本實用新型專利涉及實驗儀，尤其涉及一種高精度雙輪軸、雙游標地軸進動演示與定量測量實驗儀。

背景技術：

專利號為ZL201220603296.2的“地軸進動原理演示與定量測量實驗儀”實用新型專利，雖然對原始地軸儀進行了較大改進，但由于轉軸采用圓球式，橫梁軸與進動軸是通過球形全方位活動實現(xiàn)進動，存在進動不穩(wěn)定問題，進動效果不佳。專利號為ZL 2014 2 0053009.4的“輪軸式地軸進動原理演示與定量測量實驗儀”實用新型專利，雖然橫梁軸與進動軸分開克服了前者缺陷，但由于采用的是單輪軸，由此做出來的儀器進行實驗，存在兩個缺陷：其一，由于轉軸上端質量較大，當進動儀進動至某一位置就突然停止進動，常常會出現(xiàn)輪軸被卡住現(xiàn)象；其二，由于微尺桿固定在進動儀橫梁上，而橫梁相對轉軸是活動的，這樣在電機通電開始進動或者斷電結束進動，由于慣性作用，橫梁經(jīng)常出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，微尺固定桿經(jīng)常出現(xiàn)較大擺動，微尺與主尺相對位置會發(fā)生較大變化，使之所度量橫梁進動角度會發(fā)生較大誤差，無法精確演示與定量測量橫梁(代表地軸)進動的準確角度。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術不足,提供一種結構合理，實驗效果好的高精度雙輪軸、雙游標地軸進動演示與定量測量實驗儀。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：

這種高精度雙輪軸、雙游標地軸進動演示與定量測量實驗儀，包括底座、電機、橫梁、轉盤、平衡錘、輪軸、橫梁支撐架、進動轉動總軸、右游標尺豎直桿、左游標尺豎直桿、主尺與主尺盤和空心支撐柱，所述電機固定在橫梁右端，轉盤固定在電機軸上，平衡錘套接于橫梁左端的滑槽中；兩輪軸外緣卡套于輪軸套中，進動轉動總軸內固套于兩輪軸內緣內，在進動轉動總軸上端固定有橫梁支撐架；右游標尺豎直桿和左游標尺豎直桿分別連接在進動轉動總軸的左右兩側；主尺與主尺盤套接在空心支撐柱中部，進動轉動總軸設于空心支撐柱上端，橫梁的橫梁軸套在橫梁支撐架的轉動軸上。

作為優(yōu)選：所述右游標尺豎直桿包括右微尺橫向調節(jié)桿、右微尺豎直調節(jié)桿和右微尺；所述左游標尺豎直桿包括左微尺橫向調節(jié)桿、左微尺豎直調節(jié)桿和左微尺；右微尺橫向調節(jié)桿的螺頭螺接在進動轉動總軸右側螺孔中，右微尺豎直調節(jié)桿的螺頭螺接在右微尺橫向調節(jié)桿的右微尺豎直調節(jié)桿右螺帽上，左微尺橫向調節(jié)桿的螺頭螺接在進動轉動總軸左側螺孔中， 左微尺豎直調節(jié)桿的螺頭螺接在左微尺橫向調節(jié)桿的左微尺豎直調節(jié)桿左螺帽上。

本實用新型的有益效果是：

(1)既可以作為地軸進動儀，又可以作為回轉儀使用；

(2)將游標尺裝于進動轉動軸承上，有利于精確測量出電機轉動圈數(shù)與進動角度之關系，克服了將游標尺固定于橫梁上，電機開始轉動與終止轉動瞬間游標尺的大角度擺動而造成對進動角度的極不準確測量，糾正了造成實驗結果的謬誤；

