第二章 “大发明” 第三十五节 制造时钟
目录：初级春秋| 作者：法拉第| 类别：历史军事
//7kankan.com// 从小到大，他吃的炖牛肉基本上全都是老妈用高压锅做的，只有回老家时见过用砂锅小火慢慢炖烂牛肉。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。而且甭说肉，家里不少粥都是用高压锅熬的，老妈说那样省火。物理课上也专门讲过高压锅的原理：封闭空间里，蒸汽不断增加，压力增加，导致水的沸点升高。还有什么高原上压力低，水的沸点低，结果米饭馒头蒸不熟，吃多了胃不好。
可是要造一个高压锅，首先需要面对强度问题。一个标准大气压为10米水柱，因此压强是每平方厘米1公斤。高压锅内，压力怎么也应该比外面高一个标准大气压吧？那么一个直径30厘米、高30厘米的锅，内部压力是900公斤，大概相当于现在的4000～5000斤。这需要锅壁多厚呢？有必要先进行一点强度测试，看青铜的抗拉强度大概是多少，不然把锅撑破可就危险了。随后还有锅盖、密封等问题。
于是姜海涛又增加了一项任务——高压锅。当然，这项工作是和其它很多工作一起进行的，包括设计抛石车、抽水机、鼓风机等等。比如说先画好抛石车、抽水机的模型图，让木匠门去造，这时自己再去画高压锅的设计图；工匠们造高压锅的木模时，他就对抛石车的小模型进行试验，分析结果，确定实际抛石车的尺寸；工匠们去造大抛石车，他就细细修改高压锅的木模，开始浇铸。
这么一套方法，姜海涛记得叫什么“运筹学”，能够合理地安排人手、节省时间。归通作为工场的“管理者”，对这一套方法很感兴趣，而且学得很快，很快就能融会贯通了。有一次他得意地告诉姜海涛，归豹现在对他更亲密了，称他是“胡国的孙叔敖”。工匠们在姜海涛的影响下，也逐渐称呼归通“场长”，归通听得很享受。
可是在这些工作只干了几天，所有项目刚刚进行了一小半，姜海涛就毅然中断，全力去设计时钟。因为他在画了几次设计图，进行过一些计算，造过几个模型后，发现计量单位的问题越来越严重。
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现在使用的“斤”、“两”、“尺”、“步”等单位，都和他在课堂上学过的“公斤”、“米”差别很大，因此他很难把现在的情况和自己记忆中的概念、公式、常识等快速对应起来，经常需要经过一个换算过程。现在的最小质量单位“铢”，最小长度单位“厘”，似乎也要比一克、一毫米大不少。姜海涛曾经想把卡尺的精度提高到0.5厘，甚至0.2厘，因为这么小的刻度人眼似乎还能分辨。但接着用“厘”这个单位表示就有点麻烦，应该有一个更小的单位，就象从厘米到毫米。另外，从尺到步，不是十进制而是六进制，这也让他感到很别扭。一步6尺，倒是和印象中的一米差不多长，但一丈可就长多了，搞得他特别头疼。斤、钧、石之间虽然为十进制，但一石只有100斤，不如公斤、吨那么简练。
最重要的一点是，现在没有小的时间单位——秒。上次砲弩试验中测量射速，现在设计抽水机时碰到的转速，都需要分、秒这类计时单位。还有重力加速度，他在计算弩箭、石弹的动能，以及抽水机的功率时，都会需要。可9.8米/秒方，是后世的单位，现在到底是多少？
而且上次测试砲弩时造的单摆计时器，让他发现了一个关键点，那就是计量标准。(去看看小说网 www.7kankan.com)
当初造卡尺时，他已经发现这胡国一尺的标准长度，是从周王的一个标准尺一层层传过来的，必然有人为误差。问过归通、薳书等人后，他了解到这个问题确实在各国都存在，所以胡国的一尺，和其它诸侯国的一尺，肯定不一样长。时间长了，这胡尺也会变。重量更不用说了：各国是以某个规定尺寸的容器里，装下的粟米重量来作标准。这粟米好了坏了、干了潮了，密度还不一样呢，怎么能统一和固定？胡国的一斤和楚国的一斤就完全不一样重。可是对这个问题，薳书他们也没什么办法。薳书还告诉他，晋国有些贵族就特意造一些不一样的量具，搞出的斤、石等和国君规定的不一样，以此来收买人心、夺取权力。
