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鬧鐘是帶有鬧時裝置的鐘。既能指示時間,又能按人們預定的時刻發出音響信號或其他信號。鬧鐘的機芯結構主要有機械式和石英電子式兩大類。

1 鬧鐘 -簡介

鬧鐘小鬧鐘

帶有鬧時裝置的鐘。既能指示時間,又能按人們預定的時刻發出音響信號或其他信號。通常置於檯子上使用的稱台式鬧鐘;主要為旅行使用的稱旅行鬧鐘。鬧鐘的機芯結構主要有機械式和石英電子式兩大類,其他如晶體管擺輪遊絲式(見晶體管鍾)、音叉式等類型已很少用。日用機械鬧鐘的走時日誤差(見鐘錶日差)一般在120秒/日以內,石英電子鬧鐘的走時日誤差一般在0.2秒/日以內。

2 鬧鐘 -分類

機械鬧鐘的機芯結構  

鬧鐘鬧鐘

包括走時和鬧時兩大系統。①走時系統(見機械鐘錶機構)。其中的原動系以發條為貯能元件,所貯能量一般有1天的和8天的兩種。貯能1天的鬧鐘常採用不帶發條盒的結構;傳動系中的齒輪常採用修正擺線的銷形嚙合,其小齒輪(齠輪)以圓柱形鋼絲作輪齒;擒縱機構多採用銷釘式(俗稱粗馬),它以圓柱形鋼絲作叉銷,成本較低,但走時精度亦較低;振動系統採用擺輪遊絲式。由於擺輪的轉速較高,振動周期為0.6秒的擺輪,擺輪軸與擺軸承在24小時中往複轉動摩擦達28.8萬次,因而對擺支承的結構和材料的選擇直接影響到鐘的壽命。為提高壽命,中國生產的鬧鐘的擺輪軸與擺軸承採用圓柱形配合結構,擺輪軸頂端為較大麴率半徑的球面,擺軸承用廉價的玻璃鑽,這種面接觸或線接觸成倍地延長了鐘的維修周期和走時壽命。遊絲常採用磷青銅或鎳基合金製成。②鬧時系統:通常包括鬧時原動機構、傳動機構、擒縱機構和對鬧機構 4個部分。鬧時原動機構也可與走時原動機構共用一根發條,但在發條軸上增加有限位機構,以控制鬧時釋放發條的長度;鬧時擒縱機構對振動周期等時性要求不高,故常採用無固有振動周期的擒縱調速器而不用擺輪和遊絲,打錘安裝在叉軸上。機械式音樂鬧鐘上還帶有以鬧發條驅動的帶撥針的滾輪,撥針按曲譜排列,撥動音簧,演奏出音樂。

石英電子鬧鐘的機芯結構

也包括走時和鬧時兩大系統。①走時系統:指針式石英電子鬧鐘的走時系統包括石英諧振器、CMOS集成電路(分頻和驅動)、步進電機(將電能轉換為機械能)、計數和傳動機構、指針機構等部件;數字式石英電子鬧鐘的走時系統包括石英諧振器、CMOS集成電路(分頻、計算和驅動)、液晶顯示屏或發光二極體、導電橡膠等部件;此外,指針式和數字式都包括電池、微調電容、夾板和線路版等部件。②鬧時系統:有兩種。一種是以集成電路或晶體管開關電路(分離元件)輸出信號,驅動揚聲器或其他聲響裝置;另一種是直接利用電磁原理,通過線圈的通、斷電流,吸動打錘敲擊鬧鈴,或吸動其他聲響裝置。

鬧鐘鬧時音響的種類很多,有單鈴鬧、雙鈴鬧、背鈴鬧、變聲鬧、音樂鬧、蜂鳴鬧、鳥鳴鬧、報時打點等等。

3 鬧鐘 -組件

①擺:由擺錘、擺桿、掛擺裝置和周期調節裝置等組成。用於固定式鍾中。當擺錘在外力作用下偏離鉛垂線(平衡位置)任一角度而放開后,在重力作用下,擺錘將繞支點作往複運動。振動過程是擺的動能和位能交替轉換的過程。   

