一种高精度双轮轴、双游标地轴进动演示与定量测量实验仪

摘要

本发明涉及一种高精度双轮轴、双游标地轴进动演示与定量测量实验仪，包括底座、电机、横梁、转盘、平衡锤、轮轴、横梁支撑架、进动转动总轴、右游标尺竖直杆、左游标尺竖直杆、主尺与主尺盘和空心支撑柱，所述电机固定在横梁右端，转盘固定在电机轴上，平衡锤套接于横梁左端的滑槽中；两轮轴外缘卡套于轮轴套中，进动转动总轴内固套于两轮轴内缘内，在进动转动总轴上端固定有横梁支撑架；右游标尺竖直杆和左游标尺竖直杆分别连接在进动转动总轴的左右两侧；主尺与主尺盘套接在空心支撑柱中部，进动转动总轴设于空心支撑柱上端，横梁的横梁轴套在横梁支撑架的转动轴上。本发明的有益效果是：结构合理，实验效果好。

权利要求

1.一种高精度双轮轴、双游标地轴进动演示与定量测量实验仪，其特征在于：包括底座、电机、横梁、转盘、平衡锤、轮轴、横梁支撑架、进动转动总轴、右游标尺竖直杆、左游标尺竖直杆、主尺与主尺盘和空心支撑柱，所述电机固定在横梁右端，转盘固定在电机轴上，平衡锤套接于横梁左端的滑槽中；两轮轴外缘卡套于轮轴套中，进动转动总轴内固套于两轮轴内缘内，在进动转动总轴上端固定有横梁支撑架；右游标尺竖直杆和左游标尺竖直杆分别连接在进动转动总轴的左右两侧；主尺与主尺盘套接在空心支撑柱中部，进动转动总轴设于空心支撑柱上端，横梁的横梁轴套在横梁支撑架的转动轴上；所述右游标尺竖直杆包括右微尺横向调节杆、右微尺竖直调节杆和右微尺；所述左游标尺竖直杆包括左微尺横向调节杆、左微尺竖直调节杆和左微尺；右微尺横向调节杆的螺头螺接在进动转动总轴右侧螺孔中，右微尺竖直调节杆的螺头螺接在右微尺横向调节杆的右微尺竖直调节杆右螺帽上，左微尺横向调节杆的螺头螺接在进动转动总轴左侧螺孔中，左微尺竖直调节杆的螺头螺接在左微尺横向调节杆的左微尺竖直调节杆左螺帽上。

说明书

一种高精度双轮轴、双游标地轴进动演示与定量测量实验仪

技术领域

[0001] 本发明专利涉及实验仪，尤其涉及一种高精度双轮轴、双游标地轴进动演示与定量测量实验仪。

背景技术

[0002] 专利号为ZL201220603296.2的“地轴进动原理演示与定量测量实验仪”实用新型专利，虽然对原始地轴仪进行了较大改进，但由于转轴采用圆球式，横梁轴与进动轴是通过球形全方位活动实现进动，存在进动不稳定问题，进动效果不佳。专利号为ZL 2014 2 0053009.4 的“轮轴式地轴进动原理演示与定量测量实验仪”实用新型专利，虽然横梁轴与进动轴分开克服了前者缺陷，但由于采用的是单轮轴，由此做出来的仪器进行实验，存在两个缺陷：其一，由于转轴上端质量较大，当进动仪进动至某一位置就突然停止进动，常常会出现轮轴被卡住现象；其二，由于微尺杆固定在进动仪横梁上，而横梁相对转轴是活动的，这样在电机通电开始进动或者断电结束进动，由于惯性作用，横梁经常出现抖动现象，微尺固定杆经常出现较大摆动，微尺与主尺相对位置会发生较大变化，使之所度量横梁进动角度会发生较大误差，无法精确演示与定量测量横梁(代表地轴)进动的准确角度。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术不足,提供一种结构合理，实验效果好的高精度双轮轴、双游标地轴进动演示与定量测量实验仪。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

[0005] 这种高精度双轮轴、双游标地轴进动演示与定量测量实验仪，包括底座、电机、横梁、转盘、平衡锤、轮轴、横梁支撑架、进动转动总轴、右游标尺竖直杆、左游标尺竖直杆、主尺与主尺盘和空心支撑柱，所述电机固定在横梁右端，转盘固定在电机轴上，平衡锤套接于横梁左端的滑槽中；两轮轴外缘卡套于轮轴套中，进动转动总轴内固套于两轮轴内缘内，在进动转动总轴上端固定有横梁支撑架；右游标尺竖直杆和左游标尺竖直杆分别连接在进动转动总轴的左右两侧；主尺与主尺盘套接在空心支撑柱中部，进动转动总轴设于空心支撑柱上端，横梁的横梁轴套在横梁支撑架的转动轴上。