姜海涛记得：后世的米，是根据什么通过格林威治的地球子午线的多少分之一来规定的，以一个自然界里的长度为标准。而且造的什么型国际标准米，也是用特殊的合金，保存在特殊的房间里，减少热胀冷缩的影响。公斤，则是以固定温度下的某一固定容积的纯净水为标准。这都提醒姜海涛，只有以某种自然属性的长度、重量作为标准，才能避免热胀冷缩等很多因素的影响，也可以在不同的地方由不同的人随时校准，不必都跑到宫城里来跟那个标准尺比对。
但是怎么找到这样一个自然标准呢？测地球子午线？搞笑。用纯净水？那也得在长度标准确定后。
最后姜海涛想到了每天的时间长度，它应该是固定的；如果分成秒，每秒也是固定的；如果单摆的周期固定，那么摆长也将是固定的，不论冬夏。因此他觉得自己可以首先确定“秒”这个计量标准，从而得到一个固定的摆长；然后再通过这个摆长，确定长度计量标准。
于是姜海涛中断了所有工作，决定先全力造出时钟，把“秒”确定下来，然后是“米”、“公斤”等单位，还要测量一下重力加速度。
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造时钟，姜海涛碰到的第一个问题是，60。一分60秒、一小时60分，继续采用这个方法当然最好。但他刚画了几张设计草图，就发现这个分法有点讨厌。
首先是在一个圆上造60个齿，等分起来不太容易。要等分为6、12、24、48，甚至96个齿，每齿4度，都比较容易。或者按照4、8、16、32，甚至到64个齿，这也可以。可是这样分，又会让秒和分钟的比例关系与后世不一样。
第二个问题是传动。秒针转一周，分针就应该转一格，转60格后一周，拨动时针再转一格。不过根据他脑海里大挂钟的印象，分针、时针应该不是一格格转的，而是连续的。这说明什么呢？说明它们用的不是棘齿结构。姜海涛仔细想了想以后也觉得，棘齿结构确实有点麻烦，因为你得保证秒针转到位时，把分针恰好拨过去一格，然后分针就不再动了。力大了，分针可能转过头，多跑一格；力小了，可能拨不动，少算一分钟。想来想去，他觉得还不如用齿轮合适，分针跟着秒针慢慢转，时针跟着分针慢慢转。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。
这一用齿轮传动，60、60地分就更讨厌了。如果在秒针后装一个10齿的齿轮，分针那不可能装一个600齿的齿轮，必须进行多级传动。姜海涛为此让木匠们用木板作了很多简单的齿轮，拼装一套齿轮传动模型。为此消耗了很多木料，不仅工匠们不理解，养敖也对此感到很奇怪，催促他赶紧设计抛石车、抽水机。
姜海涛这次坚决不听话，说自己必须先解决这个时钟问题，不然抛石车、抽水机等东西的设计工作今后也得重来，很多数据要重新换算。养敖把归豹搬来，也没能说服姜海涛，因为他抓住归豹说过的“两月后开始制造定型的踏张弩、神臂弩和砲弩”这句话，表示自己最多只需要一个月来完成眼前这项工作。
姜海涛还把时钟的好处极力吹嘘，说今后归豹在晚上也能随时看到时间，这一下让归豹、养敖他们有了一些兴趣。现在的计时工具，白天可以靠日冕，晚上和阴天还真没有什么好办法，只能靠不准确的水漏。而且姜海涛说自己正在研究的这个时钟，能准确地细分到一跳一跳那么短，让归豹等人感觉很神奇。砲弩试验时的单摆计时器已经向他们表明这不是吹牛。最后姜海涛还悄悄告诉归豹，时钟将帮助归豹作为胡国的头号贵族，制定的一系列新的计量单位，就像当初周王颁布尺有多长、斤有多重。这话遭到了归豹的几句训斥，但姜海涛还是看出他内心里其实非常喜欢。
