什么是钟表匠理论

钟表
钟表（watch and clock）

钟和表的统称。钟和表都是计量和指示时间的精密仪器。

钟和表通常是以内机的大小来区别的。按国际惯例，机心直径超过50毫米、厚度超过12毫米的为钟；直径37～50毫米、厚度4～6毫米者，称为怀表；直径37毫米以下为手表；直径不大于20毫米或机心面积不大于314平方毫米的，称为女表。手表是人类所发明的最小、最坚固、最精密的机械之一。

现代钟表的原动力有机械力和电力两种。机械钟表是一种用重锤或弹簧的释放能量为动力，推动一系列齿轮运转，借擒纵调速器调节轮系转速，以指针指示时刻和计量时间的计时器。

钟表的发展

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(1088)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，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。

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。
钟表的起源

古代人生活简单，除了饮食渔猎制造工具之外别无所事，所以日出而作，日落而息，用不著争取时间。进而人类群居有了交易的时候，也不过是‘日中为市，交易而退’。后来人事渐繁，尤其是农业兴起后，人类逐渐体会时间的重要性。时间观念随著人类文明程度而有所不同，从早期的“立竿见影”到用圭表或日晷来测度时间，到要求准确时间的测度，而发明了“漏刻”到了后期发明水钟（water clock），以滴水增加重量推动轴杆或使齿轮运转，十一世纪正式才有机械钟，机械钟是以重锤代水为动力推动齿轮运转的钟。

表的发明传说为十六世纪纽伦堡（德国北部工业首府）的锁匠所制作出和鸡蛋一样大小，因此有“纽伦堡蛋”之称，此表零件自身即含有动力，完全是用手工作成的，随制随改进，所以制造出来的每件都是不相同的样式。
瑞士钟表

瑞士号称“钟表王国”，它的钟表业独霸全球达二个半世纪之久，至今仍坐稳了世界同行的头把椅。

瑞士的钟表业起源於以日内瓦为中心的法、瑞边境侏儒山脉山谷与盆地间的小村与城镇之中，早在15世纪日内瓦的珠宝匠以及金匠便开始制造钟表。1601年1月20日，日内瓦当局正式批准成立了世界上第一个钟表行业公会，当时的日内瓦大约只有三百多钟表技工，年产钟表约五千只，到了18世纪中，大批的钟表匠聚集到日内瓦，他们往往在临街的底楼开店招揽顾客，在顶楼的安静处制造和修理钟表，到了19世纪中，日内瓦不仅成了全瑞士的钟表制造中心，而且还成为全欧洲同行们的领袖。

日内瓦依靠钟表兴旺发达的经验，启发了侏儒山脉深处的农夫、牧民，他们也开始造起了齿轮、弹簧、发条。当地一些青年不惜花费十年甚至数十年的时间去日内瓦等城市学习，再返回家乡开设自己的手工作坊，他们互相分工合作，立志造出世界上质量最好的零件，装配出最复杂、精密的钟表，

瑞士钟表业真正面临严重挑战发生在19世纪至20世纪之交，随著工业革命的深入，美国人发明的标准化大规模生产风靡全球似乎只有美式的那种大工厂才能赚到足够的利润，并生存下去，但瑞士钟表小作坊最终还是找到了适应现代工业社会的生存方式，它是通过机芯、表带、表壳等专业零件公司的统一设计和大批量的生产，从而使钟表昂贵的价值降到一般消费者能的承受的地步，再加上那些技艺高超的工匠以及风格独特的小型钟表厂，把买来的零件自行加工改装，订制成特别的零件，这样瑞士钟表业就能和那些名表和谐地共存，而一向以大批量生产而来势汹汹的美国产手表，因为缺乏各个档次价位产品的支撑，在第二次世界大战以后的市场上变得无影无纵 。

