机械钟的动力来源

2017年11月11日

任何具有机械性运动的产物,首先需要解决的就是持续的动力来源,没有动力,其他所有的机械功能都无从说起。时钟要持续不断的走时,动力必须放在首位。在机械钟发明的最原始阶段,除了依靠不稳定的大自然动力(例如流水动力),另一种动力则是利用地球的吸引力,将势能转换成动能,但这需要一段长长的缓冲距离,因此最初阶段都局限于在大型教堂钟或是高塔钟上使用。我们所熟知的英国落地钟,就是在经历几个世纪的摸索之后,发展出来的一种家庭式重锤重力钟。但是,落地钟始终没有解决较大体积的问题,钟身保持在2米高左右,其关键原因就是重锤下落需要一段距离。


大型塔钟

 

在欧洲的钟表博物馆,你可以欣赏到这一时期最古老的时钟,常见的就有:墙钟(Wall Clock)和台钟(Table Clock)这两大类。其中墙钟的动力源就是用一根粗线挂在钟的动力齿轮上,绳子的一端挂上一个大重锤,而另一端是一个小的铁球,又称平衡铁球。上劲时用手力把平衡铁球往下拉到靠近地面,大重锤就自然上升到钟体的底部,然后把手放开,大重锤就会因为地球引力而落下,产生了拉力,这个拉力继而带动了时钟机芯的齿轮与齿轮相互运转。



家庭式挂墙钟

  

 

家庭式挂墙钟

 

自11世纪末机械原理时钟的出现,欧洲的钟表工匠们经历了近三个多世纪的摸索与研究之后,大约到了15世纪的初中期,发明了一种上发条形式的动力源。其原理就是依靠人为的拧动,使弹簧片卷曲缩紧,然后这卷曲的簧片会向外释放出张力,这种张力所产生的动力,我们称它为发条动力。由于这种发条动力的出现,使得大型时钟趋于小型化发展变为可能。随着时钟技术的进一步完善,以及人们开始对时间越来越依赖的生活习性,到了15世纪的中期,钟匠们终于研发出体积适中,能放置在桌台上的台钟。从此,时钟真正地进入到了人类的家庭生活中。

 

台钟则是采用簧片卷曲后向外释放的张力,再通过由链条式或发条盒式的转动齿轮来传输动力,无需缓冲距离,大大节省空间。这种人力的上发条的动力,通常有两种传输动力的形式:一种是芝麻链塔轮传输,另一种是自转式发条盒通过边缘的齿轮传输:

 

芝麻链塔轮传动示意图

 

自转式发条盒传动示意图

 

自从上发条动力被发明之日起,这一动力就一直延续到今天,没有任何一种动力源可以将其淘汰,即使是空气钟里的永恒动力也无法替代。正是因为有了发条动力,表类才可能在1510年左右出现,可以说没有发条动力,就不可能有表的发明。这种发条动力,加速了钟表发展的进化过程,它与重锤动力一起并驾齐驱,成为机械钟表动力最根本的由来。

来源:唯刻馆

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