日地月公转自转演示仪设计说明书

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1、华中科技大学机械科学与工程学院机械原理课程设计说明书——《太阳一地球一月球公转与自转演示仪》指导教师：杨家军设计者：卜凡林翰U201110297王泽坤刘镭华中科技大学机械科学与工程学院机械中英1101班2014年1月1•作品内容简介22.设计任务22.1设计背景22.2设计目标32.3设计目的及意义33.设计方案33.1设计方案选择33.2设计方案总体介绍53.3运动循坏图63.4结构解析64.理论分析与计算74.1下压角度预计算74.2曲柄长度预计算74.3下压行程预计算74.4校正数据84.5运动轨迹模扌以85.设

2、计过程中的亮点105.1创意上的壳点105.2结构上的亮点105.3绘图上的亮点105.4团队上的亮点106.收获与体会107.参考文献128.附录13太阳一地球一月球公转与自转演示仪设计者：卜凡、林翰、王泽坤、刘镭指导老师：杨家军（华中科技大学机械科学与工程学院，武汉430074）作品内容简介太阳与月亮对我们生活影响至深，日出而作，日落而息，春种秋收，冬暖夏凉，这便是太阳、月亮及地球的天体运动产生的。然而，许多人对日地月三者的运动规律不甚了解，不知道为何有四季之分，不清楚何来潮涨潮落，更不知在地球上只能看见月亮的一面

3、。因此，我们决定利用所学的机械知识，尤其是齿轮与齿轮系的知识去设计模拟地球自转及绕太阳的公转，月球的自转及绕地球的公转的演示仪。以期能直观反映日地月的运动规律。并设计以手动摇杆作为输入，以让学习者可以亲手操作模拟转动过程，而加深知识的印象。该演示仪可以作为天文选修课的入门学习教具，也可以供天文爱好者入门学习之用。联系人：卜凡联系电话：EMAIL：2设计任务2.1设计背景公元前十一世纪，传说中国周朝建立测景台，最早测定黄赤交角。公元前七世纪，中国用土圭测定冬至和夏至，划分四季。1542年，波兰哥白尼提出太阳中心说，认为恒

4、星天层不动，地球每天绕其轴旋转一周,并作为一个行星每年绕太阳运行一周。而近代来，随着科学技术的快速发展，天文学的成就更是日新月异,我们的目光早已投向太阳系之外的天体。我们了解并且能够精确计算漫天的星体运动，太阳系内的行星更是了若指掌。人类的足迹也已踏上了月球，机器人也已代替人登上了火星，并正向太阳系外前进。但是，许多人却依然缺乏天文学的基木知识。莫说漫天的星辰，许多人连对我们生活影响最深的太阳、月亮和地球三者的运动规律都不其了解。这三大星体对我们的日常生活影响最深，甚至可以说决定了我们的生活方式。但是，许多人依然懵懵懂

5、懂，知其然而不知其所以然。但天文知识又是极其深奥和复朵，对于普通人来说，并无过多时间去深入研究。因此，我们希望通过演示仪来生动表现H地月自转与公转的过程,让人们可以直观快速地了解这些知识。2.2设计目标该演示仪可分为三大模块，太阳一地球公转模块，地球自转模块，地球一月球自转与公转模块。太阳一地球公转模块：我们的目标在于体现太阳一地球公转的周期时间，以及表现公转的椭圆轨道，从而能解释四季变化。地球口转模块：我们的冃标在于表现地球自转周期时间，以及黄赤交角，从而解释昼夜变化，并进一步解释四季变化。地球一月球自转与公转模块：

6、我们的目标在于表达月球公转的周期时间，以及公转与自转速度一致的事实，从而解释潮汐的起落和为何我们只能看见月球的一面。2.3设计目的及意义我们的冃的是通过机械设计來仿真岀日、地、月三者在宇宙空间各时刻的相对位置，并能形象地表明地球、月亮的运动状态，科学地解释由此产生的各种自然现彖。使学习者通过该演示仪之演示，可轻松地了解这些基本知识。且特意将演示仪设计为手动操作，可快可慢，由学习者自己掌握，因而学习者可直接观察运动全过程。可玩性强，可提高学习效率。3设计方案3.1椭圆运动设计方案选择1）连杆机构椭圆规方案连杆机构椭规方案

7、的机构运动简图:如图，将输入的力作用于连杆0M上，则偏离M点的P点可画岀椭圆的轨迹。但这种方案无法设计不同的传动比，因而无法调整公转和口转的速度。2）行星轮机构椭圆规方案如图，将输入的力作用于连杆，齿轮Z2上的B点画出椭圆轨迹。且齿轮Z2可继续传动，以此可实现一输入多输出，保证公转和自转的传动比。3）椭圆运动设计方案选择上述两种方案均可实现椭圆运动，但我们希望能实现一输入多输出，并将日地月的传动比通过机构固定。因此，我们选择行星轮机构椭圆规方案。且该方案相比连杆机构椭圆规方案更简单，装配更容易。3.2总体设计方案的优化

8、过程1）简单连杆机构方案简单连杆机构方案的机构图：将动力源的力作用在地球连杆和月球连杆上，使其分别绕着各自中心轴旋转。但该机构过于简单，无法实现一个输入多个输出，且无法实现非圆周的复杂运动。该方案利用了行星轮椭圆规机构，成功模拟了公转的椭圆轨迹。且利用齿轮传动可达到用一个输入产生自转和公转输出的效果。但自转与公转传动比太大而使齿轮