废话，连姜海涛都想以自己的身高作为标准的一米呢，更何况一个小国君？虽然只是一个子爵的小诸侯，那也算是一正儿八经的“国”，要是在后世的联合国里也能有一票啊。于是姜海涛获准继续研究时钟需要的齿轮。
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时分秒的划分，姜海涛最后决定还是按照后世的做法。虽然这样有点讨厌和麻烦，但可以和后世的单位尽量一致，方便他今后的很多工作。日夜思考、试验了五天以后，他终于确定了一个能够满足自己要求的方案，首先造出了一个木制模型，然后铸造、加工所需要的青铜零件，组装成第一台大时钟。
这玩意下面有四个腿，悬挂着一个大钟摆。这就是大时钟的第一核心部件，单摆，下面有重物，上面有棘齿。
单摆现在不用丝绳，而是用结实的青铜杆代替。青铜摆杆的下端穿过一个直径1尺、重120斤的铜球，然后在底部横插了一根销子。姜海涛还铸造了一些铜片，可以插到销子和铜球中间，调整这个大摆锤的高度。
为了确定摆杆最合适的长度，姜海涛提前利用原来那个单摆计时器进行了两天的枯燥测量：长短两个单摆在正午时分启动，然后12名工匠分三班，每俩人盯着一个单摆，数它的摆动次数，一直到第二天正午。这其中工匠报告说，单摆们摆动时间长了以后，幅度会变小，大概半天后会减小一半。姜海涛想起这是因为摆锤的机械能逐渐用于克服各种阻力，慢慢变小了。当初砲弩试验时，摆动时间不长，因此这个问题看不出来。他让工匠们稍稍用手拨一下摆锤，恢复它的摆幅、机械能，这个问题就解决了。姜海涛心想这以后时钟还得每天拨它两三次，虽然麻烦点，但还可以暂时接受。他还可以增加摆锤重量，也就是提高其机械能，延长这个需要拨动的时间间隔。
经过两整天枯燥的数数，他得到两组数值：摆长6尺，一天摆动了38365次；摆长1.5尺，76720次。按道理，后者应该是前者的两倍，但这里不完全是这样，姜海涛认为有三个原因。第一，是计数上有点差错，毕竟次数太庞大了；第二，摆长测量上有误差，因为他确定的摆锤重心肯定有误差；第三，这“一整天”肯定不是精准的一整天。不过这并不重要，因为造好的时钟上，摆锤肯定要能调整高低，让它最后做到每天来回摆动86400次。
重要的是，根据上面的计数结果，摆动86400次的单摆挺短的，不到1.5尺。根据摆长和周期的平方成正比来推导，摆长和一整天摆动次数的平方成反比，因此用上面的6尺38365次、1.5尺76720次算下来，摆长1.183尺时，一整天摆动86400个来回。这只有小臂那么长，作为钟摆太短了。于是姜海涛决定把摆长定为4.732尺，有半人多高，这样一个摆动周期将是2秒。只要他能通过调整摆锤的高度，让这个单摆每天摆动43200下，就成了一个准确的计时器，也能得到一个固定的摆长。除非地球引力有变化。
根据摆长4.732尺，以及摆锤的直径，他确定了一个摆杆长度。不同厚度的铜片也铸造了一些，有的甚至进行了仔细的打磨，厚度只有0.2厘，可以让摆锤的调整更加精确。
这是单摆杆的下端。单摆杆的上端是一根坚固的铜轴，但它的截面不是圆的，而是三角形，下面的棱线压在前后两个单摆座上，是摆动的圆心。单摆座上也没有轴孔，而是一个三角形的槽，单摆通过三角轴悬吊在这里摆动。
单摆杆上方，通过一个弯曲的铜杆向后方伸出一个小棘齿，拨动后面一个30齿的齿轮单向转动。这个棘齿说起来也简单，就是向右耷下一定角度的小横杆，左端翘起和齿轮接触。单摆杆向左摆动时，小横杆会顶住齿轮逆时针转动；单摆杆回摆时，小横杆从齿上轻轻滑过，不拨动齿轮。
