专利名称：一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构的制作方法
技术领域：
本发明属于天文仪器领域，特别涉及一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构。
背景技术：
水运仪象台是北宋元祐年间(1086 109 设计的一座大型天文仪器，集计时、观测、演示为一体，是中国古代罕见的大规模的科技杰作，凝聚了中国古代科学技术达到顶峰时期的天文历算、冶金铸造、机械工艺、建筑工程等多方面的成果，为中国古代具有代表性的重大发明创造。自二十世纪五十年代开始，国内外学者及研究机构对水运仪象台的复原投入了极大的关注。1958年，中国历史博物馆研究员王振铎按1 5的缩小比例制作了第一个水运仪象台的复原模型；美国人堪布里奇也在六十年代复原了水运仪象台的缩小模型；90年代后期，在台湾台中的自然科学博物馆产生了水运仪象台原大模型；随后在日本又制作完成了另一个原大的复原模型。然而在复原过程中，由于古书上记载的不清楚，存在着很多有争议的问题。例如枢轮受水壶与枢轮是否相对转动、控制机构的工作原理、传动装置的类型等等。很多结构在进行复原时需要详细的论证和分析。浑仪是我国古代传统天文观测仪器，已有两千多年的历史，它大约创始于战国初期，西汉时期已有记载。在漫长的岁月里，浑仪整体结构由简单到复杂，隋、唐以后又经历了由繁到简的逐渐定型过程。水运仪象台上的浑仪最大的特点在于其可以随动。《新仪象法要》里有着“以水激轮，轮转而仪象皆动，此兼用诸家之法也浑仪则上候三辰之行度，曾黄道为单环，环中日见半体，使望筒常指日，日体常在筒穹中窍，天西行一周，日东移一度，此出新意也。”说明水运仪象台浑仪和望筒在机械性机构所控制的水轮带动下，能随被观测的天体运转，这是现代天文台跟踪机械的雏形。水运仪象台浑仪的各部分组成在《新仪象法要》里有记载，但是具体的结构记载不详。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构，能够区分太阳日与恒星日，还能够方便进行精度的调整。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构，包括六合仪1，六合仪1由水趺5上的四根龙柱4支撑，六合仪1上设有仰月结构，六合仪1内设有三辰仪2，三辰仪2内设有四游仪3，三辰仪2、四游仪3能够分别绕着一个共同的轴线转动，此轴线与水平面成一角度，水趺5上设有鳌云6，鳌云6内隐有传动系统的天柱；六合仪1由天经双环16、阴经单环15和天常单环14固定在一起形成，阴经单环 15水平放置，天经双环16竖直放置，天常单环14在阴经单环15和天经双环16内且与水平面成一定角度；
三辰仪2由三辰仪双环11、黄道双环17、赤道单环13、四象单环7和天运单环12 固定在一起形成，赤道单环13垂直于旋转轴，三辰仪双环11垂直于赤道单环13，四象单环 7垂直于赤道单环13和三辰仪双环11，天运单环12平行于赤道单环13 ；四游仪3由四游仪双环10和直距8固定在一起形成，直距8沿旋转轴方向固定在四游仪双环10上，在四游仪双环10内设有望筒9，在四游仪双环10圆心处有孔，望筒9上有旋转轴，望筒9通过轴孔配合与四游仪双环联接，望筒9能够绕其旋转轴在四游仪双环10 内转动，望筒9中空，观察者利用此中空孔观察星体；传动系统包括天柱上轮21、天毂19和天运单环12，天柱上轮21通过拔牙和天毂 19的前毂20传动，天毂19的后毂18通过拔牙和天运单环12传动，天柱上轮21每个太阳日转过H1个拔牙，天运单环12圆周上有n2个拔牙，Ii1 > n2，天毂19的前毂20和后毂18设有拔牙；仰月结构包括仰月22，仰月22设在天毂19的前毂20和后毂18内，并通过立柱固定在六合仪1上，仰月22的上方是带有缺口的圆孔，利用下面的半圆孔支撑天毂19转轴， 