闹钟简介

闹钟简介

带有闹时装置的钟。既能指示时间，又能按人们预定的时刻发出音响信号或其他信号。通常置于台子上使用的称台式闹钟；主要为旅行使用的称旅行闹钟。闹钟的机芯结构主要有机械式和石英电子式两大类，其他如晶体管摆轮游丝式、音叉式等类型已很少用。日用机械闹钟的走时日误差一般在120秒/日以内,石英电子闹钟的走时日误差一般在0.2秒/日以内。

机械闹钟内部结构

　　机械闹钟的机芯结构 包括走时和闹时两大系统。

机械闹钟

①走时系统。其中的原动系以发条为贮能元件，所贮能量一般有1天的和8天的两种。贮能1天的闹钟常采用不带发条盒的结构;传动系中的齿轮常采用修正摆线的销形啮合，其小齿轮（龆轮）以圆柱形钢丝作轮齿；擒纵机构多采用销钉式（俗称粗马），它以圆柱形钢丝作叉销,成本较低,但走时精度亦较低；振动系统采用摆轮游丝式。由于摆轮的转速较高，振动周期为0.6秒的摆轮,摆轮轴与摆轴承在24小时中往复转动摩擦达28.8万次，因而对摆支承的结构和材料的选择直接影响到钟的寿命。为提高寿命，中国生产的闹钟的摆轮轴与摆轴承采用圆柱形配合结构，摆轮轴顶端为较大曲率半径的球面,摆轴承用廉价的玻璃钻,这种面接触或线接触成倍地延长了钟的维修周期和走时寿命。游丝常采用磷青铜或镍基合金制成。

②闹时系统：通常包括闹时原动机构、传动机构、擒纵机构和对闹机构 4个部分。闹时原动机构也可与走时原动机构共用一根发条，但在发条轴上增加有限位机构，以控制闹时释放发条的长度；闹时擒纵机构对振动周期等时性要求不高，故常采用无固有振动周期的擒纵调速器而不用摆轮和游丝，打锤安装在叉轴上。机械式音乐闹钟上还带有以闹发条驱动的带拨针的滚轮，拨针按曲谱排列，拨动音簧，演奏出音乐。

电子闹钟

①走时系统：指针式石英电子闹钟的走时系统包括石英谐振器、CMOS集成电路（分频和驱动）、步进电机（将电能转换为机械能）、计数和传动机构、指针机构等部件；数字式石英电子闹钟的走时系统包括石英谐振器、CMOS集成电路（分频、计算和驱动）、液晶显示屏或发光二极管、导电橡胶等部件；此外，指针式和数字式都包括电池、微调电容、夹板和线路版等部件。

②闹时系统：有两种。一种是以集成电路或晶体管开关电路（分离元件）输出信号，驱动扬声器或其他声响装置；另一种是直接利用电磁原理，通过线圈的通、断电流，吸动打锤敲击闹铃，或吸动其他声响装置。

　　闹钟闹时音响的种类很多，有单铃闹、双铃闹、背铃闹、变声闹、音乐闹、蜂鸣闹、鸟鸣闹、报时打点等等。

基本性能

　　机械闹钟是用发条储存能量，是一种高锰钢材料；经过许多级别齿轮增加角速度，注意齿形不是渐开线，是摆线，为了减少摩擦力，适合在小力矩下高效率传动；经过往复摆动的擒纵机构，一种有固有振动周期的结构实现定时要求，就是恒角速度；擒纵机构用的像发条的游丝是恒弹合金，是一种弹性元件，其机械特性受温度影响比较小。

　　石英钟用石英晶体产生基本振荡，通过步进电机驱动齿轮组，带动指针组。

机械闹钟工作原理

　　机械钟表中，利用带簧(发条)恢复变形所放出的能量或利用重物下降的重力作能源，以机械振动系统为时间基准，实现计量时间和时段的机械机构。机械钟表机构有多种类型，但一般都由原动系、传动系、擒纵调速系、上条拨针系和指针系组成，工作原理基本相同。此外,日历手表中还包括日历（或双历）机构，自动手表中还包括自动上条机构。

