機(jī)械鐘

原動(dòng)系儲(chǔ)存和傳遞工作能量的機(jī)構(gòu)。分為重錘原動(dòng)系和彈簧原動(dòng)系兩類。

重錘原動(dòng)系利用重錘的重力作能源。多用于簡(jiǎn)易掛鐘(圖2 )和落地?cái)[鐘。重錘原動(dòng)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，力矩穩(wěn)定，但當(dāng)上升重錘時(shí)，傳動(dòng)系與原動(dòng)系脫開(kāi)，鐘表機(jī)構(gòu)停止工作。 彈簧原動(dòng)系利用卷成螺線形的帶簧(發(fā)條)恢復(fù)變形所放出的能量作能源。帶簧一端與軸連接，另一端與一個(gè)不動(dòng)的零件或發(fā)條盒的殼體連接。彈簧原動(dòng)系用作攜帶式鐘表的能源，也用于擺鐘上。彈簧原動(dòng)系有帶固定條盒式、不帶條盒式和帶活動(dòng)條盒式等3種類型。

傳動(dòng)系將原動(dòng)系的能量傳給擒縱調(diào)速系的一組傳動(dòng)齒輪。通常由一系列輪片和齒軸組成(圖3),在主傳動(dòng)中輪片是主動(dòng)齒輪,齒軸是從動(dòng)齒輪。傳動(dòng)比按照以下公式進(jìn)行計(jì)算:

i=Z1/Z2

式中Z1為主動(dòng)齒輪齒數(shù)，Z2為從動(dòng)齒輪齒數(shù)。對(duì)于有秒針裝置的鐘表，其中心輪的輪片到秒輪的齒軸的傳動(dòng)比必須等于60。鐘表傳動(dòng)系的齒形絕大多數(shù)是專門(mén)設(shè)計(jì)的(見(jiàn)鐘表齒形)。

傳動(dòng)系可按"二輪"(時(shí)輪和分輪)在表機(jī)芯的平面配置分為兩類:①中心二輪式，二輪在表機(jī)芯的中央。它又包括直接傳動(dòng)式、秒簧式、短秒針和無(wú)秒針式、雙三輪式。②偏二輪式，二輪不在表機(jī)芯中央。它又包括頭輪傳出式、二輪傳出式、三輪傳出式。

直接傳動(dòng)式是經(jīng)常采用的傳動(dòng)系之一(圖3)。在這種傳動(dòng)方式中，分輪上部有一凹槽，分輪依靠摩擦與中心輪管相配合;走針機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由中心輪來(lái)帶動(dòng)。 擒縱調(diào)速系由擒縱機(jī)構(gòu)和振動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。按振動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)可分為兩類:①有固有振動(dòng)周期擒縱調(diào)速系。它具有可以獨(dú)立進(jìn)行振動(dòng)的、有穩(wěn)定周期的振動(dòng)系統(tǒng)。手表、鬧鐘中的走時(shí)系統(tǒng)的擒縱調(diào)速系屬于此類。②無(wú)固有振動(dòng)周期擒縱調(diào)速系(圖4 )。它沒(méi)有能夠獨(dú)立進(jìn)行振動(dòng)的振動(dòng)系統(tǒng)。這種調(diào)速系中的所謂振動(dòng)系統(tǒng)的往復(fù)振動(dòng)，完全依靠擒縱機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械鬧鐘中的鬧時(shí)系統(tǒng)的擒縱調(diào)速系屬于此類。這種調(diào)速系精度要求不高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，抗外界干擾能力強(qiáng)，在機(jī)械式定時(shí)器和鐘表引信中大量采用。 擒縱機(jī)構(gòu)聯(lián)系傳動(dòng)系和振動(dòng)系統(tǒng)的一種機(jī)構(gòu)。其作用是把原動(dòng)系的能量傳遞給振動(dòng)系統(tǒng)，以維持振動(dòng)系統(tǒng)的等幅振動(dòng);并把振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)次數(shù)傳給指針機(jī)構(gòu)，達(dá)到計(jì)量時(shí)間之目的。擒縱機(jī)構(gòu)種類很多，按其與振動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)系的程度可分為兩類。①非自由式擒縱機(jī)構(gòu):擒縱機(jī)構(gòu)和振動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)常保持運(yùn)動(dòng)上的聯(lián)系。它包括直進(jìn)式、后退式和工字輪式擒縱機(jī)構(gòu)等。②自由式擒縱機(jī)構(gòu):只有在釋放和傳沖階段，擒縱機(jī)構(gòu)和振動(dòng)系統(tǒng)才保持運(yùn)動(dòng)上的聯(lián)系，其余階段振動(dòng)系統(tǒng)處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。它包括有銷(xiāo)釘式、叉瓦式和天文鐘式擒縱機(jī)構(gòu)等。

