一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构

摘要

一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构，包括六合仪，六合仪由水趺上的四根龙柱支撑，六合仪上设有仰月结构，六合仪内设有三辰仪，三辰仪内设有四游仪，三辰仪、四游仪能够分别绕着一个共同的轴线转动，此轴线与水平面成一角度，水趺上设有鳌云，鳌云内隐有传动系统的天柱，三辰仪可以跟踪星体的运动，通过调整四游仪的纬线角度、望筒的经线位置，可以通过望筒来跟踪观测星体，传动系统可以使三辰仪实现太阳日与恒星日的区分，通过仰月结构、水趺结构可以对浑仪系统结构的精度进行调整，本发明能够区分太阳日与恒星日，还能够方便进行精度的调整。

说明书

技术领域

本发明属于天文仪器领域，特别涉及一种用于古代水运仪象台的 浑仪系统结构。

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。

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；美国人堪布 里奇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。然而在复原过程中，由于古书 上记载的不清楚，存在着很多有争议的问题。例如枢轮受水壶与枢轮 是否相对转动、控制机构的工作原理、传动装置的类型等等。很多结 构在进行复原时需要详细的论证和分析。

浑仪是我国古代传统天文观测仪器，已有两千多年的历史，它大 约创始于战国初期，西汉时期已有记载。在漫长的岁月里，浑仪整体 结构由简单到复杂，隋、唐以后又经历了由繁到简的逐渐定型过程。 水运仪象台上的浑仪最大的特点在于其可以随动。《新仪象法要》里 有着：“以水激轮，轮转而仪象皆动，此兼用诸家之法也浑仪则上候 三辰之行度，曾黄道为单环，环中日见半体，使望筒常指日，日体常 在筒穹中窍，天西行一周，日东移一度，此出新意也。”说明水运仪 象台浑仪和望筒在机械性机构所控制的水轮带动下，能随被观测的天 体运转，这是现代天文台跟踪机械的雏形。

水运仪象台浑仪的各部分组成在《新仪象法要》里有记载，但是 具体的结构记载不详。

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 代水运仪象台的浑仪系统结构，能够区分太阳日与恒星日，还能够方 便进行精度的调整。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构，包括六合仪1，六合 仪1由水趺5上的四根龙柱4支撑，六合仪1上设有仰月结构，六合 仪1内设有三辰仪2，三辰仪2内设有四游仪3，三辰仪2、四游仪3 能够分别绕着一个共同的轴线转动，此轴线与水平面成一角度，水趺 5上设有鳌云6，鳌云6内隐有传动系统的天柱；

六合仪1由天经双环16、阴经单环15和天常单环14固定在一 起形成，阴经单环15水平放置，天经双环16竖直放置，天常单环 14在阴经单环15和天经双环16内且与水平面成一定角度；

三辰仪2由三辰仪双环11、黄道双环17、赤道单环13、四象单 环7和天运单环12固定在一起形成，赤道单环13垂直于旋转轴，三 辰仪双环11垂直于赤道单环13，四象单环7垂直于赤道单环13和 三辰仪双环11，天运单环12平行于赤道单环13；

四游仪3由四游仪双环10和直距8固定在一起形成，直距8沿 旋转轴方向固定在四游仪双环10上，在四游仪双环10内设有望筒9， 在四游仪双环10圆心处有孔，望筒9上有旋转轴，望筒9通过轴孔 配合与四游仪双环联接，望筒9能够绕其旋转轴在四游仪双环10内 转动，望筒9中空，观察者利用此中空孔观察星体；

传动系统包括天柱上轮21、天毂19和天运单环12，天柱上轮 21通过拔牙和天毂19的前毂20传动，天毂19的后毂18通过拔牙 和天运单环12传动，天柱上轮21每个太阳日转过n₁个拔牙，天运单 环12圆周上有n₂个拔牙，n₁＞n₂，天毂19的前毂20和后毂18设有 拔牙；

仰月结构包括仰月22，仰月22设在天毂19的前毂20和后毂18 内，并通过立柱固定在六合仪1上，仰月22的上方是带有缺口的圆 孔，利用下面的半圆孔支撑天毂19转轴，还能够将天毂19从上面的 缺口取出，仰月22能够定期实现天毂19和天柱上轮21错过一次拨 动，保证三辰仪2转一圈对应一个恒星日；

水趺5上表面设有水沟23，水趺5的四个角有水斗25，水趺的 中心处有龙门24；

本发明的有益效果是：三辰仪2可以跟踪星体的运动，通过调整 四游仪3的纬线角度、望筒9的经线位置，可以通过望筒来跟踪观测 星体；由天柱上轮21、前毂20、后毂18、天运单环12组成的传动 系统可以使三辰仪2实现太阳日与恒星日的区分；通过仰月结构、水 趺5结构可以对浑仪系统结构的精度进行调整。

