钟表课程设计

1第一章概述一、钟表的发展史公元1300年以前，人类主要是利用天文现象和流动物质的连续运动来计时。例如，日晷是利用日影的方位计时;漏壶和沙漏是利用水流和沙流的流量计时。东汉张衡制造漏水转浑天仪，用齿轮系统把浑象和计时漏壶联结起来，漏壶滴水推动浑象均匀地旋转，一天刚好转一周，这是最早出现的机械钟。北宋元祜三年苏颂和韩公廉等创制水运仪象台，已运用了擒纵机构。1350年，意大利的丹蒂制造出第一台结构简单的机械打点塔钟，日差为15～30分钟,指示机构只有时针;1500～1510年，德国的亨莱思首先用钢发条代替重锤，创造了用冕状轮擒纵机构的小型机械钟;1582年前后，意大利的伽利略发明了重力摆;1657年，荷兰的惠更斯把重力摆引入机械钟，创立了摆钟。1660年英国的胡克发明游丝，并用后退式擒纵机构代替了冕状轮擒纵机构;1673年，惠更斯又将摆轮游丝组成的调速器应用在可携带的钟表上;1675年，英国的克莱门特用叉瓦装置制成最简单的锚式擒纵机构，这种机构一直沿用在简便摆锤式挂钟中。1695年，英国的汤姆平发明工字轮擒纵机构;1715年，英国的格雷厄姆又发明了静止式擒纵机构，弥补了后退式擒纵机构的不足，2为发展精密机械钟表打下了基础;1765年，英国的马奇发明自由锚式擒纵机构，即现代叉瓦式擒纵机构的前身;1728～1759年，英国的哈里森制造出高精度的标准航海钟;1775～1780年，英国的阿诺德创造出精密表用擒纵机构。18～19世纪，钟表制造业已逐步实现工业化生产，并达到相当高的水平。20世纪，随着电子工业的迅速发展，电池驱动钟、交流电钟、电机械表、指针式石英电子钟表、数字式石英电子钟表相继问世，钟表的日差已小于0.5秒，钟表进入了微电子技术与精密机械相结合的石英化新时期。二、中国钟表的发展现状中国是世界上最大的钟表生产国。中国钟表制造业逐渐形成以中小企业为主体的集群式发展结构，民营企业和三资企业迅速扩张（占企业总数70%以上）。已形成广东珠三角地区、福建、浙江、江苏山东、天津等六主要产区。2005年，钟表工业产品销售收入126.05亿元，钟表工业总产值为130.14亿元，利税总额为6.35亿元，其中利润总额为3.99亿元。年，中国全部钟表与计时仪器制造企业实现累计工业总产17,857,589千元，比上年同期增长19.1％；实现累计产品销售收入16,811,063千元，比上年同期增长19.86％；实现累计利润总额506,508千元，比上年同期增长1.87％。,{'U'B2K,_7a9a5{+32007年1-5月，中国全部钟表与计时仪器制造企业实现累计工业总产值7,074,851千元，比上年同期增长20.09％；实现累计产品销售收入6,439,175千元，比上年同期增长15.9％；实现累计利润总额195,768千元，比上年同期增长71.5％。(t0_5f%P8V3n:h中国钟表行业发展虽然取得长足的进步，但是也不能忽视中国企业及其品牌在国际市场上的信誉度和影响力微乎其微，占据世界70％的产量却只占世界30％的产值。钟表行业存在的问题也是显而易见的。产业转型滞后于消费结构的升级；钟表产品的结构性矛盾突出。一方面中低档产品积压严重，其生产能力大量过剩，另一方面，适应高消费的有效供给不足，其技术含量高、质量好的高档名牌产品仍然依靠进口。因此，当前中国钟表行业需要加快技术创新步伐，发展企业的核心技术；努力提高产品品质，打造国产钟表精品；搞好产品结构调整，适应市场变化；抓好员工队伍建设，引进和培养人才等。以此提高中国的中国行业的国际竞争力。0P7q.p!_/a&K7t+{“十一五”规划中明确规定了钟表行业的目标，并制定了相应政策措施。展望未来，到2015年，中国钟表业要成为世界钟表生产强国之一，在市场占有率、出口贸易金额、品种结构、技术水平、营销方式等方面初步达到钟表业发达国家的水平，在世界钟表业中具有重要影响力。三、钟表的种类钟表的应用范围很广，品种甚多，可按振动原理、结构和用途特点分类。