專利名稱：一種用于古代水運(yùn)儀象臺(tái)的渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天文儀器領(lǐng)域，特別涉及一種用于古代水運(yùn)儀象臺(tái)的渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
水運(yùn)儀象臺(tái)是北宋元祐年間(1086 109 設(shè)計(jì)的一座大型天文儀器，集計(jì)時(shí)、觀測(cè)、演示為一體，是中國(guó)古代罕見(jiàn)的大規(guī)模的科技杰作，凝聚了中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)達(dá)到頂峰時(shí)期的天文歷算、冶金鑄造、機(jī)械工藝、建筑工程等多方面的成果，為中國(guó)古代具有代表性的重大發(fā)明創(chuàng)造。自二十世紀(jì)五十年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)對(duì)水運(yùn)儀象臺(tái)的復(fù)原投入了極大的關(guān)注。1958年，中國(guó)歷史博物館研究員王振鐸按1 5的縮小比例制作了第一個(gè)水運(yùn)儀象臺(tái)的復(fù)原模型；美國(guó)人堪布里奇也在六十年代復(fù)原了水運(yùn)儀象臺(tái)的縮小模型；90年代后期，在臺(tái)灣臺(tái)中的自然科學(xué)博物館產(chǎn)生了水運(yùn)儀象臺(tái)原大模型；隨后在日本又制作完成了另一個(gè)原大的復(fù)原模型。然而在復(fù)原過(guò)程中，由于古書(shū)上記載的不清楚，存在著很多有爭(zhēng)議的問(wèn)題。例如樞輪受水壺與樞輪是否相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)、控制機(jī)構(gòu)的工作原理、傳動(dòng)裝置的類型等等。很多結(jié)構(gòu)在進(jìn)行復(fù)原時(shí)需要詳細(xì)的論證和分析。渾儀是我國(guó)古代傳統(tǒng)天文觀測(cè)儀器，已有兩千多年的歷史，它大約創(chuàng)始于戰(zhàn)國(guó)初期，西漢時(shí)期已有記載。在漫長(zhǎng)的歲月里，渾儀整體結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隋、唐以后又經(jīng)歷了由繁到簡(jiǎn)的逐漸定型過(guò)程。水運(yùn)儀象臺(tái)上的渾儀最大的特點(diǎn)在于其可以隨動(dòng)?！缎聝x象法要》里有著“以水激輪，輪轉(zhuǎn)而儀象皆動(dòng)，此兼用諸家之法也渾儀則上候三辰之行度，曾黃道為單環(huán)，環(huán)中日見(jiàn)半體，使望筒常指日，日體常在筒穹中竅，天西行一周，日東移一度，此出新意也?！闭f(shuō)明水運(yùn)儀象臺(tái)渾儀和望筒在機(jī)械性機(jī)構(gòu)所控制的水輪帶動(dòng)下，能隨被觀測(cè)的天體運(yùn)轉(zhuǎn)，這是現(xiàn)代天文臺(tái)跟蹤機(jī)械的雛形。水運(yùn)儀象臺(tái)渾儀的各部分組成在《新儀象法要》里有記載，但是具體的結(jié)構(gòu)記載不詳。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種用于古代水運(yùn)儀象臺(tái)的渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠區(qū)分太陽(yáng)日與恒星日，還能夠方便進(jìn)行精度的調(diào)整。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種用于古代水運(yùn)儀象臺(tái)的渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括六合儀1，六合儀1由水趺5上的四根龍柱4支撐，六合儀1上設(shè)有仰月結(jié)構(gòu)，六合儀1內(nèi)設(shè)有三辰儀2，三辰儀2內(nèi)設(shè)有四游儀3，三辰儀2、四游儀3能夠分別繞著一個(gè)共同的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，此軸線與水平面成一角度，水趺5上設(shè)有鰲云6，鰲云6內(nèi)隱有傳動(dòng)系統(tǒng)的天柱；六合儀1由天經(jīng)雙環(huán)16、陰經(jīng)單環(huán)15和天常單環(huán)14固定在一起形成，陰經(jīng)單環(huán) 15水平放置，天經(jīng)雙環(huán)16豎直放置，天常單環(huán)14在陰經(jīng)單環(huán)15和天經(jīng)雙環(huán)16內(nèi)且與水平面成一定角度；
