一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构的制作方法
专利名称：一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构的制作方法
技术领域：
本发明属于古代天文仪器模型领域，特别涉及一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，主要用于科普。
背景技术：
水运仪象台是北宋元祐年间(1086 1093)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。水运仪象台主要用于科学普及，可以展示中国古代天文学和机械技术
的伟大成就，而且可以揭示其背后的科学思想，弘扬中华传统科技文明，具有一定的社会效.、
Mo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；J.H.Combridge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。然而由于古文献上有限的记载，还存在着很多有争议的问题。《新仪象法要》里对枢轮控制系统的工作过程有记载:“受水壶之东与铁枢衡格叉相对，格叉以距受水壶，壶虚即为格叉所格，所以能受水，水实即格叉不能胜壶，故格叉落，格叉落即壶侧铁拔牙击开天衡关舌，制动天条，天条动则天衡起，发动天衡关，左天锁开即放枢轮一辐过。”可见，枢轮控制系统是一个精密的联动控制系统。枢轮控制系统有两个重要作用:输出转矩，为报时装置、浑仪和浑象的运转提供动力；控制枢轮转动的节奏，为整个系统提供时间基准。水运仪象台枢轮控制系统各部分组成在《新仪象法要》里有记载，但是具体的结构记载不详。目前枢轮控制机构的研究和复原存在多种结论和方案。可大致分成两类:一类采用受水壶固结在枢轮的两相对辐板间，李约瑟和王振铎的复原采用此方案，李志超在《水运仪像志》中也支持这种方案；另一类则是推测受水壶通过转轴和枢轮联接，受水壶可相对枢轮摆动，英国的J.H.Combridge于1962年首先提出此方案，台湾和日本的复原都是基于此方案。
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枢轮控制系统结构，该系统结构能够实现联动，精确控制枢轮的转动，输出转矩，为整个水运仪象台系统提供动力。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:枢轮的枢轮轴与水运仪象台台体之间通过滑动轴承连接，可相对于水运仪象台台体旋转；在枢轮的上方设置左天锁和右天锁，左天锁和右天锁的末端通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，左天锁为刚性杆，可绕自身末端关轴旋转，右天锁为末端固定的弹性杆；
天衡设置在枢轮和两个天锁之上，天衡的中部设置关轴，天衡通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，关轴将天衡分为左侧的尾端和右侧的首端两部分，天衡可绕自身关轴转动；天关挂在天衡左侧的尾端，天关抵住枢轮上受水壶的铁拔牙，起阻碍作用；天权挂在天衡右侧的首端，通过调节天权的位置或重量来控制天衡首端相对天衡关轴的力矩；限位块在天衡关轴右侧的首端的上方，且与水运仪象台台体固定，防止天衡的首端上升太闻;
天条的上端挂在天衡的首端上,天条的下端与铁鹤膝连接，并通过鹤膝与兔头连接；枢衡安装在在兔头的下方、枢轮的右侧，且枢衡与兔头之间存在I 3mm间隙，枢衡的中间位置通过关轴与水运仪象台台体相连，关轴将枢衡分为左侧的尾端和右侧的首端，枢衡可绕自身关轴旋转；枢衡左侧的尾端设置叉子形状的格叉，用于抵住枢轮上的受水壶；枢权挂在枢衡的右侧的首端，通过调节枢权的位置或重量来控制枢衡相对枢衡关轴的力矩；
