專利名稱：多用時(shí)鐘地圖儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一、本實(shí)用新型敘述的是一種模擬地球自轉(zhuǎn)的壁掛式大型多用途時(shí)鐘，同時(shí)它也是一幅便于觀察的世界地圖，在此代替時(shí)鐘時(shí)針的是一幅每24小時(shí)旋轉(zhuǎn)一周的以極點(diǎn)為中心的世界地圖，可以直觀地確定世界各大城市的地區(qū)時(shí)間及各個(gè)季節(jié)的日出日沒時(shí)間。
二、93年7月，中央電視臺(tái)新聞節(jié)目報(bào)導(dǎo)了以每日旋轉(zhuǎn)一周的地球儀顯示各城市的地區(qū)時(shí)間的時(shí)鐘，其功能與本實(shí)用新型有相似之處。
三、提出本實(shí)用新型的目的是發(fā)展一種多用途的壁掛式時(shí)鐘，其特點(diǎn)有三，其一，可一目了然地得知世界主要城市的地區(qū)時(shí)間，還可查出其在不同季節(jié)的日出日落時(shí)間，其二，如果該儀表有一幅大尺寸的世界地圖，那么對(duì)它的觀察將比對(duì)同樣尺寸的普同地圖更為方便，因?yàn)槿藗兡軐⒂敳斓牡赜蜣D(zhuǎn)動(dòng)到察看者眼前，其三，以一幅世界地圖填充了普通指針式時(shí)鐘表盤上不傳送信息的中部可使表盤的面積得以充分利用。更進(jìn)一步若儀器為方形外殼，其未被時(shí)鐘及地圖利用的四角可用于加裝電子數(shù)字式日歷，溫度，溫度及氣壓計(jì)，如此可將所有日用壁掛儀表集中于一體，成為一集實(shí)用性和裝飾性于一體的多用途儀器，使墻面干凈整潔。
四、本實(shí)用新型的內(nèi)容可用附圖加以說明，圖(1)是一幅以北極為中心的園形地圖，是從北極繪到赤道的，地圖印刷在透明薄膜的反面，再將其粘貼在泡沫塑料圓盤上，為減輕盤重和增加剛性盤上有形成輞、輻、轂的加厚部分，轂就緊固在時(shí)針軸上，該軸通過一系列中間齒輪與由晶振分頻的秒脈沖驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)相嚙合，為與地球自轉(zhuǎn)相符合，地圖按逆時(shí)針方向每24小時(shí)旋轉(zhuǎn)一周。
圖的外圍為有24等分刻度且固定不動(dòng)的刻度環(huán)(2)，按裝在地圖東經(jīng)120°黑色箭頭(3)在刻度環(huán)上的指數(shù)即為北京時(shí)間，按裝在東經(jīng)45°上的箭頭(4)指示著莫斯科時(shí)間，印在地圖0°經(jīng)度的虛線箭頭(5)指示出格林威治時(shí)間(GMT)，如欲了解更多城市的時(shí)間可按裝更多的其他顏色的箭頭分別指示之。
由圖(1)還可看出刻度環(huán)下部標(biāo)示的是白晝時(shí)刻，上部系黑夜時(shí)刻，這樣安排的理由是儀表掛在墻上，其下部距人眼近，而白晝是人們察看地圖的主要時(shí)間，還可想象如此布置就好象太陽位于儀表的正下方，那么刻度6(點(diǎn))與18(點(diǎn))的連線應(yīng)為日出(左段)日落(右段)線，實(shí)際上由于地球自轉(zhuǎn)與其繞太陽軌道平面有66.5°的傾斜角，此線僅在春分和秋分時(shí)正確，通過作圖和計(jì)算還可求出其他節(jié)氣的日出日落線(見附錄)，這是一組與北極圈相切或相交的曲線，

