详解机械钟表的结构和工作原理（附图）

翠花

机械钟表有多种结构形式,但其工作原理基本相同。钟表主要由原动系、传动系、擒纵调速器、指针系和上条拨针系等部分组成。机械钟表用发条作为动力的原动系，经过一组齿轮组成的传动系来推动擒纵调速器工作，再由擒纵调速器反过来控制传动系的转速。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。此外,还有一些附加机构可增加钟表的功能,如自动上条机构、日历（双历）机构、闹时装置、月相指示和测量时段机构等。
振动系统的振动周期乘以被测过程内的振动次数，就得到该过程经历的时间。即时间＝振动周期振动次数
原动系
储存和传递工作能量的机构，通常由条盒轮、条盒盖、条轴、发条和发条外钩 组成。发条在自由状态时是一个螺旋形或 S 形的弹簧。它的内端有一个小孔，套在条轴的 钩上。它的外端通过发条外钩，钩在条盒轮的内壁上。上条时，通过上条拨针系使条轴旋转 将发条卷紧在条轴上。发条的弹性作用使条盒轮转动，从而驱动传动系。
传动系
将原动系的能量传至擒纵调速器的一组传动齿轮。它是由二轮（中心轮）、三轮（过轮）、四轮（秒轮）和擒纵轮齿轴组成。其中,轮片是主动齿轮,齿轴是从动齿轮。传动比的计算公式是对于有秒针装置的钟表，其二轮的轮片到四轮的齿轴的传动比必须等于60。钟表传动系的齿形绝大多数是根据理论摆线的原理，经过修正而制作的修正摆线齿形。
擒纵调速器
由擒纵机构和振动系统两部分组成。它依靠振动系统（摆轮游丝或摆）的 周期性振动，使擒纵机构保持精确和规律性的间歇运动，从而取得调速作用。擒纵调速器的种类很多，叉瓦式擒纵机构是应用最广的一种擒纵机构。
叉瓦式擒纵机构示意图
它由擒纵轮、擒纵叉、双圆盘和限位钉等组成。它的作用是把原动系的能量传递给振动系统,以便维持振动系统作等幅振动,并把振动系统的振动次数传递给指示机构，达到计量时间的目的。叉瓦式擒纵机构的能量传递作用是由以下两部分动作相互配合来完成的：①擒 纵轮由传动系取得的能量，通过轮齿和叉瓦的作用转变为冲量传送给擒纵叉，在传递过程中 主要有5个动作（图6[叉瓦式擒纵机构的能量传递过程]），即锁接、释放、冲击、垂落和牵 引。②通过擒纵叉的叉口和双圆盘的圆盘钉相互传递冲量，工作过程有释放和冲击两个动作。
振动系统由摆轮、摆轴、游丝、活动外桩环、快慢针等组成。
摆轮游丝振动系统
振动系统
游丝的内外端分别固定在摆轴和摆夹板上。摆轮受外力偏离其平衡位置开始摆动时,游 丝便被扭转而产生位能,通常称为恢复力矩。擒纵机构完成前述两部分动作的过程，也就是 振动系统完成半个振动周期的过程。后者在游丝位能的作用下，还会进行反方向摆动而完成 另半个振动周期，这就是机械钟表在运转时擒纵调速器不断和重复循环工作的原理。
上条拨针系 上条拨针系的作用是上条和拨针
上条拨针机构示意图
它由柄头、柄轴、立轮、离合轮、离合杆、离合杆簧、拉档、压簧、拨针轮、跨轮、时轮、分轮、大钢轮、小钢轮、棘爪、棘爪簧等组成。上条和拨针都是通过柄头部件来实现 的。上条时，立轮和离合轮处于啮合状态，当转动柄头时，离合轮带动立轮，立轮又经小钢 轮和大钢轮，使条轴卷紧发条。棘爪则阻止大钢轮逆转。拨针时，拉出柄头，拉档在拉档轴 上旋转并推动离合杆，使离合轮与立轮脱开，与拨针轮啮合。此时转动柄头便拨针轮通过跨 轮带动时轮和分轮，达到校正时针和分针的目的。