关舌在枢衡的下方，其右侧的首端通过关轴与水运仪象台台体相连，关舌可绕关轴旋转，关舌中间位置通过软绳与上方的天衡相连接，关舌左侧的尾端可抵住受水壶；
所述鹤膝为由两根长度不同的金属条构成的“X”形结构，两根金属条可绕连接轴转动；两根金属条的上部各通过一根短杆与天条转动连接；较长金属条的顶部固接一根用于悬挂兔头的横杆，底部伸至关舌的上方，与关舌之间存在I 3mm的间隙；兔头中心为通孔，鹤膝隐于兔头之中，兔头顶面上设置两根兔耳结构，挂在鹤膝的横杆上，当鹤膝被触发后，两兔耳脱离天条，当兔头复位后，两兔耳又挂在天条上。
所述受水壶与枢轮固定连接，枢轮的圆周方向共分布有36个受水壶。
本发明的有益效果是:
受水壶中的水产生动力转矩，部分动力转矩可通过枢轮轴输出，为整个水运仪象台提供动力；枢轮在其他零部件的联动控制下，可以精确的间歇运转，为整个系统提供时间基准。
该系统结构为水运仪象台的重要组成部分，为水运仪象台的研究和复原工作提供了理论依据和实体支撑，解决了水运仪象台复原工作中的动力输出及控制难题。采用本系统，可完美再现史书中对水运仪象台的记载，能够为中国古代科技和文化的研究工作提供帮助；同时采用本系统结构的水运仪象台模型可广泛应用于科普教育工作，可以向世人展示中国古代天文学和机械技术的伟大成就，弘扬中华传统科技文明。
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明兔头系统示意图。
图3是本发明兔头结构示意图。
图4是本发明铁鹤膝结构示意图。
图中标号:
1-枢轮；2_左天锁；3_天关；4_右天锁；5_天衡；6_限位块；7_天权；8_天条；9-兔头；10-枢衡；11-枢权；12_软绳；13_关舌；14_受:水壶；15_鹤膝。
具体实施方式
本发明提供了一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做详细描述。
参照图1，枢轮I的枢轮轴与水运仪象台台体之间通过滑动轴承连接，可相对于水运仪象台台体旋转；枢轮I的圆周方向共分布有36个受水壶14，受水壶14与枢轮I固定连接。在枢轮I的上方设置左天锁2和右天锁4，左天锁2和右天锁4的末端通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，左天锁2为刚性杆，可绕自身末端关轴旋转，右天锁4为末端固定的弹性杆。天衡5设置在枢轮I和两个天锁之上，天衡5的中部设置关轴，天衡5通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，关轴将天衡5分为左侧的尾端和右侧的首端两部分，天衡5可绕自身关轴转动；天关3挂在天衡5左侧的尾端，天关3抵住枢轮I上受水壶14的铁拔牙，起阻碍作用；天权7挂在天衡5右侧的首端，通过调节天权7的位置或重量来控制天衡5首端相对天衡5关轴的力矩；限位块6在天衡5关轴右侧的首端的上方，且与水运仪象台台体固定，防止天衡5的首端上升太高。天条8的上端挂在天衡5的首端上,天条8的下端与铁鹤膝15连接，并通过鹤膝15与兔头9连接；枢衡10安装在在兔头9的下方、枢轮I的右侧，且枢衡10与兔头9之间存在I 3mm间隙，枢衡10的中间位置通过关轴与水运仪象台台体相连，关轴将枢衡10分为左侧的尾端和右侧的首端，枢衡10可绕自身关轴旋转；枢衡10左侧的尾端设置叉子形状的格叉，用于抵住枢轮I上的受水壶14 ;枢权11挂在枢衡的右侧的首端，通过调节枢权11的位置或重量来控制枢衡10相对枢衡10关轴的力矩。
参照图2，关舌13在枢衡10的下方，其右侧的首端通过关轴与水运仪象台台体相连，关舌13可绕关轴旋转，关舌13中间位置通过软绳12与上方的天衡5相连接，关舌13左侧的尾端可抵住受水壶14。
参照图3和图4，所述鹤膝15为由两根长度不同的金属条构成的“X”形结构，两根金属条可绕连接轴转动；两根金属条的上部各通过一根短杆与天条8转动连接；较长金属条的顶部固接一根用于悬挂兔头9的横杆，底部伸至关舌13的上方，与关舌13之间存在I 3_的间隙；兔头9中心为通孔，鹤膝15隐于兔头9之中，兔头9的顶面上设置两根兔耳结构，挂在鹤膝15的横杆上，当鹤膝15被触发后，两兔耳脱离天条8，当兔头复位后，两兔耳又挂在天条8上。
