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闹钟

闹钟是带有闹时装置的钟。既能指示时间,又能按人们预定的时刻发出音响信号或其他信号。闹钟的机芯结构主要有机械式和石英电子式两大类。其他如晶体管摆轮游丝式、音叉式等类型已很少用,通常置于台子上使用的称台式闹钟,主要为旅行使用的称旅行闹钟。日用机械闹钟的走时日误差一般在120秒/日以内,石英电子闹钟的走时日误差一般在0.2秒/日以内。

闹钟有很多种类,机械的、石英的,自从它被人利用钟摆的原理发明以来已经成为人们生活中不能缺少的物品。

中文名:闹钟 外文名:clock 拼音:nàozhōng
定义:闹钟是带有闹时装置的钟 功能:到预定时刻发出音响或其他信号。 用途:提醒人们起床、工作或学习

1闹钟历史

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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。1090年,北宋宰相苏颂主持建造了一台水运仪象台,能报时打钟,它的结构已近似于钟表的结构,可称为钟表的鼻祖。每天仅有一秒的误差。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。瑞士,有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。”宋代,科学家苏颂又发明了“天球仪”,英国着名科技史家李约瑟的书中,记载:“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。”12世纪以后,中国钟表技术传入欧洲,欧洲人才造出钟表,可以说是中国人开创了人类钟表史,并影响着后来西方钟表的进展。

1283年在英格兰的修道院出现史上首座以砝码带动的机械钟。

13世纪意大利北部的僧侣开始建立钟塔(或称钟楼),其目的是提醒人祷告的时间。

16世纪中在德国开始有桌上的钟。那些钟只有一支针,钟面分成四部分,使时间准确至最近的15分钟。

17世纪,逐渐出现了钟摆和法条。它运转的精度得到了很大的提高。乔万尼·德·丹第被誉为欧洲的钟表之父。他用了16年的时间制造出一台功能齐全的钟,被称为宇宙浑天仪,它能够表示出天空中一些行星的运行轨迹,还可以对宗教节日和每天的时间有所反映,它于1364年开始被使用。丹第制造的钟并不是欧洲的第一台钟。据说,欧洲第一台能报时的钟是1335年于米兰制成的。

1657年,惠更斯发现摆的频率可以计算时间,造出了第一个摆钟。1670年英国人威廉·克莱门特(William Clement)发明锚形擒纵器。

1695年,英国汤姆平发明了工字轮擒纵机构。后来,同国的格雷厄姆发明了静止式擒纵机构。

1728到1759年,航海钟问世。

1765年,自由锚式擒纵机构诞生。

1797年,美国人伊莱·特里(Eli Terry)获得一个钟的专利权。他被视为美国钟表业的始祖。

1840年,英国的钟表匠贝恩发明了电钟。

1946年,美国的物理学家利比博士弄清楚了原子钟的原理。于两年后,创造出了世界上第一座原子钟,原子钟至今也是最先进的钟。它的运转是借助铯、氨原子的天然振动而完成的,它可以在300年内都能准确运转,误差十分小。

18到19世纪,钟表制造业逐步实行了工业化生产。

20世纪,开始进入石英化时期。

2闹钟的发展

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世界钟表

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有关钟表的演变大致可以分为三个演变阶段,那就是:

一、从大型钟向小型钟演变。

二、从小型钟向袋表过渡。

三、从袋表向腕表发展。每一阶段的发展都是和当时的技术发明分不开的。

出现第四个演变:由顺时针计时改变为逆时针计时。

1088年,宋朝的科学家苏颂和韩工廉等人制造了水运仪象台,它是把浑仪、浑象和机械计时器组合起来的装置。它以水力作为动力来源,具有科学的擒纵机构,高约12米,七米见方,分三层:上层放浑仪,进行天文观测;中层放浑象,可以模拟天体作同步演示;下层是该仪器的心脏,计时、报时、动力源的形成与输出都在这一层中。虽然几十年后毁于战乱,但它在世界钟表史上具有极其重要的意义。由此,中国着名的钟表大师、古钟表收藏家矫大羽先生提出了“中国人开创钟表史”的观点。

14世纪在欧洲的英、法等国的高大建筑物上出现了报时钟,钟的动力来源于用绳索悬挂重锤,利用地心引力产生的重力作用。15世纪末、16世纪初出现了铁制发条,使钟有了新的动力来源,也为钟的小型化创造了条件。1583年,意大利人伽利略建立了着名的等时性理论,也就是钟摆的理论基础。