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这个30齿的齿轮，是一套复杂齿轮组的一部份，都装在钟摆后方的一个箱子里，一共六根轴，穿着11个齿轮。这也是姜海涛设计的大时钟的第二核心部件，负责把单摆运动转变为秒、分、时三根针的转动。
前五根轴上，分别穿了两个齿轮，一大一小，小齿轮和后面轴上的大齿轮咬合。比如第一根轴上，前面穿着30齿轮，被单摆顶部的棘齿横杆拨动，后面穿着16齿轮，和第二轴上的48齿轮咬合；第二轴上，前面则穿着16齿轮，和第三轴的64齿轮咬合；第三轴的前面穿着16齿轮，对第四轴的80齿轮；第四轴的后面穿着一个稍大一些的16齿轮，对第五轴的48齿轮；第五轴后面穿的16齿轮对第六轴的64齿轮。这样下来，形成了一个传动齿轮系，30/16→48/16→64/16→80/16→48/16→64，前后摆了三层。
这里最小的齿轮为16齿，是因为姜海涛对单组齿轮进行试验时，发现齿数再少了以后，比如12齿，咬合中经常会出现问题。齿形就是简单的梯形，然后稍微磨成弧形。在单组齿轮试验中他还发现，这种齿面根本不能转快，阻力也不能大，否则就出现明显的振动，或者是咬死、卡住。他本来还想借这次机会，设计一套齿轮箱给磨床用，可是看到传动效果这么差，只能把这个美好的愿望搁置下来。
第一根齿轮轴被作为秒针，单摆2秒钟来回一次，它就转动一个齿，30个周期后转动一整圈，正好1分钟。它转60圈后，第四轴会转动一整圈，因此这根轴为分针。第六轴为时针，它在分针转一圈后，会移动十二分之一圈，正好代表一小时。
但这里有一个问题：秒针和分针、时针的旋转方向是反的！他现在的设计中，秒针就是逆时针旋转的。姜海涛曾想在二三轴之间增加一个齿轮，把方向变过来，后来决定还是在这第一台实验性时钟上暂时忍受一下，今后正式生产时再说。
齿轮安装问题，姜海涛在设计时也忽略了，结果把六根轴设计在一条水平线上。到准备在齿轮箱上钻轴孔时，轸老头发现了这个问题，询问他准备按什么顺序安装轴和齿轮，怎么让齿轮咬合上。这一下弄得姜海涛很不好意思，大家赶紧修改设计，把齿轮轴设计在两条水平线上，安装时先放下面的，再放上面的。这样也略微缩小了大时钟的横向尺寸。为了便于观察，齿轮箱后面的木板，轴以上的部分干脆都被去掉，结果形成六个半圆形轴座。这也方便了安装。
为了尽量降低阻力影响，姜海涛让工匠们用青铜铸造齿轮轴，在不影响强度的情况下尽量细，最后都不到1厘。齿轮就采用木制，锯成中间厚、周围薄的板，然后用量角器、凿子切出齿，最后仔细打磨。为了减轻木齿轮的重量，他们还用手拉弓钻在木轮上开了四个大孔，把它们变成四幅条车轮的样子。这么一抠，木齿轮的重量减轻了四分之三，只剩下1斤左右。由于姜海涛对这些木齿轮的尺寸、重心、重量要求非常严，为此工匠们又造了两台磨床，花了两天工夫才作好11个齿轮，以及7个备份的。
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在工场里一间大房间里，经过一整天的安装和调试，又是修整、打磨，又是加润滑油脂，第一台时钟终于准备好了。一个大铜球悬挂在木架的下方右侧，上面一块横向木板上有三个旋转的针，一高两低，每个针的背后都画着四粗八细一共12道刻度。现在三根指针都指向上方，那里还写着数字“12”。房间外，几个工匠正在仔细观察一个大型日冕。当他们发出信号后，姜海涛把钟摆推开一个小角度，然后松手。木架上方传来咔哒声，最右侧的秒针开始走动。
一些工匠忍不住欢呼起来，姜海涛却提醒他们注意观察三个指针和钟摆，记录摆动次数。毕竟要经过一整天，他才能知道这台时钟准不准，有没有其它问题。