还能够将天毂19从上面的缺口取出，仰月22能够定期实现天毂19和天柱上轮21错过一次拨动，保证三辰仪2转一圈对应一个恒星日；水趺5上表面设有水沟23，水趺5的四个角有水斗25，水趺的中心处有龙门M ；本发明的有益效果是三辰仪2可以跟踪星体的运动，通过调整四游仪3的纬线角度、望筒9的经线位置，可以通过望筒来跟踪观测星体；由天柱上轮21、前毂20、后毂18、天运单环12组成的传动系统可以使三辰仪2实现太阳日与恒星日的区分；通过仰月结构、水趺5结构可以对浑仪系统结构的精度进行调整。
附图1是本发明整体结构示意图。附图2是本发明六合仪1、三辰仪2和四游仪3的结构示意图。附图3是本发明传动系统示意图。附图4是本发明仰月结构22示意图。附图5是本发明水趺5结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细描述。参照图1，一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构，包括六合仪1，六合仪1由水趺5上的四根龙柱4支撑，六合仪1上设有仰月结构，六合仪1内设有三辰仪2，三辰仪2内设有四游仪3，三辰仪2、四游仪3能够分别绕着一个共同的轴线转动，此轴线与水平面成一角度，水趺5上设有鳌云6，鳌云6内隐有传动系统的天柱；参照图2，六合仪1由天经双环16、阴经单环15和天常单环14固定在一起形成， 阴经单环15水平放置，天经双环16竖直放置，天常单环14在阴经单环15和天经双环16 内且与水平面成一定角度；参照图2，三辰仪2由三辰仪双环11、黄道双环17、赤道单环13、四象单环7和天运单环12固定在一起形成，赤道单环13垂直于旋转轴，三辰仪双环11垂直于赤道单环13，四象单环7垂直于赤道单环13和三辰仪双环11，天运单环12平行于赤道单环13 ；参照图2，四游仪3由四游仪双环10和直距8固定在一起形成，直距8沿旋转轴方向固定在四游仪双环10上，在四游仪双环10内设有望筒9，在四游仪双环10圆心处有孔， 望筒9上有旋转轴，望筒9通过轴孔配合与四游仪双环联接，望筒9能够绕其旋转轴在四游仪双环10内转动，望筒9中空，观察者利用此中空孔观察星体；参照图3，传动系统包括天柱上轮21、天毂19和天运单环12，天柱上轮21通过拔牙和天毂19的前毂20传动，天毂19的后毂18通过拔牙和天运单环12传动，天柱上轮21 每个太阳日转过H1个拔牙，天运单环12圆周上有n2个拔牙，H1 > n2，天毂19的前毂20和后毂18设有拔牙，实现太阳日与恒星日的区分；参照图4，仰月结构包括仰月22，仰月22设在天毂19的前毂20和后毂18内，并通过立柱固定在六合仪1上，仰月22的上方是带有缺口的圆孔，利用下面的半圆孔支撑天毂19转轴，还能够将天毂19从上面的缺口取出，仰月22能够定期实现天毂19和天柱上轮 21错过一次拨动，保证三辰仪2转一圈对应一个恒星日；参照图5，水趺5上表面设有水沟23，水趺5的四个角有水斗25，水趺的中心处有龙门24，利用水趺5的水沟23和水斗25里水位来实现水趺的水平；本发明的工作原理为六合仪1固定不动，三辰仪2随着天运单环12绕与水平面成一定角度的轴线沿纬线转动，四游仪3的四游仪双环10和直距8可绕着同一轴线沿纬线自由旋转，望筒9可以相对于四游仪3沿经线自由转动；天柱上轮21通过拔牙带动前毂20转动，后毂18通过拔牙带动天运单环12转动， 三辰仪2随着转动。天柱上轮21每天(太阳日)转过Ii1个拔牙，天运单环12圆周上有 η2(ηι > n2)个拔牙，天毂19的前毂20和后毂18设有拔牙，根据以上拔牙传动的方式，当天柱上轮21每天(太阳日)转过Ii1个拔牙时，天运单环12每天(太阳日)也会转过Ii1个拔牙，而天运单环圆周只分布有 个拔牙，这使天运单环12会旋转角度每天(太阳日)大于一圈，而天运单环12旋转一圈所对应的时间就是恒星日。由此实现了太阳日与恒星日的区分； 拔牙数量Ii1和n2并不能完全实现理论上准确的恒星日，所以需要定期的调整三辰仪2转过的角度。仰月22支撑着天毂19的转动，当需要进行精度调整时，只需要将天毂19 的前毂20端抬起，使之与天柱上轮21错过一次拨动，这样就能保证三辰仪2旋转一周对应一个恒星日； 整个浑仪系统需要保证阴经单环15水平。水趺5里的水沟23和水斗25里盛有水，根据各端的水位高低即可判断水趺是否水平，同时也为调整提供方便，保证了精度的实现。
