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航海天文钟的构造(上) ——《航海天文钟:连载十五》
添加日期:2022/3/1    访问 417 次   
从18世纪晚期到1980年代,航海天文钟的设计几乎没有改变。托马斯·恩肖最终采用的模式非常成功,它经受了时间的考验,几乎不需要什么大的改进。在今天,在海上使用一台状况良好的19世纪早期的仪器作为计时器是完全可能的,并且,对于航海天文钟来说,连续使用半个世纪以上是很常见的。英国的航海天文钟行业是出了名的保守,标准仪器的基础设计很大程度上要归功于18世纪典型的英国表,如同所有的表和时钟,航海天文钟有五个主要部分:
·动力源——比如下落的重锤或盘簧。
·齿轮系——向擒纵机构传递动力的一组齿轮。
·走针机构——驱动指针的一组齿轮。
·擒纵机构——使时控机构运转的装置。
·时控机构——具有恒定运动周期的装置,比如钟摆或平衡轮。


主发条


动力源
主发条和均力圆锥轮

大约1500年,可能在纽伦堡发明了盘簧作为动力源,这使得便携式计时器成为可能。从一开始,人们就发现,当弹簧从完全缠绕状态松开时,功率输出变化很大,这对计时准确度有显著影响。为了在主发条松开时平衡输出功率,人们发明了一种灵巧的装置,也就是为后人所知的“均力圆锥轮”,在已知最早的发条驱动计时器中就有这种装置。
 
主发条盘绕在发条盒中;缠绕在发条盒上的一根细绳或链条通过一个螺旋槽拉动均力圆锥轮。上发条时,链条从主发条盒缠绕到均力圆锥轮上;当发条被完全上紧时,链条拉动均力圆锥轮较窄的一端,当发条松开,螺旋线的直径增大,补偿了发条逐渐减小的功率输出。大多数高质量的发条驱动计时器都使用了均力圆锥轮,当航海天文钟被开发出来时,螺旋线的设计已经与主发条非常匹配。


均力圆锥轮
 
维持动力

在给航海天文钟上发条时,擒纵机构的动力源会被中断——这会造成时间误差,并可能损坏精密的擒纵机构。这个问题在约翰·哈里森的H1中已得到解决。


航海天文钟均力圆锥轮的部件
 
当航海天文钟运行时,均力圆锥轮中的一个发条一直处于被上紧的状态,通过储能棘轮与发条的一端相连。在上发条时,均力圆锥轮螺旋部分反转,但是通过储能棘轮使得储能发条不会松开。储能发条的另一端与大齿轮相连,这个发条中存储的动力足以保持天文钟持续运行几分钟。当上弦钥匙松开时,均力圆锥轮的链条再度被发条拉紧。


上弦时主发条和均力圆锥轮展现在动力维持中的相互作用
 
齿轮系

来自主发条的动力通过一组被称为“轮系(train)”的齿轮传送到擒纵机构。“大轮”通过“中心轮”与均力圆锥轮的齿轮耦合;加上“第三轮”和“第四轮”共同组成轮系,它们与“擒纵轮”相啮合。中心轮每小时转动一圈,延伸出去的枢轴上安装着分针;同样地,第四轮每分钟转动一圈,安装着秒针。


齿轮系
 


登特(Dent)航海天文钟的齿轮系
 
走针机构

分针和时针通过一组有着个三个齿轮的走针机构进行运作。空心轴小齿轮,装有分针,是以摩擦形式安装在中心轮(每小时转动一圈)延伸部分上。它抓住针轴,但仍能够转动,从而可以调整时分针。分轮(之所以叫分轮,是因为它将分钟转换成小时)与空心轴小齿轮啮合,但没有装配指针——它提供了时轮转动所需的12:1的传动比。空心轴小齿轮的轴穿过时轮的金属管,与分轮啮合,从而使分轮与空心轴小齿轮相啮合。组装时,空心轴小齿轮的方形轴从时轮的金属管中突出,分针装配在这个方形端口上,时针套在下面的金属管上。秒针装配在第四轮延伸出去的轴端,每分钟转一圈。


走时指示器

在航海天文钟运行的时候,了解发条的储能状态非常重要;一台走时两天的仪器通常需要每天在同一时间上弦一次,预留一天多一点的动力储备。走时指示盘通常刻有0到56小时的刻度或0到8天的刻度(0刻度为上满发条时的位置);走时两天的航海天文钟通常在24的位置刻有“wind(上发条)”。走时指示盘的指针装配在一个齿轮上,这个齿轮与钟盘下方均力圆锥轮心轴上的小齿轮相啮合。在上发条的时候,均力圆锥轮朝一个方向转动,然后反向松开。


汉密尔顿(Hamilton)航海天文钟的走针机构



登特(Dent)航海天文钟的走针机构

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