1656 年,荷兰的科学家惠更斯应用伽利略的理论设计了钟摆,第二年,在他的指导下年轻钟匠S.Coster制造成功了第一个摆钟。1675年,他又用游丝取代了原始的钟摆,这样就形成了以发条为动力、以游丝为调速机构的小型钟,同时也为制造便于携带的袋表提供了条件。

18世纪期间发明了各种各样的擒纵机构,为袋表的进一步产生与发展奠定了基础。英国人George Graham在1726年完善了工字轮擒纵机构,它和之前发明的垂直放置的机轴擒纵机构不同,所以使得袋表机芯相对变薄。另外。

1757年左右英国人 Thomas Mudge发明了叉式擒纵机构,进一步提高了袋表计时的精确度。这期间一直到19世纪产生了一大批钟表生产厂家,为袋表的发展做出了贡献。19世纪后半叶,在一些女性的手镯上装上了小袋表,作为装饰品。那时人们只是把它看成是一件首饰,还没有完全认识到它的实用价值。直到人类历史进入20世纪,随着钟表制作工艺水平的提高以及科技和文明的巨大变革,才使得腕表地位的确立有了可能。

20世纪初,护士为了掌握时间就把小袋表挂在胸前,人们已经很注重它的实用性,要求方便、准确、耐用。尤其是第一次世界大战的爆发,袋表已经不能适应作战军人的需要,腕表的生产成为大势所趋。1926年,劳力士表厂制成了完全防水的手表表壳,获得专利并命名为oyster,第二年,一位勇敢的英国女性Mercedes Gleitze佩带着这种表完成了个人游泳横渡英伦海峡的壮举。这一事件也成为钟表历史上的重要转折点。从那以后,许多新的设计和技术也被应用在腕表上,成为真正意义上的带在手腕上的计时工具。紧接着的二战使腕表的生产量大幅度增加,价格也随之下降,使普通大众也可以拥有它,腕表的年代到来了!

中国钟表

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从中国水运仪像台的发明到现代各国都在研制的原子钟这几百年的钟表演变过程中,我们可以看到:

各个不同时期的科学家和钟表工匠用他们的聪明的智慧和不断的实践融合成了一座时间的隧道,同时也为我们勾勒了一条钟表文化和科技发展的轨迹。 关于中国的钟表史,得从三干多年前说起,中国祖先最早发明了用土和石片刻制成的“土圭”与“日规”两种计时器,成为世界上最早发明计时器的国家之一。到了铜器时代,计时器又有了新的发展,用青铜制的“漏壶”取代了“土圭”与“日规”。东汉元初四年张衡发明了世界第一架“水运浑象”,此后唐高僧一行等人又在此基础上借鉴改进发明了“水运浑天仪”、“水运仪象台”。至元明之时,计时器摆脱了天文仪器的结构形式,得到了突破性的新发展。元初郭守敬、明初詹希元创制了“大明灯漏”与“五轮沙漏”,采用机机械结构,并增添盘、针来指示时间,其机械的先进性便明显地显示出来,时间性电益见准确。

十九世纪末期,中国造钟工艺达到了一个崭新的水平。1875年由上海“美利华”作坊制造的南京钟,屏风式样,钟面镀金,镌刻花纹,以造型古朴典雅、民族风格鲜明和报时清脆、走时准确而闻名于海内外,曾于1903年在巴拿马国际博览会上获特别奖。

中国近代机械制钟工业始于1915年。民族实业家李东山出资在烟台开办了中国时钟制造业的第一家钟厂—一烟台宝时造钟厂。并在1918年自制成功第一批座挂钟投放市场。1927年,烟台第二家造钟厂一一永康造钟公司开业。到1937年,烟台钟表工业已拥有6家企业和相当的生产规模。据1934年的统计,仅德顺兴、永康、慈业三家造钟厂已拥有职工1416人,拥有各类从德、英、法等国进口的生产设备149台,年生产座挂钟10.88万只。产品不仅销往华北、华东、东北、华南各大商埠,还销往新加坡、菲律宾、马来西亚、印度尼西亚、夏威夷等十多个国家和地区。

新中国成立后,中国钟表工业得到迅速发展,取得了令人瞩目的成绩。1955年由天津、上海试制出第一批国产手表。经过三十多年来不断地进行技术改造和技术改进,中国手表行业已形成具有相当生产能力和配套完整的工业体系。1988年手表产量达6700多万只,其中石英电子表2900多万只,手表产量居世界第四位。在品种方面,已成批生产机械男表、女表、日历表、双历表、自动表、怀表、秒表、数字式和指针式石英表等。在质量上,手表的走时精度已达到国际同类产品的水平,现较为出名的有东风、上海、宝石花、海鸥等牌号。 在制作钟的方面,主要以福建为主。

