自转轴线与纵主轴25的轴线夹角为23.5度。在地球14的上轴孔上，设有外夹件13。地球14轴下端的线框16是变速装置的结构，待在图2～图7处进行说明。在地球14的下轴端与线框16之间，设有农历盘12，该盘12内容详见图10。在框线16的变速装置上设有与农历盘12对应的节气盘指针18和月球15及其支承杆17。变速装置与纵主轴25及公转杆10的外端有关联。
图2所示，是主要表达本发明的驱动装置的结构示意图。在图2中，剖开了地球仪14。在地球仪壳内，驱动器34通过安装箍33和螺栓固定安装在与中心管36固定联接的座板35上面。驱动器34一般为电动机，其输出轴32与联轴器31套接，并通过螺钉固定联接。联轴器31的上端与穿过地球14轴心上孔与内外夹固件30的中心孔套，并通过螺钉13实现固定联接，这样，可实现电动转动地球14，并带动仪器运行。若松开此螺钉13的固定联接，可实现手动转动地球14，带动仪器运行。为了更清楚地看清和说明驱动装置的结构，以下结合图2及其结构示意3一起，来进行说明。在图2和图3中可知，输入电源线3c从中心管36的底孔穿入，从上端的侧孔中穿出与驱动器34的接线端子联接。中心管36从上而下依序套有定位帽37、上滚珠顶38、带齿管48和下滚珠顶52。其中，定位帽37与中心管36的上端以凹凸台阶的结构配合，限定定位帽37不能上移。带齿管48的两端头与上下滚珠顶38和52之间，各设有若干颗滚珠61和66，使带齿管48和中心管36之间构成滚动联接。在带齿管48的上端口，套有圆板状工型件41并通过一侧螺孔和螺钉68固定联接。在该工型件41的内孔上口，设有含滚珠61的槽。在该工型件41的上圆板的外缘上、下，各设有含若干滚珠62的槽，在滚珠62的下面和外侧，有凹环板40包含，上侧有环盖39盖住，使上下滚珠62不能自由滚落；凹环板40与环盖39之间还通过周边的若干个间隔透孔和相应的螺栓60适当挟紧，使凹环板40和环盖39与工型件41之间构成滚动联接。凹环板40和环盖39还通过周边的若干个间隔透孔和相应的螺栓58与上方的定位帽37适当挟紧。同理，定位帽37也通过周边的若干个间隔透孔和相应的螺栓59与上方的座板35固定联接。工型件41的下圆板通过若干间隔的透孔和相应的螺栓69与地球仪14的下边固定联接。由于地球仪14的中间要求安装有包括驱动器34等装置，其下边要先裁出一个孔，待安装好内装置后再连接回，这个连接通过间隔的若干球联件42及相应的螺钉来实现。使工型件41能在驱动器34的带动下，通过地球仪14的下边，带动带齿管48转动。在地球仪14底面下的带齿管48上，自上而下依序套有农历盘12、24小时的计时内环71、倒T型管45和计时齿轮46。其中，农历盘12固定在计时圈43的上平面，计时圈43是圆环状套在计时内环71上可调整转动，并可用螺钉72将其与内环71固定联接。计时内环71的内侧套在倒T型管45的上端，并通过计时槽键70固定联接。倒T型管45的中部外侧，通过多个圆形滚条73与定位环44实现滚动联接。定位环44的上下两端面，各设有含珠槽，该上下含珠槽中各设若干个滚珠63，分别与计时内环71的下面和倒T型管45的下圆板上面相顶，使倒T型管45以带齿管48为转轴可灵活转动。T型管45的下圆板，通过若干间隔的透孔和螺栓64固定联接有计时齿轮46。计时齿轮46下面的带齿管48上设有轴承座47及其滚珠65，支承着齿轮46下面的中间。当该计时齿轮46得到动力转动时，动力传给倒T型管45，倒T型管45带动计时圈43转动，而定位环44不动。定位环44通过联板与变速装置的支架的架板57固定联接。带齿管48的下端设有管齿轮49，该齿轮49与变速装置的分路齿轮55啮合，计时齿轮46与变速装置的上变向齿轮56啮合。下滚珠顶52通过螺钉67和中心管36固定联接，下滚珠顶52侧面固定有联板53，该联板53通过螺钉和变速装置支架的另一架板54固定联接。固定在变速装置支架下架板54上的定位板51及其螺钉50对珠顶52及整个中心管36进行限位。
