經過了整整一個月的準備,朱由棟終於把重錘式機械擺鍾的圖紙設計出來了。通過設計齒輪的大小和齒數,設計出一定的齒輪係,為了簡便和高效得打造出來,隻設置一個時針,旋轉一周為一個晝夜。時鍾的表麵均勻標注十二個時辰,分別是子時、醜時、寅時、卯時、辰時、巳時、午時、未時、申時、酉時、戌時、亥時。一個晝夜,時針在鍾麵上旋轉一周,代表走過了十二個時辰,相當於二十四個小時。
又過了整整一個月,朱由棟簡單地給宋應星講解了最基礎的數學和物理知識,從小學到高中,凡是機械這門專業需要用到的知識,朱由棟都先挑揀出來教給了宋應星,尤其是打造機械鍾需要用的各種概念,更是讓宋應星現學現賣。幸虧宋應星是個理工科天才,凡是朱由棟教他的,他都能很快吸收消化,難怪他日後可以寫出《天工開物》這樣的奇書。
“老師,你設計出來的這些圖紙,真的能打造出可以獨自計時的機械鍾?”宋應星充滿疑惑地問道,雖然他學習了基礎的數學和物理知識,但要想完全理解機械鍾的工作原理還是有一點難度的。
朱由棟立即肯定道:“當然能了,如果能用鐵作為材料,那就更好了,還可以設計出打點機構,到點自動打鳴。”
鑒於隻有一個學生宋應星,朱由棟決定全權交由他來督造這個機械鍾。當然,朱由棟既是導師,又是老板,大方地給了宋應星撥款,讓他找來全城最好的木匠。
“木匠?老師,你不是說用鐵作為材料更好嘛!”
“好是好,不過眼下最好還是先打造木質的吧!為什麽打造木質的機械鍾?因為簡單可行又節約經費啊!你以為老師的私房錢堆積如山呀!”
確實!朱由棟不得不考慮當前的形勢啊!就拿書院的經費來說,這些費用可都是朱由棟的私房錢,他可是省吃儉用了一個月才有這點的積蓄。別說朱由棟不過是世子爺的公子,就是堂堂吉王府,那每年歲支的祿米也都是緊巴巴的。
雖說大明朝自從隆慶元年解除海禁以來,但海內外的商貿往來和各行各業的商業發展仍然處於萌芽狀態,大明朝的經濟仍然還是拮據得很,可以說還是幾乎是農業為主的一窮二白啊!
不過從現在開始不一樣了,朱由棟很有心改變大明朝的工業狀況,引發一場經濟革命,從而改變落後的市場關係。這些當然都是後話,眼下朱由棟需要做的是教育,讓更多的年輕人加入工業革命的隊伍中來,而教育的第一步就是招生。
宋應星便是一個很好的開頭,朱由棟總是如此樂觀的以為,就當給自己一點心理安慰和自我欺騙吧。
“宋應星,打造機械鍾這個艱巨的任務,老師就交給你了,有沒有信心?”
“老師,你還是再給我講講,這個機械鍾的內部結構和工作原理吧!”
朱由棟的趾高氣昂和宋應星的垂頭氣餒形成鮮明的對比。朱由棟想起幾個月前,這孩子還以為自己是不學無術、欺世盜名的紈絝公子呢!
機械鍾表機構有多種類型,但一般都由原動係、傳動係、擒縱調速係、上條撥針係和指針係組成,工作原理基本相同。原動係儲存和傳遞工作能量的機構,分為重錘原動係和彈簧原動係兩類。
彈簧原動係對材料的要求很高,別說朱由棟的資金不夠,就算官府給他撥了經費,以目前的技術水平,朱由棟根本打造不出一個合格的彈簧,或者說是發條。或許在下一個階段,朱由棟會考慮打造鐵質的彈簧原動係機械鍾,或許那個時候,朱由棟已經有了一台機床,有了一批技術紮實的工匠,甚至有了初步的鋼鐵工業。
而就目前的條件而言,朱由棟不敢眼高手低,隻能著眼於木質的重錘式機械擺鍾。重錘原動係隻需要利用重錘的重力作能源,用於簡易掛鍾和落地擺鍾是足足夠用的了。重錘原動係結構簡單,力矩穩定,利用鍾錘下降的重力作能源,以機械振動係統為時間基準,實現計量時間和時段。
朱由棟講到這裏,見宋應星緊皺眉頭,好像一副來不及消化的樣子,於是停頓下來,等待他的下一步反應。果然,宋應星開口問道:
“老師,我還是不太理解,尤其是這個鍾錘,它到底怎麽用?”