按振动原理可分为利用频率较低的机械振动的钟表，如摆钟、摆轮钟等；利用频率较高的电磁振荡和石英振荡的钟表，如同步电钟、石英钟表等；按结构特点可分为机械式的，如机械闹钟、自动、日历、双历、打簧等机械手表；电机械式的，如电摆钟、电摆轮钟表等；电子式的，如摆轮电子钟表、音叉电子钟表、指针式和数字显示式石英电子钟表等。机械钟表有多种结构形式，但其工作原理基本相同，都是由原动系、传动系、擒纵调速器、指针系和上条拨针系等部分组成。机械钟表利用发条作为动力的原动系，经过一组齿轮组成的传动系来推动擒纵调速器工作；再由擒纵调速器反过来控制传动系的转速；传动系在推动擒纵调速器的同时还带动指针机构，传动系的转速受控于擒纵调速器，所以指针能按一定的规律在表盘上指示时刻；上条拨针系是上紧发条或拨动指针的机件。此外，还有一些附加机构，可增加钟表的功能，如自动上条机构、日历(双历)机构、闹时装置、月相指示和测量时段机构等。原动系是储存和传递工作能量的机构，通常由条盒轮、条盒盖、条轴、发条和发条外钩组成。发条在自由状态时是一个螺旋形或S形的弹簧，它的内端有一个小孔，套在条轴的钩上。它的外端通过发条外钩，钩在条盒轮的内壁上。上条时，通过上条拨针系使条轴旋转将发条卷紧在条轴上。发条的弹性作用使条盒轮转动，从而驱动传动5系。传动系是将原动系的能量传至擒纵调速器的一组传动齿轮，它是由二轮(中心轮)、三轮(过轮)、四轮(秒轮)和擒纵轮齿轴组成，其中轮片是主动齿轮，齿轴是从动齿轮。钟表传动系的齿形绝大部分是根据理论摆线的原理，经过修正而制作的修正摆线齿形。擒纵调速器是由擒纵机构和振动系统两部分组成，它依靠振动系统的周期性震动，使擒纵机构保持精确和规律性的间歇运动，从而取得调速作用。叉瓦式擒纵机构是应用最广的一种擒纵机构。它由擒纵轮、擒纵叉、双圆盘和限位钉等组成。它的作用是把原动系的能量传递给振动系统，以便维持振动系统作等幅振动，并把振动系统的振动次数传递给指示机构，达到计量时间的目的。振动系统主要由摆轮、摆轴、游丝、活动外桩环、快慢针等组成。游丝的内外端分别固定在摆轴和摆夹板上；摆轮受外力偏离其平衡位置开始摆动时，游丝便被扭转而产生位能，称为恢复力矩。擒纵机构完成前述两动作的过程，振动系在游丝位能作用下，进行反方向摆动而完成另半个振动周期，这就是机械钟表在运转时擒纵调速器不断和重复循环工作的原理。上条拨针系的作用是上条和拨针。它由柄头、柄轴、立轮、离合轮、离合杆、离合杆簧、拉档、压簧、拨针轮、跨轮、时轮、分轮、大钢轮、小钢轮、棘爪、棘爪簧等组成。上条和拨针都是通过柄头部件来实现的。上条时，立轮和离合轮处于啮合状态，当转动柄头时，离合轮带动立轮，立轮又经小钢轮和6大钢轮，使条轴卷紧发条。棘爪则阻止大钢轮逆转。拨针时，拉出柄头，拉档在拉档轴上旋转并推动离合杆，使离合轮与立轮脱开，与拨针轮啮合。此时转动柄头便拨针轮通过跨轮带动时轮和分轮，达到校正时针和分针的目的。钟表要求走时准确，稳定可靠。但一些内部因素和外界环境条件都会影响钟表的走时精度。内部因素包括各组成系统的结构设计、工作性能、选用材料、加工工艺和装配质量等。例如，发条力矩的稳定性，传动系工作的平稳性，擒纵调速器的准确性等都影响走时精度。外界环境条件包括温度、磁场、湿度、气压、震动、碰撞、使用位置等。例如，温度变化会引起钟表内润滑油和摆轮游丝性能的变化，从而引起走时性能的变化；环境的磁场强度大于60奥斯特时，会引起部分零件磁化而走慢；湿度大会引起部分零件氧化和腐蚀等等四、本次课程设计的要求1、设计要求1)美观大方经济适用，体积小重量轻，简单实用。2)零部件应尽可能遵循标准化，系列化，通用化。外观造型个性时尚。3)调整时间方便、有定时闹铃功能。4)时间指示、闹铃指示读数方便。2、技术参数71)外型尺寸：小于80*140mm；2)计时分辨率：1秒；闹铃定时精度不大于正负2分钟；3)计时准确度为24小时内不大于正负30秒；4)闹铃响铃时间为2到3分钟；5)外观造型要求：座钟、长方状。