2009年,第一块逆时针钟表将在厦门试制成功。

中国的钟表市场上出现了一种新的市场:网上市场。这个就是电子商务在传统行业中起到重大作用的一种表现方式,作为全球首个综合行业商业信息集合平台,汇聚各行各业的代销产品展销信息、代理项目招商信息、直销产品供应信息等。具有能同时服务于经销商、代理商、采购商的特点。生意家是经销商、代理商资源最多的网站。其中:展吧更适合代销产品展销,招商更适合代理项目招商,供应更适合产品批零直销具有广告传播功能,比阿里巴巴等b2b,具有更多的经销商、代理商,较百度等搜索引擎,则是分类信息丰富、销售和招商功能强,经销商、采购商多。

3机械闹钟

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机械闹钟的机芯结构包括走时和闹时两大系统。

①走时系统。其中的原动系以发条为贮能元件,所贮能量一般有1天的和8天的两种。贮能1天的闹钟常采用不带发条盒的结构;传动系中的齿轮常采用修正摆线的销形啮合,其小齿轮(龆轮)以圆柱形钢丝作轮齿;擒纵机构多采用销钉式(俗称粗马),它以圆柱形钢丝作叉销,成本较低,但走时精度亦较低;振动系统采用摆轮游丝式。由于摆轮的转速较高,振动周期为0.6秒的摆轮,摆轮轴与摆轴承在24小时中往复转动摩擦达28.8万次,因而对摆支承的结构和材料的选择直接影响到钟的寿命。为提高寿命,中国生产的闹钟的摆轮轴与摆轴承采用圆柱形配合结构,摆轮轴顶端为较大曲率半径的球面,摆轴承用廉价的玻璃钻,这种面接触或线接触成倍地延长了钟的维修周期和走时寿命。游丝常采用磷青铜或镍基合金制成。

②闹时系统:通常包括闹时原动机构、传动机构、擒纵机构和对闹机构 4个部分。闹时原动机构也可与走时原动机构共用一根发条,但在发条轴上增加有限位机构,以控制闹时释放发条的长度;闹时擒纵机构对振动周期等时性要求不高,故常采用无固有振动周期的擒纵调速器而不用摆轮和游丝,打锤安装在叉轴上。机械式音乐闹钟上还带有以闹发条驱动的带拨针的滚轮,拨针按曲谱排列,拨动音簧,演奏出音乐。

基本性能

机械闹钟是用发条储存能量,是一种高锰钢材料;经过许多级别齿轮增加角速度,注意齿形不是渐开线,是摆线,为了减少摩擦力,适合在小力矩下高效率传动;经过往复摆动的擒纵机构,一种有固有振动周期的结构实现定时要求,就是恒角速度;擒纵机构用的像发条的游丝是恒弹合金,是一种弹性元件,其机械特性受温度影响比较小。

石英钟用石英晶体产生基本振荡,通过步进电机驱动齿轮组,带动指针组。

工作原理

机械钟表中,利用带簧(发条)恢复变形所放出的能量或利用重物下降的重力作能源,以机械振动系统为时间基准,实现计量时间和时段的机械机构。机械钟表机构有多种类型,但一般都由原动系、传动系、擒纵调速系、上条拨针系和指针系组成,工作原理基本相同。此外,日历手表中还包括日历(或双历)机构,自动手表中还包括自动上条机构。

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。

重锤原动系利用重锤的重力作能源。多用于简易挂钟和落地摆钟。重锤原动系结构简单,力矩稳定,但当上升重锤时,传动系与原动系脱开,钟表机构停止工作。

弹簧原动系利用卷成螺线形的带簧(发条)恢复变形所放出的能量作能源。带簧一端与轴连接,另一端与一个不动的零件或发条盒的壳体连接。弹簧原动系用作携带式钟表的能源,也用于摆钟上。弹簧原动系有带固定条盒式、不带条盒式和带活动条盒式等3种类型。

传动系将原动系的能量传给擒纵调速系的一组传动齿轮。通常由一系列轮片和齿轴组成(图3),在主传动中轮片是主动齿轮,齿轴是从动齿轮。传动比按照以下公式进行计算:i=Z1/Z2式中Z1为主动齿轮齿数,Z2为从动齿轮齿数。对于有秒针装置的钟表,其中心轮的轮片到秒轮的齿轴的传动比必须等于60。钟表传动系的齿形绝大多数是专门设计的。