圖1中的(7)為夏至適用的與北極圈相切的曲線，另一相切的邊是與(7)對(duì)稱的是冬至線，其他曲線均與北極圈相交，由于這些曲線是不動(dòng)的，只好將其印制在不動(dòng)的表蒙上，為便于確定現(xiàn)時(shí)的季節(jié)線，可增設(shè)一每年轉(zhuǎn)動(dòng)一周的季節(jié)針，即圖1的(6)，針長應(yīng)等于地圖上北極圈的半徑，與此針配套的是印制地表蒙上的不動(dòng)的北極圈，此圈上刻有平均分布的且與各季節(jié)線相關(guān)的24個(gè)節(jié)氣點(diǎn)。為保證指針準(zhǔn)確地每年轉(zhuǎn)動(dòng)一周，采用一組其比值相當(dāng)近似的減速齒輪與地圖軸相連，齒數(shù)比相約后為(33×89×97)／(6×10×13)＝365.2423圖2為時(shí)鐘機(jī)芯之截面圖，圖中(1)為旋轉(zhuǎn)地圖，(2)為透明表蒙，(3)為分針，(4)為與機(jī)殼相連的支撐套，(5)為秒針，(6)為季節(jié)針，(7)為驅(qū)動(dòng)地圖的減速用中間齒輪，(8)為介于秒針及分針間的齒輪，(9)為分針齒輪，(10)為地圖齒輪，(11)秒針齒輪，(12)連接秒針與步進(jìn)電機(jī)軸的齒輪，(14)為電機(jī)轉(zhuǎn)子，(13)是與季節(jié)針相連的齒輪，(10)與(13)間的365.24231的減速齒輪沒有繪出。
圖3給出了有北南兩幅地圖的時(shí)鐘地圖儀，由于重要國家均在北半球高緯度上，南北兩圖在北緯18°分界，如此則北圖比南圖比例尺大1.5倍，在兩幅圓圖相接處的上方裝有普通時(shí)鐘的秒針和分針，其刻度盤與普通時(shí)鐘基本相同，不同的是它印制在透明表殼上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，石英鐘機(jī)芯(3)通過分針齒輪(4)帶動(dòng)中間齒輪(5)再通過中間齒輪(2)帶動(dòng)北圖齒輪(1)，同時(shí)中間齒輪(5)直接驅(qū)動(dòng)南圖齒輪(6)，各齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖中箭頭所示。(7)為季節(jié)指針的減速組件，放大后如圖5。其中(1)為地圖齒輪，13齒，(2)、(3)為連成一體的兩個(gè)中間齒輪，可稱之為第一中間齒輪，分別為97齒和15齒。(4)、(5)稱之為第二中間齒輪，分別為89齒和12齒。(6)為指針齒輪，99齒。
通過如上敘述，可以看出時(shí)鐘地圖儀比普通鐘表，增加了一些新功能。它們都是與地圖結(jié)合而得到的。
為了得到更好的地圖功能，圓形地圖應(yīng)能隨意轉(zhuǎn)動(dòng)。即使想要觀察之區(qū)域處與圓圖之下方。對(duì)單圖儀表而言，解決方法之一是轉(zhuǎn)動(dòng)儀表之主體(包括刻度盤及全部指針)，對(duì)雙圖儀表特別是大型儀表必須增設(shè)一套電動(dòng)轉(zhuǎn)圖及對(duì)時(shí)(調(diào)整時(shí)刻)機(jī)構(gòu)。其原理如圖4所示。14為盒式錄音機(jī)電機(jī)(無速度控制電路，可以正反轉(zhuǎn))，其軸上之齒輪與中間輪2嚙合，可通過按＋(9)及－(8)按鈕使電機(jī)正反轉(zhuǎn)，由于石英鐘機(jī)芯已有離合器，因此地圖可不受機(jī)芯走時(shí)機(jī)構(gòu)(步進(jìn)電機(jī)、減速齒輪等)的控制而快速向前或向后轉(zhuǎn)動(dòng)，從而滿足了對(duì)時(shí)及觀看地圖的要求。圖中10為一盒式錄音機(jī)用的磁帶記數(shù)器。它通過有齒皮帶與電機(jī)嚙合，功能是保證每次因觀看地圖而轉(zhuǎn)動(dòng)地圖后能準(zhǔn)確地復(fù)位。過程是每當(dāng)對(duì)時(shí)完成后按一下復(fù)位鈕，使計(jì)數(shù)器復(fù)零。如再因觀看地圖使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，必然在計(jì)數(shù)器中留下一數(shù)字。結(jié)束看圖時(shí)，通過按相反轉(zhuǎn)動(dòng)的按鈕使計(jì)數(shù)器復(fù)零，如此就保證了時(shí)鐘恢復(fù)到原始時(shí)刻。