附图说明

附图1是本发明整体结构示意图。

附图2是本发明六合仪1、三辰仪2和四游仪3的结构示意图。

附图3是本发明传动系统示意图。

附图4是本发明仰月结构22示意图。

附图5是本发明水趺5结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1，一种用于古代水运仪象台的浑仪系统结构，包括六合 仪1，六合仪1由水趺5上的四根龙柱4支撑，六合仪1上设有仰月 结构，六合仪1内设有三辰仪2，三辰仪2内设有四游仪3，三辰仪 2、四游仪3能够分别绕着一个共同的轴线转动，此轴线与水平面成 一角度，水趺5上设有鳌云6，鳌云6内隐有传动系统的天柱；

参照图2，六合仪1由天经双环16、阴经单环15和天常单环14 固定在一起形成，阴经单环15水平放置，天经双环16竖直放置，天 常单环14在阴经单环15和天经双环16内且与水平面成一定角度；

参照图2，三辰仪2由三辰仪双环11、黄道双环17、赤道单环 13、四象单环7和天运单环12固定在一起形成，赤道单环13垂直于 旋转轴，三辰仪双环11垂直于赤道单环13，四象单环7垂直于赤道 单环13和三辰仪双环11，天运单环12平行于赤道单环13；

参照图2，四游仪3由四游仪双环10和直距8固定在一起形成， 直距8沿旋转轴方向固定在四游仪双环10上，在四游仪双环10内设 有望筒9，在四游仪双环10圆心处有孔，望筒9上有旋转轴，望筒9 通过轴孔配合与四游仪双环联接，望筒9能够绕其旋转轴在四游仪双 环10内转动，望筒9中空，观察者利用此中空孔观察星体；

参照图3，传动系统包括天柱上轮21、天毂19和天运单环12， 天柱上轮21通过拔牙和天毂19的前毂20传动，天毂19的后毂18 通过拔牙和天运单环12传动，天柱上轮21每个太阳日转过n₁个拔牙， 天运单环12圆周上有n₂个拔牙，n₁＞n₂，天毂19的前毂20和后毂 18设有拔牙，实现太阳日与恒星日的区分；

参照图4，仰月结构包括仰月22，仰月22设在天毂19的前毂 20和后毂18内，并通过立柱固定在六合仪1上，仰月22的上方是 带有缺口的圆孔，利用下面的半圆孔支撑天毂19转轴，还能够将天 毂19从上面的缺口取出，仰月22能够定期实现天毂19和天柱上轮 21错过一次拨动，保证三辰仪2转一圈对应一个恒星日；

参照图5，水趺5上表面设有水沟23，水趺5的四个角有水斗 25，水趺的中心处有龙门24，利用水趺5的水沟23和水斗25里水 位来实现水趺的水平；

本发明的工作原理为：六合仪1固定不动，三辰仪2随着天运单 环12绕与水平面成一定角度的轴线沿纬线转动，四游仪3的四游仪 双环10和直距8可绕着同一轴线沿纬线自由旋转，望筒9可以相对 于四游仪3沿经线自由转动；

天柱上轮21通过拔牙带动前毂20转动，后毂18通过拔牙带动 天运单环12转动，三辰仪2随着转动。天柱上轮21每天(太阳日) 转过n₁个拔牙，天运单环12圆周上有n₂(n₁＞n₂)个拔牙，天毂19的前 毂20和后毂18设有拔牙，根据以上拔牙传动的方式，当天柱上轮 21每天(太阳日)转过n₁个拔牙时，天运单环12每天(太阳日)也 会转过n₁个拔牙，而天运单环圆周只分布有n₂个拔牙，这使天运单环 12会旋转角度每天(太阳日)大于一圈，而天运单环12旋转一圈所 对应的时间就是恒星日。由此实现了太阳日与恒星日的区分；

拔牙数量n₁和n₂并不能完全实现理论上准确的恒星日，所以需要 定期的调整三辰仪2转过的角度。仰月22支撑着天毂19的转动，当 需要进行精度调整时，只需要将天毂19的前毂20端抬起，使之与天 柱上轮21错过一次拨动，这样就能保证三辰仪2旋转一周对应一个 恒星日；

整个浑仪系统需要保证阴经单环15水平。水趺5里的水沟23和 水斗25里盛有水，根据各端的水位高低即可判断水趺是否水平，同 时也为调整提供方便，保证了精度的实现。