很多人家里都还在使用那种老式的摆钟，整点或者每半小时都会发出响声提醒时间。那种老式挂钟的工作原理是什么？摆钟原理是根据单摆定律制造，用摆锤控制其它机件，使钟走的快慢均匀，一般要用发条来提供能量。下面来看看老式挂钟原理的详细介绍。
【老式挂钟原理】摆钟原理是什么 老式摆钟的工作原理
您是否见过大座钟和小机械闹钟的内部结构，看过所有的齿轮和弹簧发条后，是否想，“哇——这么复杂？”虽然时钟通常非常复杂，但您不必觉得困惑或不可思议。事实上，了解时钟工作原理时，您可以想象时钟设计者们是如何面对和解决大量有趣的问题，并设计出准确的计时设备的。本文将帮助您了解是什么使时钟发出嘀嗒声，所以下次看到时钟内部结构时您就会明白一切了。
让我们先看一下摆钟的不同部件。
从1656年起，人们便开始使用摆钟计时了，但是此后摆钟的发展一直没有太大的变化。摆钟是第一款具有一定精确度的时钟。如果从外部观看摆钟，可以发现几个对所有时钟的机械装置而言都很重要的部件：
时钟的表面、时针和分针（有时甚至有“月相”盘）。
有一个或多个钟锤（如果时钟更现代，会有一个锁眼可用于给时钟内上紧发条——本文将继续以钟锤驱动的时钟为例）。
当然，还有钟摆本身。
大多数挂钟都有钟摆，每秒钟摆动一次。小布谷鸟钟的钟摆可以每秒钟摆动两次。大座钟的钟摆每两秒钟摆动一次。那么，这些部件如何协作以保持时钟运行和时间准确呢？首先，让我们看一下钟锤。
钟锤的作用是作为一个能量存储装置，因此时钟可以在无人值守的情况下运行相对较长的时间。为钟锤驱动的时钟上紧发条时，可以拉紧绳索提起钟锤。这会在地球重力场的作用下赋予钟锤势能。我们一会可以看到，钟利用的正是钟锤下落时的势能驱动机构进行运转。
现在将钟锤向后拉约30厘米，然后让钟摆开始摆动。计时30或60秒钟，统计钟摆来回摆动的次数。记住摆动次数。现在，停止钟摆然后重新开始摆动它，但这次只将它向后拉约15厘米，这样它摆动的弧度就比较小。同样在30或60秒钟内统计摆动次数。您会发现得到的统计数字与第一次统计的数字相同。换句话说，钟摆摆动的弧度对周期没有影响。只有钟摆线绳的长度至关重要。如果摆弄钟摆长度，您会发现可以通过调整钟摆长度使它来回摆动60次正好为一分钟。
注意到有关钟摆的这个事实后，您就会发现可以用钟摆设计出准确的时钟。下图显示了利用钟摆设计时钟棘轮装置的方法。
棘轮装置中有一个轮齿带有特定形状的齿轮。还有一个钟摆，连接钟摆的是可以啮合齿轮轮齿的某种装置。图中展示的基本观点是，钟摆来回摆动一次，齿轮就会有一个轮齿“逃脱”。
例如，如果钟摆向左摆动并通过右图中所示的中心位置，那么当钟摆继续向左摆动时，连接钟摆的左侧制动部件便会将释放一个轮齿。然后，齿轮会前进半个轮齿的宽度并撞到右侧制动部件。向前运动并撞上制动部件的过程中，齿轮会发出声响......最常见的是“滴嗒”或“呜声”。这正是时钟或手表发出嘀嗒声的原因！
需要记住一件事，钟摆不会永不停歇地摆动。因此，棘轮装置齿轮的另一个作用是赋予钟摆足够的能量，使钟摆能够克服摩擦力并保持摆动。为了完成这个任务，锚（连接钟摆的机械装置的名称，每次释放一个棘轮装置齿轮轮齿）和棘轮装置齿轮的轮齿被设计为特殊形状。如果齿轮的轮齿正确逃脱，钟摆每摆动一次锚都会在适当的方向施加一个轻推力。轻推力增强了钟摆克服摩擦力所需的能量，从而使它能保持摆动。
这样，您就设计出了一个棘轮装置。如果棘轮装置齿轮有60个轮齿，该齿轮直接连接到上面讨论的钟锤滚筒，并且使用周期为一秒的钟摆，您就会成功设计秒针旋转速度为每分钟一周的时钟。如果非常小心地调整钟摆长度，我们可以设计出精确度非常高的时钟。
不过，该时钟虽然准确，但仍存在两个问题，这使它不太实用：
大多数人都希望时钟有时针和分针。
您必须每隔20分钟给时钟重新上一次发条。因为钟锤每分钟旋转一周，所以钟锤会很快地走松而落到地板上。大多数人都不会喜欢每隔20分钟重新上一次发条！
那么，如何解决上紧发条的问题呢？请继续往下看......