咔哒声，数数，都是单调的事情，因此大多数工匠很快就降低了好奇心与耐心，纷纷出去干别的事，偶尔回来看一看。姜海涛也不打算一直这么干看下去。秒针转三圈后，他已经确定秒针每走30次就是一圈，于是让负责观测的井等人不必再数每一次摆动，只要记录秒针旋转的圈数。然后他跑到外面，继续设计自己的抛石车。
可是没过多久，井就急忙跑出来找姜海涛：“公子！公子！时钟出问题了！”
可是要造一个高压锅，首先需要面对强度问题。一个标准大气压为10米水柱，因此压强是每平方厘米1公斤。高压锅内，压力怎么也应该比外面高一个标准大气压吧？那么一个直径30厘米、高30厘米的锅，内部压力是900公斤，大概相当于现在的4000～5000斤。这需要锅壁多厚呢？有必要先进行一点强度测试，看青铜的抗拉强度大概是多少，不然把锅撑破可就危险了。随后还有锅盖、密封等问题。
于是姜海涛又增加了一项任务——高压锅。当然，这项工作是和其它很多工作一起进行的，包括设计抛石车、抽水机、鼓风机等等。比如说先画好抛石车、抽水机的模型图，让木匠门去造，这时自己再去画高压锅的设计图；工匠们造高压锅的木模时，他就对抛石车的小模型进行试验，分析结果，确定实际抛石车的尺寸；工匠们去造大抛石车，他就细细修改高压锅的木模，开始浇铸。
这么一套方法，姜海涛记得叫什么“运筹学”，能够合理地安排人手、节省时间。归通作为工场的“管理者”，对这一套方法很感兴趣，而且学得很快，很快就能融会贯通了。有一次他得意地告诉姜海涛，归豹现在对他更亲密了，称他是“胡国的孙叔敖”。工匠们在姜海涛的影响下，也逐渐称呼归通“场长”，归通听得很享受。
可是在这些工作只干了几天，所有项目刚刚进行了一小半，姜海涛就毅然中断，全力去设计时钟。因为他在画了几次设计图，进行过一些计算，造过几个模型后，发现计量单位的问题越来越严重。
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现在使用的“斤”、“两”、“尺”、“步”等单位，都和他在课堂上学过的“公斤”、“米”差别很大，因此他很难把现在的情况和自己记忆中的概念、公式、常识等快速对应起来，经常需要经过一个换算过程。现在的最小质量单位“铢”，最小长度单位“厘”，似乎也要比一克、一毫米大不少。姜海涛曾经想把卡尺的精度提高到0.5厘，甚至0.2厘，因为这么小的刻度人眼似乎还能分辨。但接着用“厘”这个单位表示就有点麻烦，应该有一个更小的单位，就象从厘米到毫米。另外，从尺到步，不是十进制而是六进制，这也让他感到很别扭。一步6尺，倒是和印象中的一米差不多长，但一丈可就长多了，搞得他特别头疼。斤、钧、石之间虽然为十进制，但一石只有100斤，不如公斤、吨那么简练。
最重要的一点是，现在没有小的时间单位——秒。上次砲弩试验中测量射速，现在设计抽水机时碰到的转速，都需要分、秒这类计时单位。还有重力加速度，他在计算弩箭、石弹的动能，以及抽水机的功率时，都会需要。可9.8米/秒方，是后世的单位，现在到底是多少？
而且上次测试砲弩时造的单摆计时器，让他发现了一个关键点，那就是计量标准。(去看看小说网 www.7kankan.com)
当初造卡尺时，他已经发现这胡国一尺的标准长度，是从周王的一个标准尺一层层传过来的，必然有人为误差。问过归通、薳书等人后，他了解到这个问题确实在各国都存在，所以胡国的一尺，和其它诸侯国的一尺，肯定不一样长。时间长了，这胡尺也会变。重量更不用说了：各国是以某个规定尺寸的容器里，装下的粟米重量来作标准。这粟米好了坏了、干了潮了，密度还不一样呢，怎么能统一和固定？胡国的一斤和楚国的一斤就完全不一样重。可是对这个问题，薳书他们也没什么办法。薳书还告诉他，晋国有些贵族就特意造一些不一样的量具，搞出的斤、石等和国君规定的不一样，以此来收买人心、夺取权力。