图4所示，是本发明变速装置结构的部分剖视示意图。由图中可知，由于有些结构不在一个平面上和图幅所限，故只剖视了一部分说明一部分。结合图5的变速装置的结构示意来看变速装置有两个传动分路，而且，不在一个平面上，所以，图5仅表示传动线路的示意结构。在与地球仪14自转中心线构成夹角23.5°的垂直线上，地球仪14的下方，设有纵主轴25，参阅图1及其说明。纵主轴25为管状，中心孔穿有接驱动器34的电源线3c，顶端通过轴键75与挂板座76固定联接。在该挂板座76的下面，该座76通过若干间隔螺栓74和间隔垫块77固定联接有上架板57。在图4中公转杆10的上端圆板通过若干螺栓78固定联接有从动齿轮79。该齿轮79与上变向齿轮56啮合。而齿轮56的另一侧又与套在带齿管48上的计时齿轮46啮合。变速装置支架的上层上架板57通过若干螺栓98与上层的下架板97固定联接，而支架的下层上架板54也通过若干螺杆96与下架板97固定联接。这样，驱动器34、座板35、定位帽37、上滚珠顶38、环盖39、凹环40、中心管36、下滚珠顶52、架板54、架板57、挂板座76都是固定联接为一个整体。当地球14得到动力而转动，将带动工型件41、带齿管48绕中心管36转动，因此，管齿轮49输出动力。在变速支架的上层上架板54和下架板97之间，设有分路齿轮55，该齿轮55与管齿轮49啮合而获得动力。分路齿轮55是阶梯形齿轮，其上阶齿轮与从动阶梯形齿轮94的下齿轮啮合，作为第一传动分路传出动力。分路齿轮55还通过其中心轴89，将动力传给其下面的下齿轮90，该下齿轮90与下变向齿轮91啮合，作为第二传动分路。由图4和图5可知，第一传动分路的动力传动路线依序为齿轮94的下齿轮至齿轮94的上齿轮、工型齿轮的下齿轮95、工型齿轮的上齿轮101、上动变(起传动和变速作用的简称)阶梯齿轮100的上齿轮、上动变阶梯齿轮100的下齿轮、下动变阶梯齿轮99的上齿轮、下动变阶梯齿轮99的下齿轮、从动齿轮79、上变向齿轮56和公转杆10。由于传动路线上的各齿轮是设在变速装置支架的架板上，架板又固定在挂板座76上，所以，使地球14、月亮15、变速装置16实现可绕设有的纵主轴25转动，转动一圈为一年。此时，挂板座76从第一传动线路获得转动动力，并把动力传动给纵主轴25。在从动齿轮79另一侧上，架板57和架板97之间，设有上变向齿轮56，从动齿轮79与上变向齿轮56啮合，将动力也传给计时齿轮46，通过计时齿轮46带动倒T型管45绕带齿管48转动，该管45上的计时圈43和农历盘12也随之自西自东转动。计数圈43分为24格，地球仪14自转一圈经历24格。按国际标准规定，地球仪14表面分格为24个时区，计数圈43上的24个数对应地球仪14的24个时区进行指示，每个数值表示对应时区的即时时间，世界各地时间同时指示。同理，农历盘12上相应的数字也被相应指示。在图5中，月球支承杆17的下端，通过螺栓84与月球齿轮85固定联接。当月球齿轮85得到动力而转动，月球支承杆17跟着转动，带动月球15绕月球齿轮85的中心对称线转动，即绕地球转动，月球15转动轨迹就是白道。绕地球一个塑望即农历一个月。在第二传动分路中，动力的传动路线依序为分路齿轮55的中心轴89、下齿轮90、下变向齿轮91、调速下齿轮88、调速中齿轮92、月球齿轮85、月球支承杆17和月球15。其中，调速上齿轮93为备用调速齿轮，可与中齿轮92的调换，得出不同传动速率，农历大月使用中齿轮92，农历小月使用上齿轮93。调速上、中、下齿轮93、92和88都与其中轴87套定位，通过中轴87可实现往上往下调节联接。月球齿轮85是一种环型齿轮，其平面与地球14的公转平面(黄道面)成5度角，它的中心对称线穿过地球14的球心。该齿轮85套在圆轴板86与板盖83构成的环形凹槽中，轴板86与板盖83通过若干螺栓80和垫圈82与斜架板81固定联接，使月亮齿轮85能在环形凹槽中灵活转动。斜架板81斜的部分与月球齿轮85的平面平行，并与公转平面——黄道面成5度的夹角。该斜架板81的一侧与下架上板54固定联接。变速装置16的支承架下层架由下架上板54、下架下板103及由若干下联杆102固定联接构成。上层架由上架上板57、上架下板97及由固定联接的若干上联杆98固定联接构成。上层架和下层架还通过若干上下联杆96相互固定联接。由图2可知，上架上板57和下架上板54的一侧还与地球14自转轴上的相应构件固定联接。农历24节气盘指针18的上端，通过一螺栓80固定联接在圆轴板86的下面。