权利要求
1. 一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构，包括六合仪(1)，其特征在于六合仪 (1)由水趺(5)上的四根龙柱⑷支撑，六合仪⑴上设有仰月结构(22)，六合仪⑴内设有三辰仪0)，三辰仪O)内设有四游仪(3)，三辰仪O)、四游仪C3)能够分别绕着一个共同的轴线转动，此轴线与水平面成一角度，水趺(5)上设有鳌云(6)，鳌云(6)内隐有传动系统的天柱；六合仪(1)由天经双环(16)、阴经单环(1 和天常单环(14)固定在一起形成，阴经单环(1 水平放置，天经双环(16)竖直放置，天常单环(14)在阴经单环(1 和天经双环 (16)内且与水平面成一定角度；三辰仪2由三辰仪双环(11)、黄道双环(17)、赤道单环(13)、四象单环(7)和天运单环(1 固定在一起形成，赤道单环(1 垂直于旋转轴，三辰仪双环(11)垂直于赤道单环 (13)，四象单环(7)垂直于赤道单环(1 和三辰仪双环(11)，天运单环(1 平行于赤道单环(13)；四游仪(3)由四游仪双环(10)和直距(8)固定在一起形成，直距(8)沿旋转轴方向固定在四游仪双环(10)上，在四游仪双环(10)内设有望筒(9)，在四游仪双环(10)圆心处有孔，望筒(9)上有旋转轴，望筒(9)通过轴孔配合与四游仪双环联接，望筒(9)能够绕其旋转轴在四游仪双环(10)内转动，望筒(9)中空，观察者利用此中空孔观察星体；传动系统包括天柱上轮(21)、天毂(19)和天运单环(12)，天柱上轮通过拔牙和天毂(19)的前毂00)传动，天毂(19)的后毂(18)通过拔牙和天运单环(1 传动，天柱上轮每个太阳日转过Ii1个拔牙，天运单环(12)圆周上有 个拔牙，Ii1 > Ii2，天毂(19) 的前毂(20)和后毂(18)设有拔牙；仰月结构包括仰月02)，仰月02)设在天毂(19)的前毂OO)和后毂(18)内，并通过立柱固定在六合仪(1)上，仰月02)的上方是带有缺口的圆孔，利用下面的半圆孔支撑天毂(19)转轴，还能够将天毂(19)从上面的缺口取出，仰月0 能够定期实现天毂(19) 和天柱上轮错过一次拨动，保证三辰仪( 转一圈对应一个恒星日；水趺( 上表面设有水沟(23)，水趺(5)的四个角有水斗(25)，水趺的中心处有龙门 04)。
全文摘要
一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构，包括六合仪，六合仪由水趺上的四根龙柱支撑，六合仪上设有仰月结构，六合仪内设有三辰仪，三辰仪内设有四游仪，三辰仪、四游仪能够分别绕着一个共同的轴线转动，此轴线与水平面成一角度，水趺上设有鳌云，鳌云内隐有传动系统的天柱，三辰仪可以跟踪星体的运动，通过调整四游仪的纬线角度、望筒的经线位置，可以通过望筒来跟踪观测星体，传动系统可以使三辰仪实现太阳日与恒星日的区分，通过仰月结构、水趺结构可以对浑仪系统结构的精度进行调整，本发明能够区分太阳日与恒星日，还能够方便进行精度的调整。
文档编号G04B1/26GK102394027SQ20111018891
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者刘志华, 唐乐为, 唐晓强, 柴晓明, 王伟方, 王立平 申请人:清华大学