“鍾錘就是原力,就是第一推動。”朱由棟進一步解釋道。
鍾錘的作用是作為一個能量存儲裝置,因此時鍾可以在無人值守的情況下運行相對較長的時間。拉緊繩索提起鍾錘,在地球重力場的作用下賦予鍾錘勢能,鍾利用的正是鍾錘下落時的勢能驅動機構進行運轉。每個晝夜,鍾錘落到地上一次,每天固定在辰時準點,再次拉緊繩索提起鍾錘,新的一天重新開始計時。
宋應星略微懂了的樣子,又問:“那個棘輪裝置,它看起來很複雜的樣子。”
“棘輪其實並不是複雜,而是一個神奇的裝置。”
棘輪裝置中有一個輪齒帶有特定形狀的齒輪,還有一個鍾擺,連接鍾擺的是可以齧合齒輪輪齒的某種裝置。鍾擺來回擺動一次,齒輪的每次轉動就會固定地有一個輪齒得到釋放,稱之為逃脫。連接鍾擺的機械裝置,被稱之為錨,每次釋放一個棘輪裝置齒輪輪齒。
棘輪裝置齒輪的另一個作用是賦予鍾擺足夠的能量,使鍾擺能夠克服摩擦力並保持擺動。為了完成這個任務,錨和棘輪裝置齒輪的輪齒被設計為特殊形狀。如果齒輪的輪齒正確逃脫,鍾擺每擺動一次錨都會在適當的方向施加一個輕推力。輕推力增強了鍾擺克服摩擦力所需的能量,從而使它能保持擺動。
講解了這麽多之後,朱由棟總結道:
“盡管時鍾內的所有齒輪使它看起來很複雜,但是擺鍾的工作原理非常簡單。總的來說就是這麽幾點,第一,鍾錘可以為時鍾的指針旋轉提供能量,第二,棘輪裝置由鍾擺、錨和棘輪裝置齒輪構成,可以精確調節鍾錘能量釋放的速度,第三,指針齒輪係使時針能夠以正確的速度運轉。”
又經過了整整一個月,朱由棟和宋應星師生兩人在和木匠師傅們的合作下,成功地打造出了木質的重錘式機械擺鍾。作為這架機械鍾的守護者,宋應星決定,他將每天辰時,等待著重錘最終落地的那一刻,然後立即拉緊繩索提起鍾錘,從而開始新一天的計時。
又過了整整一個月,朱由棟簡單地給宋應星講解了最基礎的數學和物理知識,從小學到高中,凡是機械這門專業需要用到的知識,朱由棟都先挑揀出來教給了宋應星,尤其是打造機械鍾需要用的各種概念,更是讓宋應星現學現賣。幸虧宋應星是個理工科天才,凡是朱由棟教他的,他都能很快吸收消化,難怪他日後可以寫出《天工開物》這樣的奇書。
“老師,你設計出來的這些圖紙,真的能打造出可以獨自計時的機械鍾?”宋應星充滿疑惑地問道,雖然他學習了基礎的數學和物理知識,但要想完全理解機械鍾的工作原理還是有一點難度的。
朱由棟立即肯定道:“當然能了,如果能用鐵作為材料,那就更好了,還可以設計出打點機構,到點自動打鳴。”
鑒於隻有一個學生宋應星,朱由棟決定全權交由他來督造這個機械鍾。當然,朱由棟既是導師,又是老板,大方地給了宋應星撥款,讓他找來全城最好的木匠。
“木匠?老師,你不是說用鐵作為材料更好嘛!”
“好是好,不過眼下最好還是先打造木質的吧!為什麽打造木質的機械鍾?因為簡單可行又節約經費啊!你以為老師的私房錢堆積如山呀!”
確實!朱由棟不得不考慮當前的形勢啊!就拿書院的經費來說,這些費用可都是朱由棟的私房錢,他可是省吃儉用了一個月才有這點的積蓄。別說朱由棟不過是世子爺的公子,就是堂堂吉王府,那每年歲支的祿米也都是緊巴巴的。
雖說大明朝自從隆慶元年解除海禁以來,但海內外的商貿往來和各行各業的商業發展仍然處於萌芽狀態,大明朝的經濟仍然還是拮據得很,可以說還是幾乎是農業為主的一窮二白啊!