3、工作任务要求1）总体设计：提出方案，并进行可行性分析论证，找出一个较满意的方案予以实施，画出总体设计图1张，要求用手工绘图。2)施工设计：完成全部零件的施工设计图，要求表达清楚、合理。3)设计计算：完成苏选方案的运动设计计算，精度估计。4)设计说明书：1份。8第二章方案设计一、方案拟定1、原动机构机械手表的原动机构主要出发条部件、条盒轮、条盒盖和条轴组成。外力通过大小钢轮、条轴传递给发条部件：，发条是储存力矩的弹性元件。表的体积小，发条的活动受到了限制，为了避免与其他轮子相接、减少发条在放松工作时的圈间摩擦和偏心现象，使加在发条上的润滑油不易淌散以及保持表机和发条的清洁，都采用条盒轮固住发条部件。当发条开足以后，条轴固定不动，条盒轮在发条力矩的作用下，不间断地驱动传动机构，使涡轮持续不停地摆动。2、传动机构传动机构是力矩传递的中间环节，它的作用是将原动机构的力矩传递给擒纵调速机构，并借助于擒纵调速机构伪周期控制力矩的释放，同时带动指针。发条的放松力矩，持续时间较短、力矩过大，不能直接与指纵调速机构相联系，所以需要通过一组齿轮——传动机构将力矩变小、延长后，再传递给搞纵调速机构，同时也借助于传动机构把擒纵调速机构的角位移按比例转为秒针、分针和时针的角位移，达到计时的目的。3、上条机构的工作原理上条也称开条。它是在离合轮和立轮的斜齿处于吻合状态时，9用手指旋动柄轴，立轮就能带动小钢轮、大钢轮和条轴来卷紫发条，棘爪也随之弹动让大钢轮通过,松开手指柄轴停止转动，发条的放松力矩使大钢轮立即逆转，但由于棘爪的止逆作用，阻止了大钢轮继续逆转。这样一次又一次地旋动柄轴，直至发条完全卷紧。若柄轴例转，离合轮和立轮的斜齿就会“打滑”，而对上条不产生作用。4、擒纵机构擒纵机构一般是由擒纵轮、擒纵叉、双回盘以及叉限位钉组成。它是利用擒纵轮齿与叉瓦的“擒纵”动作，以及义头与双圆盘的相互配合，将发条力知传递给调速组件进行持续的运动，同时与调速组件配合使发条力矩等速地放松。5、调速机构机械手表的调速机构由摆轮、游丝和快慢针等组件组成。快慢针用于调节游丝的使用长度，摆轮和游丝的使用长度相配合以获得一定的振荡周期——频率。一般表机的频率为18000次／小时、21600次／小时．6、指针机构齿轮系统把振荡系统的振荡次数，借助表盘，指示出时间。7、指针机构齿轮系统把振荡系统的振荡次数，借助表盘，指示出时间。10图2.1手表结构原理框图二、方案的选择首先介绍机械表的传动形式，见下表2—1；表2—1机械手表传动形式表11机械表种类繁多，常见的有机械手表，机械钟表，有闹铃功能的机械表，无闹铃功能的机械表，带有日历、周历、年历的各种机械表，机械摆钟等。此外还有自动上条装置，防震、防水、防磁的三防功能。但其原理都是机械表的原理，而机械表的传动形式也分很多种类，如下表所示:综上所述，考虑本次课程设计的内容要求，我决定采用纯机械式的上条座钟。它的原动机构主要由发条构成，通过手动上条使发条收紧，由于发条的弹性逐渐放松提供动力，从而驱动由多个齿轮组成的传动系机构，传动机构由擒纵振荡机构控制，振荡机构主要由游丝、摆轮、擒纵轮及擒纵叉组成，通过游丝的摆动频率来控制走时，因此，擒纵振荡机构就好比钟表的心脏，控制钟表走时的精确性。三、所选方案面临的关键性问题1)传动类型的选定以及传动比的确定；2)齿轮齿数的确定以及模数的计算；3)误差的处理，即走时的准确性12第三章结构设计一、传动比的分配1、主传动路径条合轮(条合内有条轴和发条，转动条轴可卷紧条合内的发条，使条合储存能量并把力矩作用在条合轮上)带动中心轮转动，中心轮带动过轮转动，过轮带动秒轮转秒轮带动擒纵轮转动。凡轮大都是将轴、轴辨、轮片固定联接在—起。在传动过程中大多都是轴瓣与轮片相互啮合。优点是机构紧凑，机芯较薄。2、上条拨针系传动路径上条和拨引钉两条传动路径。一条是卷紧发条路径，一条是拨针路径。1）上条传动路径在正