姜海涛记得：后世的米，是根据什么通过格林威治的地球子午线的多少分之一来规定的，以一个自然界里的长度为标准。而且造的什么型国际标准米，也是用特殊的合金，保存在特殊的房间里，减少热胀冷缩的影响。公斤，则是以固定温度下的某一固定容积的纯净水为标准。这都提醒姜海涛，只有以某种自然属性的长度、重量作为标准，才能避免热胀冷缩等很多因素的影响，也可以在不同的地方由不同的人随时校准，不必都跑到宫城里来跟那个标准尺比对。
但是怎么找到这样一个自然标准呢？测地球子午线？搞笑。用纯净水？那也得在长度标准确定后。
最后姜海涛想到了每天的时间长度，它应该是固定的；如果分成秒，每秒也是固定的；如果单摆的周期固定，那么摆长也将是固定的，不论冬夏。因此他觉得自己可以首先确定“秒”这个计量标准，从而得到一个固定的摆长；然后再通过这个摆长，确定长度计量标准。
于是姜海涛中断了所有工作，决定先全力造出时钟，把“秒”确定下来，然后是“米”、“公斤”等单位，还要测量一下重力加速度。
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造时钟，姜海涛碰到的第一个问题是，60。一分60秒、一小时60分，继续采用这个方法当然最好。但他刚画了几张设计草图，就发现这个分法有点讨厌。
首先是在一个圆上造60个齿，等分起来不太容易。要等分为6、12、24、48，甚至96个齿，每齿4度，都比较容易。或者按照4、8、16、32，甚至到64个齿，这也可以。可是这样分，又会让秒和分钟的比例关系与后世不一样。
第二个问题是传动。秒针转一周，分针就应该转一格，转60格后一周，拨动时针再转一格。不过根据他脑海里大挂钟的印象，分针、时针应该不是一格格转的，而是连续的。这说明什么呢？说明它们用的不是棘齿结构。姜海涛仔细想了想以后也觉得，棘齿结构确实有点麻烦，因为你得保证秒针转到位时，把分针恰好拨过去一格，然后分针就不再动了。力大了，分针可能转过头，多跑一格；力小了，可能拨不动，少算一分钟。想来想去，他觉得还不如用齿轮合适，分针跟着秒针慢慢转，时针跟着分针慢慢转。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。
这一用齿轮传动，60、60地分就更讨厌了。如果在秒针后装一个10齿的齿轮，分针那不可能装一个600齿的齿轮，必须进行多级传动。姜海涛为此让木匠们用木板作了很多简单的齿轮，拼装一套齿轮传动模型。为此消耗了很多木料，不仅工匠们不理解，养敖也对此感到很奇怪，催促他赶紧设计抛石车、抽水机。
姜海涛这次坚决不听话，说自己必须先解决这个时钟问题，不然抛石车、抽水机等东西的设计工作今后也得重来，很多数据要重新换算。养敖把归豹搬来，也没能说服姜海涛，因为他抓住归豹说过的“两月后开始制造定型的踏张弩、神臂弩和砲弩”这句话，表示自己最多只需要一个月来完成眼前这项工作。
姜海涛还把时钟的好处极力吹嘘，说今后归豹在晚上也能随时看到时间，这一下让归豹、养敖他们有了一些兴趣。现在的计时工具，白天可以靠日冕，晚上和阴天还真没有什么好办法，只能靠不准确的水漏。而且姜海涛说自己正在研究的这个时钟，能准确地细分到一跳一跳那么短，让归豹等人感觉很神奇。砲弩试验时的单摆计时器已经向他们表明这不是吹牛。最后姜海涛还悄悄告诉归豹，时钟将帮助归豹作为胡国的头号贵族，制定的一系列新的计量单位，就像当初周王颁布尺有多长、斤有多重。这话遭到了归豹的几句训斥，但姜海涛还是看出他内心里其实非常喜欢。
废话，连姜海涛都想以自己的身高作为标准的一米呢，更何况一个小国君？虽然只是一个子爵的小诸侯，那也算是一正儿八经的“国”，要是在后世的联合国里也能有一票啊。于是姜海涛获准继续研究时钟需要的齿轮。