钟表，也是由中国人在900多年前的北宋时期发明的。世界著名的钟表大师、香港钟表历史学家矫大羽说，经过数年的努力和求证，他提出的“中国人开创了钟表史”这一观点，已被世界钟表界认可。
矫大羽说，中国古代有日晷、水钟、火钟、铜壶滴漏等，这只能算是古人的计时器。没有嘀嗒嘀嗒的钟表声，都不能称作钟表。到了1090年，北宋宰相苏颂主持建造了一台水运仪象台，每天仅有一秒的误差。而且，它有擒纵器，正是擒纵器工作时能发出嘀嗒嘀嗒的声音。这就是钟表与计时器的区别。国际钟表界都把擒纵器视为钟表的心脏。在瑞士，他找到了一本世界钟表界的权威书刊上写到：“现代机械钟表中使用的擒纵器源自中国古代苏颂的发明。”之后，他又在英国著名科技史家李约瑟的一本书中，找到了他的一段话：“苏颂把钟表机械和天文观察仪器结合以来，在原理上已经完全成功，他比罗伯特·胡克先行了六个世纪，比方和斐�与胡克同被西方认为是天文钟表的发明人�先行七个半世纪。”由于矫大羽知道擒纵器在钟表发明中所占的决定性作用，他在实地考察和查找了大量有关水运仪象台的资料后，翻阅了苏颂所著的《新仪象法要》一书，并找到了西方权威人士的话作为旁证，大胆断言是中国人开创了人类钟表史，并影响了后来西方钟表的进展。

“中国人是钟表最早的发明者，有很多资料可以证明这件事，我为做一个中国人而感到自豪。”

作为国际著名的钟表艺术大师，古董钟表收藏、鉴赏专家的矫大羽先生，经过自己多年对钟表的收藏、研究和创新指出：我国北宋宰相苏颂创制的“水运仪象台”是世界上第一个装置有擒纵机构的计时系统，并且在世界范围内首次提出了钟表是可以与中国古代四大发明相提并论的伟大发明之一，是中国人开创了钟表史的观点。

“水运仪象台”是由北宋苏颂等人在1088年开始制造的，代表了当时天文、计时科学的世界最高水平，其中装置的擒纵机构计时系统被世界科技界、计时仪器史学界公认为近代机械钟表的鼻祖。
1990年矫先生首次参观瑞士巴塞尔钟表展，看到一本1981年英文版本的百达翡丽钟表图录上载有“水运仪象台”外貌全图及说明。其中写到：现在钟表中所使用的擒纵器是1090年中国的苏颂发明的，他制造的“水运仪象台”已达到每日误差仅为1秒的水平。而西方使用擒纵器来计时是在苏颂之后三个世纪的事。既然作为钟表和计时器区分的标志——擒纵器是中国人发明的，那不就等于说是中国人发明了钟表吗？1992年4月，在瑞士最具权威的钟表博物馆里，矫先生又一次看到中国水钟的图片，这使他更加坚定了自己的判断。

1996年10 月，世界名表百达翡丽公司博物馆举办特别展览时，该公司总裁在其画册序言中写到：“这次展出的珍品代表着‘百达翡丽’150年来的心血结晶，而这些成就也要归功于各种测时机制的发明，它们包括于1090年由中国的宰相苏颂所制作巨型水钟里装置的擒纵器和其他机械钟表先驱们研究出的成果。”英国著名的科技史学专家李约瑟博士也曾对这一创造予以高度评价：“苏颂把时钟机械和天文观察仪器结合起来，在原理上已经完全成功，他比罗伯特·虎克先行了六个世纪，比方和斐（与虎克被西方认为是天文钟表的发明人）先行了七个半世纪。”这又一次说明了“水运仪象台”在世界钟表发展史上的地位，中国人开创了钟表史已成为国际钟表界的共识。它也是中国对世界文明做出的又一巨大贡献。

1994年5月，矫先生应邀去台湾演讲发明“矫氏神奇天仪飞轮”手表的经过和古董钟表收藏的经验，当时演讲的题目就是《中国人开创了人类钟表的历史》。