本发明的工作原理为:开始时，枢轮I在天关3和格叉10的作用下保持静止，向受水壶14里注水；当受水壶14中的水到一定量时，左天锁4对枢轮I的拔牙开始有阻力，随着注水量的增多，左天锁4对拔牙的力逐渐增大；当受水壶14中注满水时，枢轮I的拔牙冲过左天锁4，枢轮I推着枢衡10和天关3开始转动，此时左天锁4对枢轮I的力消失；当枢轮I转过一定角度后，拔牙压下关舌13，天衡5的天权7端下降，天关3端上升，天关3脱离拔牙，与此同时，兔头9被触发，兔头9下落到枢衡10之上，枢衡10的格叉脱离拔牙，此时天关3、枢衡10对枢轮I都没有力，枢轮I开始加速转动；当枢轮I又转过一定角度后，兔头9、枢衡10、天衡5、天关3都已经复位，此时天关3、枢衡10对枢轮I开始有阻力产生，枢轮I开始减速转动；当枢轮I转过枢衡10时，枢轮I以很小的速度接触左天锁4，速度降为O，开始下一个循环。
兔头的工作原理为:当枢轮I静止时，鹤膝的上端支撑端与兔头9挂上，兔头9的重量完全由天条8承担，枢衡10在枢权13与受水壶14之间的作用下平衡，随后枢轮开始转动，枢衡10和关舌13被压下，软绳12被拉紧，由于软绳12的作用，兔头9与枢衡10之间有I 3mm的距离；当枢轮I转过一定角度后，枢轮I的拔牙压下枢衡10绕关轴转过一定角度，从而带动鹤膝最下端部分触碰到关舌13，此时触发兔头9，兔头9下落到枢衡10上，将重量加到枢衡10的格叉端，枢衡10加速转动，与拔牙脱离，此时枢轮I加速转动；当枢轮I又转过一定角度后，枢权11压下枢衡10转动，枢衡10托着兔头9向上翘起，使得鹤膝的上端支撑端再次挂住兔头，兔头9重量又由天条8承担，兔头9完成复位；之后，枢轮I减速转动，转过10后，速度降为O，开始下一个循环。
权利要求
1.一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，其特征在于， 枢轮(I)的枢轮轴与水运仪象台台体之间通过滑动轴承连接，可相对于水运仪象台台体旋转；在枢轮(I)的上方设置左天锁(2)和右天锁(4)，左天锁(2)和右天锁(4)的末端通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，左天锁(2)为刚性杆，可绕自身末端关轴旋转，右天锁(4)为末端固定的弹性杆； 天衡(5)设置在枢轮(I)和两个天锁之上，天衡(5)的中部设置关轴，天衡(5)通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，关轴将天衡(5)分为左侧的尾端和右侧的首端两部分，天衡(5)可绕自身关轴转动；天关(3)挂在天衡(5)左侧的尾端，天关(3)抵住枢轮(I)上受水壶(14)的铁拔牙，起阻碍作用；天权(7)挂在天衡(5)右侧的首端，通过调节天权(7)的位置或重量来控制天衡(5)首端相对天衡(5)关轴的力矩；限位块(6)在天衡(5)关轴右侧的首端的上方，且与水运仪象台台体固定，防止天衡(5)的首端上升太高； 天条(8)的上端挂在天衡(5)的首端上，天条(8)的下端与铁鹤膝(15)连接，并通过鹤膝(15)与兔头(9)连接；枢衡(10)安装在在兔头(9)的下方、枢轮⑴的右侧，且枢衡(10)与兔头(9)之间存在I 3mm间隙，枢衡(10)的中间位置通过关轴与水运仪象台台体相连，关轴将枢衡(10)分为左侧的尾端和右侧的首端，枢衡(10)可绕自身关轴旋转；枢衡(10)左侧的尾端设置叉子形状的格叉，用于抵住枢轮(I)上的受水壶(14);枢权(11)挂在枢衡的右侧的首端，通过调节枢权(11)的位置或重量来控制枢衡(10)相对枢衡(10)关轴的力矩； 关舌(13)在枢衡(10)的下方，其右侧的首端通过关轴与水运仪象台台体相连，关舌(13)可绕关轴旋转，关舌(13)中间位置通过软绳(12)与上方的天衡(5)相连接，关舌(13)左侧的尾端可抵住受水壶(14)； 