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钟表是怎么工作的?钟表的原理介绍
2018-01-16 11:42:10   来源:   评论:0 点击:

简介钟表的应用范围很广,品种甚多,可按振动原理、结构和用途特点分类。按振动原理可分为利用频率较低的机械振动的钟表,如摆钟、摆轮钟等...
简介
钟表的应用范围很广,品种甚多,可按振动原理、结构和用途特点分类。按振动原理可分为利用频率较低的机械振动的钟表,如摆钟、摆轮钟等;利用频率较高的电磁振荡和石英振荡的钟表,如同步电钟、石英钟表等;按结构特点可分为机械式的,如机械闹钟、自动、日历、双历、打簧等机械手表;电机械式的,如电摆钟、电摆轮钟表等;电子式的,如摆轮电子钟表、音叉电子钟表、指针式和数字显示式石英电子钟表 等。
结构形式
机械钟表有多种结构形式,但其工作原理基本相同,都是由原动系、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。
钟表是怎么工作的?钟表的原理介绍
原动系
原动系是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
传动系是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。钟表传动系的齿形绝大部分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
擒纵调速器是由擒纵机构和振动系统两部分组成,它依靠振动系统的周期性震动,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。叉瓦式擒纵机构是应用最广的一种擒纵机构。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。
振动系统主要由摆轮、摆轴、游丝、活动外桩环、快慢针等组成。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,称为恢复力矩。擒纵机构完成前述两动作的过程 ,振动系在游丝位能作用下,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。
上条拨针系的作用是上条和拨针。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
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。
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。
精密手表标准
精密手表标准:QB/T 2447-99《具有摆轮游丝振荡系统的精密手表》(上) 。本标准规定了“具有摆轮游丝振荡系统的精密手表”(简称“精密手表”)的定义、分类、检验项目、测试程序和最低要求,等同采用国际标准ISO 3159:1976,是对原GB 4032-83《具有摆轮游丝振荡系统的精密手表》的修订。
定义
“精密手表”是能调整成在不同位置和各种使用条件下都很精确的手表,它必须满足第7章中规定的最低要求。符合精密手表定义的手表必须经检验手表的法定机构的认证,必要时还需对机芯检验并授予证书。(国家钟表质量监督检验中心是经国家政府部门授权的法定检验机构)
分类
精密手表按机芯直径或机芯面积分为两类:种类机芯装配直径 mm机芯面积mm2 1>20>3142≤20≤3143.最低要求精密手表的最低要求:指标单位最低要求分类12 平均日差Ms/d-4 +6-5 +8 平均日变差Vs/d23.4最大日变差Vmaxs/d57 平立位差Ds/d-6 +8-8 -4 +6 +10最大日偏差Ps/d1015温度系数Cs/(d·℃)±0.6±0.7 复原差Rs/d±5±6 备注:最低要求为绝对界限,计算结果不必修约。
机械自动手表标准