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时分秒的划分，姜海涛最后决定还是按照后世的做法。虽然这样有点讨厌和麻烦，但可以和后世的单位尽量一致，方便他今后的很多工作。日夜思考、试验了五天以后，他终于确定了一个能够满足自己要求的方案，首先造出了一个木制模型，然后铸造、加工所需要的青铜零件，组装成第一台大时钟。
这玩意下面有四个腿，悬挂着一个大钟摆。这就是大时钟的第一核心部件，单摆，下面有重物，上面有棘齿。
单摆现在不用丝绳，而是用结实的青铜杆代替。青铜摆杆的下端穿过一个直径1尺、重120斤的铜球，然后在底部横插了一根销子。姜海涛还铸造了一些铜片，可以插到销子和铜球中间，调整这个大摆锤的高度。
为了确定摆杆最合适的长度，姜海涛提前利用原来那个单摆计时器进行了两天的枯燥测量：长短两个单摆在正午时分启动，然后12名工匠分三班，每俩人盯着一个单摆，数它的摆动次数，一直到第二天正午。这其中工匠报告说，单摆们摆动时间长了以后，幅度会变小，大概半天后会减小一半。姜海涛想起这是因为摆锤的机械能逐渐用于克服各种阻力，慢慢变小了。当初砲弩试验时，摆动时间不长，因此这个问题看不出来。他让工匠们稍稍用手拨一下摆锤，恢复它的摆幅、机械能，这个问题就解决了。姜海涛心想这以后时钟还得每天拨它两三次，虽然麻烦点，但还可以暂时接受。他还可以增加摆锤重量，也就是提高其机械能，延长这个需要拨动的时间间隔。
经过两整天枯燥的数数，他得到两组数值：摆长6尺，一天摆动了38365次；摆长1.5尺，76720次。按道理，后者应该是前者的两倍，但这里不完全是这样，姜海涛认为有三个原因。第一，是计数上有点差错，毕竟次数太庞大了；第二，摆长测量上有误差，因为他确定的摆锤重心肯定有误差；第三，这“一整天”肯定不是精准的一整天。不过这并不重要，因为造好的时钟上，摆锤肯定要能调整高低，让它最后做到每天来回摆动86400次。
重要的是，根据上面的计数结果，摆动86400次的单摆挺短的，不到1.5尺。根据摆长和周期的平方成正比来推导，摆长和一整天摆动次数的平方成反比，因此用上面的6尺38365次、1.5尺76720次算下来，摆长1.183尺时，一整天摆动86400个来回。这只有小臂那么长，作为钟摆太短了。于是姜海涛决定把摆长定为4.732尺，有半人多高，这样一个摆动周期将是2秒。只要他能通过调整摆锤的高度，让这个单摆每天摆动43200下，就成了一个准确的计时器，也能得到一个固定的摆长。除非地球引力有变化。
根据摆长4.732尺，以及摆锤的直径，他确定了一个摆杆长度。不同厚度的铜片也铸造了一些，有的甚至进行了仔细的打磨，厚度只有0.2厘，可以让摆锤的调整更加精确。
这是单摆杆的下端。单摆杆的上端是一根坚固的铜轴，但它的截面不是圆的，而是三角形，下面的棱线压在前后两个单摆座上，是摆动的圆心。单摆座上也没有轴孔，而是一个三角形的槽，单摆通过三角轴悬吊在这里摆动。
单摆杆上方，通过一个弯曲的铜杆向后方伸出一个小棘齿，拨动后面一个30齿的齿轮单向转动。这个棘齿说起来也简单，就是向右耷下一定角度的小横杆，左端翘起和齿轮接触。单摆杆向左摆动时，小横杆会顶住齿轮逆时针转动；单摆杆回摆时，小横杆从齿上轻轻滑过，不拨动齿轮。
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这个30齿的齿轮，是一套复杂齿轮组的一部份，都装在钟摆后方的一个箱子里，一共六根轴，穿着11个齿轮。这也是姜海涛设计的大时钟的第二核心部件，负责把单摆运动转变为秒、分、时三根针的转动。
