鐘和表是精密的計時儀器?，F(xiàn)代鐘表的原動力有機(jī)械力和電力兩種。機(jī)械鐘表是一種用重錘或彈簧的釋放能量為動力，推動一系列齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，借擒縱調(diào)速器調(diào)節(jié)輪系轉(zhuǎn)速，以指針指示時刻和計量時間的計時器。鐘和表通常是以內(nèi)機(jī)的大小來區(qū)別的。按國際傳統(tǒng)區(qū)分，機(jī)心直徑超過50毫米、厚度超過12毫米的為鐘；直徑37～50毫米、厚度4～6毫米者，稱為懷表；直徑37毫米以下者,則為手表。直徑不大于20毫米或機(jī)心面積不大于314平方毫米者，稱為女表。手表是人類所發(fā)明的最小、最堅固、最精密的機(jī)械之一。

      簡史  公元1300年以前，人類主要是利用天文現(xiàn)象和流動物質(zhì)的連續(xù)運(yùn)動來計時。例如，日晷是利用日影的方位計時；漏壺和沙漏是利用水流和沙流的流量計時。東漢張衡制造漏水轉(zhuǎn)渾天儀，用齒輪系統(tǒng)把渾象和計時漏壺聯(lián)結(jié)起來,漏壺滴水推動渾象均勻地旋轉(zhuǎn),一天剛好轉(zhuǎn)一周，這是最早出現(xiàn)的機(jī)械鐘。北宋元三年(1088)蘇頌和韓公廉等創(chuàng)制水運(yùn)儀象臺（見），已運(yùn)用了擒縱機(jī)構(gòu)。

      1350年，意大利的E.丹蒂制造出第一臺結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)械打點(diǎn)塔鐘，日差為15～30分，指示機(jī)構(gòu)只有時針。1500～1510年，德國的P.亨萊恩首先用鋼發(fā)條代替重錘，創(chuàng)造了用冕狀輪擒縱機(jī)構(gòu)(圖1 [冕狀輪擒縱機(jī)構(gòu)])的小型機(jī)械鐘。圖2 [16世紀(jì)下葉德國制冕狀輪擒縱機(jī)構(gòu)計時器]為早期的可攜帶的輕便計時器。

      1582年前后，意大利的伽利略發(fā)明了重力擺。1657年，荷蘭的首先把重力擺引入機(jī)械鐘，從而創(chuàng)立了擺鐘。1660年英國的R.胡克發(fā)明，并用后退式擒縱機(jī)構(gòu)代替了冕狀輪擒縱機(jī)構(gòu)。1673年，惠更斯又將擺輪游絲組成的調(diào)速器應(yīng)用在可攜帶的鐘表上。1675年，英國的W.克萊門特用叉瓦裝置制成最簡單的錨式擒縱機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)一直沿用在簡便擺錘式掛鐘中。1695年，英國的T.湯姆平發(fā)明工字輪擒縱機(jī)構(gòu)。1715年，英國的G.格雷厄姆又發(fā)明靜止式擒縱機(jī)構(gòu),彌補(bǔ)了后退式擒縱機(jī)構(gòu)的不足,為發(fā)展精密機(jī)械鐘表打下了基礎(chǔ)。1765年，英國的T.馬奇發(fā)明自由錨式擒縱機(jī)構(gòu)，即現(xiàn)代叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)的前身。1728～1759年，英國的J.哈里森制造出高精度的標(biāo)準(zhǔn)航海鐘。1775～1780年，英國的J.阿諾德創(chuàng)造出精密表用擒縱機(jī)構(gòu)。

      18～19世紀(jì),鐘表制造業(yè)已逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),并達(dá)到相當(dāng)高的水平。20世紀(jì)，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，電池驅(qū)動鐘、交流電鐘、電機(jī)械表、指針式石英電子鐘表、數(shù)字顯示式石英電子鐘表相繼問世，石英鐘表的日差已小于 0.5秒。鐘表進(jìn)入了微電子技術(shù)與精密機(jī)械相結(jié)合的石英化新時期。

分類  鐘表的應(yīng)用范圍很廣，品種甚多，可按振動原理、結(jié)構(gòu)和用途特點(diǎn)分類。

      ① 按振動原理:可分為利用頻率較低的機(jī)械振動的鐘表，如擺鐘、擺輪鐘等；利用頻率較高的電磁振蕩和石英振蕩的鐘表，如同步電鐘、石英鐘表等。
      ② 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn):可分為機(jī)械式的，如機(jī)械鬧鐘、自動、日歷、雙歷、打簧等機(jī)械手表；電機(jī)械式的，如電擺鐘、電擺輪鐘表等；電子式的，如擺輪電子鐘表、音叉電子鐘表、指針式和數(shù)字顯示式石英電子鐘表。