所述鹤膝(15)为由两根长度不同的金属条构成的“X”形结构，两根金属条可绕连接轴转动；两根金属条的上部各通过一根短杆与天条(8)转动连接；较长金属条的顶部固接一根用于悬挂兔头(9)的横杆，底部伸至关舌(13)的上方，与关舌(13)之间存在I 3mm的间隙；兔头(9)中心为通孔，鹤膝(15)隐于兔头(9)之中，兔头(9)的顶面上设置两根兔耳结构，挂在鹤膝(15)的横杆上，当鹤膝(15)被触发后，两兔耳脱离天条(8)，当兔头复位后，两兔耳又挂在天条(8)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，其特征在于，所述受水壶(14)与枢轮(I)固定连接，枢轮(I)的圆周方向共分布有36个受水壶(14)。
全文摘要
一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构属于古代天文仪器领域。枢轮的枢轮轴与台体之间通过滑动轴承连接；右天锁和左天锁在枢轮之上，天衡在两个天锁之上；天关挂在天衡的尾端，天权挂在天衡的首端，限位块在天衡的首端方向；天条挂在天衡的首端，天条穿过兔头内部，兔头挂在天条底部；枢衡在兔头之下，枢轮右侧；格叉位于枢衡的尾端，可抵住受水壶；枢权挂在枢衡的首端；关舌在枢衡之下，关舌尾端可抵住受水壶；关舌中间位置通过软绳与天衡相连接；受水壶通过铁销固定在枢轮圆周上。该系统结构为水运仪象台的重要组成部分，为水运仪象台的研究和复原工作提供了理论依据和实体支撑，解决了水运仪象台复原工作中的动力输出及控制难题。
文档编号G09B27/00GK103137004SQ20111037505
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者唐晓强, 孙小淳, 王宜, 李志超, 汪克敏, 牛西岭, 梅苞, 李铁民, 郝晋新, 宁晓玉, 刘志华, 陈国桢, 唐乐为, 王广超, 张靖, 屯开智, 刘伟, 程燕 申请人:清华大学, 中国科学院国家天文台, 中国科学院自然科学史研究所, 开封市科学技术局
技术领域：
本发明属于古代天文仪器模型领域，特别涉及一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，主要用于科普。
背景技术：
水运仪象台是北宋元祐年间(1086 1093)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。水运仪象台主要用于科学普及，可以展示中国古代天文学和机械技术
的伟大成就，而且可以揭示其背后的科学思想，弘扬中华传统科技文明，具有一定的社会效.、
Mo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；J.H.Combridge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。然而由于古文献上有限的记载，还存在着很多有争议的问题。《新仪象法要》里对枢轮控制系统的工作过程有记载:“受水壶之东与铁枢衡格叉相对，格叉以距受水壶，壶虚即为格叉所格，所以能受水，水实即格叉不能胜壶，故格叉落，格叉落即壶侧铁拔牙击开天衡关舌，制动天条，天条动则天衡起，发动天衡关，左天锁开即放枢轮一辐过。”可见，枢轮控制系统是一个精密的联动控制系统。枢轮控制系统有两个重要作用:输出转矩，为报时装置、浑仪和浑象的运转提供动力；控制枢轮转动的节奏，为整个系统提供时间基准。水运仪象台枢轮控制系统各部分组成在《新仪象法要》里有记载，但是具体的结构记载不详。目前枢轮控制机构的研究和复原存在多种结论和方案。可大致分成两类:一类采用受水壶固结在枢轮的两相对辐板间，李约瑟和王振铎的复原采用此方案，李志超在《水运仪像志》中也支持这种方案；另一类则是推测受水壶通过转轴和枢轮联接，受水壶可相对枢轮摆动，英国的J.H.Combridge于1962年首先提出此方案，台湾和日本的复原都是基于此方案。
