大笨鐘的鐘擺是怎麼轉換成圓心力使齒輪轉動時鐘轉動的?

如題,一個大笨鐘裡面左右搖晃的鐘擺是怎樣的一個機械轉換使齒輪帶動時鐘轉動的呢?有物流設計師畫個設計圖說明一下嗎?文字也可以,


你理解的不對,鐘擺不是帶動齒輪轉動而是被齒輪帶動的,動力來源於齒輪,鐘擺只是限制齒輪速度而已


哈哈哈,上知乎日報了,尊開心~~~

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終於有我能回答的題目了!

回答的不好,請大家見諒。多提意見。

首先先說下結論:鐘擺的左右搖擺活動並不產生能量,而是消耗能量。

首先來看一張圖

圖片來自《機械計時儀器》

我們從左到右一個一個來說:

發條:

在手錶中,圖中的能源是就是發條,平時你看到手錶滴答滴答走過去,就是這貨提供能量

一般的手錶里的發條上滿了能走很久,一般是48小時左右。當然有些直徑比較大的比較厚的表,設計的時候會放兩根甚至三根發條進去,然後就能走更長時間。

如果只有單單發條的話,手錶不可能是滴答滴答的走,而是「噗」一下就把能量全部釋放完畢。所以接下來需要把發條力量變小的機械結構。

輪系:

齒輪傳動,機械傳動里傳動效率最高的傳動方式,傳動效率0.96-0.99。使用低速-高速的齒輪比,通過三四個齒輪,把發條的力矩由大變小。到最後一個齒輪,發條的力已經變小了,但是還不夠,現在如果把蓄滿力的發條釋放的話,你聽到不會是「噗」的那麼快的一聲,而是「cicicicicici(齒軸的摩擦聲)」雖然可以響很久,但是對於走秒來說還是太快。接下來需要一個能讓最後那個齒輪不要轉那麼快,讓它勻速轉過去的結構。

擒縱機構:

有許多種擒縱機構,有手錶上用的,有鐘上用的,雖然設計各不相同,有兩個作用:第一個作用:能夠讓剛剛輪系的最後一個齒輪停住,然後在需要的時候讓它走一點,然後再停住,再走一點。第二個作用我等會兒在說振動機構的時候再說。下面這張圖是普通擺鐘中最常用的擒縱機構:

圖片來自維基百科「Escapement」(有動圖!!!)

尖齒齒輪為擒縱輪(要注意的是圖中的擒縱輪應該是順時針旋轉的),然後上面那個倒v是擒縱叉,後面那根和擒縱叉顏色相同連在擒縱叉上的柱子不是通過擒縱輪圓心的,可以左右自由活動,就是擺錘了,為什麼沒有「錘」呢?那我加一個上去。

可以想像一下,如果沒有擒縱叉,中間那個齒輪由於發條-輪系提供給它一個力,會飛快轉動,然後加上一個擒縱叉,擒縱輪不動了,卡住了,那如果讓它走起來呢,這時候就需要重鎚了。

這個是大本鐘用的重力擒縱機構:

振動系統:

手錶里的震動系統是擺輪遊絲機構,這裡先不說,鍾裡面的就是單擺,振動系統中最簡單的機構,一根繩子和一個質點就能組成,能夠做周期運動(這是最重要的)影響其周期運動的只有兩個條件,重力加速度G和繩子的長度。看上圖,重鎚往左,擒縱輪左邊的齒過去,右邊的齒被停住,重鎚擺向右邊,右邊的齒過去,左邊的齒被停住,如此往複。但是往複中總有能量會損失掉,那就回到剛剛沒說的擒縱機構的第二個作用:能夠讓發條的力通過輪系傳給振動機構,補充振動機構在振動時所損失的力,維持振動機構的運轉。一般來說重鎚的「錘」是能夠調上下活動的,這樣就能用來調整周期運動的時間,就等於調整了快慢。

指針機構:

指針機構是從輪系衍生出來的,由於輪系的齒輪比,齒數可以隨意搭配,只要計算好某個齒輪一周走一圈是一分鐘,這個齒輪就變成了秒輪,上面裝根秒針就能夠顯示秒,進而通過齒輪比來顯示分鐘小時。

所以說:鐘擺的左右搖擺活動並不產生能量,而是消耗能量。


棘輪


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