机械自动手表标准:QB/T 1903-93《自动手表》 适用于机芯装配直径32毫米以下,使用叉瓦式擒纵调速器的民用单机自动手表和附加日历机构的民用自动手表。对于消费者来说,比较直观的主要技术指标如下:项 目 指 标优等一等合格 面上实走日差M (秒/日)Ⅰ型 -20~+30-30~+60-50~+90Ⅱ型 -25~+50-40~+80-60~+120 Ⅲ型 -30~+70-50~+100-70~+150 瞬时日差mto(秒/日)检验位置CH、9H、6HCH、9H、6HCH、9H、6H Ⅰ型-30~+45-40~+75-60~+105Ⅱ型-35~+65-50~+95-70~+135Ⅲ型-40~+85-60~+115-80~+165 延续走时(小时)Ⅰ型≥32Ⅱ型≥30Ⅲ型≥28 时分针协调差(度)Ⅰ型当分针与“12”时符重合时,时针偏离时符的角位移小于3度。(或:当时针与“12”时符重合时,分针偏离时符的角位移小于36度。36度可近似为6分格。)Ⅱ型Ⅲ型 日历换历指示差Ⅰ型 日期换历完毕时,时、分针指示差应在12时±15分内。Ⅱ型 Ⅲ型
注:
自动手表按机芯装配直径分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型。Ⅰ型:表的机芯装配直径大于20毫米(或面积大于314平方毫米);Ⅱ型:表的机芯装配直径为16~20毫米(或面积为201~314 平方毫米);Ⅲ型:表的机芯装配直径小于20毫米(或面积小于201平方毫米)。
各类手表的走时质量指标分为优等、一等、合格三个等级。
CH、9H、6H分别表示手表所处的位置。CH:手表面朝上,表盘面平行于水平面;9H:手表9点位置朝上,表盘面垂直于水平面;6H:手表6点位置朝上,表盘面垂直于水平面。
面上实走日差:手表上满发条,以CH位置实走,经过24小时的指示差的差值。
瞬时日差:将手表的瞬间走时快慢推算成一天的走时误差(通常是用校表仪对手表进行测量获得)。
延续走时:手表一次上满发条后,以CH位置正常运走的最长时间。指针式石英手表标准——GB/T 6044-92《指针式石英手表》 适用于具有石英谐振器的指针式手表,也适用于不戴在手上、具有石英谐振器、指示时刻的指针式表类。对于消费者来说,比较直观的主要技术指标如下:项目 指 标 优等 一等 合格平均瞬时日差m (秒/日)-0.5~+0.5 -1.0~+1.0-1.5~+1.5 使用可靠性手表在正常使用条件下不得停走,零、部、组件不得自行脱落。拨 针机构工作可靠。(5天内实走累计误差超过10秒者,以停表计)止秒功能 带有止秒机构的手表,止秒时,秒针不动;柄头恢复常态,手表应能正常工作。外观质量机芯在表壳组件中应稳固;表盘、表针色泽正常;表玻璃光洁清晰;表壳组件外棱角无锋利感;镀层无气泡,不脱落。电池更换周期L大于一年。防水性能 有“防水”(英文:water resistant)标记的手表,其防水性能应符合QB/T1897-93《钟表防水手表》的要求。(本专栏将在后续内容中对此做专题介绍) 注:
各类手表的走时质量指标分为优等、一等、合格三个等级。
平均瞬时日差:手表以CH位置在23±1℃的条件下连续运走3天,三天的瞬时日差的平均值。
外观质量:在自然光线下,距被检表面30厘米处用正常视力或校正后相应视力检查。
关于电池更换周期:L=Q/(I×t)×103L:电池更换周期,单位年(a); I:手表的平均工作电流,单位微安(μA);Q:电池的放电容量,单位毫安小时(mAh); t:一年工作时间,单位小时每年(h/a)。按标准规定,一年工作时间按10000小时计算;锌银扣式电池放电容量按GB/T 7168-1996的有关规定换算。对于石英表用电池,现在的生产技术逐步提高,其放电容量也都达到了一个较高的水平,而目前市场上销售的大多数石英表的平均工作电流一般均在1.5微安以下,所以正常使用情况下,新电池的工作时间一般都在2年以上。不同的品牌会有一些的差异
技术要求和试验方法
① 耐气压性能 将手表置于气压比正常大气压高2×105 Pa(2bar)的空气中,测定进入表壳的空气漏流率(用专用仪器进行检测)。空气漏流率≤50微克/分钟。
② 耐水压性能 将手表浸入盛水的容器中,在1分钟之内施加一个与超压标记值相同的压强值,若无超压标记的手表加压值为2×105 Pa(2bar),并保持10分钟,然后,应在1分钟之内将压强降至周围环境压强。做冷凝试验,表玻璃内表面不得出现凝雾。
③ 浸水深度为10厘米的防水性能 将手表浸入深度为10±2厘米的水中,并保持1小时。然后做冷凝试验,表玻璃内表面不得出现凝雾。
④ 操作件的耐机械压力性能 将手表浸入深度为10±2厘米的水中,在与柄头或按钮的轴向相垂直的方向加力5牛顿,并保持5分钟。然后做冷凝试验,表玻璃内表面不得出现凝雾。