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枢轮控制系统结构，该系统结构能够实现联动，精确控制枢轮的转动，输出转矩，为整个水运仪象台系统提供动力。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:枢轮的枢轮轴与水运仪象台台体之间通过滑动轴承连接，可相对于水运仪象台台体旋转；在枢轮的上方设置左天锁和右天锁，左天锁和右天锁的末端通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，左天锁为刚性杆，可绕自身末端关轴旋转，右天锁为末端固定的弹性杆；
天衡设置在枢轮和两个天锁之上，天衡的中部设置关轴，天衡通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，关轴将天衡分为左侧的尾端和右侧的首端两部分，天衡可绕自身关轴转动；天关挂在天衡左侧的尾端，天关抵住枢轮上受水壶的铁拔牙，起阻碍作用；天权挂在天衡右侧的首端，通过调节天权的位置或重量来控制天衡首端相对天衡关轴的力矩；限位块在天衡关轴右侧的首端的上方，且与水运仪象台台体固定，防止天衡的首端上升太闻;
天条的上端挂在天衡的首端上,天条的下端与铁鹤膝连接，并通过鹤膝与兔头连接；枢衡安装在在兔头的下方、枢轮的右侧，且枢衡与兔头之间存在I 3mm间隙，枢衡的中间位置通过关轴与水运仪象台台体相连，关轴将枢衡分为左侧的尾端和右侧的首端，枢衡可绕自身关轴旋转；枢衡左侧的尾端设置叉子形状的格叉，用于抵住枢轮上的受水壶；枢权挂在枢衡的右侧的首端，通过调节枢权的位置或重量来控制枢衡相对枢衡关轴的力矩；
关舌在枢衡的下方，其右侧的首端通过关轴与水运仪象台台体相连，关舌可绕关轴旋转，关舌中间位置通过软绳与上方的天衡相连接，关舌左侧的尾端可抵住受水壶；
所述鹤膝为由两根长度不同的金属条构成的“X”形结构，两根金属条可绕连接轴转动；两根金属条的上部各通过一根短杆与天条转动连接；较长金属条的顶部固接一根用于悬挂兔头的横杆，底部伸至关舌的上方，与关舌之间存在I 3mm的间隙；兔头中心为通孔，鹤膝隐于兔头之中，兔头顶面上设置两根兔耳结构，挂在鹤膝的横杆上，当鹤膝被触发后，两兔耳脱离天条，当兔头复位后，两兔耳又挂在天条上。
所述受水壶与枢轮固定连接，枢轮的圆周方向共分布有36个受水壶。
本发明的有益效果是:
受水壶中的水产生动力转矩，部分动力转矩可通过枢轮轴输出，为整个水运仪象台提供动力；枢轮在其他零部件的联动控制下，可以精确的间歇运转，为整个系统提供时间基准。
该系统结构为水运仪象台的重要组成部分，为水运仪象台的研究和复原工作提供了理论依据和实体支撑，解决了水运仪象台复原工作中的动力输出及控制难题。采用本系统，可完美再现史书中对水运仪象台的记载，能够为中国古代科技和文化的研究工作提供帮助；同时采用本系统结构的水运仪象台模型可广泛应用于科普教育工作，可以向世人展示中国古代天文学和机械技术的伟大成就，弘扬中华传统科技文明。
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明兔头系统示意图。
图3是本发明兔头结构示意图。
图4是本发明铁鹤膝结构示意图。
图中标号:
1-枢轮；2_左天锁；3_天关；4_右天锁；5_天衡；6_限位块；7_天权；8_天条；9-兔头；10-枢衡；11-枢权；12_软绳；13_关舌；14_受:水壶；15_鹤膝。
具体实施方式
本发明提供了一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做详细描述。