(3)采用了雙游標尺系統(tǒng)測量進動角度，克服了由于主尺幾何中心與進動軸不重合而造成的較大系統(tǒng)誤差；

(4)左右游標尺采用了橫向與豎向微動調節(jié)，實現(xiàn)了左右微尺弧、面始終與主尺內弧、面吻合且主尺與微尺面保持在同一個平面。

(5)采用了空心螺絲將橫梁支撐架固定于進動軸上，方便于將橫梁與雙游標尺調節(jié)成垂直方向，有利于調節(jié)進動橫梁仰角。

附圖說明

圖1是整體結構示意圖；

圖2是橫梁傾斜時整體結構示意圖；

圖3是橫梁示意圖；

圖4是進動轉動總軸雙輪軸與輪軸結構示意圖；

圖5是微尺水平調節(jié)桿示意圖；

圖6是微尺豎直調節(jié)桿示意圖；

圖7是雙游標、雙輪軸套與橫梁架組合件示意圖；

圖8是電機轉盤示意圖；

圖9是主尺與主尺盤示意圖；

圖10是微尺精度原理示意圖；

圖11是雙游標糾正不同軸原理圖。

附圖標記說明：1、空心橫梁(代表地軸)，1-1、橫梁轉動軸，1-2、平衡錘，1-3、電機，1-4光電門，1-5、電機轉盤(代表地球)，1-50、擋光桿，1-6、空心橫梁傳輸導線出口孔，2、橫梁支撐架，2-1、橫梁轉動軸承，2-2、橫梁支撐架固定空心螺絲，2-3、進動轉動總軸，2-4、上輪軸，2-5、下輪軸，2-6、輪軸套固定螺絲，3、右游標尺豎直桿，3-0、雙輪軸套，3-1、右微尺橫向調節(jié)桿，3-2、右微尺豎直調節(jié)桿，3-3、右微尺，4、左游標尺豎直桿，4-1、左微尺橫向調節(jié)桿，4-2、左微尺豎直調節(jié)桿，4-3、左微尺，5、主尺與主尺盤，6、導線傳輸通道，7、空心支撐桿，9、電控箱，9-1、指示燈，9-2、進動時間顯示熒光屏，9-3、擋光次數(shù)顯示熒光屏，9-4、時間顯示開關，9-5、擋光次數(shù)顯示開關，9-6、電源開關，10、儀器底 座。

具體實施方式

下面結合實施例對本實用新型做進一步描述。下述實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內。

本實施例的連接結構：將電機1-3固定在橫梁1(代表地軸)右端，轉盤1-5(代表地球赤道)固定在電機1-3軸上，平衡錘1-2套接于橫梁1左端的滑槽中，如圖3所示；將兩輪軸2-4、2-5外緣卡套接于雙輪軸套3-0中，把進動轉動總軸2-3內固套于兩輪軸2-4、2-5內緣內，用空心螺絲2-2把橫梁支撐架2固定在進動轉動總軸2-3上端，如圖4所示；將右微尺橫向調節(jié)桿3-1螺頭3-10螺固接在進動轉動總軸2-3右側螺孔中，將右微尺豎直調節(jié)桿3-1的螺頭3-4螺接在右微尺橫向調節(jié)桿3-1的右微尺豎直調節(jié)桿右螺帽3-12上，將左微尺橫向調節(jié)桿4-1螺頭4-10螺固接在進動轉動總軸2-3左側螺孔中，將左微尺豎直調節(jié)桿4-1螺頭4-4螺接在左微尺橫向調節(jié)桿4-1的左微尺豎直調節(jié)桿左螺帽4-12上，如圖5、6、7所示；把主尺與主尺盤5套螺接在空心總支撐柱7適當位置，如圖9、1、2所示；把雙游標、雙輪軸與橫梁架組合件(如圖7所示)套固接在空心支撐柱7上端，把橫梁1(如圖3所示)的橫梁軸1-1套在橫梁支撐架2的轉動軸2-1上，將螺絲擰緊固定好，將電機供電線、光電門傳輸線接好并經(jīng)空心橫梁導線出口1-6引出，經(jīng)轉軸架固定空心螺絲2-2、空心總支撐柱7中的傳輸線6引至控制箱9，如圖1、2所示。