      ③ 按用途特點(diǎn):可分為指示時刻用的鐘表，又分為生活用的技術(shù)用兩類。屬于生活用的有手表懷表鬧鐘、擺鐘、掛鐘、塔鐘、子母鐘等。屬于技術(shù)用的有原子鐘、天文鐘、航海鐘、坦克鐘、考勤鐘、航空鐘表、潛水表等；測量時段用的，如秒表、體育鐘、信號鐘等；控制時段用的，如程序鐘、定時器等。

      機(jī)械鐘表的結(jié)構(gòu)和工作原理  機(jī)械鐘表有多種結(jié)構(gòu)形式,但其工作原理基本相同。圖3[機(jī)械鐘表工作原理圖]為機(jī)械鐘表工作原理圖,圖4[機(jī)械手表結(jié)構(gòu)圖]為機(jī)械手表結(jié)構(gòu)圖。鐘表主要由原動系、傳動系、擒縱調(diào)速器、指針系和上條撥針系等部分組成。機(jī)械鐘表用發(fā)條作為動力的原動系，經(jīng)過一組齒輪組成的傳動系來推動擒縱調(diào)速器工作，再由擒縱調(diào)速器反過來控制傳動系的轉(zhuǎn)速。傳動系在推動擒縱調(diào)速器的同時還帶動指針機(jī)構(gòu)。傳動系的轉(zhuǎn)速受控于擒縱調(diào)速器，所以指針能按一定的規(guī)律在表盤上指示時刻。上條撥針系是上緊發(fā)條或撥動指針的機(jī)件。此外,還有一些附加機(jī)構(gòu)可增加鐘表的功能,如自動上條機(jī)構(gòu)、日歷（雙歷）機(jī)構(gòu)、鬧時裝置、月相指示和測量時段機(jī)構(gòu)等。

      振動系統(tǒng)的振動周期乘以被測過程內(nèi)的振動次數(shù)，就得到該過程經(jīng)歷的時間。即

           時間＝振動周期×振動次數(shù)

      原動系  儲存和傳遞工作能量的機(jī)構(gòu)。通常由條盒輪、條盒蓋、條軸、發(fā)條和發(fā)條外鉤組成。發(fā)條在自由狀態(tài)時是一個螺旋形或 S形的彈簧。它的內(nèi)端有一個小孔，套在條軸的鉤上。它的外端通過發(fā)條外鉤，鉤在條盒輪的內(nèi)壁上。上條時，通過上條撥針系使條軸旋轉(zhuǎn)將發(fā)條卷緊在條軸上。發(fā)條的彈性作用使條盒輪轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動傳動系。

      傳動系  將原動系的能量傳至擒縱調(diào)速器的一組傳動齒輪。它是由二輪（中心輪）、三輪（過輪）、四輪（秒輪）和擒縱輪齒軸組成。其中,輪片是主動齒輪,齒軸是從動齒輪。傳動比的計算公式是

      對于有秒針裝置的鐘表，其二輪的輪片到四輪的齒軸的傳動比必須等于60。鐘表傳動系的齒形絕大多數(shù)是根據(jù)理論擺線的原理，經(jīng)過修正而制作的修正擺線齒形。

      擒縱調(diào)速器  由擒縱機(jī)構(gòu)和振動系統(tǒng)兩部分組成。它依靠振動系統(tǒng)（擺輪游絲或擺）的周期性振動，使擒縱機(jī)構(gòu)保持精確和規(guī)律性的間歇運(yùn)動，從而取得調(diào)速作用。

      擒縱調(diào)速器的種類很多，主要分類如下。

      叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣的一種擒縱機(jī)構(gòu)(圖5[叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)示意圖])。 它由擒縱輪、擒縱叉、雙圓盤和限位釘?shù)冉M成。它的作用是把原動系的能量傳遞給振動系統(tǒng),以便維持振動系統(tǒng)作等幅振動,并把振動系統(tǒng)的振動次數(shù)傳遞給指示機(jī)構(gòu)，達(dá)到計量時間的目的。叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)的能量傳遞作用是由以下兩部分動作相互配合來完成的：①擒縱輪由傳動系取得的能量，通過輪齒和叉瓦的作用轉(zhuǎn)變?yōu)闆_量傳送給擒縱叉，在傳遞過程中主要有5個動作（圖6[叉瓦式擒縱機(jī)構(gòu)的能量傳遞過程]），即鎖接、釋放、沖擊、垂落和牽引。②通過擒縱叉的叉口和雙圓盤的圓盤釘相互傳遞沖量，工作過程有釋放和沖擊兩個動作。

      振動系統(tǒng)  由擺輪、擺軸、游絲、活動外樁環(huán)、快慢針等組成(圖7 [振動系統(tǒng)])。游絲的內(nèi)外端分別固定在擺軸和擺夾板上。擺輪受外力偏離其平衡位置開始擺動時,游絲便被扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生位能,通常稱為恢復(fù)力矩。擒縱機(jī)構(gòu)完成前述兩部分動作的過程，也就是振動系統(tǒng)完成半個振動周期的過程。后者在游絲位能的作用下，還會進(jìn)行反方向擺動而完成另半個振動周期，這就是機(jī)械鐘表在運(yùn)轉(zhuǎn)時擒縱調(diào)速器不斷和重復(fù)循環(huán)工作的原理。

