機械表簡史及工作原理附圖

1、機械表簡史及工作原理，值得學習 鐘和表是精密的計時儀器。現(xiàn)代鐘表的原動力有機械力和電力兩種。機械鐘表是一種用重錘或彈簧的釋放能量為動力，推動一系列齒輪運轉，借擒縱調速器調節(jié)輪系轉速，以指針指示時刻和計量時間的計時器。鐘和表通常是以內(nèi)機的大小來區(qū)別的。按國際傳統(tǒng)區(qū)分，機心直徑超過50毫米、厚度超過12毫米的為鐘；直徑3750毫米、厚度46毫米者，稱為懷表；直徑37毫米以下者,則為手表。直徑不大于20毫米或機心面積不大于314平方毫米者，稱為女表。手表是人類所發(fā)明的最小、最堅固、最精密的機械之一。簡史 公元1300年以前，人類主要是利用天文現(xiàn)象和流動物質的連續(xù)運動來計時。例如，日晷是利用日影的方位

2、計時；漏壺和沙漏是利用水流和沙流的流量計時。東漢張衡制造漏水轉渾天儀，用齒輪系統(tǒng)把渾象和計時漏壺聯(lián)結起來,漏壺滴水推動渾象均勻地旋轉,一天剛好轉一周，這是最早出現(xiàn)的機械鐘。北宋元三年(1088)蘇頌和韓公廉等創(chuàng)制水運儀象臺（見），已運用了擒縱機構。 1350年，意大利的E.丹蒂制造出第一臺結構簡單的機械打點塔鐘，日差為1530分，指示機構只有時針。15001510年，德國的P.亨萊恩首先用鋼發(fā)條代替重錘，創(chuàng)造了用冕狀輪擒縱機構(圖1 冕狀輪擒縱機構)的小型機械鐘。圖2 16世紀下葉德國制冕狀輪擒縱機構計時器為早期的可攜帶的輕便計時器。1582年前后，意大利的伽利略發(fā)明了重力擺。1657年，荷蘭

3、的首先把重力擺引入機械鐘，從而創(chuàng)立了擺鐘。1660年英國的R.胡克發(fā)明，并用后退式擒縱機構代替了冕狀輪擒縱機構。1673年，惠更斯又將擺輪游絲組成的調速器應用在可攜帶的鐘表上。1675年，英國的W.克萊門特用叉瓦裝置制成最簡單的錨式擒縱機構，這種機構一直沿用在簡便擺錘式掛鐘中。1695年，英國的T.湯姆平發(fā)明工字輪擒縱機構。1715年，英國的G.格雷厄姆又發(fā)明靜止式擒縱機構,彌補了后退式擒縱機構的不足,為發(fā)展精密機械鐘表打下了基礎。1765年，英國的T.馬奇發(fā)明自由錨式擒縱機構，即現(xiàn)代叉瓦式擒縱機構的前身。17281759年，英國的J.哈里森制造出高精度的標準航海鐘。17751780年，英國的

4、J.阿諾德創(chuàng)造出精密表用擒縱機構。 1819世紀,鐘表制造業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),并達到相當高的水平。20世紀，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，電池驅動鐘、交流電鐘、電機械表、指針式石英電子鐘表、數(shù)字顯示式石英電子鐘表相繼問世，石英鐘表的日差已小于 0.5秒。鐘表進入了微電子技術與精密機械相結合的石英化新時期。 分類 鐘表的應用范圍很廣，品種甚多，可按振動原理、結構和用途特點分類。 按振動原理:可分為利用頻率較低的機械振動的鐘表，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。 按結構特點:可分為機械式的，如機械鬧鐘、自動、日歷、雙歷、打簧等機械手表；電機械式的，如電

5、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。 按用途特點:可分為指示時刻用的鐘表，又分為生活用的技術用兩類。屬于生活用的有手表懷表鬧鐘、擺鐘、掛鐘、塔鐘、子母鐘等。屬于技術用的有原子鐘、天文鐘、航海鐘、坦克鐘、考勤鐘、航空鐘表、潛水表等；測量時段用的，如秒表、體育鐘、信號鐘等；控制時段用的，如程序鐘、定時器等。 機械鐘表的結構和工作原理 機械鐘表有多種結構形式,但其工作原理基本相同。圖3機械鐘表工作原理圖為機械鐘表工作原理圖,圖4機械手表結構圖為機械手表結構圖。鐘表主要由原動系、傳動系、擒縱調速器、指針系和上條撥針系等部分組成。機械鐘表用發(fā)條作為