参照图1，枢轮I的枢轮轴与水运仪象台台体之间通过滑动轴承连接，可相对于水运仪象台台体旋转；枢轮I的圆周方向共分布有36个受水壶14，受水壶14与枢轮I固定连接。在枢轮I的上方设置左天锁2和右天锁4，左天锁2和右天锁4的末端通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，左天锁2为刚性杆，可绕自身末端关轴旋转，右天锁4为末端固定的弹性杆。天衡5设置在枢轮I和两个天锁之上，天衡5的中部设置关轴，天衡5通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，关轴将天衡5分为左侧的尾端和右侧的首端两部分，天衡5可绕自身关轴转动；天关3挂在天衡5左侧的尾端，天关3抵住枢轮I上受水壶14的铁拔牙，起阻碍作用；天权7挂在天衡5右侧的首端，通过调节天权7的位置或重量来控制天衡5首端相对天衡5关轴的力矩；限位块6在天衡5关轴右侧的首端的上方，且与水运仪象台台体固定，防止天衡5的首端上升太高。天条8的上端挂在天衡5的首端上,天条8的下端与铁鹤膝15连接，并通过鹤膝15与兔头9连接；枢衡10安装在在兔头9的下方、枢轮I的右侧，且枢衡10与兔头9之间存在I 3mm间隙，枢衡10的中间位置通过关轴与水运仪象台台体相连，关轴将枢衡10分为左侧的尾端和右侧的首端，枢衡10可绕自身关轴旋转；枢衡10左侧的尾端设置叉子形状的格叉，用于抵住枢轮I上的受水壶14 ;枢权11挂在枢衡的右侧的首端，通过调节枢权11的位置或重量来控制枢衡10相对枢衡10关轴的力矩。
参照图2，关舌13在枢衡10的下方，其右侧的首端通过关轴与水运仪象台台体相连，关舌13可绕关轴旋转，关舌13中间位置通过软绳12与上方的天衡5相连接，关舌13左侧的尾端可抵住受水壶14。
参照图3和图4，所述鹤膝15为由两根长度不同的金属条构成的“X”形结构，两根金属条可绕连接轴转动；两根金属条的上部各通过一根短杆与天条8转动连接；较长金属条的顶部固接一根用于悬挂兔头9的横杆，底部伸至关舌13的上方，与关舌13之间存在I 3_的间隙；兔头9中心为通孔，鹤膝15隐于兔头9之中，兔头9的顶面上设置两根兔耳结构，挂在鹤膝15的横杆上，当鹤膝15被触发后，两兔耳脱离天条8，当兔头复位后，两兔耳又挂在天条8上。
本发明的工作原理为:开始时，枢轮I在天关3和格叉10的作用下保持静止，向受水壶14里注水；当受水壶14中的水到一定量时，左天锁4对枢轮I的拔牙开始有阻力，随着注水量的增多，左天锁4对拔牙的力逐渐增大；当受水壶14中注满水时，枢轮I的拔牙冲过左天锁4，枢轮I推着枢衡10和天关3开始转动，此时左天锁4对枢轮I的力消失；当枢轮I转过一定角度后，拔牙压下关舌13，天衡5的天权7端下降，天关3端上升，天关3脱离拔牙，与此同时，兔头9被触发，兔头9下落到枢衡10之上，枢衡10的格叉脱离拔牙，此时天关3、枢衡10对枢轮I都没有力，枢轮I开始加速转动；当枢轮I又转过一定角度后，兔头9、枢衡10、天衡5、天关3都已经复位，此时天关3、枢衡10对枢轮I开始有阻力产生，枢轮I开始减速转动；当枢轮I转过枢衡10时，枢轮I以很小的速度接触左天锁4，速度降为O，开始下一个循环。
兔头的工作原理为:当枢轮I静止时，鹤膝的上端支撑端与兔头9挂上，兔头9的重量完全由天条8承担，枢衡10在枢权13与受水壶14之间的作用下平衡，随后枢轮开始转动，枢衡10和关舌13被压下，软绳12被拉紧，由于软绳12的作用，兔头9与枢衡10之间有I 3mm的距离；当枢轮I转过一定角度后，枢轮I的拔牙压下枢衡10绕关轴转过一定角度，从而带动鹤膝最下端部分触碰到关舌13，此时触发兔头9，兔头9下落到枢衡10上，将重量加到枢衡10的格叉端，枢衡10加速转动，与拔牙脱离，此时枢轮I加速转动；当枢轮I又转过一定角度后，枢权11压下枢衡10转动，枢衡10托着兔头9向上翘起，使得鹤膝的上端支撑端再次挂住兔头，兔头9重量又由天条8承担，兔头9完成复位；之后，枢轮I减速转动，转过10后，速度降为O，开始下一个循环。
权利要求