三辰儀2由三辰儀雙環(huán)11、黃道雙環(huán)17、赤道單環(huán)13、四象單環(huán)7和天運(yùn)單環(huán)12 固定在一起形成，赤道單環(huán)13垂直于旋轉(zhuǎn)軸，三辰儀雙環(huán)11垂直于赤道單環(huán)13，四象單環(huán) 7垂直于赤道單環(huán)13和三辰儀雙環(huán)11，天運(yùn)單環(huán)12平行于赤道單環(huán)13 ；四游儀3由四游儀雙環(huán)10和直距8固定在一起形成，直距8沿旋轉(zhuǎn)軸方向固定在四游儀雙環(huán)10上，在四游儀雙環(huán)10內(nèi)設(shè)有望筒9，在四游儀雙環(huán)10圓心處有孔，望筒9上有旋轉(zhuǎn)軸，望筒9通過(guò)軸孔配合與四游儀雙環(huán)聯(lián)接，望筒9能夠繞其旋轉(zhuǎn)軸在四游儀雙環(huán)10 內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，望筒9中空，觀察者利用此中空孔觀察星體；傳動(dòng)系統(tǒng)包括天柱上輪21、天轂19和天運(yùn)單環(huán)12，天柱上輪21通過(guò)拔牙和天轂 19的前轂20傳動(dòng)，天轂19的后轂18通過(guò)拔牙和天運(yùn)單環(huán)12傳動(dòng)，天柱上輪21每個(gè)太陽(yáng)日轉(zhuǎn)過(guò)H1個(gè)拔牙，天運(yùn)單環(huán)12圓周上有n2個(gè)拔牙，Ii1 > n2，天轂19的前轂20和后轂18設(shè)有拔牙；仰月結(jié)構(gòu)包括仰月22，仰月22設(shè)在天轂19的前轂20和后轂18內(nèi)，并通過(guò)立柱固定在六合儀1上，仰月22的上方是帶有缺口的圓孔，利用下面的半圓孔支撐天轂19轉(zhuǎn)軸， 還能夠?qū)⑻燧?9從上面的缺口取出，仰月22能夠定期實(shí)現(xiàn)天轂19和天柱上輪21錯(cuò)過(guò)一次撥動(dòng)，保證三辰儀2轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)一個(gè)恒星日；水趺5上表面設(shè)有水溝23，水趺5的四個(gè)角有水斗25，水趺的中心處有龍門(mén)M ；本發(fā)明的有益效果是三辰儀2可以跟蹤星體的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)整四游儀3的緯線角度、望筒9的經(jīng)線位置，可以通過(guò)望筒來(lái)跟蹤觀測(cè)星體；由天柱上輪21、前轂20、后轂18、天運(yùn)單環(huán)12組成的傳動(dòng)系統(tǒng)可以使三辰儀2實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)日與恒星日的區(qū)分；通過(guò)仰月結(jié)構(gòu)、水趺5結(jié)構(gòu)可以對(duì)渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的精度進(jìn)行調(diào)整。


附圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明六合儀1、三辰儀2和四游儀3的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本發(fā)明傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖。附圖4是本發(fā)明仰月結(jié)構(gòu)22示意圖。附圖5是本發(fā)明水趺5結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。參照?qǐng)D1，一種用于古代水運(yùn)儀象臺(tái)的渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括六合儀1，六合儀1由水趺5上的四根龍柱4支撐，六合儀1上設(shè)有仰月結(jié)構(gòu)，六合儀1內(nèi)設(shè)有三辰儀2，三辰儀2內(nèi)設(shè)有四游儀3，三辰儀2、四游儀3能夠分別繞著一個(gè)共同的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，此軸線與水平面成一角度，水趺5上設(shè)有鰲云6，鰲云6內(nèi)隱有傳動(dòng)系統(tǒng)的天柱；參照?qǐng)D2，六合儀1由天經(jīng)雙環(huán)16、陰經(jīng)單環(huán)15和天常單環(huán)14固定在一起形成， 陰經(jīng)單環(huán)15水平放置，天經(jīng)雙環(huán)16豎直放置，天常單環(huán)14在陰經(jīng)單環(huán)15和天經(jīng)雙環(huán)16 內(nèi)且與水平面成一定角度；參照?qǐng)D2，三辰儀2由三辰儀雙環(huán)11、黃道雙環(huán)17、赤道單環(huán)13、四象單環(huán)7和天運(yùn)單環(huán)12固定在一起形成，赤道單環(huán)13垂直于旋轉(zhuǎn)軸，三辰儀雙環(huán)11垂直于赤道單環(huán)13，四象單環(huán)7垂直于赤道單環(huán)13和三辰儀雙環(huán)11，天運(yùn)單環(huán)12平行于赤道單環(huán)13 ；參照?qǐng)D2，四游儀3由四游儀雙環(huán)10和直距8固定在一起形成，直距8沿旋轉(zhuǎn)軸方向固定在四游儀雙環(huán)10上，在四游儀雙環(huán)10內(nèi)設(shè)有望筒9，在四游儀雙環(huán)10圓心處有孔， 