6、動力的原動系，經(jīng)過一組齒輪組成的傳動系來推動擒縱調速器工作，再由擒縱調速器反過來控制傳動系的轉速。傳動系在推動擒縱調速器的同時還帶動指針機構。傳動系的轉速受控于擒縱調速器，所以指針能按一定的規(guī)律在表盤上指示時刻。上條撥針系是上緊發(fā)條或撥動指針的機件。此外,還有一些附加機構可增加鐘表的功能,如自動上條機構、日歷（雙歷）機構、鬧時裝置、月相指示和測量時段機構等。 振動系統(tǒng)的振動周期乘以被測過程內(nèi)的振動次數(shù)，就得到該過程經(jīng)歷的時間。即 時間振動周期振動次數(shù) 原動系 儲存和傳遞工作能量的機構。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)時是一個螺旋形或 S形的彈簧。它的內(nèi)端有一個小孔

7、，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，通過上條撥針系使條軸旋轉將發(fā)條卷緊在條軸上。發(fā)條的彈性作用使條盒輪轉動，從而驅動傳動系。 傳動系 將原動系的能量傳至擒縱調速器的一組傳動齒輪。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,輪片是主動齒輪,齒軸是從動齒輪。傳動比的計算公式是 對于有秒針裝置的鐘表，其二輪的輪片到四輪的齒軸的傳動比必須等于60。鐘表傳動系的齒形絕大多數(shù)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。 擒縱調速器 由擒縱機構和振動系統(tǒng)兩部分組成。它依靠振動系統(tǒng)（擺輪游絲或擺）的周期性振動，使擒縱機構保持精確和規(guī)律性的間歇

8、運動，從而取得調速作用。 擒縱調速器的種類很多，主要分類如下。 叉瓦式擒縱機構是應用最廣的一種擒縱機構。叉瓦式擒縱機構示意圖 它由擒縱輪、擒縱叉、雙圓盤和限位釘?shù)冉M成。它的作用是把原動系的能量傳遞給振動系統(tǒng),以便維持振動系統(tǒng)作等幅振動,并把振動系統(tǒng)的振動次數(shù)傳遞給指示機構，達到計量時間的目的。叉瓦式擒縱機構的能量傳遞作用是由以下兩部分動作相互配合來完成的：擒縱輪由傳動系取得的能量，通過輪齒和叉瓦的作用轉變?yōu)闆_量傳送給擒縱叉，在傳遞過程中主要有5個動作（圖6叉瓦式擒縱機構的能量傳遞過程），即鎖接、釋放、沖擊、垂落和牽引。通過擒縱叉的叉口和雙圓盤的圓盤釘相互傳遞沖量，工作過程有釋放和沖擊兩個動作。

9、 振動系統(tǒng) 由擺輪、擺軸、游絲、活動外樁環(huán)、快慢針等組成。振動系統(tǒng)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時,游絲便被扭轉而產(chǎn)生位能,通常稱為恢復力矩。擒縱機構完成前述兩部分動作的過程，也就是振動系統(tǒng)完成半個振動周期的過程。后者在游絲位能的作用下，還會進行反方向擺動而完成另半個振動周期，這就是機械鐘表在運轉時擒縱調速器不斷和重復循環(huán)工作的原理。 上條撥針系 上條撥針系的作用是上條和撥針上條撥針機構示意圖。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現(xiàn)的。上

10、條時，立輪和離合輪處于嚙合狀態(tài)，當轉動柄頭時，離合輪帶動立輪，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。撥針時，拉出柄頭，拉檔在拉檔軸上旋轉并推動離合桿，使離合輪與立輪脫開，與撥針輪嚙合。此時轉動柄頭便撥針輪通過跨輪帶動時輪和分輪，達到校正時針和分針的目的。 附加裝置 包括自動上條機構和日歷（雙歷）機構。 自動上條機構:帶有自動上條機構的手表稱為自動手表。 自動上條機構平面圖為自動機構的一種。它是由重錘、重錘支承、偏心軸、滾珠、自動搖板、棘輪、棘爪以及自動上夾板等構成。當手表戴在手腕時，隨著人臂的隨機活動，自動錘在慣性力和靜力矩的作用下自動地上緊發(fā)條。自動上條機構大致可分為

