鐘表來歷

鐘和表的統(tǒng)稱。鐘和表都是計(jì)量和指示時(shí)間的精密儀器。



鐘和表通常是以內(nèi)機(jī)的大小來區(qū)別的。按國際慣例，機(jī)心直徑超過50毫米、厚度超過12毫米的為鐘；直徑37～50毫米、厚度4～6毫米者，稱為懷表；直徑37毫米以下為手表；直徑不大于20毫米或機(jī)心面積不大于314平方毫米的，稱為女表。手表是人類所發(fā)明的最小、最堅(jiān)固、最精密的機(jī)械之一。



現(xiàn)代鐘表的原動(dòng)力有機(jī)械力和電力兩種。機(jī)械鐘表是一種用重錘或彈簧的釋放能量為動(dòng)力，推動(dòng)一系列齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，借擒縱調(diào)速器調(diào)節(jié)輪系轉(zhuǎn)速，以指針指示時(shí)刻和計(jì)量時(shí)間的計(jì)時(shí)器。



鐘表的發(fā)展



公元1300年以前，人類主要是利用天文現(xiàn)象和流動(dòng)物質(zhì)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)來計(jì)時(shí)。例如，日晷是利用日影的方位計(jì)時(shí)；漏壺和沙漏是利用水流和沙流的流量計(jì)時(shí)。



東漢張衡制造漏水轉(zhuǎn)渾天儀，用齒輪系統(tǒng)把渾象和計(jì)時(shí)漏壺聯(lián)結(jié)起來，漏壺滴水推動(dòng)渾象均勻地旋轉(zhuǎn)，一天剛好轉(zhuǎn)一周，這是最早出現(xiàn)的機(jī)械鐘。北宋元祜三年(1088)蘇頌和韓公廉等創(chuàng)制水運(yùn)儀象臺(tái)，已運(yùn)用了擒縱機(jī)構(gòu)。



1350年，意大利的丹蒂制造出第一臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)械打點(diǎn)塔鐘，日差為15～30分鐘,指示機(jī)構(gòu)只有時(shí)針；1500～1510年，德國的亨萊思首先用鋼發(fā)條代替重錘，創(chuàng)造了用冕狀輪擒縱機(jī)構(gòu)的小型機(jī)械鐘；1582年前后，意大利的伽利略發(fā)明了重力擺；1657年，荷蘭的惠更斯把重力擺引入機(jī)械鐘，創(chuàng)立了擺鐘。



1660年英國的胡克發(fā)明游絲，并用后退式擒縱機(jī)構(gòu)代替了冕狀輪擒縱機(jī)構(gòu)；1673年，惠更斯又將擺輪游絲組成的調(diào)速器應(yīng)用在可攜帶的鐘表上；1675年，英國的克萊門特用叉瓦裝置制成最簡單的錨式擒縱機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)一直沿用在簡便擺錘式掛鐘中。



1695年，英國的湯姆平發(fā)明工字輪擒縱機(jī)構(gòu)；1715年，英國的格雷厄姆又發(fā)明了靜止式擒縱機(jī)構(gòu)，彌補(bǔ)了后退式擒縱機(jī)構(gòu)的不足，為發(fā)展精密機(jī)械鐘表打下了基礎(chǔ)；1765年，英國的馬奇發(fā)明自由錨式擒縱機(jī)構(gòu)，即現(xiàn)代叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)的前身；1728～1759年，英國的哈里森制造出高精度的標(biāo)準(zhǔn)航海鐘；1775～1780年，英國的阿諾德創(chuàng)造出精密表用擒縱機(jī)構(gòu)。



18～19世紀(jì)，鐘表制造業(yè)已逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并達(dá)到相當(dāng)高的水平。20世紀(jì)，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，電池驅(qū)動(dòng)鐘、交流電鐘、電機(jī)械表、指針式石英電子鐘表、數(shù)字式石英電子鐘表相繼問世，鐘表的日差已小于0.5秒，鐘表進(jìn)入了微電子技術(shù)與精密機(jī)械相結(jié)合的石英化新時(shí)期。



鐘表的種類



鐘表的應(yīng)用范圍很廣，品種甚多，可按振動(dòng)原理、結(jié)構(gòu)和用途特點(diǎn)分類。按振動(dòng)原理可分為利用頻率較低的機(jī)械振動(dòng)的鐘表，如擺鐘、擺輪鐘等；利用頻率較高的電磁振蕩和石英振蕩的鐘表，如同步電鐘、石英鐘表等；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為機(jī)械式的，如機(jī)械鬧鐘、自動(dòng)、日歷、雙歷、打簧等機(jī)械手表；電機(jī)械式的，如電擺鐘、電擺輪鐘表等；電子式的，如擺輪電子鐘表、音叉電子鐘表、指針式和數(shù)字顯示式石英電子鐘表 等。



機(jī)械鐘表有多種結(jié)構(gòu)形式，但其工作原理基本相同，都是由原動(dòng)系、傳動(dòng)系、擒縱調(diào)速器、指針系和上條撥針系等部分組成。