      上條撥針系  上條撥針系的作用是上條和撥針(圖8[上條撥針機(jī)構(gòu)示意圖])。它由柄頭、柄軸、 立輪、離合輪、離合桿、離合桿簧、拉檔、壓簧、撥針輪、跨輪、時輪、分輪、大鋼輪、小鋼輪、棘爪、棘爪簧等組成。上條和撥針都是通過柄頭部件來實(shí)現(xiàn)的。上條時，立輪和離合輪處于嚙合狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)動柄頭時，離合輪帶動立輪，立輪又經(jīng)小鋼輪和大鋼輪，使條軸卷緊發(fā)條。棘爪則阻止大鋼輪逆轉(zhuǎn)。撥針時，拉出柄頭，拉檔在拉檔軸上旋轉(zhuǎn)并推動離合桿，使離合輪與立輪脫開，與撥針輪嚙合。此時轉(zhuǎn)動柄頭便撥針輪通過跨輪帶動時輪和分輪，達(dá)到校正時針和分針的目的。

   附加裝置  包括自動上條機(jī)構(gòu)和日歷（雙歷）機(jī)構(gòu)。
       ① 自動上條機(jī)構(gòu):帶有自動上條機(jī)構(gòu)的手表稱為自動手表。圖9 [自動上條機(jī)構(gòu)平面圖]為自動機(jī)構(gòu)的一種。它是由重錘、重錘支承、偏心軸、滾珠、自動搖板、棘輪、棘爪以及自動上夾板等構(gòu)成。當(dāng)手表戴在手腕時，隨著人臂的隨機(jī)活動，自動錘在慣性力和靜力矩的作用下自動地上緊發(fā)條。自動上條機(jī)構(gòu)大致可分為擺動式單向或雙向上條和旋轉(zhuǎn)式單向或雙向上條兩大類。前者稱為半自動，后者稱為全自動。人們對自動手表的單向和雙向上條性能曾有過不同的看法，一般認(rèn)為單向上條自動機(jī)構(gòu)性能較好。

      ② 日歷（雙歷）機(jī)構(gòu):帶有日歷（雙歷）機(jī)構(gòu)的手表稱為日歷(雙歷)手表。圖10[日歷機(jī)構(gòu)平面圖]為日歷機(jī)構(gòu)的一種。它由日歷環(huán)、日歷定位桿、日歷定位桿簧、撥日輪、日跨輪部件、撥頭和日歷蓋片等構(gòu)成，并設(shè)有撥動機(jī)構(gòu)或快撥機(jī)構(gòu)，供日期調(diào)校之用。它的基本工作原理是由走針輪系帶動一個撥日輪，撥日輪與時輪之間的傳動比必需是1:2。然后通過撥日輪驅(qū)動撥頭,使印有日期標(biāo)記的日歷環(huán)每24小時動作一次。雙歷機(jī)構(gòu)也是通過撥頭，在定位部件的協(xié)同作用下轉(zhuǎn)動周歷輪，使星期得到更換。按變換日期所需時間的長短來區(qū)分，日歷機(jī)構(gòu)又可分為慢爬式、快爬式和瞬跳式三種。慢爬式的換日時間需1～3小時，快爬式一般不超過30分鐘，瞬跳式則在每日零時瞬間變換日期。

      機(jī)械鐘表的走時精度  鐘表走時的規(guī)律性和準(zhǔn)確性。鐘表要求走時準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠。但一些內(nèi)部因素和外界環(huán)境條件都會影響鐘表的走時精度。內(nèi)部因素包括各組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作性能、選用材料、加工工藝和裝配質(zhì)量等。例如,發(fā)條力矩的穩(wěn)定性,傳動系工作的平穩(wěn)性，擒縱調(diào)速器的準(zhǔn)確性等都影響走時精度。外界環(huán)境條件包括溫度、磁場、濕度、氣壓、震動、碰撞、使用位置等。例如，溫度的變化會引起鐘表內(nèi)潤滑油和擺輪游絲性能的變化，從而引起走時性能的變化；環(huán)境的磁場強(qiáng)度大于60奧斯特(Oe)時，會引起部分零件磁化而走慢；濕度大會引起部分零件氧化和腐蝕。

      常用來表示走時精度的有5種參數(shù)。①指示差:鐘表任一瞬時的指示時刻與標(biāo)準(zhǔn)時刻的差值，它可以是正值，也可以是負(fù)值。②日差：鐘表相隔時段為24小時的指示差值相減。③位差：上足發(fā)條時各個位置所測得的瞬時日差的最大值和最小值之差。④等時差：在其他條件不變的情況下，上足發(fā)條和滿24小時時，各相應(yīng)位置瞬時日差差值中的最大值。⑤日變差：相鄰兩日的日差差值。