望筒9上有旋轉(zhuǎn)軸，望筒9通過(guò)軸孔配合與四游儀雙環(huán)聯(lián)接，望筒9能夠繞其旋轉(zhuǎn)軸在四游儀雙環(huán)10內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，望筒9中空，觀察者利用此中空孔觀察星體；參照?qǐng)D3，傳動(dòng)系統(tǒng)包括天柱上輪21、天轂19和天運(yùn)單環(huán)12，天柱上輪21通過(guò)拔牙和天轂19的前轂20傳動(dòng)，天轂19的后轂18通過(guò)拔牙和天運(yùn)單環(huán)12傳動(dòng)，天柱上輪21 每個(gè)太陽(yáng)日轉(zhuǎn)過(guò)H1個(gè)拔牙，天運(yùn)單環(huán)12圓周上有n2個(gè)拔牙，H1 > n2，天轂19的前轂20和后轂18設(shè)有拔牙，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)日與恒星日的區(qū)分；參照?qǐng)D4，仰月結(jié)構(gòu)包括仰月22，仰月22設(shè)在天轂19的前轂20和后轂18內(nèi)，并通過(guò)立柱固定在六合儀1上，仰月22的上方是帶有缺口的圓孔，利用下面的半圓孔支撐天轂19轉(zhuǎn)軸，還能夠?qū)⑻燧?9從上面的缺口取出，仰月22能夠定期實(shí)現(xiàn)天轂19和天柱上輪 21錯(cuò)過(guò)一次撥動(dòng)，保證三辰儀2轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)一個(gè)恒星日；參照?qǐng)D5，水趺5上表面設(shè)有水溝23，水趺5的四個(gè)角有水斗25，水趺的中心處有龍門(mén)24，利用水趺5的水溝23和水斗25里水位來(lái)實(shí)現(xiàn)水趺的水平；本發(fā)明的工作原理為六合儀1固定不動(dòng)，三辰儀2隨著天運(yùn)單環(huán)12繞與水平面成一定角度的軸線沿緯線轉(zhuǎn)動(dòng)，四游儀3的四游儀雙環(huán)10和直距8可繞著同一軸線沿緯線自由旋轉(zhuǎn)，望筒9可以相對(duì)于四游儀3沿經(jīng)線自由轉(zhuǎn)動(dòng)；天柱上輪21通過(guò)拔牙帶動(dòng)前轂20轉(zhuǎn)動(dòng)，后轂18通過(guò)拔牙帶動(dòng)天運(yùn)單環(huán)12轉(zhuǎn)動(dòng)， 三辰儀2隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。天柱上輪21每天(太陽(yáng)日)轉(zhuǎn)過(guò)Ii1個(gè)拔牙，天運(yùn)單環(huán)12圓周上有 η2(ηι > n2)個(gè)拔牙，天轂19的前轂20和后轂18設(shè)有拔牙，根據(jù)以上拔牙傳動(dòng)的方式，當(dāng)天柱上輪21每天(太陽(yáng)日)轉(zhuǎn)過(guò)Ii1個(gè)拔牙時(shí)，天運(yùn)單環(huán)12每天(太陽(yáng)日)也會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)Ii1個(gè)拔牙，而天運(yùn)單環(huán)圓周只分布有 個(gè)拔牙，這使天運(yùn)單環(huán)12會(huì)旋轉(zhuǎn)角度每天(太陽(yáng)日)大于一圈，而天運(yùn)單環(huán)12旋轉(zhuǎn)一圈所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是恒星日。由此實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)日與恒星日的區(qū)分； 拔牙數(shù)量Ii1和n2并不能完全實(shí)現(xiàn)理論上準(zhǔn)確的恒星日，所以需要定期的調(diào)整三辰儀2轉(zhuǎn)過(guò)的角度。仰月22支撐著天轂19的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)需要進(jìn)行精度調(diào)整時(shí)，只需要將天轂19 的前轂20端抬起，使之與天柱上輪21錯(cuò)過(guò)一次撥動(dòng)，這樣就能保證三辰儀2旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)一個(gè)恒星日； 整個(gè)渾儀系統(tǒng)需要保證陰經(jīng)單環(huán)15水平。水趺5里的水溝23和水斗25里盛有水，根據(jù)各端的水位高低即可判斷水趺是否水平，同時(shí)也為調(diào)整提供方便，保證了精度的實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1. 