[0006] 作为优选：所述右游标尺竖直杆包括右微尺横向调节杆、右微尺竖直调节杆和右微尺；所述左游标尺竖直杆包括左微尺横向调节杆、左微尺竖直调节杆和左微尺；右微尺横向调节杆的螺头螺接在进动转动总轴右侧螺孔中，右微尺竖直调节杆的螺头螺接在右微尺横向调节杆的右微尺竖直调节杆右螺帽上，左微尺横向调节杆的螺头螺接在进动转动总轴左侧螺孔中，左微尺竖直调节杆的螺头螺接在左微尺横向调节杆的左微尺竖直调节杆左螺帽上。

[0007] 本发明的有益效果是：

[0008] (1)既可以作为地轴进动仪，又可以作为回转仪使用；

[0009] (2)将游标尺装于进动转动轴承上，有利于精确测量出电机转动圈数与进动角度之关系，克服了将游标尺固定于横梁上，电机开始转动与终止转动瞬间游标尺的大角度摆动而造成对进动角度的极不准确测量，纠正了造成实验结果的谬误；

[0010] (3)采用了双游标尺系统测量进动角度，克服了由于主尺几何中心与进动轴不重合而造成的较大系统误差；

[0011] (4)左右游标尺采用了横向与竖向微动调节，实现了左右微尺弧、面始终与主尺内弧、面吻合且主尺与微尺面保持在同一个平面。

[0012] (5)采用了空心螺丝将横梁支撑架固定于进动轴上，方便于将横梁与双游标尺调节成垂直方向，有利于调节进动横梁仰角。

附图说明

[0013] 图1是整体结构示意图；

[0014] 图2是横梁倾斜时整体结构示意图；

[0015] 图3是横梁示意图；

[0016] 图4是进动转动总轴双轮轴与轮轴结构示意图；

[0017] 图5是微尺水平调节杆示意图；

[0018] 图6是微尺竖直调节杆示意图；

[0019] 图7是双游标、双轮轴套与横梁架组合件示意图；

[0020] 图8是电机转盘示意图；

[0021] 图9是主尺与主尺盘示意图；

[0022] 图10是微尺精度原理示意图；

[0023] 图11是双游标纠正不同轴原理图。

[0024] 附图标记说明：1、空心横梁(代表地轴)，1-1、横梁转动轴，1-2、平衡锤，1-3、电机， 1-4光电门，1-5、电机转盘(代表地球)，1-50、挡光杆，1-6、空心横梁传输导线出口孔，2、横梁支撑架，2-1、横梁转动轴承，2-2、横梁支撑架固定空心螺丝，2-3、进动转动总轴，2-4、上轮轴，2-5、下轮轴，2-6、轮轴套固定螺丝，3、右游标尺竖直杆，3-0、双轮轴套，3-1、右微尺横向调节杆，3-2、右微尺竖直调节杆，3-3、右微尺，4、左游标尺竖直杆，4-1、左微尺横向调节杆，4-2、左微尺竖直调节杆，4-3、左微尺，5、主尺与主尺盘，6、导线传输通道，7、空心支撑杆，9、电控箱，9-1、指示灯，9-2、进动时间显示荧光屏，9-3、挡光次数显示荧光屏，9-4、时间显示开关，9-5、挡光次数显示开关，9-6、电源开关，10、仪器底座。

具体实施方式

[0025] 下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

[0026] 本实施例的连接结构：将电机1-3固定在横梁1(代表地轴)右端，转盘1-5(代表地球赤道)固定在电机1-3轴上，平衡锤1-2套接于横梁1左端的滑槽中，如图3所示；将两轮轴2-4、2-5外缘卡套接于双轮轴套3-0中，把进动转动总轴2-3内固套于两轮轴2-4、2-5内缘内，用空心螺丝2-2把横梁支撑架2固定在进动转动总轴2-3上端，如图4所示；将右微尺横向调节杆3-1螺头3-10螺固接在进动转动总轴2-3右侧螺孔中，将右微尺竖直调节杆3-2 的螺头3-4螺接在右微尺横向调节杆3-1的右微尺竖直调节杆右螺帽3-12上，将左微尺横向调节杆4-1螺头4-10螺固接在进动转动总轴2-3左侧螺孔中，将左微尺竖直调节杆4-2螺头 4-4螺接在左微尺横向调节杆4-1的左微尺竖直调节杆左螺帽4-12上，如图5、6、7所示；把主尺与主尺盘5套螺接在空心总支撑柱7适当位置，如图9、1、2所示；把双游标、双轮轴与横梁架组合件(如图7所示)套固接在空心支撑柱7上端，把横梁1(如图3所示)的横梁轴1-1套在横梁支撑架2的转动轴2-1上，将螺丝拧紧固定好，将电机供电线、光电门传输线接好并经空心横梁导线出口1-6引出，经转轴架固定空心螺丝2-2、空心总支撑柱7中的传输线6引至控制箱9，如图1、2所示。