①后退式擒縱機(jī)構(gòu)(圖5):廣泛用于低精度擺鐘。它的叉瓦鎖面和沖面是同一平面(工作面);進(jìn)瓦的工作面是一圓柱面，其圓心與擒縱叉的轉(zhuǎn)動(dòng)中心不重合;出瓦的工作面是一平面。叉瓦和擒縱叉作成一體。傳沖后，叉瓦工作面將迫使擒縱輪后退一個(gè)角度。 ②叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)(圖6):應(yīng)用最廣的擒縱機(jī)構(gòu)之一。工作時(shí)，擒縱輪由傳動(dòng)系取得能量，通過(guò)擒縱輪齒和叉瓦(進(jìn)瓦或出瓦)的作用轉(zhuǎn)變?yōu)闆_量傳送給擒縱叉;通過(guò)擒縱叉的叉口和雙圓盤(pán)的沖擊圓盤(pán)上的擺釘?shù)南嗷プ饔?，再將沖量傳給振動(dòng)系統(tǒng)。雙圓盤(pán)的保險(xiǎn)圓盤(pán)和叉頭釘，擺釘和擒縱叉的喇叭口是保證機(jī)構(gòu)正常工作的保險(xiǎn)裝置。 ③銷(xiāo)釘式擒縱機(jī)構(gòu)(圖7):與叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)的不同之處是，在擒縱叉上用兩根圓柱銷(xiāo)釘代替叉瓦，沖量只沿擒縱輪齒沖面?zhèn)鬟f。這種擒縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求低，制造方便，多在鬧鐘和低精度表中采用，俗稱粗馬結(jié)構(gòu)。 振動(dòng)系統(tǒng)作為時(shí)間基準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)。振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)周期乘以被測(cè)過(guò)程內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)，即為該過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間。機(jī)械鐘表常用的振動(dòng)系統(tǒng)有擺、扭轉(zhuǎn)擺和擺輪游絲振動(dòng)系統(tǒng)。

①擺:由擺錘、擺桿、掛擺裝置和周期調(diào)節(jié)裝置等組成。用于固定式鐘中(圖2 )。當(dāng)擺錘在外力作用下偏離鉛垂線(平衡位置)任一角度而放開(kāi)后,在重力作用下,擺錘將繞支點(diǎn)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)過(guò)程是擺的動(dòng)能和位能交替轉(zhuǎn)換的過(guò)程。

②扭轉(zhuǎn)擺:主要由擺盤(pán)和懸絲組成(圖8)。懸絲下端固定擺盤(pán)，上端固定在不動(dòng)的支點(diǎn)上。懸絲的截面可為矩形或圓形。扭轉(zhuǎn)擺常與后退式擒縱機(jī)構(gòu)或叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)構(gòu)成擒縱調(diào)速系。扭轉(zhuǎn)擺有較長(zhǎng)的振動(dòng)周期(幾秒~幾十秒)，多用于能量較節(jié)省而走時(shí)延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的固定式鐘。 ③擺輪游絲振動(dòng)系統(tǒng)(圖9):游絲的內(nèi)外端分別固定在擺軸和擺夾板上。擺輪受外力作用偏離其平衡位置開(kāi)始擺動(dòng)時(shí)，游絲就被扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生位能，通常稱為恢復(fù)力矩。該力矩促使擺輪向其平衡位置運(yùn)動(dòng)。 上條撥針系卷緊原動(dòng)系中的發(fā)條和撥動(dòng)時(shí)針、分針以校正鐘表所指示時(shí)間的機(jī)構(gòu)(圖10)。上條時(shí)，立輪和離合輪處于嚙合狀態(tài)。撥針時(shí)，離合輪和立輪脫開(kāi)而與撥針輪嚙合。 參考書(shū)目

天津大學(xué)精儀系計(jì)時(shí)教研室編:《機(jī)械計(jì)時(shí)儀器》,天津科學(xué)技術(shù)出版社，天津，1980。

陳昌山編著:《手表結(jié)構(gòu)原理》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，上海，1980。