不過從現在開始不一樣了,朱由棟很有心改變大明朝的工業狀況,引發一場經濟革命,從而改變落後的市場關係。這些當然都是後話,眼下朱由棟需要做的是教育,讓更多的年輕人加入工業革命的隊伍中來,而教育的第一步就是招生。
宋應星便是一個很好的開頭,朱由棟總是如此樂觀的以為,就當給自己一點心理安慰和自我欺騙吧。
“宋應星,打造機械鍾這個艱巨的任務,老師就交給你了,有沒有信心?”
“老師,你還是再給我講講,這個機械鍾的內部結構和工作原理吧!”
朱由棟的趾高氣昂和宋應星的垂頭氣餒形成鮮明的對比。朱由棟想起幾個月前,這孩子還以為自己是不學無術、欺世盜名的紈絝公子呢!
機械鍾表機構有多種類型,但一般都由原動係、傳動係、擒縱調速係、上條撥針係和指針係組成,工作原理基本相同。原動係儲存和傳遞工作能量的機構,分為重錘原動係和彈簧原動係兩類。
彈簧原動係對材料的要求很高,別說朱由棟的資金不夠,就算官府給他撥了經費,以目前的技術水平,朱由棟根本打造不出一個合格的彈簧,或者說是發條。或許在下一個階段,朱由棟會考慮打造鐵質的彈簧原動係機械鍾,或許那個時候,朱由棟已經有了一台機床,有了一批技術紮實的工匠,甚至有了初步的鋼鐵工業。
而就目前的條件而言,朱由棟不敢眼高手低,隻能著眼於木質的重錘式機械擺鍾。重錘原動係隻需要利用重錘的重力作能源,用於簡易掛鍾和落地擺鍾是足足夠用的了。重錘原動係結構簡單,力矩穩定,利用鍾錘下降的重力作能源,以機械振動係統為時間基準,實現計量時間和時段。
朱由棟講到這裏,見宋應星緊皺眉頭,好像一副來不及消化的樣子,於是停頓下來,等待他的下一步反應。果然,宋應星開口問道:
“老師,我還是不太理解,尤其是這個鍾錘,它到底怎麽用?”
“鍾錘就是原力,就是第一推動。”朱由棟進一步解釋道。
鍾錘的作用是作為一個能量存儲裝置,因此時鍾可以在無人值守的情況下運行相對較長的時間。拉緊繩索提起鍾錘,在地球重力場的作用下賦予鍾錘勢能,鍾利用的正是鍾錘下落時的勢能驅動機構進行運轉。每個晝夜,鍾錘落到地上一次,每天固定在辰時準點,再次拉緊繩索提起鍾錘,新的一天重新開始計時。
宋應星略微懂了的樣子,又問:“那個棘輪裝置,它看起來很複雜的樣子。”
“棘輪其實並不是複雜,而是一個神奇的裝置。”
棘輪裝置中有一個輪齒帶有特定形狀的齒輪,還有一個鍾擺,連接鍾擺的是可以齧合齒輪輪齒的某種裝置。鍾擺來回擺動一次,齒輪的每次轉動就會固定地有一個輪齒得到釋放,稱之為逃脫。連接鍾擺的機械裝置,被稱之為錨,每次釋放一個棘輪裝置齒輪輪齒。
棘輪裝置齒輪的另一個作用是賦予鍾擺足夠的能量,使鍾擺能夠克服摩擦力並保持擺動。為了完成這個任務,錨和棘輪裝置齒輪的輪齒被設計為特殊形狀。如果齒輪的輪齒正確逃脫,鍾擺每擺動一次錨都會在適當的方向施加一個輕推力。輕推力增強了鍾擺克服摩擦力所需的能量,從而使它能保持擺動。
講解了這麽多之後,朱由棟總結道:
“盡管時鍾內的所有齒輪使它看起來很複雜,但是擺鍾的工作原理非常簡單。總的來說就是這麽幾點,第一,鍾錘可以為時鍾的指針旋轉提供能量,第二,棘輪裝置由鍾擺、錨和棘輪裝置齒輪構成,可以精確調節鍾錘能量釋放的速度,第三,指針齒輪係使時針能夠以正確的速度運轉。”
又經過了整整一個月,朱由棟和宋應星師生兩人在和木匠師傅們的合作下,成功地打造出了木質的重錘式機械擺鍾。作為這架機械鍾的守護者,宋應星決定,他將每天辰時,等待著重錘最終落地的那一刻,然後立即拉緊繩索提起鍾錘,從而開始新一天的計時。