[0027] 如图10所示。游标尺上的30格与主尺上的29格对齐，相当于将0.5°(30′)平均分配至游标尺30格中，因此游标尺上每格为1′，即精度为1′。

[0028] 采用双游标纠正偏心率原理

[0029] 由于仪器刻度盘主尺中心几何中心与进动转动总轴不一定完全重合(即存在偏心率)，故横梁在进动过程中，从单个微尺上读数总会存在误差(即仪器误差)，为该进动仪设计并对称安装两个微尺，就可以纠正由于偏心率造成的仪器误差。设O为主尺和主尺盘几何中心，O1为进动转动总轴中心，二者不一定重合，若采用左右游标尺，从左右游标尺读出进动的初始读数分别为θ左1、θ右1，进动结束左右微尺末读数分别为θ左2、θ右2，则横梁进动的精确角度为

[0030]

[0031] 证明：如图11所示，设主尺圆盘的几何中心与进动转动总轴中心重合时圆心为O，不重合时，进动转动总轴中心为O1，过O做两直径分别为AC和CD，过O1做EF//AB和JH//CD，可以看出只要两中心重合，任意一游标尺读出来的读数AC弧长或BD弧长都是精确的，若两中心不重合，读数为EJ弧长或HF弧长，二弧长均不精确，但EA弧长＝FB弧长；

[0032] JC弧长＝HD弧长，有：

[0033] AC弧长＝BD弧长＝(AJ+JC)弧长＝(DF+FB)弧长＝(AJ+HD)弧长＝(DF+EA)弧长,[0034] 因此，1式成立。即仪器刻度盘主尺中心几何中心与进动转动总轴不一定完全重合时，采用双游标尺(微尺)读数，并采用1式计算，就可以精确测量进动角度。

[0035] 实验步骤与实验原理

[0036] 1按照进动仪的连接方法把进动仪连接好，将传输线接好，如图1所示；

[0037] 2沿着横梁1方向调节平衡锤1-2相对于轴1-1间距，使之电机1-3转盘1-5端略微偏重，如图2所示；

[0038] 3调节主尺盘5适当高度，再通过调节左右微尺(4-3、3-3)横向调节杆(4-1、3-1)与竖直调节杆(4-2、3-2)，使之左右微尺(4-3、3-3)的微尺与主尺5位于同一平面，且左右微尺 (4-3、3-3)圆弧与主尺5内圆弧吻合；

[0039] 4用手压住靠平衡锤1-2一端横梁1，使之横梁1(犹如地球的自转轴)相对于竖直方向 (犹如黄轴)为黄赤夹角，即电机1-3转轮平面(犹如地球赤道平面)相对于水平面(相当于黄道平面)为黄赤夹角，此时，打开电控箱9开关9-6，电机1-3开始转动，读取左右游标尺(4-4、3-3)对应初始读数(精确到1′)分别为 和 放开平衡锤1-1端手的同时，按动电控箱9进动计时按钮9-4和记录电机转动圈数挡光次数按钮9-5；

[0040] 5实验结束时，按动计时按钮9-4和记录电机转动圈数(挡光次数)按钮9-5，同时读出横梁1进动左右游标尺(4-4、3-3)对应刻度分别为 和 并读出时间显示荧光屏9-4上显示的时间Δt和挡光次数显示荧光屏9-5上显示的圈数n；

[0041] (6)数据处理：地轴进动的角度 (以分作为单位)。根据地轴的连续进动规律，按地轴进动一圈360°计算，转盘平面(相当地球赤道)转动一圈为一天，一个恒星年为365.2422日(天)，则转盘平面(相当地球赤道)转动n圈所相当的恒星年数为n/365.2422。设横梁(相当于地轴)进动一周360°所需要的年数为x，则[0042]

[0043] 可以计算出，横梁(相当于地轴)进动一周所需要的恒星年数为

[0044]

[0045] 天文学家已经测试出，地轴进动一周需要26000年，为了验证该结论的正确性，我们可以通过(3)式的计算结果，与之相比。

[0046] 本专利获浙江大学城市学院2016年度教师科研基金资助，编号：J-16004。