第十三章 木质机械钟

调速系、上条拨针系和指针系组成，工作原理基本相同。原动系储存和传递工作能量的机构，分为重锤原动系和弹簧原动系两类。

    弹簧原动系对材料的要求很高，别说朱由栋的资金不够，就算官府给他拨了经费，以目前的技术水平，朱由栋根本打造不出一个合格的弹簧，或者说是发条。或许在下一个阶段，朱由栋会考虑打造铁质的弹簧原动系机械钟，或许那个时候，朱由栋已经有了一台机床，有了一批技术扎实的工匠，甚至有了初步的钢铁工业。

    而就目前的条件而言，朱由栋不敢眼高手低，只能着眼于木质的重锤式机械摆钟。重锤原动系只需要利用重锤的重力作能源，用于简易挂钟和落地摆钟是足足够用的了。重锤原动系结构简单，力矩稳定，利用钟锤下降的重力作能源，以机械振动系统为时间基准，实现计量时间和时段。

    朱由栋讲到这里，见宋应星紧皱眉头，好像一副来不及消化的样子，于是停顿下来，等待他的下一步反应。果然，宋应星开口问道：

    “老师，我还是不太理解，尤其是这个钟锤，它到底怎么用？”

    “钟锤就是原力，就是第一推动。”朱由栋进一步解释道。

    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。拉紧绳索提起钟锤，在地球重力场的作用下赋予钟锤势能，钟利用的正是钟锤下落时的势能驱动机构进行运转。每个昼夜，钟锤落到地上一次，每天固定在辰时准点，再次拉紧绳索提起钟锤，新的一天重新开始计时。

    宋应星略微懂了的样子，又问：“那个棘轮装置，它看起来很复杂的样子。”

    “棘轮其实并不是复杂，而是一个神奇的装置。”

    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。钟摆来回摆动一次，齿轮的每次转动就会固定地有一个轮齿得到释放，称之为逃脱。连接钟摆的机械装置，被称之为锚，每次释放一个棘轮装置齿轮轮齿。

    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。

    讲解了这么多之后，朱由栋总结道：

    “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。总的来说就是这么几点，第一，钟锤可以为时钟的指针旋转提供能量，第二，棘轮装置由钟摆、锚和棘轮装置齿轮构成，可以精确调节钟锤能量释放的速度，第三，指针齿轮系使时针能够以正确的速度运转。”

    又经过了整整一个月，朱由栋和宋应星师生两人在和木匠师傅们的合作下，成功地打造出了木质的重锤式机械摆钟。作为这架机械钟的守护者，宋应星决定，他将每天辰时，等待着重锤最终落地的那一刻，然后立即拉紧绳索提起钟锤，从而开始新一天的计时。