如圖10所示。游標尺上的30格與主尺上的29格對齊，相當于將0.5°(30′)平均分配至游標尺30格中，因此游標尺上每格為1′，即精度為1′。

采用雙游標糾正偏心率原理

由于儀器刻度盤主尺中心幾何中心與進動轉動總軸不一定完全重合(即存在偏心率)，故橫梁在進動過程中，從單個微尺上讀數(shù)總會存在誤差(即儀器誤差)，為該進動儀設計并對稱安裝兩個微尺，就可以糾正由于偏心率造成的儀器誤差。設O為主尺和主尺盤幾何中心，O₁為進動轉動總軸中心，二者不一定重合，若采用左右游標尺，從左右游標尺讀出進動的初始讀數(shù)分別為θ_左1、θ_右1，進動結束左右微尺末讀數(shù)分別為θ_左2、θ_右2，則橫梁進動的精確角度為

證明：如圖11所示，設主尺圓盤的幾何中心與進動轉動總軸中心重合時圓心為O，不重合時，進動轉動總軸中心為O₁，過O做兩直徑分別為AC和CD，過O₁做EF//AB和JH//CD，可以看出只要兩中心重合，任意一游標尺讀出來的讀數(shù)AC弧長或BD弧長都是精確的，若兩中心不重合，讀數(shù)為EJ弧長或HF弧長，二弧長均不精確，但EA弧長＝FB弧長；

JC弧長＝HD弧長，有：

AC弧長＝BD弧長＝(AJ+JC)弧長＝(DF+FB)弧長＝(AJ+HD)弧長＝(DF+EA)弧長,

因此，1式成立。即儀器刻度盤主尺中心幾何中心與進動轉動總軸不一定完全重合時，采用雙游標尺(微尺)讀數(shù)，并采用1式計算，就可以精確測量進動角度。

實驗步驟與實驗原理

1按照進動儀的連接方法把進動儀連接好，將傳輸線接好，如圖1所示；

2沿著橫梁1方向調節(jié)平衡錘1-2相對于軸1-1間距，使之電機1-3轉盤1-5端略微偏重，如圖2所示；

3調節(jié)主尺盤5適當高度，再通過調節(jié)左右微尺(4-4、3-3)橫向調節(jié)桿(4-1、3-1)與豎直調節(jié)桿(4-2、3-2)，使之左右微尺(4-4、3-3)的微尺與主尺5位于同一平面，且左右微尺(4-4、3-3)圓弧與主尺5內圓弧吻合；

4用手壓住靠平衡錘1-2一端橫梁1，使之橫梁1(猶如地球的自轉軸)相對于豎直方向(猶如黃軸)為黃赤夾角，即電機1-3轉輪平面1-5(猶如地球赤道平面)相對于水平面(相當于黃道平面)為黃赤夾角，此時，打開電控箱9開關9-6，電機1-3開始轉動，讀取左右游標尺(4-4、3-3)對應初始讀數(shù)(精確到1′)分別為和放開平衡錘1-1端手的同時，按動電控箱9進動計時按鈕9-4和記錄電機轉動圈數(shù)擋光次數(shù)按鈕9-5；

5實驗結束時，按動計時按鈕9-4和記錄電機轉動圈數(shù)(擋光次數(shù))按鈕9-5，同時讀出橫梁1進動左右游標尺(4-4、3-3)對應刻度分別為和并讀出時間顯示熒光屏9-4上顯示的時間Δt和擋光次數(shù)顯示熒光屏9-5上顯示的圈數(shù)n；

(6)數(shù)據(jù)處理：地軸進動的角度(以分作為單位)。根據(jù)地軸的連續(xù)進動規(guī)律，按地軸進動一圈360°計算，轉盤平面(相當?shù)厍虺嗟?轉動一圈為一天，一個恒星年為365.2422日(天)，則轉盤平面(相當?shù)厍虺嗟?轉動n圈所相當?shù)暮阈悄陻?shù)為/365.2422。設橫梁(相當于地軸)進動一周360°所需要的年數(shù)為x，則

可以計算出，橫梁(相當于地軸)進動一周所需要的恒星年數(shù)為

天文學家已經(jīng)測試出，地軸進動一周需要26000年，為了驗證該結論的正確性，我們可以通過(3)式的計算結果，與之相比。

本專利獲浙江大學城市學院2016年度教師科研基金資助，編號：J-16004。