[0001] 本发明涉及一种历法、气象和地理教学演示设备，特别涉及中国农历二十四节气七十二候变换的物候变化图像教学演示及其演示方法。

[0002] 气象科普场馆需要四季成因和气候变化原因方面的模拟展示仪器，但市场主要以电子产品投影解说为主，尚无大型实体类模型产品；老百姓普遍对于二十四节气养生感兴趣，但对于七十二物候的变化规律并不完全掌握。

[0003] 中小学地理教材中包含“天气和气候”“自然环境”等章节，为了配合教学演示，市场上有三球仪等教具演示日地月的运行规律，但这类演示仪没有天文历法方面的内容，不能满足教学所需，比如太阳到达黄经0°的空间展示。

[0050] 1.地球的公转、自转实施方式：

[0051] 地球的公转与自转是通过机械传动实现的，地球在黄道带中公转1周则自转365转；

[0052] 直流减速电机(7)的动能通过电机轴齿轮(11)传动到偏心轴齿轮(13)，然后通过偏心传动轴(12)带动旋转横梁(48)逆时针旋转，旋转横梁与电机底座(6)及固定在其上的传动支撑轴(9)形成相对运动；

[0053] 旋转横梁(48)上，上固定同步带轮3(36)通过上同步带2(42)带动同步带轮4(44)与凸台齿轮1(43)组合轮，再通过凸台齿轮1(43)带动凸台齿轮2(23)和联轴器(24)，联轴器(24)上安装月球支撑杆带动月球旋转，实现了12倍变速；同时联轴器(24)与月相大变速齿轮3(46)相连接，带动30倍变速系统双层齿轮塔轮(26)、地球仪转动齿轮铜齿轮(27)、地轴、地球仪(34)，实现了1；365的传动变速。地轴又通过万向节支架(31)、万向节(30)、小转动轴(28)实现了23.5°倾斜传动；

[0054] 横梁下，固定同步带轮(14)通过同步带1(15)与同步带轮2(16)形成相对运动，带动转动滑动轴(17)和通过螺栓固定在其上的齿轮变速支架(47)，实现1：1传动，使旋转横梁(48)每旋转1圈，齿轮变速支架(47)也旋转1圈，完成模拟1年内近地点与远地点的变换；

[0055] 以上传动组件，同步带轮和同步带采用标准工业品，齿轮与轴承采用国标工业成品，轴类零部件与钣金类部件按发明者图纸生产，同步带与齿轮传动相结合是为了满足不同规格尺寸气象仪的设计方案。

[0056] 2.太阳视运动实施方式：

[0057] 太阳的视运动是在地球上观察太阳的运动变化，可以观测太阳日升日落，可以观测到太阳在天球上的轨迹即黄道，太阳到达的黄经度数就是二十四节气定义的依据；

[0058] 本仪器的太阳视运动是由地球公转、自转(如前所述)，以及安装在旋转横梁(48)上的太阳球安装支柱(49)、LED灯支架(50)、LED灯组件(52)、直流供电电源等和黄经度指示牌(51)来完成的；比如从地球上观测到太阳到达黄经0°，即为24节气的春分点，进入春分三侯的第一候“玄鸟至”，即燕子从南方飞回北方(中国大部地区处于北半球)筑巢。

[0059] 3.月球公转实施方式：

[0060] 月球绕地球公转的方向是自西向东，月球随地球绕太阳公转1周为1年，月相盈亏的平均周期平均为29.53059天，但是我国农历上通常为每个月30天或29天，本仪器通过旋转横梁(48)上固定同步带轮3(36)，通过上同步带2(42)带动同步带轮4(44)与凸台齿轮1(43)组合轮，再通过凸台齿轮1(43)带动凸台齿轮2(23)和联轴器(24)，联轴器(24)上安装月球支撑杆带动月球旋转，实现了12倍变速，实现了塑望月的展示。

[0061] 4.阳历、公历、阴历和农历验证方式：

[0062] (1)阳历，即太阳历，是根据太阳运行规律制定的历法，以地球绕太阳公转1周为1年，计共365天5小时48分46秒(一个回归年)，分摊给12个月，每个月平均是30.437天。

[0063] (2)公历属于阳历的一种，是将耶稣诞生年作为公元元年。阳历纪年精准，但一年365.24天，一个月30.437天，不是整数，无法应用于日常，公历把月和年都定为整数，平年
365天，闰年366天，一年分做12个月，大月31天，小月30天，二月只有28天，四年的尾数积累起来共1天光景，加在第四年的二月里，这一年叫做闰年，故而闰年的二月有29天，公历历年平均长度与阳离子回归年只有26秒之差。

[0064] (3)阴历以月亮圆缺一次的时间定做一个月，共29天半，大月定做30天，小月29天，一年12个月中，大小月大体上交替排列；阴历一年只有354天左右，阴历不考虑地球绕太阳的公转运行，因此使得四季的变化在阴历上就没有固定的时间，它不能反映季节。