传动系可按“二轮”(时轮和分轮)在表机芯的平面配置分为两类:①中心二轮式,二轮在表机芯的中央。它又包括直接传动式、秒簧式、短秒针和无秒针式、双三轮式。②偏二轮式,二轮不在表机芯中央。它又包括头轮传出式、二轮传出式、三轮传出式。

直接传动式是经常采用的传动系之一。在这种传动方式中,分轮上部有一凹槽,分轮依靠摩擦与中心轮管相配合;走针机构的运动由中心轮来带动。

擒纵调速系由擒纵机构和振动系统构成。按振动系统的特点可分为两类:①有固有振动周期擒纵调速系。它具有可以独立进行振动的、有稳定周期的振动系统。手表、闹钟中的走时系统的擒纵调速系属于此类。②无固有振动周期擒纵调速系。它没有能够独立进行振动的振动系统。这种调速系中的所谓振动系统的往复振动,完全依靠擒纵机构的往复运动。机械闹钟中的闹时系统的擒纵调速系属于此类。这种调速系精度要求不高,结构简单,工作可靠,抗外界干扰能力强,在机械式定时器和钟表引信中大量采用。

擒纵机构联系传动系和振动系统的一种机构。其作用是把原动系的能量传递给振动系统,以维持振动系统的等幅振动;并把振动系统的振动次数传给指针机构,达到计量时间之目的。擒纵机构种类很多,按其与振动系统联系的程度可分为两类。①非自由式擒纵机构:擒纵机构和振动系统经常保持运动上的联系。它包括直进式、后退式和工字轮式擒纵机构等。②自由式擒纵机构:只有在释放和传冲阶段,擒纵机构和振动系统才保持运动上的联系,其余阶段振动系统处于自由运动状态。它包括有销钉式、叉瓦式和天文钟式擒纵机构等。

①后退式擒纵机构:广泛用于低精度摆钟。它的叉瓦锁面和冲面是同一平面(工作面);进瓦的工作面是一圆柱面,其圆心与擒纵叉的转动中心不重合;出瓦的工作面是一平面。叉瓦和擒纵叉作成一体。传冲后,叉瓦工作面将迫使擒纵轮后退一个角度。

②叉瓦式擒纵机构:应用最广的擒纵机构之一。工作时,擒纵轮由传动系取得能量,通过擒纵轮齿和叉瓦(进瓦或出瓦)的作用转变为冲量传送给擒纵叉;通过擒纵叉的叉口和双圆盘的冲击圆盘上的摆钉的相互作用,再将冲量传给振动系统。双圆盘的保险圆盘和叉头钉,摆钉和擒纵叉的喇叭口是保证机构正常工作的保险装置。

③销钉式擒纵机构:与叉瓦式擒纵机构的不同之处是,在擒纵叉上用两根圆柱销钉代替叉瓦,冲量只沿擒纵轮齿冲面传递。这种擒纵机构结构简单,精度要求低,制造方便,多在闹钟和低精度表中采用,俗称粗马结构。振动系统作为时间基准的机构。振动系统的振动周期乘以被测过程内的振动次数,即为该过程经历的时间。机械钟表常用的振动系统有摆、扭转摆和摆轮游丝振动系统。

5闹钟组件

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①摆:由摆锤、摆杆、挂摆装置和周期调节装置等组成。用于固定式钟中。当摆锤在外力作用下偏离铅垂线(平衡位置)任一角度而放开后,在重力作用下,摆锤将绕支点作往复运动。振动过程是摆的动能和位能交替转换的过程。

②扭转摆:主要由摆盘和悬丝组成。悬丝下端固定摆盘,上端固定在不动的支点上。悬丝的截面可为矩形或圆形。扭转摆常与后退式擒纵机构或叉瓦式擒纵机构构成擒纵调速系。扭转摆有较长的振动周期(几秒~几十秒),多用于能量较节省而走时延续时间较长的固定式钟。

③摆轮游丝振动系统:游丝的内外端分别固定在摆轴和摆夹板上。摆轮受外力作用偏离其平衡位置开始摆动时,游丝就被扭转而产生位能,通常称为恢复力矩。该力矩促使摆轮向其平衡位置运动。

上条拨针系卷紧原动系中的发条和拨动时针、分针以校正钟表所指示时间的机构。上条时,立轮和离合轮处于啮合状态。拨针时,离合轮和立轮脱开而与拨针轮啮合。

6石英闹钟

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石英闹钟也可叫做「水晶振动电子表」,因为它是利用水晶片的「发振现象」。当水晶接受到外部的加力电压,就会有变形及伸缩的性质,相反,若压缩水晶,便会使水晶两端产生电力;这样的性质在很多结晶体上也可见到,称为「压电效果」。石英表就是利用周期性持续「发振」的水晶,为我们带来准确的时间。

