摆钟

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摆钟发明于1657年,是时钟的一种,用摆锤控制其它机件,使钟走的快慢均匀,一般能报点。它是根据单摆定律制造的。
中文名
摆钟
外文名
astronomical clock
分    类
时钟的一种
依    据
根据单摆定律制造的
发明时间
1657年

摆钟摆钟简介

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摆动的钟摆是靠重力势能和动能相互转化来摆动的,简单的说,如果你把钟摆拉高,由于重力影响它会往下摆,而到达最低位置后它具有一个速度,不可能直接停在那(就好象刹车不能一下子停一样),它会继续冲过最低位置,而摆至最高位置就往回摆是因为重力使它减速直到0,然后向回摆(就象往天上仍东西,它会在上升中减速到0,然后落下)。如此往复,就不停的摆动了。
按照上述,钟摆可以永远摆下去,但由于阻力存在,它会摆动逐渐减小,最后停止.所以要用发条来提供能量使其摆动。

摆钟周期公式

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T=2π(l/g)^0.5
由公式知,摆长L和周期T成正比,所以摆长越长,周期越长(钟摆是单摆的一种) 单摆周期公式只适用于摆幅小于5度的机械振动。

摆钟摆钟结构

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摆钟的结构大体上可分为走时部分、打点部分、指针部分和打点控制部分。
1.走时部分
由头轮(即条盒轮,内装发条)、二轮、三轮(中心轮)、四轮、擒纵轮、擒纵叉、摆锤等组成。
条盒轮是机芯中最大的轮子,发条装在轮片下面的盒里(以前生产的摆钟大多不带条盒),它是走时部分的能源。二轮、三轮、四轮都是传动轮,其结构由轮轴、轮片,销轮等组成。擒纵轮的结构与上述各轮相同,但它的轮片齿形是斜三角形的尖齿。擒纵叉也叫卡子,它的作用就是把擒纵轮齿接过来,送出去。
摆锤组件包括摆锤、摆杆及挂摆装置。摆锤中间有透孔,摆杆从中通过,下面旋有螺母固定。此装置可以将摆锤升高或降低,从而调节钟的快慢。
2.打点部分
由打点条盒轮、打点二轮、打点三轮、打点四轮,打点五轮及风轮组成。在打点三轮上有一个星角轮,当轮系转动时,它使打点轴上的抬止杆不断地抬起落下,打点轴的一端固定着两个打锤,锤头敲击一长一短两根音簧,就发出悦耳的声音。风轮主要是起调节轮系转动速度的作用,使打点声音有一个合适的时间间隔。
3.指针部分
由分轮、跨轮和时轮组成。结构原理与闹钟基本相同。
4.打点控制部分
摆钟每隔半小时打点一次,整点敲击的次数必须与时针指示的时刻相同,因此,它的打点必须由走时来控制。在走时和打点之间有一个具有控制打点次数的机构,它由二角凸轮、十二角凸轮、扇形齿、抬闸杠杆、开关杠杆、拨齿凸轮等组成。
二角凸轮紧紧固定在走时部分的中心轮轴上,每小时随中心轮转一圈。二角凸轮齿尖半径一长一短,长的打整点用,短的打半点用。十二角凸轮套在时轮管上,每十二个小时转一圈,每小时转过十二角凸轮的一个角。平时抬闸杠杆挡住打点五轮上止钉,使打点机构不能运转。当二角凸轮顺时针方向旋转时,慢慢将抬闸杠杆顶起,抬闸杠杆上端最后将止钉释放(这个过程也叫抬闸),但打点五轮的止钉转过一个角度后,又被开关杠杆的折角挡住,打点机构又停止运转。由于抬闸杠杆抬起的同时,顶起了开关杠杆,开关杠杆原来末端托住扇形齿板现在释放,扇形齿板落下,齿板中段折角落在十二角凸轮的一个角的中部。当二角凸轮将抬闸杠杆推到最高点落下时,开关杠杆挡住打点五轮的止钉部位也同时脱离,打点机构便开始转动。打点三轮上的星角轮拨动抬止杆,带动打锤敲击音簧。紧固在四轮轴上的拨齿凸轮也随着转动,凸轮上的拨销拨动扇形齿板向上运动,直至开关杠杆末端重新托住扇形卤板,抬闸杠杆挡住打点五轮上的止钉,打点工作完毕。

