机械钟表原理.docx

钟表

钟和表是精密的计时仪器。现代钟表的原动力有机械力和电力两种。机械钟表是一种用重锤或弹簧的释放能量为动力，推动一系列齿轮运转，借擒纵调速器调节轮系转速，以指针指示时刻和计量时间的计时器。钟和表通常是以内机的大小来区别的。按国际传统区分，机心直径超过50毫米、厚度超过12毫米的为钟；直径37～50毫米、厚度4～6毫米者，称为怀表；直径37毫米以下者,则为手表。直径不大于20毫米或机心面积不大于314平方毫米者，称为女表。手表是人类所发明的最小、最坚固、最精密的机械之一。

简史公元1300年以前，人类主要是利用天文现象和流动物质的连续运动来计时。例如，日晷是利用日影的方位计时；漏壶和沙漏是利用水流和沙流的流量计时。东汉张衡制造漏水转浑天仪，用齿轮系统把浑象和计时漏壶联结起来,漏壶滴水推动浑象均匀地旋转,一天刚好转一周，这是最早出现的机械钟。北宋元三年(1088)苏颂和韩公廉等创制水运仪象台（见），已运用了擒纵机构。

1350年，意大利的E.丹蒂制造出第一台结构简单的机械打点塔钟，日差为15～30分，指示机构只有时针。1500～1510年，德国的P.亨莱恩首先用钢发条代替重锤，创造了用冕状轮擒纵机构(图1[冕状轮擒纵

机构] )的小型机械钟。图2[16世纪下叶德国制冕状轮擒纵机构计时

器] 为早期的可携带的轻便计时器。1582年前后，意大利的伽利略发明了重力摆。1657年，荷兰的首先把重力摆引入机械钟，从而创立了摆钟。1660年英国的R.胡克发明，并用后退式擒纵机构代替了冕状轮擒纵机构。1673年，惠更斯又将摆轮游丝组成的调速器应用在可携带的钟表上。1675年，英国的W.克莱门特用叉瓦装置制成最简单的锚式擒纵机构，这种机构一直沿用在简便摆锤式挂钟中。1695年，英国的T.汤姆平发明工字轮擒纵机构。1715年，英国的G.格雷厄姆又发明静止式擒纵机构,弥补了后退式擒纵机构的不足,为发展精密机械钟表打下了基础。1765年，英国的T.马奇发明自由锚式擒纵机构，即现代叉瓦式擒纵机构的前身。1728～1759年，英国的J.哈里森制造出高精度的标准航海钟。1775～1780年，英国的J.阿诺德创造出精密表用擒纵机构。

18～19世纪,钟表制造业已逐步实现工业化生产,并达到相当高的水平。20世纪，随着电子工业的迅速发展，电池驱动钟、交流电钟、电机械表、指针式石英电子钟表、数字显示式石英电子钟表相继问世，石英钟表的日差已小于0.5秒。钟表进入了微电子技术与精密机械相结合的石英化新时期。

分类钟表的应用范围很广，品种甚多，可按振动原理、结构和用途特点分类。

①按振动原理:可分为利用频率较低的机械振动的钟表，如摆钟、摆轮钟等；利用频率较高的电磁振荡和石英振荡的钟表，如同步电钟、石英钟表等。

②按结构特点:可分为机械式的，如机械闹钟、自动、日历、双历、打簧等机械手表；电机械式的，如电摆钟、电摆轮钟表等；电子式的，如摆轮电子钟表、音叉电子钟表、指针式和数字显示式石英电子钟表。

③按用途特点:可分为指示时刻用的钟表，又分为生活用的技术用两类。属于生活用的有手表怀表闹钟、摆钟、挂钟、塔钟、子母钟等。属于技术用的有原子钟、天文钟、航海钟、坦克钟、考勤钟、航空钟表、潜水表等；测量时段用的，如秒表、体育钟、信号钟等；控制时段用的，如程序钟、定时器等。

机械钟表的结构和工作原理 机械钟表有多种结构形式,但其工作原理基本相同。图3[机械钟表工作原理

图] 为机械钟表工作原理图,图4[机械手表结构

图] 为机械手表结构图。钟表主要

由原动系、传动系、擒纵调速器、指针系和上条拨针系等部分组成。机械钟表用发条作为动力的原动系，经过一组齿轮组成的传动系来推动擒纵调速器工作，再由擒纵调速器反过来控制传动系的转速。传动系在推动擒纵调速器的同时还带动指针机构。传动系的转速受控于擒纵调速器，所以指针能按一定的规律在表盘上指示时刻。上条拨针系是上紧发条或拨动指针的机件。此外,还有一些附加机构可增加钟表的功能,如自动上条机构、日历（双历）机构、闹时装置、月相指示和测量时段机构等。

振动系统的振动周期乘以被测过程内的振动次数，就得到该过程经历的时间。即

时间＝振动周期×振动次数

原动系 储存和传递工作能量的机构。通常由条盒轮、条盒盖、条轴、发条和发条外钩组成。发条在自由状态时是一个螺旋形或S形的弹簧。它的内端有一个小孔，套在条轴的钩上。它的外端通过发条外钩，钩在条盒轮的内壁上。上条时，通过上条拨针系使条轴旋转将发条卷紧在条轴上。发条的弹性作用使条盒轮转动，从而驱动传动系。

传动系 将原动系的能量传至擒纵调速器的一组传动齿轮。它是由二轮（中心轮）、三轮（过轮）、四轮（秒轮）和