前五根轴上，分别穿了两个齿轮，一大一小，小齿轮和后面轴上的大齿轮咬合。比如第一根轴上，前面穿着30齿轮，被单摆顶部的棘齿横杆拨动，后面穿着16齿轮，和第二轴上的48齿轮咬合；第二轴上，前面则穿着16齿轮，和第三轴的64齿轮咬合；第三轴的前面穿着16齿轮，对第四轴的80齿轮；第四轴的后面穿着一个稍大一些的16齿轮，对第五轴的48齿轮；第五轴后面穿的16齿轮对第六轴的64齿轮。这样下来，形成了一个传动齿轮系，30/16→48/16→64/16→80/16→48/16→64，前后摆了三层。
这里最小的齿轮为16齿，是因为姜海涛对单组齿轮进行试验时，发现齿数再少了以后，比如12齿，咬合中经常会出现问题。齿形就是简单的梯形，然后稍微磨成弧形。在单组齿轮试验中他还发现，这种齿面根本不能转快，阻力也不能大，否则就出现明显的振动，或者是咬死、卡住。他本来还想借这次机会，设计一套齿轮箱给磨床用，可是看到传动效果这么差，只能把这个美好的愿望搁置下来。
第一根齿轮轴被作为秒针，单摆2秒钟来回一次，它就转动一个齿，30个周期后转动一整圈，正好1分钟。它转60圈后，第四轴会转动一整圈，因此这根轴为分针。第六轴为时针，它在分针转一圈后，会移动十二分之一圈，正好代表一小时。
但这里有一个问题：秒针和分针、时针的旋转方向是反的！他现在的设计中，秒针就是逆时针旋转的。姜海涛曾想在二三轴之间增加一个齿轮，把方向变过来，后来决定还是在这第一台实验性时钟上暂时忍受一下，今后正式生产时再说。
齿轮安装问题，姜海涛在设计时也忽略了，结果把六根轴设计在一条水平线上。到准备在齿轮箱上钻轴孔时，轸老头发现了这个问题，询问他准备按什么顺序安装轴和齿轮，怎么让齿轮咬合上。这一下弄得姜海涛很不好意思，大家赶紧修改设计，把齿轮轴设计在两条水平线上，安装时先放下面的，再放上面的。这样也略微缩小了大时钟的横向尺寸。为了便于观察，齿轮箱后面的木板，轴以上的部分干脆都被去掉，结果形成六个半圆形轴座。这也方便了安装。
为了尽量降低阻力影响，姜海涛让工匠们用青铜铸造齿轮轴，在不影响强度的情况下尽量细，最后都不到1厘。齿轮就采用木制，锯成中间厚、周围薄的板，然后用量角器、凿子切出齿，最后仔细打磨。为了减轻木齿轮的重量，他们还用手拉弓钻在木轮上开了四个大孔，把它们变成四幅条车轮的样子。这么一抠，木齿轮的重量减轻了四分之三，只剩下1斤左右。由于姜海涛对这些木齿轮的尺寸、重心、重量要求非常严，为此工匠们又造了两台磨床，花了两天工夫才作好11个齿轮，以及7个备份的。
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在工场里一间大房间里，经过一整天的安装和调试，又是修整、打磨，又是加润滑油脂，第一台时钟终于准备好了。一个大铜球悬挂在木架的下方右侧，上面一块横向木板上有三个旋转的针，一高两低，每个针的背后都画着四粗八细一共12道刻度。现在三根指针都指向上方，那里还写着数字“12”。房间外，几个工匠正在仔细观察一个大型日冕。当他们发出信号后，姜海涛把钟摆推开一个小角度，然后松手。木架上方传来咔哒声，最右侧的秒针开始走动。
一些工匠忍不住欢呼起来，姜海涛却提醒他们注意观察三个指针和钟摆，记录摆动次数。毕竟要经过一整天，他才能知道这台时钟准不准，有没有其它问题。
咔哒声，数数，都是单调的事情，因此大多数工匠很快就降低了好奇心与耐心，纷纷出去干别的事，偶尔回来看一看。姜海涛也不打算一直这么干看下去。秒针转三圈后，他已经确定秒针每走30次就是一圈，于是让负责观测的井等人不必再数每一次摆动，只要记录秒针旋转的圈数。然后他跑到外面，继续设计自己的抛石车。
可是没过多久，井就急忙跑出来找姜海涛：“公子！公子！时钟出问题了！”
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