在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，為使其不致成為石英鐘機(jī)芯的負(fù)載和計(jì)數(shù)器不走字，電機(jī)軸上的齒輪應(yīng)與中間齒輪2脫離嚙合。具體做法可有多種，例如可以將電機(jī)支撐在通過其自身重心的擺動(dòng)軸上，軸心與中間齒輪2的切線方向平行，通過一與電機(jī)并或串連的電磁鐵擺動(dòng)電機(jī)使之與齒輪2嚙合，電機(jī)停止后由于復(fù)位彈簧使之脫離嚙合。再例如可以借用雙電機(jī)式盒式磁帶錄音機(jī)機(jī)芯常用的收供帶電機(jī)軸上之齒輪與收供帶軸的嚙合的方法，即增加兩個(gè)安裝在一個(gè)擺動(dòng)臂兩端且始終與電機(jī)軸齒輪嚙合的齒輪，由于擺動(dòng)臂中心與電機(jī)軸同心且二者間存在一不大的但足以克服一復(fù)位彈簧的摩擦力矩，因此當(dāng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)分別使正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)中介齒輪與齒輪2嚙合，而當(dāng)電機(jī)停止時(shí)，復(fù)位彈簧使二中介齒輪均脫離與齒輪2的接觸。
圖4中的15′，15系一對(duì)放大鏡，安裝在一透明長臂16的兩端，16的中點(diǎn)有一軸，插裝在支架17的軸承中，因此兩個(gè)放大鏡可繞臂中心轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，由于其重量相等，借助與臂中心的摩擦力可使兩放大鏡停留在任意角處，如此即可將不同緯度的地圖加以放大。更進(jìn)一步當(dāng)放大器中心與觀察點(diǎn)在經(jīng)度方向相差甚小的時(shí)候，將會(huì)感到轉(zhuǎn)動(dòng)地圖并不是方便之舉，也就是說最好是用手掌握的放大鏡能左右移動(dòng)一下，這就是圖4中的連桿18，19，20的用途即當(dāng)放大鏡沿16的長度方向移動(dòng)18，19，16組成的三角形變形，而此三角形與18，20，16組成的三角形永遠(yuǎn)為一對(duì)全等的三角形，也就是說放大鏡14，15總是往相反的方向作等距離的運(yùn)動(dòng)，從而保證了兩個(gè)放大鏡自重形成的力距相等。使16能在工作的角度內(nèi)隨意停留。
在單圓圖的情況下放大鏡的移動(dòng)可采用圖6的方式，其中1為放大鏡，2為透明支架，3為儀器底座上長孔(或槽)，4為移動(dòng)放大鏡之把手，6為底座上之長齒條，7為放大鏡支架上的短齒條，當(dāng)移動(dòng)放大鏡時(shí)即將把手移向左方，7與6脫開。再將4移上或移下，最后使把手向右恢復(fù)到原始右邊位置，借助于放大鏡的重力，支架繞5逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使6與7嚙合，支架之位置即得以固定。
當(dāng)然利用微型直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后轉(zhuǎn)動(dòng)一其軸向受底座限位的螺母，并將放大鏡支架連接在一根不旋轉(zhuǎn)并穿過上述螺母和垂直于地平面的螺桿上，當(dāng)電機(jī)通過按向上或向下按鈕使螺母正或反轉(zhuǎn)時(shí)，支架連同放大鏡就會(huì)向上或向下運(yùn)動(dòng)。
通過放大鏡在地圖緯度方向的移動(dòng)，加上地圖本身的轉(zhuǎn)動(dòng)，等于放大鏡可以掃描地圖的任何地區(qū)。如果制圖技術(shù)能夠保證清晰的細(xì)節(jié)，就可將地圖的信息量增加到放大鏡放大倍數(shù)的平方倍。
再者，普通大幅世界地圖的上部總是處于人眼之上以致不登高則難以看清其細(xì)節(jié)。這里通過轉(zhuǎn)動(dòng)地圖，使全圖都有機(jī)會(huì)處于下部，即減少了欲觀察部位與人眼的距離。