1.一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，其特征在于， 枢轮(I)的枢轮轴与水运仪象台台体之间通过滑动轴承连接，可相对于水运仪象台台体旋转；在枢轮(I)的上方设置左天锁(2)和右天锁(4)，左天锁(2)和右天锁(4)的末端通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，左天锁(2)为刚性杆，可绕自身末端关轴旋转，右天锁(4)为末端固定的弹性杆； 天衡(5)设置在枢轮(I)和两个天锁之上，天衡(5)的中部设置关轴，天衡(5)通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，关轴将天衡(5)分为左侧的尾端和右侧的首端两部分，天衡(5)可绕自身关轴转动；天关(3)挂在天衡(5)左侧的尾端，天关(3)抵住枢轮(I)上受水壶(14)的铁拔牙，起阻碍作用；天权(7)挂在天衡(5)右侧的首端，通过调节天权(7)的位置或重量来控制天衡(5)首端相对天衡(5)关轴的力矩；限位块(6)在天衡(5)关轴右侧的首端的上方，且与水运仪象台台体固定，防止天衡(5)的首端上升太高； 天条(8)的上端挂在天衡(5)的首端上，天条(8)的下端与铁鹤膝(15)连接，并通过鹤膝(15)与兔头(9)连接；枢衡(10)安装在在兔头(9)的下方、枢轮⑴的右侧，且枢衡(10)与兔头(9)之间存在I 3mm间隙，枢衡(10)的中间位置通过关轴与水运仪象台台体相连，关轴将枢衡(10)分为左侧的尾端和右侧的首端，枢衡(10)可绕自身关轴旋转；枢衡(10)左侧的尾端设置叉子形状的格叉，用于抵住枢轮(I)上的受水壶(14);枢权(11)挂在枢衡的右侧的首端，通过调节枢权(11)的位置或重量来控制枢衡(10)相对枢衡(10)关轴的力矩； 关舌(13)在枢衡(10)的下方，其右侧的首端通过关轴与水运仪象台台体相连，关舌(13)可绕关轴旋转，关舌(13)中间位置通过软绳(12)与上方的天衡(5)相连接，关舌(13)左侧的尾端可抵住受水壶(14)； 所述鹤膝(15)为由两根长度不同的金属条构成的“X”形结构，两根金属条可绕连接轴转动；两根金属条的上部各通过一根短杆与天条(8)转动连接；较长金属条的顶部固接一根用于悬挂兔头(9)的横杆，底部伸至关舌(13)的上方，与关舌(13)之间存在I 3mm的间隙；兔头(9)中心为通孔，鹤膝(15)隐于兔头(9)之中，兔头(9)的顶面上设置两根兔耳结构，挂在鹤膝(15)的横杆上，当鹤膝(15)被触发后，两兔耳脱离天条(8)，当兔头复位后，两兔耳又挂在天条(8)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，其特征在于，所述受水壶(14)与枢轮(I)固定连接，枢轮(I)的圆周方向共分布有36个受水壶(14)。
全文摘要
一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构属于古代天文仪器领域。枢轮的枢轮轴与台体之间通过滑动轴承连接；右天锁和左天锁在枢轮之上，天衡在两个天锁之上；天关挂在天衡的尾端，天权挂在天衡的首端，限位块在天衡的首端方向；天条挂在天衡的首端，天条穿过兔头内部，兔头挂在天条底部；枢衡在兔头之下，枢轮右侧；格叉位于枢衡的尾端，可抵住受水壶；枢权挂在枢衡的首端；关舌在枢衡之下，关舌尾端可抵住受水壶；关舌中间位置通过软绳与天衡相连接；受水壶通过铁销固定在枢轮圆周上。该系统结构为水运仪象台的重要组成部分，为水运仪象台的研究和复原工作提供了理论依据和实体支撑，解决了水运仪象台复原工作中的动力输出及控制难题。
文档编号G09B27/00GK103137004SQ20111037505
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者唐晓强, 孙小淳, 王宜, 李志超, 汪克敏, 牛西岭, 梅苞, 李铁民, 郝晋新, 宁晓玉, 刘志华, 陈国桢, 唐乐为, 王广超, 张靖, 屯开智, 刘伟, 程燕 申请人:清华大学, 中国科学院国家天文台, 中国科学院自然科学史研究所, 开封市科学技术局
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