图6所示，主要表现了主支承杆2和纵主轴25之间的结构示意图。在主支承杆2上，定伞齿轮5通过该齿轮中心孔壁的键104与主支承杆2固定连接。同理，第一碳刷环6的内侧中心孔壁也通过其内侧的键105与主支承杆2固定联接。在碳刷环6上方主要支承杆2上固定有左承盘106，在该承盘的上下周边上，各设有含珠槽，并各含有若干颗滚珠107，与公转杆10的左端及其轴承盖9构成滚动联接。在公转杆10的中部，还通过两根螺栓109和垫块108与下方的碳刷架8固定联接。在公转杆10的右端与其轴承盖20所包内侧的纵主轴25上固定有右承盘110。在该承盘110的上下周边上，也各设有含珠槽，并各含有若干颗滚珠111。公转杆10与轴承盖20通过若干螺栓固定联接，与右承盘110及其滚珠111一起，构成滚动联接。横轴28的两端，通过轴承115和116，与两纵联接板27构成滚动联接。该横轴28的两端还分别通过键114和117分别和从伞齿轮26及动伞齿轮29固定联接。第二碳刷环23和伞齿轮24分别通过键112和113与纵主轴固定联接。电源线3a与第一碳刷环6连接，第一碳刷座7与碳刷环6滑动联接，电源线36的两端分别与第一和第二碳刷座7和22连接，第二碳刷座22与第二碳刷环23滑动联接，电源线3c和第二碳刷座连接，并穿过纵主轴25的中心孔。
图7主要表示电源输入给驱动器34的结构，结合图6来看，从电源输入结构依序经输入电源线3a，穿过年计数盘4的侧透孔，又穿过定伞齿轮5上的侧透孔，第一碳刷环6，第一碳刷座7，电源线3b，第二碳刷座22，第二碳刷环23，电源线3c，穿过伞齿轮24侧透孔，电源线3c，穿过纵主轴25的中心孔，从中心管36的中心管孔穿出，接驱动器34。
图8，是所示公历年计数盘4的结构主视图，图9是图8中B视的结构示意图，将两图结合来看。公历数盘4是一个圆形盘，该盘4的侧面如图9所示，依序标有1～12月和日的字样，每小格表示一日，每格的大小相同，一圈为一年，并由其外侧的指针21来指示。由于公历每年里月的天数都是固定的，只有2月份分为平年和闰年，所以只标出2月份，其他月份相同，不标。
图10所示，是农历计数盘12的结构主视示意图。由图中可知，该盘12为环形盘，固定在计时数盘43的上面，其上表面设有小月读数的内圈数字和大月读数的外圈数字。盘面材料一般采用透明塑料，有数值的那一面在外边。因为月球绕地球自西向东，所以数值从小到大按顺时针排列。农历数盘的计数原理月球在绕地球转动时，本身也跟着地球绕太阳公转。月球从初一(塑)到十五(望)为一个农历月，行程是绕地球一圈加上跟地球绕太阳走的路程。月球塑时在地球和太阳的正中间，此时，与地球上的时区12点位置对正。本方案在设计时，地球公转一圈的转速与计时数盘43转一圈是同时并完全相等。农历数盘12与计时数盘43的转速是同时并完全相等。以地球自转轴为轴的农历数盘12一圈整按大月或小月平均分格，每格标上数值，月球跟地球绕太阳公转走的行程已计在内。使用方法找出公历指针指示的月数日数，查历表，找出公历对应的农历数。该农历数在农历数盘12上的位置，该数值对正地球体14表面的时区，把月球对正地球14赤道附近，与该时区对正，该农历数值表示该天月球位置。即月球对正的时区，与该时区对正的农历数盘上的数值，就是该天的农历数。
农历数盘12上的初一零时位置与计时数盘43上的12时点位置紧固对齐。计时数盘43的数字见图12及其说明。
