哈里森的革命性发明 ——《航海天文钟：连载七》--新闻资讯

哈里森的革命性发明 ——《航海天文钟：连载七》

日期：2021/11/23 访问 1277 次

锚式擒纵机构

擒纵轮的齿沿着棘爪的进出瓦滑过，这需要润滑油来减少摩擦。油脂会随着温度的变化和时间的推移而变稠。这导致了对钟摆脉冲的不稳定。棘爪的进出瓦也会随着时间的推移而磨损，进一步影响计时准确。尽管存在这些问题，擒纵机构仍然非常可靠及易于制造，并继续被运用于现代机械时钟。

蚱蜢擒纵机构

杆 A 和 B 与钟摆相连接，图中杆 B正被擒纵轮拉向左边。然后杆 A 向下移动，最终与齿 H 相遇，这样就把擒纵轮稍微向后推，释放出B向上弹，停止在F的位置。在返回时，同样的动作释放杆 A，以此类推。

了解擒纵机构运作的最好方法是登录到上面有蚱蜢擒纵机构动画的许多互联网站之一。这个设计，尽管极具原创性，但仍然是一件古怪的东西，也很难制造。在精密钟摆里，后来被乔治·格雷厄姆简单得多的直进式擒纵机构所取代。

格栅钟摆

格栅钟摆的一副早期图纸

黄铜杆的膨胀速度大约是相同钢杆的二到三倍。交替的黄铜和钢杆排列，使钢杆的向上膨胀与黄铜杆的向下膨胀相抵消，从而使摆长在不同温度里仍然保持一致。

哈里森的齿轮轮系装有低摩擦轴承，避免了润滑问题，为擒纵机构提供了非常均匀的动力。1720年代早期，擒纵机构最好的设计是“锚”式。哈里森在他的第一批时钟里使用了这种装置，但对它的性能并不满意，因为它的滑动部件需要润滑，而且容易磨损。

哈里森的革命性发明，因其奇特的杠杆组合而被称为“蚱蜢”擒纵机构，第一次被成功地安装于他在布洛克斯比公园的马厩时钟上。它不需要润滑，几乎没有摩擦。再加上他的齿轮传动系统提供的均匀动力，哈里森在他想要的精确度方面有了巨大的飞跃。

在寻求精确性的过程中，阻碍进展的下一个问题是温度差。林肯郡的哈里森和伦敦的乔治·格雷厄姆几乎在同一时间找到了解决问题的不同方法。格雷厄姆用一罐水银作为摆砣；水银向上膨胀补偿了温度上升时摆杆向下膨胀，温度下降时反之亦然。哈里森选择利用黄铜和钢铁之间不同的膨胀系数以一种新奇的方式排列，后来被称为他的格栅钟摆。

乔治·格雷厄姆，背景是水银温度补偿钟摆

为了检查他们的校准钟的准时情况，哈里森兄弟在他们家一扇窗户的一角建立了自己的“天文台”，用来观察从邻居家烟囱后面经过的星星。每天晚上，一颗选定的恒星会在某特定点每晚提前3分56秒（太阳时间）通过。哈里森用他自己的时差表把时间转换成平均时间，以调校他的时钟。结果很成功；校准钟显示每个月的误差不超过一秒，在接下来的14年里，时钟的时间都保持在30秒以内。于1726年前完成的三台时钟，虽然幸存了下来，但是都有不同程度的改装。除了伦敦科学博物馆和市政厅钟匠公会博物馆里的两件，第三件在2004年的拍卖会上以150多万美元成交。哈里森晚年完成的另一个校准钟，其设计指标的是在100天内将时间控制在1秒以内，现在由英国皇家天文学会所拥有。

哈里森的第一台航海钟——H1

在解决了许多问题之后，哈里森现在开始认真地设计一个航海钟。当然，他的格栅钟摆在海上毫无用处，因此需要一个全新的时间控制器。哈里森再一次证明了自己的聪明才智，设计出了更具开创性的作品；1728年，他已经完成了他的计划，并带着计划中的时钟草图开始了他的第一次伦敦之旅。

他的第一站是皇家天文台，征求著名皇家天文学家埃德蒙·哈雷博士（Dr Edmund Halley）的意见。

埃德蒙·哈雷博士（Dr Edmund Halley）

哈里森很幸运，哈雷已经取代了清教徒式的、易怒的弗拉姆斯蒂德（Flamsteed），一个曾经谴责哈雷酗酒和说脏话的人。哈雷非常清楚地意识到，坐拥众多天文学家和数学家的经度委员会，不太可能倾向于机械装置而不是月距法，月距法对他们来说自然更有希望。值得赞扬的是，哈雷公平地听取了哈里森的意见，并告诉他他的想法给他留下了深刻的印象。他建议他不要直接与委员会接触，而是把他的想法告诉乔治·格雷厄姆，当代最杰出的钟表学家，也是皇家学会的会员。这个建议一度让哈里森感到担心，因为格雷厄姆在许多方面都是精密时计领域的竞争对手，并利用他的水银补偿钟摆改进了一种叫做“直进式”的锚式擒纵机构，建造了一系列高精度校准钟。他应该向这位竞争经度奖的对手透露他的秘密吗？事实上，哈雷的建议是正确的。“诚实的”乔治·格雷厄姆，贵格会教徒，以慷慨正直著称，是唯一可能帮助哈里森的人。

会面的一开始显然很糟糕，哈里森后来用他独一无二的散文风格写道：

开始的时候，我觉得格雷厄姆先生对我的态度非常粗暴，这使我也变得粗暴起来，但是不管怎样，我们打破了僵局。。。事实上，最后他对我所采取的构思和方法感到非常吃惊。

他们花了一整天的时间深入讨论，最后格雷厄姆邀请这位年轻人留下来吃晚饭。那天晚上，格雷厄姆成了哈里森的赞助人，慷慨地提供给他一笔200英镑的无息贷款，足够他回家并开始他的计时器工作。他们同意接近委员会的最佳时间，是能够让他们看到一个台完整的设备。