綜上所述可以說本時(shí)圖儀具有更好的地圖功能。
本實(shí)用新型也可以采取另一形式，即每小時(shí)旋轉(zhuǎn)一周的是按24小時(shí)分度的刻度盤，作為時(shí)針用的圓形地圖保持固定，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是因觀看地圖而將其轉(zhuǎn)動(dòng)后可以無需要復(fù)位計(jì)數(shù)器便可以準(zhǔn)確地復(fù)位，缺點(diǎn)是失去了形象地表明地球自轉(zhuǎn)的功能。
五、本實(shí)用新型與每日轉(zhuǎn)動(dòng)一周的地球儀相比具有某些優(yōu)點(diǎn)，首先是地圖是平面的，不占據(jù)三維空間，能方便地掛在墻上。尺寸可以做得很大，即可得到一幅更為詳細(xì)的地圖。其次，圖上的全部地區(qū)及城市均直接處于視界下，不象球體只能看見面對(duì)觀察者的一面，往往需要轉(zhuǎn)動(dòng)球體才能見到想觀看的地區(qū)。
六、申請(qǐng)人認(rèn)為實(shí)現(xiàn)本時(shí)鐘地圖儀較好的方式是采用圖1所示的僅有一幅北半球的地圖。因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡單，且表現(xiàn)了世界上最重要的地區(qū)，更好的方案是地圖從北極繪至北緯18°，因?yàn)樗兄匾髧鴰缀醵嘉挥诒卑肭虻母呔暥?，也包括了我國除了南海諸島的所有地區(qū)，如此地圖的比例將得到擴(kuò)大，同時(shí)還減少了地圖邊沿地區(qū)的幾何失真，最好的方案是在上述方案的基楚上將底座(與墻壁緊固部分)與儀表間保持一種可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接即圖1中儀表上有槽8，底座上有槽9，中間填以鋼球10，以便用手轉(zhuǎn)動(dòng)儀表，使地圖上欲觀察的地區(qū)處于眼前。
附錄24節(jié)氣日出日落線繪制方法嚴(yán)格地說在一年365天，甚至一連若千年中每天的日出日落是時(shí)間都不一樣。因此不能按月日繪此曲線簇。中國農(nóng)歷的24節(jié)氣正好平分了地球繞日軌道，即地球每運(yùn)動(dòng)15°相當(dāng)于15.218天，為一個(gè)節(jié)氣，因此本實(shí)用新型按節(jié)氣來繪此曲線簇，容易理解的是春分秋分線為一直線，其余的曲線可按如下步驟繪制首先由于地球距離太陽甚遠(yuǎn)，太陽光為一組平行光，正好將地球向日的一半照亮。背日的一半則為黑夜，交界處正是日出日落處，下面再借圖7作進(jìn)一步的解釋。圖7a中的圓形為地球的一半，通過其中心的水平線是赤道，上方的平形線為緯度線，右側(cè)的SS箭頭為夏至?xí)r的陽光，與赤道有23.5°夾角，SS′為SS的垂線，即太陽處于地平線的一個(gè)環(huán)，圖7b為圖7a的投影，SS′環(huán)在圖7b上變成一個(gè)與北極圈相切的橢圓，其它節(jié)氣的橢圓應(yīng)先從圖8求得短軸，圖8中與夏至差一個(gè)節(jié)氣的日不落區(qū)之緯度La15＝90°－Sin－1Sin23.5°·Cos15°＝67.3462°與夏至差二個(gè)節(jié)氣的日不落區(qū)之緯度La30＝90°－Sin－1Sin23.5°·Cos30°＝69.7980°與夏至差三個(gè)節(jié)氣的日不落區(qū)之緯度La45＝90°－Sin－1Sin23.5°·Cos45°＝73.623°與夏至差四個(gè)節(jié)氣的日不落區(qū)之緯度La60＝90°－Sin－1Sin23.5°·Cos60°＝78.499°與夏至差75°的日不落區(qū)之緯度La75＝90°－Sin－1Sin23.5°·Cos75°＝84.076°以上各緯度可以在圖7a上畫成各節(jié)氣的處于SS′到90°之間的斜線(環(huán))這些線與0°～67.5°緯度線之交點(diǎn)投影到圖7b上就變成了各節(jié)氣的橢圓線。若將圖7b的緯度線繪成圖1的沿徑向等分的樣子，橢圓就變成了圖1中的4。
