详解机械钟表的结构和工作原理

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

一、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。

二、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。

三、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：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。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。

四、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。

[page]

附加装置 包括自动上条机构和日历（双历）机构。

自动上条机构:带有自动上条机构的手表称为自动手表。

自动上条机构平面图

为自动机构的一种。它是由重锤、重锤支承、偏心轴、滚珠、自动摇板、棘轮、棘爪以 及自动上夹板等构成。当手表戴在手腕时，随着人臂的随机活动，自动锤在惯性力和静力矩 的作用下自动地上紧发条。自动上条机构大致可分为摆动式单向或双向上条和旋转式单向或 双向上条两大类。前者称为半自动，后者称为全自动。人们对自动手表的单向和双向上条性 能曾有过不同的看法，一般认为单向上条自动机构性能较好。

日历（双历）机构:带有日历（双历）机构的手表称为日历(双历)手表。

日历机构平面图

为日历机构的一种。它由日历环、日历定位杆、日历定位杆簧、拨日轮、日跨轮部件、拨头和日历盖片等构成，并设有拨动机构或快拨机构，供日期调校之用。它的基本工作原理 是由走针轮系带动一个拨日轮，拨日轮与时轮之间的传动比必须是1:2。然后通过拨日轮驱 动拨头,使印有日期标记的日历环每24小时动作一次。双历机构也是通过拨头，在定位部件 的协同作用下转动周历轮，使星期得到更换。按变换日期所需时间的长短来区分，日历机构又可分为慢爬式、快爬式和瞬跳式三种。慢爬式的换日时间需1～3小时，快爬式一般不超过 30分钟，瞬跳式则在每日零时瞬间变换日期。

机械钟表的走时精度

钟表走时的规律性和准确性。钟表要求走时准确，稳定可靠。但一些内部因素和外界环境条件都会影响钟表的走时精度。

内部因素包括各组成系统的结构设 计、工作性能、选用材料、加工工艺和装配质量等。例如发条力矩的稳定性,传动系工作的平稳性，擒纵调速器的准确性等都影响走时精度。

外界环境条件包括温度、磁场、湿度、气 压、震动、碰撞、使用位置等。例如，温度的变化会引起钟表内润滑油和摆轮游丝性能的变、化，从而引起走时性能的变化；环境的磁场强度大于60奥斯特(Oe)时，会引起部分零件磁化 而走慢；湿度大会引起部分零件氧化和腐蚀。

常用来表示走时精度的有5种参数。

指示差:钟表任一瞬时的指示时刻与标准时刻的差 值，它可以是正值，也可以是负值。日差：钟表相隔时段为24小时的指示差值相减。位差：上足发条时各个位置所测得的瞬时日差的最大值和最小值之差。等时差：在其他条件 不变的情况下，上足发条和满24小时时，各相应位置瞬时日差差值中的最大值。日变差：相邻两日的日差差值。

[page]

简单解释：

机械手表是由外观部件和机芯组成。外观部件指表壳、表盘、指针等能直接看到的部件：主传动轮系、擒纵调速系、指针传动轮系和上发条拨针机构等。机械手表机件是靠上，由中、下，三层夹板把他们组合起来的，下层夹板是主甲板，是基础件。上层夹板包括条夹板、摆 夹板、上夹板。中层夹板是由申夹板，叉夹板组成的。装配时机械手表都靠主夹板的位钉和 位钉管定位。只要我们把机械手表擒纵调速系、传动轮系零件装在夹板的相应位置上，用螺 丝分别把各央板与主夹板装配在一起，就能确保机件位置的准确。为拆装夹板方便，在主夹 板上铣有镊子口。所有这些机心部件都装在表完里，平时是看不见的。

机械手表的工作原理是运用振动系统来控制，使其产生一个稳定的周期，以周期乘以某 过程的振动次数，就得到该过程所经历的时间。即：时间=振动周期 x 损动次数。

机械手表机件在整个运行过程中，由于振动系统在工作中存在无法避免的运动阻力，如：轴承摩擦、空气阻力、弹性件之间的摩擦，而使振动的幅度逐渐衰减。为了防止这种衰减，使振动系统持续不断地工作，就必须周期性地给机械手表补充由于阻力而消耗掳的能量。手表走时的机械能是靠发条装置来储存的，也就是说，机体的传导、振动所需用的力，都来自于发条。上紧发条，就会周期性地供给机件以原动力，从而补充其机械能的消耗，防止上述的衰减现象的发生。它的公式就是：振动——消耗二能量的补充。这三个过程不断循环，使机心持续不断地工作。为了走时准确，擒纵调速系起着控制速度的作用。顺便说一下，上发条拨针机构有两个作用：一是上发条储备能量，二是拨针对时，是手表类计时机构不可缺少的机构。

版权申明：凡本公众号内容注明【原创】的，内容版权归本作者所有，转载请注明本公众号；未标注【原创】的，图片与文字内容均转载自网络，版权归原创者所有。除非无法确认，我们都会标明作者及出处，图片和文字如有侵权烦请告知我们，我们会立即删除。谢谢！