⑤ 耐水温变化性能 将手表顺次浸入深度为10厘米的不同温度的水中:置于40℃的水中5分钟;置于20℃的水中5分钟;置于40℃的水中5分钟(手表从水中取出重新浸入另一水温中的时间不得超过1分钟)。然后做冷凝试验,表玻璃内表面不得出现凝雾。
防水手表标准说明
防水手表标准——QB/ T1897-93《钟表—防水手表》。本标准适用于标明“防水”、无论有无附加超压标记的手表,不适用于潜水表。意义:凡标明“防水”的手表,无论有无附加超压标记,除在日常生活中具有防水性能外,也能在短时间内戴着游泳时以及在水压和水温变化的条件下具有防水性能,但是,无论有无附加超压标记,它们都不能用于潜水。
本标准等同采用国际标准ISO 2281《钟表防水手表》(1990年版)。
手表防水性能试验有两种方案,可任选一种进行。手表只有通过其中一种方案全部项目试验合格后才能称其为防水手表。
第一种方案:①、③、④、⑤;
第二种方案:②、③、④、⑤。
各类防水手表的防水性能不分等级。手表除了用术语“防水”标记外,还可以用压强(单位为Pa)作为超压标记(至少2×105 Pa),或者用水的深度表示(至少20米),用深度标记时,不应当看作潜水深度,但它等效于深度所对应的压强值。
防水手表标记: 对于以上语种必须用上述的术语表示,其它语种允许用同义的术语表达,但每个语种仅允许用一种术语表示。手表金合金覆盖层标准-QB/T 1901.1-93《表壳体及其附件金合金覆盖层第1部分一般要求》 本标准规定了金合金覆盖层的一般要求,适用于表壳体、柄头、不可卸表带等外装附件。本标准参照采用国际标准ISO 3160.1《表壳体及其附件 金合金覆盖层 第1部分 一般要求》(1982年版)。
一、术语
1. 镀金覆盖层(gold plated covering)用电镀、化学镀或其它工艺得到的金合金镀层。
2. 轧金覆盖层(rolled gold covering)用压延方法将金合金箔粘合在基体板材或棒材上得到的金合金覆盖层。
3. 包金覆盖层(gold capping)将金合金箔永久性地包在零件表面上而得到的金合金覆盖层。
4. 有效表面(significant surface)对外观和耐用性能具有重要意义的覆盖金合金的表面。
5. 纯度(fineness)金合金中含金的比例。通常用千分数表示。千分之41.67为1K。
技术要求
1. 金合金覆盖层的纯度a.镀金覆盖层最低为千分之585,即14K。b.轧金覆盖层最低为千分之417,即10K。c.包金覆盖层最低为千分之585,即14K。2.金合金覆盖层的厚度a.镀金覆盖层的基本厚度系列如下:0.5,1,2,3,5,10,20,40μm。允许偏差为-20%。
注:ISO 3160.1对镀金覆盖层的厚度系列定为0.5,1,2,5,10,……,根据国内多数厂家采用3μm的实际情况,本标准增加了3μm一档。b.轧金覆盖层的基本厚度系列如下:2,5,10,20,40,80μm。允许偏差为-20%。c.包金覆盖层的基本厚度系列如下:200,250,300,500μm。允许偏差为-50%。
注:ISO 3160.
1对包金覆盖层的厚度系列定为200,250,300μm,考虑国内实际工艺水平,本标准增加了500μm一档。
3. 金合金覆盖层的耐腐蚀性能的技术要求按QB/T 1901.2第6章规定。(由于内容较多,这里不再详述)
标记
1. 标记的内容金合金覆盖层的标记包括:a.用字母表示覆盖层种类P-镀金覆盖层;L-轧金覆盖层;C-包金覆盖层。b.用数字表示有效表面的基本厚度,单位为μm;c.制造厂标记或责任标记。标记应打在不易擦除和较明显的部位。
2. 标记示例P40:镀金覆盖层,基本厚度40μm。L20:轧金覆盖层,基本厚度20μm。C250:包金覆盖层,基本厚度250μm。
3. 对于表壳体、柄头、不可卸表带等外装附件,其有效表面上金合金覆盖层的厚度不同时,应标记其中最小值。
4. 以上标记中的1.2.3.条不适用于上条柄头。
5. 金合金覆盖层的基本厚度在3μm或3μm以上,才允许标记。小于3μm者,禁止标记。制造厂或责任标记对全部金合金覆盖层负责。(注:ISO 3160.1要求金合金覆盖层的基本厚度在5μm或5μm以上,才允许标记,小于5μm者禁止标记。根据国情,将5μm改为3μm。) 潜水手表标准:GB/T 18828-2002《潜水表》(下) 上期介绍了潜水表的定义、标识、实际意义、标记等内容,本期介绍潜水表的部分技术要求及试验方法等内容。

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