图11所示，是主要表示全年24个节气的节气盘19的盘面结构示意图。由图11中可知，节气盘19设在公转杆10的外端一侧上，该节气盘19的上表面设有一圈以春分为0度，间隔15度一个数值的角度圈，和以24节气为格内容的节气名称圈。因为地球仪14、变速装置绕纵主轴25转动的方向，是顺时针。所以，节气盘19表面上的气节变化按顺时针排列。内圈的角度数表示地球14转运的角度，它与公历计数盘指针21的转速相同，两者对应，便于调整确定年计数盘4的数值所在的位置。在节气盘19的上方，设有节气指示针18。该指示针18的上端固定在变速装置圆轴板86的下面。
图12所示，是计时数盘43外侧的展开示意图。计时数值标在盘子的柱外侧，由于地球自转是自西向东，所以数值从小到大以东向西排列，每一个数对应地球表面一个时区。12时数值对正太阳光线直射地球表面位置的时区。
本发明的工作原理根据太阳、地球、月亮的运行规律，和它们相关的下列天文参数制成。相关参数是①地球绕太阳自西向东公转；②地球自西向东自转，自转轴与黄道平面成66.5度，自转轴始终指向北极星附近；③月球跟着地球绕太阳运行，黄道面和白道面5度9分斜交；④公历历法；⑤农历历法；⑥二十四节气；⑦24时计法。12时点是太阳光线直射地球表面的位置；⑧昼夜变化。
使用方法把各零部件安装妥当。①调整节气盘指针18。通过地球自转，把地球自转轴和纵主轴25的夹角成的平面与纵主轴25和主支承杆2组成的平面调整在同一个平面上，此时，指针18指在节气盘的春分点上。②调整计时盘43，使盘上数12对应地球仪14上的时区，该时区在赤道附近与太阳对正，并固定。③调节年历盘4，使春分点与公历指针24对齐。
接通电源，仪器就开始运行。
把螺钉13松开，手转动地球仪14，仪器也能运行。
权利要求
1.一种三相历式地球仪，它包括太阳(11)、地球(14)和月球(15)三球仪，其特征在于还包括含底盘(1)、公转中心轴(2)和公历年计数盘(4)的器座装置；主要由驱动器(34)、联轴器(31)、农历数盘(12)、计时盘(43)、工型件(41)和带齿管(48)构成，驱动地球仪(14)转动及输出动力的驱动装置；绕所述公转中心轴(2)转动，包括公转杆(10)、电源线(3)、碳刷座(7、22)和碳刷环(6、23)，以及碳刷架(8)、节气盘(19)和公历数指针(21)的公转装置；将所述驱动装置的动力按速率传输给公转装置和计时装置及所述月球(15)转动的变速装置(16)。
2.根据权利要求1所述的三相历式地球仪，其特征在于所述公转中心轴(2)的项端设置有太阳球(11)。
3.根据权利要求1所述的三相历式地球仪，其特征在于所述驱动器电源的引入结构依序为电源线(3a)，电源线(3a)穿过年计数盘(4)的侧透孔，又穿过定伞齿轮(5)上的侧透孔，第一碳刷环(6)，第一碳刷座(7)，电源线(3b)，第二碳刷座(22)，第二碳刷环(23)，电源线(3c)，电源线(3c)穿过伞齿轮(24)侧透孔，电源线(3c)，电源线(3c)穿过纵主轴(25)中心孔，进入中心管(36)的中心孔并穿出，接驱动器(34)。
全文摘要
本发明公开了一种三相历式地球仪，它包括太阳、地球和月球三球仪，其特征在于还包括含底盘、公转中心轴和公历年计数盘的器座装置；主要由驱动器、联轴器、农历数盘、计时盘、工型件和带齿管构成，驱动地球仪转动及输出动力的驱动装置；绕所述公转中心轴转动，包括转杆、电源线、碳刷座和碳刷环，以及碳刷架、节气盘和公历指针的公转装置；将所述驱动装置的动力按速率传输给公转装置和计时装置，及所述月球转动的变速装置。该仪器具体形象地表达了太阳、地球和月球之间的客观运动规律和这三球对人们生活的影响。具有如下优点表达的相应参数量全面；表达相应天文参数的同时性；直观性强；可靠性好，可作为历法用具和教学用具，也可作为计时工具。
文档编号G09B27/00GK1808525SQ200610018318
公开日2006年7月26日 申请日期2006年1月27日 优先权日2006年1月27日
发明者卢周伟 申请人:卢周伟