[0065] (4)农历是阴阳合历，以阴历的月亮圆缺一次定做一个月(朔望月)，以朔日为初一日，又用加闰月的办法，使得平均每年的天数跟阳历回归年的天数相符，以调整四季；农历平年十二个月，仅354日，与阳历的回归年相比较少了11日，积3年少33日，故每3年置1闰月，尚余3日或4日，再积2年共余25日或26日，又置1闰月，平均计算，每19年置7个闰月。闰年13个月，平年则12个月，农历为指导农业生产的历法，以二十四节气来分别；

[0066] 以上历法内容是通过观测地球公转和自转，以及月相变化而制定的，在本仪器中都能通过地球、月球、太阳、黄道十二宫的相对位置，得到验证。

[0067] 5.二十四节气验证方式：

[0068] 24节气是以太阳到达黄经度数来定义的，比如太阳到达黄经90°时即为夏至节气，夏至这天，地球相对于太阳的位置是位于远日点，太阳直射地面的位置到达一年的最北端，几乎直射北回归线；

[0069] 太阳到达黄经位置是由旋转横梁(48)带动安装在其上的太阳球安装支柱(49)、LED灯支架(50)、黄经度指示牌(51)、LED灯组件(52)、节气物候指示牌(33)来实现和标识的。比如黄经度指示牌(51)到达黄经90°时进入黄道十二宫的巨蟹座，对应的节气为夏至，每年6月22日前后，太阳会到达这个宫位，因此夏至点也被称为巨蟹座第一点。

[0070] 6.四季和寒署变化实施方式：

[0071] 地球围绕太阳公转一年回到原点，一年内，太阳直射点在地球南北回归线之间往返，从而引起正午太阳高度变化和昼夜长短变化，形成四季更替；太阳直射点在南北回归线之间移动，是通过地轴倾斜和地球公转、自转来体现的；本仪器中，铜齿轮(27)带动小转动轴(28)，通过23.5°万向节支架(31)带动万向节(30)传动，万向节带动地球仪(34)实现倾斜23.5°自转；这样LED灯组件(52)所发出的模拟太阳直射光就能在南北回归线之间移动，而太阳直射光是四季寒暑变化的直接原因。

[0072] 7.昼夜晨昏实施方式：

[0073] 地球自转是造成昼夜交替、日月星辰东升西落和时间差异的原因；本仪器LED灯组件(52)模拟太阳直射光照在地球(34)上，地球(34)自西向东自转，面向LED灯组件(52)的半个地球被阳光照射称为昼半球，而相对的另一半未被照亮的半球为夜半球；

[0074] 地球自西向东的自转方向，使得昼夜分界线——晨昏线——在地球上不断地移动，从而产生了昼夜更替的现象；晨昏圈将纬线圈分成昼弧和夜弧，昼弧与夜弧的长短表示了该纬线圈昼夜长短的状况；地球的这种自转运动，不仅产生了昼夜交替，还导致了不同地区在不同时间经历日出和日落，从而形成了我们所体验的时间差异，这从本仪器的运行上都可以观察到。

[0075] 8.月相变化的实施方式：

[0076] 月相变化的顺序是：新月‑蛾眉月‑上弦月‑盈凸月‑满月‑亏凸月‑下弦月‑残月‑新月，周期是是29.53天，称为一个朔望月，是历法中历月和星期的来源；

[0077] 月相变化是由月球围绕地球公转和随地球绕太阳公转引起的，本仪器中月球绕地球公转由直流减速电机(7)通过偏心轴齿轮(13)带动旋转横梁(48)，同时同步带轮3(36)通过同步带2(42)同步带轮4(44)凸台齿轮(43)传动凸台齿轮(23)到联轴器(24)，联轴器(24)上安装的月球支撑杆带动月球旋转，实现月球绕地球公转，实现了月相盘(45)上图示的月相变化。

[0078] 9.日食和月食的实施方式：

[0079] 演示日食时，通电控制月球(32)运行至模拟太阳LED灯组件(52)和地球(34)中间并在一条直线上，停止机械部件转动，可见月球遮蔽阳光在地球上形成阴影；同时因为月相盘(45)固定在旋转横梁(48)上，月相盘中的朔日正对阳光，实现了朔日(农历初一)日食的演示；

[0080] 演示月食时，通电控制月球(32)运行至模拟太阳LED灯组件(52)和地球(34)的远端并在一条直线上，停止机械部件转动，可见地球遮蔽阳光在月球上的投射，同时因为月相盘(45)固定在旋转横梁(48)上，月相盘中的望日背对阳光，实现了望日(农历十五左右)月食的演示。

[0081] 10.黄道十二宫的实施方式：

[0082] 黄道带及黄道星座(33)在天球体黄道带上，天球体(1)固定在移动托架(4)上，黄道十二宫星座指示地球(34)、月球(32)和太阳在黄道带上的空间位置，也是农历二十四节气的划分依据。