闹钟的构造之擒纵调速系
闹钟的构造之擒纵调速系
擒纵调速系由擒纵轮(骑马轮)、擒纵叉(骑马)和摆轮游丝三个组件组成。闹钟所以能以相等速度一秒钟一秒钟地不停走动,主要是依靠擒纵调速系的控制,所以擒纵调速系可以说是闹钟的心脏。
擒纵轮和销轮一起牢固地铆装在轴上。擒纵轮的轮齿和普通齿轮的轮齿不一样,它的轮齿呈梯形,向着一个方向倾斜。轮齿向内倾斜的一个侧面叫锁面,是为了在擒纵叉工作时引住叉销,即擒住叉销的作用。齿顶斜面叫冲面,当擒纵叉销脱出锁面时,立刻将发条传来的力矩给擒纵叉和摆轮一个冲量,使擒纵叉向前纵出,由此使摆轮游丝组得以克服各种摩擦阻力,在游丝的弹力作用下,使摆轮不停地来回走动。擒纵轮的名称亦由此而来。擒纵轮齿的齿根是一个同心圆,通常称为根圆,它是给擒纵叉的叉销在工作时的限位,根圆的过大过小都会影响叉头碰擦摆轴,造成摆轮游丝的非自由振荡,影响走时的稳定性。
常见的擒纵叉(骑马)见。它是由叉轴、又片和二根叉销组成。叉片铆装在叉轴上,叉销又铆装在叉片上。因为叉销是柱状式的,所以通常称为柱状式擒纵机构。擒纵叉的二根叉销用钢丝制成,所以也有叫做钢丝马或铁丝马的。叉片头部的向心位置有一个槽,摆钉就在这槽内来回转动,称为叉口。靠叉口的两侧有二个半圆槽,半圆槽和它两侧的叉角起防止反摆作用。当摆轮游丝在工作时,闹钟受到外力振动,有了半圆槽和两侧的叉角,擒纵叉就不致反摆到另一面去,起到保险作用。但是闹钟在正常走动时,叉角是不能碰到摆轴的,否则会造成摆轮游丝非自由振荡,会影响走时的稳定,甚至造成停摆。
摆轮游丝组件的零件有游丝、游丝内桩、摆轴(天心)、摆轮和摆钉。游丝里端铆在游丝内桩上。游丝内桩为一有切口的铜环,具有一定的弹性,依靠弹力铆装在摆轴上。在摆轮上铆装着一根钢丝,叫做摆钉;摆轮轮缘上往往钻有几个小孔,这是摆轮部件在校正静平衡时留下的痕迹。摆轴在正对摆钉一面切出一条槽口,使擒纵叉叉口能通过槽口左右摆动。摆轴的两端轴颈有两种形式:一种呈锥形,相应的摆轴承用高碳钢加工后经热处理制成,摆轴承的内孔呈V形。这种锥形摆轴颈加工方便,耐震,摩擦面小,摆幅大;缺点是不耐磨,使用寿命不长,走时精度也较差。另一种摆轴颈呈圆柱形,相应的摆螺钉内镶有宝石轴承。这种圆柱形轴颈较耐磨,走时精度高,但加工较困难。闹钟在受到剧烈震动后,轴承容易碎裂。目前,我国生产的闹钟多采用圆柱形摆轴颈。
现在再来谈谈擒纵调速系的工作原理。擒纵机构静止时的情形:擒纵叉的前叉销(靠近摆轮一方为前叉销)或后叉销抵在擒纵轮齿的冲面上,另一个叉销则不与擒纵轮齿接触,摆轮上铆有摆钉一方的摆梁和叉片呈重叠位置,即摆轴、摆钉和叉轴孔成一直线。这时的游丝呈自由状态。稍行上紧发条后,情况就变了,由于发条所产生的力矩,通过走系的各个齿轮副,把力矩传递给擒纵轮,擒纵轮上就产生一个圆周力矩。因为擒纵机构在静止时,一个叉销在擒纵轮的冲面上,当擒纵轮转动时,叉销无法在擒纵轮的齿顶斜面上停住,擒纵轮就给擒纵叉一个冲量,擒纵叉就纵过齿面。当擒纵叉纵过齿面的瞬时间,叉头的槽口打动了摆钉,这样摆轮就开始转动;同时另一个叉销在瞬时间落在相应一个擒纵轮齿的锁面上。
这时,游丝的螺距就出现收紧或增大,因为游丝是弹性元件,它具有恢复力矩的作用,它力图恢复自由状态,所以在游丝恢复力矩的作用下,带动摆轮往回转动,当摆钉回到叉口位置时,摆钉碰到了叉槽,摆轮就反过来给擒纵叉一个能量,擒纵叉又转过一个角度,在这瞬时间,原来锁在擒纵轮锁面上的一个叉销,从锁面上并经过冲面脱了出来,这时,擒纵轮齿的冲面又给擒纵叉以能量,叉头槽口再去碰撞摆钉,这样,摆轮就能不断地得到了擒纵轮给予的能量,摆轮就能不断地转动了。摆轮游丝的一个来回,闹钟就发出一个“滴——答”声。这样的来回一次,擒纵轮就走过一个轮齿,我们也就称之为摆轮游丝的一个周期。
在上发条时,因为传动系统得不到发条的能量,秒针会出现不走现象,甚至出现倒转,这是正常的。