11、擺動式單向或雙向上條和旋轉式單向或雙向上條兩大類。前者稱為半自動，后者稱為全自動。人們對自動手表的單向和雙向上條性能曾有過不同的看法，一般認為單向上條自動機構性能較好。 日歷（雙歷）機構:帶有日歷（雙歷）機構的手表稱為日歷(雙歷)手表。日歷機構平面圖為日歷機構的一種。它由日歷環(huán)、日歷定位桿、日歷定位桿簧、撥日輪、日跨輪部件、撥頭和日歷蓋片等構成，并設有撥動機構或快撥機構，供日期調校之用。它的基本工作原理是由走針輪系帶動一個撥日輪，撥日輪與時輪之間的傳動比必需是1:2。然后通過撥日輪驅動撥頭,使印有日期標記的日歷環(huán)每24小時動作一次。雙歷機構也是通過撥頭，在定位部件的協(xié)同作用下轉動周歷輪，使星期

12、得到更換。按變換日期所需時間的長短來區(qū)分，日歷機構又可分為慢爬式、快爬式和瞬跳式三種。慢爬式的換日時間需13小時，快爬式一般不超過30分鐘，瞬跳式則在每日零時瞬間變換日期。 機械鐘表的走時精度 鐘表走時的規(guī)律性和準確性。鐘表要求走時準確，穩(wěn)定可靠。但一些內(nèi)部因素和外界環(huán)境條件都會影響鐘表的走時精度。內(nèi)部因素包括各組成系統(tǒng)的結構設計、工作性能、選用材料、加工工藝和裝配質量等。例如,發(fā)條力矩的穩(wěn)定性,傳動系工作的平穩(wěn)性，擒縱調速器的準確性等都影響走時精度。外界環(huán)境條件包括溫度、磁場、濕度、氣壓、震動、碰撞、使用位置等。例如，溫度的變化會引起鐘表內(nèi)潤滑油和擺輪游絲性能的變化，從而引起走時性能的變化；

13、環(huán)境的磁場強度大于60奧斯特(Oe)時，會引起部分零件磁化而走慢；濕度大會引起部分零件氧化和腐蝕。 常用來表示走時精度的有5種參數(shù)。指示差:鐘表任一瞬時的指示時刻與標準時刻的差值，它可以是正值，也可以是負值。日差：鐘表相隔時段為24小時的指示差值相減。位差：上足發(fā)條時各個位置所測得的瞬時日差的最大值和最小值之差。等時差：在其他條件不變的情況下，上足發(fā)條和滿24小時時，各相應位置瞬時日差差值中的最大值。日變差：相鄰兩日的日差差值。簡單解釋： 機械手表是由外觀部件和機心組成。外觀部件指表殼、表盤、指針等能直接看到的部件：主傳動輪系、擒縱調速系、指針傳動輪系和上發(fā)條撥針機構等。機械手表機件是靠上，由

14、中，下，三層夾板把他們組合起來的，下層夾板是主甲板，是基礎件。上層夾板包括條夾板、擺夾板、上夾板。中層夾板是由申夾板，叉夾板組成的。裝配時機械手表都靠主夾板的位釘和位釘管定位。只要我們把機械手表擒縱調速系、傳動輪系零件裝在夾板的相應位置上，用螺絲分別把各央板與主夾板裝配在一起，就能確保機件位置的準確。為拆裝夾板方便，在主夾板上銑有鑷子口。所有這些機心部件都裝在表完里，平時是看不見的。 機械手表的工作原理是運用振動系統(tǒng)來控制，使其產(chǎn)生一個穩(wěn)定的周期，以周期乘以某過程的振動次數(shù)，就得到該過程所經(jīng)歷的時間。即：時間=振動周期x損動次數(shù) 機械手表機件在整個運行過程中，由于振動系統(tǒng)在工作中存在無法避免的運動阻力，如：軸承摩擦、空氣阻力、彈性件之間的摩擦，而使振動的幅度逐漸衰減。為了防止這種衰減，使振動系統(tǒng)持續(xù)不斷地工作，就必須周期性地給機械手表補充