　　原动系储存和传递工作能量的机构。分为重锤原动系和弹簧原动系两类。

　　重锤原动系利用重锤的重力作能源。多用于简易挂钟（图2）和落地摆钟。重锤原动系结构简单，力矩稳定，但当上升重锤时，传动系与原动系脱开，钟表机构停止工作。

　　弹簧原动系利用卷成螺线形的带簧（发条）恢复变形所放出的能量作能源。带簧一端与轴连接，另一端与一个不动的零件或发条盒的壳体连接。弹簧原动系用作携带式钟表的能源，也用于摆钟上。弹簧原动系有带固定条盒式、不带条盒式和带活动条盒式等3种类型。

　　传动系将原动系的能量传给擒纵调速系的一组传动齿轮。通常由一系列轮片和齿轴组成（图3）,在主传动中轮片是主动齿轮,齿轴是从动齿轮。传动比按照以下公式进行计算：i=Z1/Z2式中Z1为主动齿轮齿数，Z2为从动齿轮齿数。对于有秒针装置的钟表，其中心轮的轮片到秒轮的齿轴的传动比必须等于60。钟表传动系的齿形绝大多数是专门设计的。

　　传动系可按“二轮”（时轮和分轮）在表机芯的平面配置分为两类：①中心二轮式，二轮在表机芯的中央。它又包括直接传动式、秒簧式、短秒针和无秒针式、双三轮式。②偏二轮式，二轮不在表机芯中央。它又包括头轮传出式、二轮传出式、三轮传出式。

　　直接传动式是经常采用的传动系之一。在这种传动方式中，分轮上部有一凹槽，分轮依靠摩擦与中心轮管相配合；走针机构的运动由中心轮来带动。

　　擒纵调速系由擒纵机构和振动系统构成。按振动系统的特点可分为两类：①有固有振动周期擒纵调速系。它具有可以独立进行振动的、有稳定周期的振动系统。手表、闹钟中的走时系统的擒纵调速系属于此类。②无固有振动周期擒纵调速系。它没有能够独立进行振动的振动系统。这种调速系中的所谓振动系统的往复振动，完全依靠擒纵机构的往复运动。机械闹钟中的闹时系统的擒纵调速系属于此类。这种调速系精度要求不高，结构简单，工作可靠，抗外界干扰能力强，在机械式定时器和钟表引信中大量采用。

　　擒纵机构联系传动系和振动系统的一种机构。其作用是把原动系的能量传递给振动系统，以维持振动系统的等幅振动；并把振动系统的振动次数传给指针机构，达到计量时间之目的。擒纵机构种类很多，按其与振动系统联系的程度可分为两类。①非自由式擒纵机构：擒纵机构和振动系统经常保持运动上的联系。它包括直进式、后退式和工字轮式擒纵机构等。②自由式擒纵机构：只有在释放和传冲阶段，擒纵机构和振动系统才保持运动上的联系，其余阶段振动系统处于自由运动状态。它包括有销钉式、叉瓦式和天文钟式擒纵机构等。

　　①后退式擒纵机构：广泛用于低精度摆钟。它的叉瓦锁面和冲面是同一平面（工作面）；进瓦的工作面是一圆柱面，其圆心与擒纵叉的转动中心不重合；出瓦的工作面是一平面。叉瓦和擒纵叉作成一体。传冲后，叉瓦工作面将迫使擒纵轮后退一个角度。

　　②叉瓦式擒纵机构：应用最广的擒纵机构之一。工作时，擒纵轮由传动系取得能量，通过擒纵轮齿和叉瓦（进瓦或出瓦）的作用转变为冲量传送给擒纵叉；通过擒纵叉的叉口和双圆盘的冲击圆盘上的摆钉的相互作用，再将冲量传给振动系统。双圆盘的保险圆盘和叉头钉，摆钉和擒纵叉的喇叭口是保证机构正常工作的保险装置。