首先,将石英表内的水晶片上加电,水晶便会以32768赫兹的周波数,正确地振动;然后必须将此频率化成1Hz(电流一秒间的一次变化)的信号电流周波数。再增加些信号的幅度(由于因振动而产生的电流甚弱),跟着些信号电流再发动转子齿轮,表上的秒针便会随之发动,之后分针,时针的跳动则关乎于机械结构上的原理,如:秒针跳动60下,分针便会跳一下所有石英表都装有一粒电池。它为一块集成电路和一个石英谐振器提供能量,每秒振动317621次。还有比这更快的。集成电路是表的“大脑”。它控制着石英谐振器的振动,并起着分频器的作用。32712次振动被对半分割15次,以达到每秒产生一次脉冲。 有了一秒钏这个时间的“原材料”,就能驱动显示器。何为模拟针显示 为了把集成电路脉冲转化成运动,模拟指针式石英表上装有一个增速马达,包括一个电磁转子,每承受一下脉冲,就旋转180度,也就是一秒钟。

转子连接着由三个齿轮组成的拖动系统,驱动三根指针(时针、分针和秒针),把时间显示在表盘上。还可以加上一个显示屏,显示星期、日期以及流逝的时间。固体状态石英表在固体状态的石英表中,以一秒为单位的脉冲被传送到集成电路的秒针部分,这个部份负责将液晶显示模的液晶线组织起来,形成一个数字。这种类型在表类物件中是为常见。在制表业中,这通常是用于生产大规模的极为便宜的产品。亚洲的生产厂家已经垄断了这一领域。在更为精致的手表款式中,"固体状态"根据安装在里面的存储器的大小,具有大量的功能:如电话号码,预约登记簿等。混合石英表 这种类型的石英表具有两种显示功能,即模指针式和数字式,后者提供附属的信息,如星期与日期、精确计时功能、时区。这种手表装有一块集成电路和一微型发动机。

闹钟发明者埃里克·沙舒瓦介绍说,人体睡眠有一定周期,在睡眠程度最浅的时候闹铃,人最容易结束睡眠,醒来时心情较好头脑也较清醒。

7最新闹钟

发明会电击的闹钟的初衷还是按时起床,只要按闹钟的按钮,就会有1伏特的电流瞬 间可以将人电击至清醒。

闹钟发明者是一位名叫Sankalp Sinha的印度少年,为了防止按下闹钟按钮以后睡过头,他试图将电击装置安在闹钟的按钮上,要么听闹铃,要么被电击,其实,跟 50000伏特的警察电棍和10万伏特的皮卡丘比起来,这闹钟简直弱爆了,它放出的电击只会让你的手指 头微微发麻。

Sankalp希望这款名为“早上好,唱歌和电击”的闹钟能尽快能让更多的人运用到日常生活中,他表示用了这款闹钟,再也不怕睡过头,精神振奋一整天。因为根据他自身的使用经验,人只有被电击后才能真正睡醒。 他已经做出了原型机,并正致力于研究能调整电压的闹钟,跟制造商谈判不久之后就能进入生产 。

如果电击闹钟真的能解决起床问题,应该算是一个十分伟大的发明。

8如何挑选闹钟

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(1)先检查外观:钟壳颜色光亮均匀,无脱漆、变色和擦痕。钟面应清洁,刻度均匀,字迹清晰。

(2)检查灵敏度:稍微开动发条,秒针即开始走动,证明灵敏度高。灵敏度高的钟,延续走时的时间较长。

(3)检查走时声音:将钟面左右前后上下放置,如果四面八方各个方向走时声音轻重一致,均匀无杂音,则说明走的正常。

(4)检查是否碰针:拨动时、分针,使时、分针与秒针重合(三针重叠),三针之间应保持一定的间隙,不许碰擦。同时,针与钟面、玻璃也应有适当的间隙。

(5)检查闹差:分别将闹面拨到3、6、9、12处,再拨动时分针到这几个地方,如闹响误差均在5分钟以内,闹差属正常。

(6)检查闹铃声音;闹铃声音应清晰、 洪亮,无哑声、无空声。

(7)检查对针匙、对闹匙的松紧度:松紧度都应适中。如对针匙松,说明中心轮上压簧弹力不足,会产生秒针走而时分针不走或走的慢的现象。如对闹匙松,闹盘面会跟着时分针转动。但如果都太紧,使用起来也不方便。

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