摆钟发展历史

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以摆作为振动系统的钟。通常都带有报时功能,所以又称自鸣钟。1582~1583年,意大利物理学家和天文学家伽利略发现了摆的等时性。1657年,荷兰物理学家和天文学家C.惠更斯利用摆的等时性原理发明了摆钟。后经不断改进,沿用至今。摆钟可根据用途和要求制成座钟、挂钟、落地钟、子母钟的母钟、天文钟等型式。摆钟的报时方式通常为机械打点报时,也有用电子扩音报时的。近代帝王宫廷中使用的摆钟,常附有一套机械传动机构,以精工制作的人物、山水、飞禽、走兽等活动形象进行报时。
摆钟的原理
是利用单摆的等时性。正是这种性质可以用来计时。而单摆的周期公式是:时间=圆周率的2倍乘以(根号下摆长除以重力加速度) 通过公式以及其推导可以看出来,单摆运动靠的是重力,和绳子的拉力。而摆动的周期仅仅取决于绳子的摆长和重力加速度。地球重力加速度固定,控制摆长可以调整周期来计时。

摆钟工作原理

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摆钟是利用摆锤的周期性振动(摆动)过程来计量时间,时间=摆的振动周期×振动次数。而摆的振动周期 T=2π(l/g)^0.5
一般来说,摆的重量是确定的,调节摆的引用长度(l)即可调整摆的振动周期。摆的引用长度减短,时钟变快;反之则变慢。对精密摆钟,也有用附加重物法来微调摆的振动周期。摆钟放置在不同的地理位置(不同的地球纬度和海拔高度)中,摆锤的重力加速度会发生变化从而影响其振动周期。摆钟放置在不同温度和气压的环境中,也会引起振动周期的变化。温度变化会引起摆的各部分尺寸包括摆的引用长度的变化。一般是温度升高,摆胀长而钟变慢;反之则摆缩短而钟变快。因此,精密摆钟常用不同的线胀系数的材料制成温度补偿管,以补偿温度影响。气压的变化会引起空气阻力和空气密度的变化,从而引起振动周期的变化。因此,精密的摆钟常将摆安装在恒压的壳体中,以消除气压影响。
摆的振动幅度影响到钟的等时性。振幅愈小,振幅变化所造成的日差(见钟表日差)变化愈小,即等时性愈好,因而精密摆钟常采用长摆杆小摆幅。但是,小摆幅对外界来的震动和撞击很敏感,因而对安装环境要求很高。摆钟的走时日差一般可以达到20秒/天以内,精密摆钟达千分之几秒。
摆钟是机械钟。有的石英电子钟虽然也装有摆锤或扭摆,但只起装饰作用

摆钟天文摆钟

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astronomical clock
利用摆的机械振荡产生稳定频率,以此作为频率标准制成的计时仪器。16世纪中叶C.惠更斯根据伽利略发现的摆
天文摆钟 天文摆钟
的等时性原理,发明了摆钟。摆钟是天文观测中的计时工具,也是时间服务中的守时工具。早期摆钟的走时误差约每天0.1秒;经过不断改进,到20世纪20年代误差约每天几毫秒,当时的天文学家曾依据天文摆钟指示的相对均匀的时间发现了地球自转的不均匀性。当钟摆在一定的幅度内摆动时,其周期只与摆长有关,摆长随温度的变化给走时带来误差。克服这一缺陷的途径在于稳定摆杆的长度,采取的措施有:摆杆用温度系数小的材料(如铟钢、石英等)制造或用两种膨胀系数不同的金属(如黄铜和钢)熔合在一起以补偿温度变化,而且将钟安放在恒温室内 ,罩入真空罩中 ,实行钟体(母钟)与钟面(子钟)分离,由母钟控制子钟指示时刻。20世纪50年代初期,天文摆钟已完全由精度更高的石英钟取代。
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