②扭轉擺:主要由擺盤和懸絲組成。懸絲下端固定擺盤,上端固定在不動的支點上。懸絲的截面可為矩形或圓形。扭轉擺常與後退式擒縱機構或叉瓦式擒縱機構構成擒縱調速系。扭轉擺有較長的振動周期(幾秒~幾十秒),多用於能量較節省而走時延續時間較長的固定式鍾。   

③擺輪遊絲振動系統:遊絲的內外端分別固定在擺軸和擺夾板上。擺輪受外力作用偏離其平衡位置開始擺動時,遊絲就被扭轉而產生位能,通常稱為恢復力矩。該力矩促使擺輪向其平衡位置運動。   

上條撥針系卷緊原動系中的發條和撥動時針、分針以校正鐘錶所指示時間的機構。上條時,立輪和離合輪處於嚙合狀態。撥針時,離合輪和立輪脫開而與撥針輪嚙合。

4 鬧鐘 -結構

機械鬧鐘是用發條儲存能量,是一種高錳鋼材料;經過許多級別齒輪增加角速度,注意齒形不是漸開線,是擺線,為了減少摩擦力,適合在小力矩下高效率傳動;經過往複擺動的擒縱機構,一種有固有振動周期的結構實現定時要求,就是恆角速度;擒縱機構用的像發條的遊絲是恆彈合金,是一種彈性元件,其機械特性受溫度影響比較小。

座鐘用懸挂的重物儲存能量

石英鐘用石英晶體產生基本振蕩,通過步進電機驅動齒輪組,帶動指針組。

5 鬧鐘 -原理

機械鐘錶中,利用帶簧(發條)恢復變形所放出的能量或利用重物下降的重力作能源,以機械振動系統為時間基準,實現計量時間和時段的機械機構。機械鐘錶機構有多種類型,但一般都由原動系、傳動系、擒縱調速系、上條撥針系和指針系組成,工作原理基本相同(圖1)。此外,日曆手錶中還包括日曆(或雙歷)機構,自動手錶中還包括自動上條機構。

原動系儲存和傳遞工作能量的機構。分為重鎚原動系和彈簧原動系兩類。

重鎚原動系利用重鎚的重力作能源。多用於簡易掛鐘和落地擺鐘。重鎚原動繫結構簡單,力矩穩定,但當上升重鎚時,傳動系與原動系脫開,鐘錶機構停止工作。

彈簧原動系利用捲成螺線形的帶簧(發條)恢復變形所放出的能量作能源。帶簧一端與軸連接,另一端與一個不動的零件或發條盒的殼體連接。彈簧原動系用作攜帶式鐘錶的能源,也用於擺鐘上。彈簧原動系有帶固定條盒式、不帶條盒式和帶活動條盒式等3種類型。

傳動系將原動系的能量傳給擒縱調速系的一組傳動齒輪。通常由一系列輪片和齒軸組成,在主傳動中輪片是主動齒輪,齒軸是從動齒輪。傳動比按照以下公式進行計算:i=Z1/Z2

式中Z1為主動齒輪齒數,Z2為從動齒輪齒數。對於有秒針裝置的鐘錶,其中心輪的輪片到秒輪的齒軸的傳動比必須等於60。鐘錶傳動系的齒形絕大多數是專門設計的(見鐘錶齒形)。

6 鬧鐘 -最新鬧鐘發明


發明會電擊的鬧鐘的初衷還是:為了按時起床,只要按鬧鐘的按鈕,就會有1伏特的電流瞬 間可以將人電擊至清醒。
鬧鐘發明者是一位名叫Sankalp Sinha的印度少年,為了防止按下鬧鐘按鈕以後睡過頭,他試圖將電擊裝置安在鬧鐘的按鈕上,要麼聽鬧鈴,要麼被電擊,其實,跟 50000伏特的警察電棍和10萬伏特的皮卡丘比起來,這鬧鐘簡直弱爆了,它放出的電擊只會讓你的手指 頭微微發麻。
Sankalp希望這款名為「早上好,唱歌和電擊」的鬧鐘能儘快能讓更多的人運用到日常生活中,他表示用了這款鬧鐘,再也不怕睡過頭,精神振奮一整天。因為根據他自身的使用經驗,人只有被電擊后才能真正睡醒。 他已經做出了原型機,並正致力於研究能調整電壓的鬧鐘,跟製造商談判不久之後就能進入生產 。
如果點擊鬧鐘真的能解決起床問題,應該算是一個偉大的發明。

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