　　③销钉式擒纵机构：与叉瓦式擒纵机构的不同之处是，在擒纵叉上用两根圆柱销钉代替叉瓦，冲量只沿擒纵轮齿冲面传递。这种擒纵机构结构简单，精度要求低，制造方便，多在闹钟和低精度表中采用，俗称粗马结构。振动系统作为时间基准的机构。振动系统的振动周期乘以被测过程内的振动次数，即为该过程经历的时间。机械钟表常用的振动系统有摆、扭转摆和摆轮游丝振动系统。

组件名称

　　①摆：由摆锤、摆杆、挂摆装置和周期调节装置等组成。用于固定式钟中。当摆锤在外力作用下偏离铅垂线（平衡位置）任一角度而放开后,在重力作用下,摆锤将绕支点作往复运动。振动过程是摆的动能和位能交替转换的过程。

　　②扭转摆:主要由摆盘和悬丝组成。悬丝下端固定摆盘，上端固定在不动的支点上。悬丝的截面可为矩形或圆形。扭转摆常与后退式擒纵机构或叉瓦式擒纵机构构成擒纵调速系。扭转摆有较长的振动周期（几秒～几十秒），多用于能量较节省而走时延续时间较长的固定式钟。

　　③摆轮游丝振动系统：游丝的内外端分别固定在摆轴和摆夹板上。摆轮受外力作用偏离其平衡位置开始摆动时，游丝就被扭转而产生位能，通常称为恢复力矩。该力矩促使摆轮向其平衡位置运动。

　　上条拨针系卷紧原动系中的发条和拨动时针、分针以校正钟表所指示时间的机构。上条时，立轮和离合轮处于啮合状态。拨针时，离合轮和立轮脱开而与拨针轮啮合。

石英闹钟工作原理

　　石英闹钟也可叫做「水晶振动电子表」，因为它是利用水晶片的「发振现象」。当水晶接受到外部的加力电压，就会有变形及伸缩的性质，相反，若压缩水晶，便会使水晶两端产生电力；这样的性质在很多结晶体上也可见到，称为「压电效果」。石英表就是利用周期性持续「发振」的水晶，为我们带来准确的时间。

　　首先，将石英表内的水晶片上加电，水晶便会以32768赫兹的周波数，正确地振动；然后必须将此频率化成1Hz（电流一秒间的一次变化）的信号电流周波数。再增加些信号的幅度（由于因振动而产生的电流甚弱），跟着些信号电流再发动转子齿轮，表上的秒针便会随之发动，之后分针，时针的跳动则关乎于机械结构上的原理，如：秒针跳动60下，分针便会跳一下所有石英表都装有一粒电池。它为一块集成电路和一个石英谐振器提供能量，每秒振动317621次。还有比这更快的。集成电路是表的“大脑”。它控制着石英谐振器的振动，并起着分频器的作用。32712次振动被对半分割15次，以达到每秒产生一次脉冲。 有了一秒钏这个时间的“原材料”，就能驱动显示器。何为模拟针显示 为了把集成电路脉冲转化成运动，模拟指针式石英表上装有一个增速马达，包括一个电磁转子，每承受一下脉冲，就旋转180度，也就是一秒钟。

　　转子连接着由三个齿轮组成的拖动系统，驱动三根指针（时针、分针和秒针），把时间显示在表盘上。还可以加上一个显示屏，显示星期、日期以及流逝的时间。固体状态石英表 在固体状态的石英表中，以一秒为单位的脉冲被传送到集成电路的秒针部分，这个部份负责将液晶显示模的液晶线组织起来，形成一个数字。这种类型在表类物件中是为常见。在制表业中，这通常是用于生产大规模的极为便宜的产品。亚洲的生产厂家已经垄断了这一领域。在更为精致的手表款式中，"固体状态"根据安装在里面的存储器的大小，具有大量的功能：如电话号码，预约登记簿等。混合石英表 这种类型的石英表具有两种显示功能，即模指针式和数字式，后者提供附属的信息，如星期与日期、精确计时功能、时区。这种手表装有一块集成电路和一微型发动机。

　　闹钟发明者埃里克·沙舒瓦介绍说,人体睡眠有一定周期,在睡眠程度最浅的时候闹铃,人最容易结束睡眠,醒来时心情较好头脑也较清醒。

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