機械鐘錶機構

機械鐘錶中，利用帶簧(發條)恢復變形所放出的能量或利用重物下降的重力作能源，以機械振動系統為時間基準，實現計量時間和時段的機械機構。機械鐘錶機構有多種類型，但一般都由原動系、傳動系、擒縱調速系、上條撥針系和指針系組成，工作原理基本相同。

正文

原動系儲存和傳遞工作能量的機構。分為重錘原動系和彈簧原動系兩類。

重錘原動系利用重錘的重力作能源。多用於簡易掛鐘（圖2 ）和落地擺鐘。重錘原動繫結構簡單，力矩穩定，但當上升重錘時，傳動系與原動系脫開，鐘錶機構停止工作。 彈簧原動系利用捲成螺線形的帶簧（發條）恢復變形所放出的能量作能源。帶簧一端與軸連線，另一端與一個不動的零件或發條盒的殼體連線。彈簧原動系用作攜帶式鐘錶的能源，也用於擺鐘上。彈簧原動系有帶固定條盒式、不帶條盒式和帶活動條盒式等3種類型。

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

i=Z1/Z2

式中Z1為主動齒輪齒數，Z2為從動齒輪齒數。對於有秒針裝置的鐘表，其中心輪的輪片到秒輪的齒軸的傳動比必須等於60。鐘錶傳動系的齒形絕大多數是專門設計的（見鐘錶齒形）。

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

直接傳動式是經常採用的傳動系之一（圖3）。在這種傳動方式中，分輪上部有一凹槽，分輪依靠摩擦與中心輪管相配合；走針機構的運動由中心輪來帶動。 擒縱調速系由擒縱機構和振動系統構成。按振動系統的特點可分為兩類：①有固有振動周期擒縱調速系。它具有可以獨立進行振動的、有穩定周期的振動系統。手錶、鬧鐘中的走時系統的擒縱調速系屬於此類。②無固有振動周期擒縱調速系（圖4 ）。它沒有能夠獨立進行振動的振動系統。這種調速系中的所謂振動系統的往復振動，完全依靠擒縱機構的往復運動。機械鬧鐘中的鬧時系統的擒縱調速系屬於此類。這種調速系精度要求不高，結構簡單，工作可靠，抗外界干擾能力強，在機械式定時器和鐘錶引信中大量採用。 擒縱機構聯繫傳動系和振動系統的一種機構。其作用是把原動系的能量傳遞給振動系統，以維持振動系統的等幅振動；並把振動系統的振動次數傳給指針機構，達到計量時間之目的。擒縱機構種類很多，按其與振動系統聯繫的程度可分為兩類。①非自由式擒縱機構：擒縱機構和振動系統經常保持運動上的聯繫。它包括直進式、後退式和工字輪式擒縱機構等。②自由式擒縱機構：只有在釋放和傳沖階段，擒縱機構和振動系統才保持運動上的聯繫，其餘階段振動系統處於自由運動狀態。它包括有銷釘式、叉瓦式和天文鐘式擒縱機構等。

①後退式擒縱機構（圖5）:廣泛用於低精度擺鐘。它的叉瓦鎖面和沖面是同一平面（工作面）；進瓦的工作面是一圓柱面，其圓心與擒縱叉的轉動中心不重合；出瓦的工作面是一平面。叉瓦和擒縱叉作成一體。傳沖後，叉瓦工作面將迫使擒縱輪後退一個角度。 ②叉瓦式擒縱機構（圖6）:套用最廣的擒縱機構之一。工作時，擒縱輪由傳動系取得能量，通過擒縱輪齒和叉瓦（進瓦或出瓦）的作用轉變為衝量傳送給擒縱叉；通過擒縱叉的叉口和雙圓盤的衝擊圓盤上的擺釘的相互作用，再將衝量傳給振動系統。雙圓盤的保險圓盤和叉頭釘，擺釘和擒縱叉的喇叭口是保證機構正常工作的保險裝置。 ③銷釘式擒縱機構（圖7）:與叉瓦式擒縱機構的不同之處是，在擒縱叉上用兩根圓柱銷釘代替叉瓦，衝量只沿擒縱輪齒沖面傳遞。這種擒縱機構結構簡單，精度要求低，製造方便，多在鬧鐘和低精度表中採用，俗稱粗馬結構。 振動系統作為時間基準的機構。振動系統的振動周期乘以被測過程內的振動次數，即為該過程經歷的時間。機械鐘錶常用的振動系統有擺、扭轉擺和擺輪遊絲振動系統。

①擺：由擺錘、擺桿、掛擺裝置和周期調節裝置等組成。用於固定式鐘中(圖2 )。當擺錘在外力作用下偏離鉛垂線（平衡位置）任一角度而放開後,在重力作用下,擺錘將繞支點作往復運動。振動過程是擺的動能和位能交替轉換的過程。

②扭轉擺:主要由擺盤和懸絲組成（圖8）。懸絲下端固定擺盤，上端固定在不動的支點上。懸絲的截面可為矩形或圓形。扭轉擺常與後退式擒縱機構或叉瓦式擒縱機構構成擒縱調速系。扭轉擺有較長的振動周期（幾秒～幾十秒），多用於能量較節省而走時延續時間較長的固定式鐘。 ③擺輪遊絲振動系統（圖9）：遊絲的內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始擺動時，遊絲就被扭轉而產生位能，通常稱為恢復力矩。該力矩促使擺輪向其平衡位置運動。 上條撥針系卷緊原動系中的發條和撥動時針、分針以校正鐘錶所指示時間的機構（圖10）。上條時，立輪和離合輪處於嚙合狀態。撥針時，離合輪和立輪脫開而與撥針輪嚙合。 參考書目

出版信息

天津大學精儀系計時教研室編:《機械計時儀器》,天津科學技術出版社，天津，1980。

陳昌山編著：《手錶結構原理》，上海科學技術出版社，上海，1980。