權(quán)利要求1.一種模擬地球自轉(zhuǎn)的多用途壁掛式儀表，適用于顯示不同經(jīng)度的城市的現(xiàn)實(shí)時(shí)刻及作為地圖觀察，儀表由受基準(zhǔn)秒脈沖控制之步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)且24小時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一周的地球模擬體、處于圓形模擬體邊緣或直接刻印在模擬體正前方表蒙且相對(duì)靜止的按24小時(shí)分度的刻度盤、復(fù)蓋整個(gè)模擬體的透明表蒙、支承著步進(jìn)電機(jī)和刻度盤以及表蒙的儀表殼及底座組成，其特征為a.模擬體為一或二幅從地球極點(diǎn)觀看的平面地圖，b.在透明表蒙上印制有反映不同季節(jié)不同緯度日出日落時(shí)間的一組曲線及中國特有的24節(jié)氣點(diǎn)，c.地圖中心有一枚指示現(xiàn)實(shí)節(jié)氣的指針，d.儀表殼與掛在墻上的底座之間為可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀表，其特征是平面地圖粘貼在一個(gè)每24小時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)一周的帶有輞、輻、轂的泡沫塑料園盤上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所示的地圖，其特征是根據(jù)需要可在其邊沿按裝數(shù)個(gè)彩色透明的箭頭，箭頭與箭頭間的最小角度(經(jīng)度)為15°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀表，其特征是透明表蒙上印制有13條反映不同節(jié)氣不同緯度的日出日落曲線，最上方為夏至線，最下方為冬至線，并繪有一園與此二線相切，其他節(jié)氣線與此園相交，重要的不是園本身而是均勻分布于園上的24個(gè)節(jié)氣點(diǎn)，正上方為夏至點(diǎn)，正下方為冬至點(diǎn)，正左正右為春分和秋分點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀表，其特征是指示現(xiàn)實(shí)季節(jié)的指針應(yīng)每365.2422天旋轉(zhuǎn)一周，系通過一組減速齒輪由地圖軸驅(qū)動(dòng)，最簡化的齒輪減速比為(33×89×97)／(6×10×13)，指針指向著表蒙上的節(jié)氣點(diǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型是將掛在墻上的地圖與時(shí)鐘組合在一起，代替普通時(shí)鐘時(shí)針的是一幅從地球極點(diǎn)觀看的每24小時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一周的地圖。它除了具有時(shí)鐘與地圖的功能外還產(chǎn)生了一些新的功能。即1.直接顯示本地及格林威治時(shí)間、世界各主要城市的時(shí)間。2.形象地顯示了世界各地處在白晝或黑夜，以及在各季節(jié)的日出日落時(shí)間。3.將分別掛在墻上的時(shí)鐘與地圖合并將使墻面整潔清爽。
文檔編號(hào)G04B19/22GK2206466SQ94210358
公開日1995年8月30日 申請(qǐng)日期1994年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月27日
發(fā)明者張恒敬 申請(qǐng)人:張恒敬