简谈钟表的发展与原理.doc

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1、简谈钟表的发展与原理简谈钟表的发展与原理作者：李淑娟工作单位：陕师人数学系数学与应川数学专业摘要：钟表经过一千多年的发展，逐渐向微电子技术与精密机械相结合的石英化发展，机械钟表由原动系、传动系、擒纵调速器、指针系和上条拨针系等部分组成。机械钟表利用发条作为动力的原动系，经过一组齿轮组成的传动系來推动擒纵调速器丁作；再由擒纵调速器反过來控制传动系的转速；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。关键词：发展史原理原动传动

2、齿轮钟表是一种计时工具，在现代汉语中一般有两层含义，一是各类钟和表的总称，另一个是专指体积较人的表，尤指机械结构的佇钟摆的表。钟表技术是计时技术的一个重要发展阶段，是现代机械技术和计算机技术的技术源头之一。钟表分类人致如下：有摆钟表:是由阿拉伯工匠最早设计出來的。其工作原理是等速运动原理。机械钟表:机械钟表的动力系统是发条，计时单位是小时、分钟、秒，分别采用了12进位制和60进位制。(一)钟表发展史公元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來计时。例如，H畧是利川日影的方位计时；漏壶和沙漏是利川水流和沙流的

3、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。北宋元祜三年(1088)苏颂和韩公廉等创制水运仪彖台，U运用了擒纵机构。1350年，意人利的丹蒂制造出第一台结构简单的机械打点塔钟，日差为15〜30分钟，指示机构只有时针:1500〜1510年，徳国的亨莱思首先用钢发条代替重锤，创造了用冕状轮擒纵机构的小型机械钟:1582年前后，意人利的伽利略发明了重力摆；1657年，荷兰的恵更斯把重力摆引入机械钟，创立了摆钟。惠更斯又将摆轮游丝组成的调速器

4、应川在可携带的钟表上；1675年，英国的克莱门特川叉瓦装置制成最简单的锚式擒纵机构，这种机构一玄沿用在简便摆锤武挂钟小。1695年，英国的汤姆平发明工字轮擒纵机构；1715年，英国的格雷厄姆又发明了静英国的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，英国的哈里森制造岀高精度的标准航海钟；1775〜1780年，英国的阿诺德创造出精密表用擒纵机构。18〜19批纪，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，1660年英国的胡克发明游丝，并用后退式擒纵机构代替了冕状轮擒纵机构:167

5、3年，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，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、数字武石英电子钟表相继问世，钟表的H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图123图4机械钟是图1所呦的重锤式机械钟，这也是欧洲最早的一•种依靠擒纵装置进行守时的计时器。图2画出了这种机械钟主要T作机构的简化图。这种钟以一个重锤提供驱动力，悬挂重锤的绳子缠绕在一根轴上，重锤下落，带动轴转动，并将转动传递给守时机构。守时机构包括一套擒纵

6、装置和横摆，擒纵装置主要由软轮和带软爪的心轴组成，心轴上方与横摆相连。当棘轮在重锤的带动下转动，上方的轮齿推开心轴上部的棘爪，使心轴转过一个角度，而这样刚好乂使心轴下部的棘爪转过來描在下方轮齿的去路上，棘轮继续转动将它推开后，心轴就转冋原來的位置，完成了一次摆动。心轴每摆动一-次，软轮都转过一个相同的角度，而这种摆动的频率通过连在心轴上的横摆得到控制，从而具有等时性（如同单摆的等时性一样，这种等时性是可以用经典力学证明的），这样，将棘轮的运动通过屮轴传递给表盘上的指针，指针就可以匀速转动了。此外，山于横摆摆动的频率与横摆的转动

7、惯量和软轮施加给它的力量人小有关，而后者乂最终由重锤所受的重力决定，不易调节，因此为方便对钟表运转速度进行调试，横摆两端的呢重物被设计成可以移动的，向外移则横摆的转动惯暈增人，钟速变慢，向内移则转动惯量减小，钟速变快。这种钟而这个推力是与横摆的摆动频率相关的，当重锤提供的动力经过数重机械结构最终传递到横摆以的缺点在于，重锤提供的驱动力在维持主要机械部分运转的同时，也是推动横摆摆动的唯一•力量，后，其间的误差已经积累得非常人了。因此这种钟走得“很不准确”。伽利略发现单摆的等时性以后，建议研制利川单摆作为核心守时装置的计时器，这一

8、提议在恵更斯手屮得到实现。图3即是惠史斯摆钟的基木结构。钟的机械动力仍由重锤提供，但擒纵器的摆动频率由单摆单摆摆动时带动L形杆转动，从而把摆动的频率传递给擒纵器。摆钟的优越性在于，单摆的频率与推动它的初始力暈无关，而只与重力和摆长有关，这样守时机构就真的不再受到动力机构的干扰