機(jī)械鐘表利用發(fā)條作為動(dòng)力的原動(dòng)系 ，經(jīng)過一組齒輪組成的傳動(dòng)系來推動(dòng)擒縱調(diào)速器工作；再由擒縱調(diào)速器反過來控制傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速；傳動(dòng)系在推動(dòng)擒縱調(diào)速器的同時(shí)還帶動(dòng)指針機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速受控于擒縱調(diào)速器，所以指針能按一定的規(guī)律在表盤上指示時(shí)刻 ；上條撥針系是上緊發(fā)條或撥動(dòng)指針的機(jī)件。



此外，還有一些附加機(jī)構(gòu)，可增加鐘表的功能，如自動(dòng)上條機(jī)構(gòu)、日歷(雙歷)機(jī)構(gòu)、鬧時(shí)裝置、月相指示和測(cè)量時(shí)段機(jī)構(gòu)等。



原動(dòng)系是儲(chǔ)存和傳遞工作能量的機(jī)構(gòu)，通常由條盒輪、條盒蓋、條軸、發(fā)條和發(fā)條外鉤組成。發(fā)條在自由狀態(tài)時(shí)是一個(gè)螺旋形或 S形的彈簧，它的內(nèi)端有一個(gè)小孔，套在條軸的鉤上。它的外端通過發(fā)條外鉤，鉤在條盒輪的內(nèi)壁上。上條時(shí)，通過上條撥針系使條軸旋轉(zhuǎn)將發(fā)條卷緊在條軸上。發(fā)條的彈性作用使條盒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系。



傳動(dòng)系是將原動(dòng)系的能量傳至擒縱調(diào)速器的一組傳動(dòng)齒輪，它是由二輪(中心輪)、三輪(過輪)、四輪(秒輪)和擒縱輪齒軸組成，其中 輪片是主動(dòng)齒輪，齒軸是從動(dòng)齒輪。鐘表傳動(dòng)系的齒形絕大部分是根據(jù)理論擺線的原理，經(jīng)過修正而制作的修正擺線齒形。



擒縱調(diào)速器是由擒縱機(jī)構(gòu)和振動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成，它依靠振動(dòng)系統(tǒng)的周期性震動(dòng)，使擒縱機(jī)構(gòu)保持精確和規(guī)律性的間歇運(yùn)動(dòng)，從而取得調(diào)速作用。叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣的一種擒縱機(jī)構(gòu)。它由擒縱輪、擒縱叉、雙圓盤和限位釘?shù)冉M成。它的作用是把原動(dòng)系的能量傳遞給振動(dòng)系統(tǒng)，以便維持振動(dòng)系統(tǒng)作等幅振動(dòng)，并把振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)次數(shù)傳遞給指示機(jī)構(gòu)，達(dá)到計(jì)量時(shí)間的目的。



振動(dòng)系統(tǒng)主要由擺輪、擺軸、游絲、活動(dòng)外樁環(huán)、快慢針等組成。游絲的內(nèi)外端分別固定在擺軸和擺夾板上；擺輪受外力偏離其平衡位置開始擺動(dòng)時(shí)，游絲便被扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生位能，稱為恢復(fù)力矩。擒縱機(jī)構(gòu)完成前述兩動(dòng)作的過程 ，振動(dòng)系在游絲位能作用下，進(jìn)行反方向擺動(dòng)而完成另半個(gè)振動(dòng)周期，這就是機(jī)械鐘表在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)擒縱調(diào)速器不斷和重復(fù)循環(huán)工作的原理。



上條撥針系的作用是上條和撥針。它由柄頭、柄軸、 立輪、離合輪、離合桿、離合桿簧、拉檔、壓簧、撥針輪、跨輪、時(shí)輪、分輪、大鋼輪、小鋼輪、棘爪、棘爪簧等組成。



上條和撥針都是通過柄頭部件來實(shí)現(xiàn)的。上條時(shí)，立輪和離合輪處于嚙合狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)柄頭時(shí)，離合輪帶動(dòng)立輪，立輪又經(jīng)小鋼輪和大鋼輪，使條軸卷緊發(fā)條。棘爪則阻止大鋼輪逆轉(zhuǎn)。撥針時(shí)，拉出柄頭，拉檔在拉檔軸上旋轉(zhuǎn)并推動(dòng)離合桿，使離合輪與立輪脫開，與撥針輪嚙合。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)柄頭便撥針輪通過跨輪帶動(dòng)時(shí)輪和分輪，達(dá)到校正時(shí)針和分針的目的。



鐘表要求走時(shí)準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠。但一些內(nèi)部因素和外界環(huán)境條件都會(huì)影響鐘表的走時(shí)精度。內(nèi)部因素包括各組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作性能、選用材料、加工工藝和裝配質(zhì)量等。例如，發(fā)條力矩的穩(wěn)定性，傳動(dòng)系工作的平穩(wěn)性，擒縱調(diào)速器的準(zhǔn)確性等都影響走時(shí)精度。



外界環(huán)境條件包括溫度、磁場(chǎng)、濕度、氣壓、震動(dòng)、碰撞、使用位置等。例如，溫度變化會(huì)引起鐘表內(nèi)潤滑油和擺輪游絲性能的變化，從而引起走時(shí)性能的變化；環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度大于60奧斯特時(shí)，會(huì)引起部分零件磁化而走慢；濕度大會(huì)引起部分零件氧化和腐蝕 等等。