必须每隔20分钟重上一次发条的问题很容易解决。正如齿轮比原理中所讨论的，您可以设计高速比齿轮系，使齿轮滚筒每隔6至12小时旋转一周。这样，您会得到只需一周左右重新上一次发条的时钟。钟锤滚筒与棘轮装置齿轮之间的齿轮齿速比可能为500：1，如下图所示：
图中的棘轮装置齿轮有120个轮齿，钟摆的周期为半秒钟，并且秒针直接连到棘轮装置齿轮。钟锤齿轮系中每个齿轮的齿数比为8：1，因此整个齿轮系的齿数比为492：1。
您可以看到，如果让棘轮装置齿轮自身以60：1的齿数比驱动另一个齿轮系，则可以将分针安装到该齿轮系的最后一个齿轮上。齿数比为 12：1 的最后一个齿轮系将驱动时针。转瞬之间您就有了一个时钟！
虽然现在这个时钟不错，但还存在两个问题：
时针、分针、秒针位于不同的轴上。这个问题通常利用齿轮上的空心轴加以解决，然后排列齿轮系，使驱动时针、分针和秒针的齿轮共用同一轴。空心齿轮轴是一个对准另一个。近距离观看任一时钟表面，您都可以看到这种排列。
由于所有这些齿轮都直接连在一起，所以不能轻易地重新上紧发条或设置时钟。这个问题通常由一个可滑出齿轮系的齿轮来解决。当您拉出手表的转柄设置时间时，实际上运用的就是这个方法。在上图中，您可以设想临时取出黑色的小齿轮以上紧发条或设置时钟。
您可以看到，尽管时钟内的所有齿轮使它看起来很复杂，但是摆钟的工作原理非常简单。它共分为五个基本部分：
钟锤或发条——这可以为时钟的指针旋转提供能量。
钟锤齿轮系——高齿速比齿轮系可以驱动钟锤滚筒增速，因此不需要频繁地重新上紧发条。
棘轮装置——由钟摆、锚和棘轮装置齿轮构成，棘轮装置可以精确调节钟锤能量释放的速度。
指针齿轮系——指针齿轮系可以减速，因此分针和时钟能够以正确的速度运转。
拨针机构——该机构可以分离、滑动或渐进齿轮系，因此时钟可以重新上紧发条和拨针。
了解这些部件后，理解时钟工作原理就是轻松的事了！
管机械闹钟已经有很长的历史了，但对它们进行探索仍然很有趣。有关一般钟表的更多信息，请查看标题为摆钟工作原理的文章。下图所示的就是我们现在将要拆解的闹钟：
取下发条旋柄和后盖，闹钟的内部结构便显示在我们眼前：
将支脚、闹铃、指针、面板和边缘的固定环拆去，您最终得到的就是闹钟的机械系统。
这只闹钟（同大多数台钟和手表一样）使用了振荡轮来代替钟摆。振荡轮和它的发条位于闹钟底部。在上图中，闹钟的主发条在右上方。左边的发条用于驱动闹铃，它有自己的齿轮传动链和擒纵机。
在下图中您可以看到该机械系统的正面。指针便是安装在中心的同心轴上。
从侧面可以看到机械系统中各大小不同的齿轮是如何啮合到一起的。
下图是振荡轮的前景照，它的动力由一些齿轮来传入。
这只闹钟看起来复杂，但实际上只有十几个运动机件。在主发条和擒纵轮之间有四个齿轮。第四个齿轮的中轴驱动秒针。其余部件包括擒纵轮、支轴、振荡轮和发条。共有四个齿轮用于驱动时针、分针和闹针。另外有两个齿轮驱动闹锤，其中一个还兼作擒纵轮。