錶 watch
【摘 自】大英百科全書
【中文詞條】錶
【外文詞條】watch
知識分類:自然科學>度量;工程技術>工業技術與製造技術
可攜式計時儀器。幾乎可以肯定在1500年德國紐倫堡一名鎖匠亨萊恩(PeterHenlein)發明了用發條代替鐘錘來驅動時鐘後不久,就出現了第一批錶。早期的錶內所用的擒縱機(escapement)和老式時鐘所用者相同,是鐘式擒縱機。早期的錶是在德國和法國布盧瓦(Blois)市製造的。這些早期的錶尺寸直徑約為100?125公釐(4~5吋),厚75公釐(3吋),可以隨身攜帶。
發條是一條扁彈簧鋼帶,通過彎曲或繞成盤狀,使之處於受力狀態。當錶或其他發條驅動機構的發條繞緊時,發條的彎度增大,從而儲入能量。在錶中,這一能量通過輪系及擒縱機傳遞給錶的振盪部分(稱為擺輪),擺輪的運動又控制擒縱機鬆開,從而控制發條發出衝擊力的時間。指針用摩擦傳動,傳動輪以合適的速率轉動,通常為每小時轉一圈。利用摩擦傳動便於安裝指針。
第一個發條驅動的時針發條鉤在一個蕊軸的「眼」中,發條的外端則與發條盤框架連接。用一棘輪和棘爪使得在上發條時蕊軸旋轉不致干擾輪系的第一齒輪或大輪。
這種老式錶的主要缺點之一是發條產生的扭矩是變化的,也就是說,在上緊發條時,發條的力要比發條快完全鬆解時大。由於用鐘式擒縱機的錶的計時受驅動力的影響甚大,故這個問題十分嚴重。1515~1540年之間布拉格的一名捷克人雅各布(Jacob)發明了一種均力圓錐輪,這個問題的解決才有了進展。均力圓錐輪是一個錐形的槽輪與一個內裝發條的發條盤結合使用。有了這種裝置,發條就能旋轉發條盤;用一段羊腸線(後用鏈條代替)繞在發條盒外面,線的另一端則在均力圓錐輪上繞成線圈狀。當上緊發條時,羊腸線或鏈條在均力圓錐輪直徑最小的地方拉動圓錐輪;而當發條慢慢走鬆時,羊腸線或鏈條在直徑較大處拉動圓錐輪,槓桿率逐漸增大。只要發條直徑與均力圓錐輪直徑的比例恰當,則當發條走鬆時,扭矩幾乎可以不變。以後發明了新型的發條盒,這是一種在上發條時錶仍可繼續走的裝置,現代錶上都用這種裝置來代替均力圓錐輪。經過仔細地確定發條盒的蕊軸和發條盒的直徑與發條厚度之比,扭矩的變化量就可減少到最低限度。
大約在1580年開始採用黃銅以前,錶的各種機械裝置全部用鐵製成。大概1625年以後,錶內某些部件採用黃銅,而比較精密的零件則用鋼。
最早的鐘錶用一個荷重的橫桿(原始平衡擺)或用一有厚輪緣的輪稱為擺輪的來控制機械裝置的運行速度。由於它沒有全系統的限制條件,故不可能用數學方法來確定其振盪週期。因此,振盪週期(也就是鐘錶的計時速率)就取決於驅動力,這就說明了均力圓錐輪的重要性。
用彈簧來控制擺輪的振盪是鐘錶發展史上的重要一步。1650年代後期虎克(RobertHooke)設計了一具有均衡彈簧的錶,但是似乎還沒有證據說明這種均衡彈簧是螺旋形的。這是一種關鍵性的元件,後來得到廣泛的使用。惠更斯(ChristiaanHuygens)可能是設計有螺旋形的均衡彈簧錶的第一人(1674~1675)。均衡彈簧是一種很細的鋼製的或其他合適的彈簧材料做成的細帶,常常繞成螺旋形。均衡彈簧的內端鎖住在彈簧筒夾(小圈)上,筒夾以緊摩擦安在擺輪小軸上;均衡彈簧外端安在一個固定在機心上的螺栓上。均衡彈簧作用於擺輪就像重力作用於擺。如果擺輪移向一邊,均衡彈簧繞緊,能量就貯存在均衡彈簧內;如果均衡彈簧鬆開,這一能量又重新還給擺輪,使其向另一側擺動幾乎相等的距離。
如果沒有摩擦損失(即空氣摩擦、發條材料的內摩擦及樞軸上的摩擦),擺輪應向另一側擺動完全相同的距離,並能繼續無限期地擺下去;但是,由於有上述種種損失,實際上這種振盪會漸漸衰減。只是因為貯存在發條內的能量,通過輪系和擒縱機輸送給擺輪,才使振盪能維持下去。
現代錶的性能取決於擺輪振盪週期的均勻程度,即擺輪運動的規律性。擺輪的形狀是一個有厚輪緣的輪子,由與其結合的均衡彈簧提供恢復力矩。擺輪擁有轉動慣量,其大小取決於擺輪的質量和形狀。均衡彈簧理想地提供與從平衡點或零位開始的位移成正比的恢復力矩。
擺輪裝在小軸上或者裝在帶樞軸的轉軸上,在優良的錶內,它們都是在寶石上運轉的。在擺輪小軸的兩端各用一粒寶石。一粒是帶孔的,等於一個軸承,另一粒是平頭寶石,它用來確定軸的位置,但必須在樞軸的圓頭上裝上軸承。樞軸的摩擦效應影響錶在不同位置(為平放或直立)的性能。
擺輪和均衡彈簧可用來調整時間,只須改變均衡彈簧提供的恢復力矩或者改變擺輪的轉動慣量。在第一種情況(這是最普通的)下,用一對限力銷(curb)裝在可活動的快慢針上,可按需要伸長或縮短均衡彈簧的長度。
在第二種情況下,於擺輪輪緣相對的2點或4點安上螺釘。螺釘在釘孔內是摩擦配合的,可以塞進去或取出來,用以調整擺輪的轉動慣量。在「自由支承均衡彈簧」(free-sprung)的錶中,沒有快慢針,唯一調整快慢的東西是擺輪輪緣上的螺釘。
許多現代的機械錶用一種擺桿擒縱機,這是1765年馬奇(ThomasMudge)發明的。這種裝置使擺輪能自由旋轉,只有在接收發條通過輪系傳來的衝擊力並鬆開鎖銷時,擒縱機才和擺輪結合。這種擒縱機在19世紀初就演進為帶大頭齒的現代式樣的擒縱輪,但是直到20世紀初才被普遍採用。……More
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