一種用于古代水運(yùn)儀象臺(tái)的渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括六合儀(1)，其特征在于六合儀 (1)由水趺(5)上的四根龍柱⑷支撐，六合儀⑴上設(shè)有仰月結(jié)構(gòu)(22)，六合儀⑴內(nèi)設(shè)有三辰儀0)，三辰儀O)內(nèi)設(shè)有四游儀(3)，三辰儀O)、四游儀C3)能夠分別繞著一個(gè)共同的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，此軸線與水平面成一角度，水趺(5)上設(shè)有鰲云(6)，鰲云(6)內(nèi)隱有傳動(dòng)系統(tǒng)的天柱；六合儀(1)由天經(jīng)雙環(huán)(16)、陰經(jīng)單環(huán)(1 和天常單環(huán)(14)固定在一起形成，陰經(jīng)單環(huán)(1 水平放置，天經(jīng)雙環(huán)(16)豎直放置，天常單環(huán)(14)在陰經(jīng)單環(huán)(1 和天經(jīng)雙環(huán) (16)內(nèi)且與水平面成一定角度；三辰儀2由三辰儀雙環(huán)(11)、黃道雙環(huán)(17)、赤道單環(huán)(13)、四象單環(huán)(7)和天運(yùn)單環(huán)(1 固定在一起形成，赤道單環(huán)(1 垂直于旋轉(zhuǎn)軸，三辰儀雙環(huán)(11)垂直于赤道單環(huán) (13)，四象單環(huán)(7)垂直于赤道單環(huán)(1 和三辰儀雙環(huán)(11)，天運(yùn)單環(huán)(1 平行于赤道單環(huán)(13)；四游儀(3)由四游儀雙環(huán)(10)和直距(8)固定在一起形成，直距(8)沿旋轉(zhuǎn)軸方向固定在四游儀雙環(huán)(10)上，在四游儀雙環(huán)(10)內(nèi)設(shè)有望筒(9)，在四游儀雙環(huán)(10)圓心處有孔，望筒(9)上有旋轉(zhuǎn)軸，望筒(9)通過(guò)軸孔配合與四游儀雙環(huán)聯(lián)接，望筒(9)能夠繞其旋轉(zhuǎn)軸在四游儀雙環(huán)(10)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，望筒(9)中空，觀察者利用此中空孔觀察星體；傳動(dòng)系統(tǒng)包括天柱上輪(21)、天轂(19)和天運(yùn)單環(huán)(12)，天柱上輪通過(guò)拔牙和天轂(19)的前轂00)傳動(dòng)，天轂(19)的后轂(18)通過(guò)拔牙和天運(yùn)單環(huán)(1 傳動(dòng)，天柱上輪每個(gè)太陽(yáng)日轉(zhuǎn)過(guò)Ii1個(gè)拔牙，天運(yùn)單環(huán)(12)圓周上有 個(gè)拔牙，Ii1 > Ii2，天轂(19) 的前轂(20)和后轂(18)設(shè)有拔牙；仰月結(jié)構(gòu)包括仰月02)，仰月02)設(shè)在天轂(19)的前轂OO)和后轂(18)內(nèi)，并通過(guò)立柱固定在六合儀(1)上，仰月02)的上方是帶有缺口的圓孔，利用下面的半圓孔支撐天轂(19)轉(zhuǎn)軸，還能夠?qū)⑻燧?19)從上面的缺口取出，仰月0 能夠定期實(shí)現(xiàn)天轂(19) 和天柱上輪錯(cuò)過(guò)一次撥動(dòng)，保證三辰儀( 轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)一個(gè)恒星日；水趺( 上表面設(shè)有水溝(23)，水趺(5)的四個(gè)角有水斗(25)，水趺的中心處有龍門(mén) 04)。
全文摘要
一種用于古代水運(yùn)儀象臺(tái)的渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括六合儀，六合儀由水趺上的四根龍柱支撐，六合儀上設(shè)有仰月結(jié)構(gòu)，六合儀內(nèi)設(shè)有三辰儀，三辰儀內(nèi)設(shè)有四游儀，三辰儀、四游儀能夠分別繞著一個(gè)共同的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，此軸線與水平面成一角度，水趺上設(shè)有鰲云，鰲云內(nèi)隱有傳動(dòng)系統(tǒng)的天柱，三辰儀可以跟蹤星體的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)整四游儀的緯線角度、望筒的經(jīng)線位置，可以通過(guò)望筒來(lái)跟蹤觀測(cè)星體，傳動(dòng)系統(tǒng)可以使三辰儀實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)日與恒星日的區(qū)分，通過(guò)仰月結(jié)構(gòu)、水趺結(jié)構(gòu)可以對(duì)渾儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的精度進(jìn)行調(diào)整，本發(fā)明能夠區(qū)分太陽(yáng)日與恒星日，還能夠方便進(jìn)行精度的調(diào)整。
文檔編號(hào)G04B1/26GK102394027SQ20111018891
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者劉志華, 唐樂(lè)為, 唐曉強(qiáng), 柴曉明, 王偉方, 王立平 申請(qǐng)人:清華大學(xué)