Một chiếc đồng hồ cơ khí là một chiếc đồng hồ chỉ sử dụng các cơ cấu cơ khí (không dùng điện, từ…) để đo thời gian trôi qua.

Các thành phần cơ bản của đồng hồ cơ khí

- Bộ máy (Movement): Là một cơ cấu và hệ thống được lắp ráp theo một trật tự nhất định của một chiếc đồng hồ với các cơ cấu như điều chỉnh kim và lên giây (winding), dây cót tích trữ năng lượng (mainspring), hệ bánh răng (gear), cơ cấu hồi (escapement) và bánh lắc lò xo (spring balance).

- Mặt số (Dial): Mặt số thường là một tấm kim loại hoặc vật liệu khác như sợi carbon, nhựa, thuỷ tinh, chất dẻo… trên đó có các vạch (dấu) chỉ giờ, phút và giây. Mặt số có nhiều kiểu dáng, hình thức trang trí và cách thể hiện thời gian khác nhau, có thể hiển thị bằng con số, bằng các dấu hoặc vạch… Ngoài giờ, phút và giây tiêu chuẩn, trên mặt số còn có lịch ngày, thứ, năm, lịch mặt trăng moonphase, mức năng lượng dự trữ, thang 24 giờ…

- Kim (Hand): Kim đồng hồ cho biết các chức năng của nó. Phần lớn kim quay trên thang đo và nhưng cũng có loại kim đứng yên và thang đo quay. Nhiều hình dạng của kim được sử dụng trong lịch sử đồng hồ nhưng đều là loại bằng thép mỏng hoặc rất nhẹ. Phần lớn đồng hồ cơ bản có 3 kim - giờ, phút và giây. Những chiếc đồng hồ đầu tiên trên thế giới chỉ có một kim để chỉ giờ. Nhà sản xuất đồng hồ người Anh Daniel Quare là người giới thiệu chiếc kim phút đầu tiên năm 1691. Nó trở thành phổ biến vào đầu thế lỷ 18. Những chiếc kim đầu tiên rất thô ráp, nặng nề và mặt số chưa được bảo về bằng kính vì người đeo phải dùng tay để quay chiếc kim. Giữa thế kỷ 18, những chiếc kim trở nên mỏng hơn và thanh lịch hơn. Chúng được làm bằng tay và hoàn thiện với nhiều kiểu trang trí khá ấn tượng. Những dạng chủ yếu của kim: hình gậy, hình lá lúa, lưỡi kiếm. kiểu cogn như của Breguet hoặc kim được rập thủng kiểu skeleton. 

- Thân (case) bảo vệ bộ máy đồng hồ, gồm thân chính (middle), vành tròn (bezel), mặt kính (glass) và đáy hoặc nắp phía sau (back). Những yếu tố này tạo dáng và phong cách cho chiếc đồng hồ.

1. Tích lũy năng lượng cơ khí: Dây cót (mainspring)
2. Phân chia và truyền động: Hệ thống bánh răng (gearchain)
3. Chi thời gian và phân bố: Cơ cấu hồi (escapement)
4. Điều chỉnh: Bánh lắc (balance wheel) và dây tóc (spring)

Dây cót (main spring) – Bộ tích lũy năng lượng

Một chiếc đồng hồ cơ khí cần năng lượng để làm việc. Năng lượng này được cung cấp cho các cơ cấu của đồng hồ từ dây cót, nó xoắn lại khi chiếc đồng hồ được lên giây. Dây cót chính được lắp bên trong một hộp tang trống hình trụ nhỏ (barrel).

Dây cót (1) bản thân là một lá thép rất mềm và dài, được lên giây bằng một khóa vặn, cuốn lại xung quanh trục (2) của hộp tang trống và chứa năng lượng để chạy đồng hồ. Một khi được lên giây, dây tóc tự nhiên có xu hướng trở lại hình dạng ban đầu bằng cách nhả và do đó tạo ra năng lượng đưa đến các bộ phận của chiếc đồng hồ. Chiếc hộp tang trống có các bánh răng (3) và qua đó nó truyền năng lượng đến hệ thống bánh răng của đồng hồ.

Hệ thống bánh răng – Phân chia và truyền động

Hệ thống truyền động hay bánh răng truyền năng lượng được lưu trữ trong hộp tang trống đến bánh răng hồi (escape-wheel). Khi dây cót nhả, hộp tang trống quay và vận hành các bánh răng.

1. Bánh răng đầu tiên ngay sau hộp tang trống là bánh răng trung tâm. Như tên của nó đã đề cập, nó nằm ở tâm của bộ máy. Bánh răng này quay hết một vòng trong thời gian 12 giờ và nó gắn chiếc kim giờ.

2. Bánh răng tiếp theo được gọi là bánh răng thứ ba là một bánh răng trung gian.

3. Bánh tiếp theo là bánh răng thứ tư. Bánh răng này có thể đặt ở chính giữa hoặc tại vị trí 6 giờ của đồng hồ. Nó hoàn thành một vòng quay trong thời gian 1 phút hoặc 60 giây do đó nó thường gắn chiếc kim giây. 
Ba bánh răng trên thường được làm bằng đồng thau.

4. Chiếc bánh răng cuối cùng là bánh răng hồi (pallet-wheel hoặc escape-wheel). Nó giải phóng năng lượng được truyền đến thông qua các bánh răng tới cần gạt mức (pallet-lever) theo những khoảng liên tiếp nhau. Chiếc bánh răng này rất khác với ba bánh kia. Nó được làm từ loại thép tốt có độ cứng cao và chịu đựng rung chấn khi chạm vào cần gạt (trung bình 21.600 lần/giờ có nghĩa là 518.000 lần một ngày đêm). Hình dạng của các bánh răng cũng rất đặc biệt và nó là một trong những chi tiết phức tạp nhất của đồng hồ.

Cơ cấu hồi (Escapement) – Phân chia thời gian

Năng lượng được truyền một cách liên tục từ dây cót phải được chia thành các đơn vị thông thường để có thể đếm được thời gian. Cơ cấu hồi chuyển năng lượng nhận được thành các xung. Nếu cơ cấu này không xuất hiện, các bánh răng quay quá nhanh và dây cót sẽ nhả hết năng lượng trong thời gian vài giây.

Cơ cấu hồi tạo thành liên kết từ cơ cấu điều chỉnh và phân bố xung đến bánh lắc. Cần gạt mức (1) nhận năng lượng được cung cấp ban đầu bởi dây cót thông qua các xung của bánh răng hồi (2). Cần gạt mức biến chuyển động tròn của bánh răng thành các chuyển động qua lại để vận hành bánh lắc. Nó tạo thành một chuỗi chuyển động rời rạc tương ứng với âm thanh “tic” và “tắc” mà ta nghe thấy mỗi khi đồng hồ cơ hoạt động.

Bánh lắc (balance) và dây tóc (hairspring) – Cơ cấu điều chỉnh

Bánh lắc và dây tóc được coi là trái tim của đồng hồ, nó quyết định đến độ chính xác của đồng hồ và là cơ cấu có độ nhạy cảm rất cao. Chúng gồm có một một bánh lắc 1 (bánh này tuyệt đối yêu cầu tính cân bằng trục và có thể điều chỉnh độ cân bằng thông qua những con ốc đối trọng gắn ở xung quanh) và một lò xo xoắn dao động hay còn gọi là dây tóc 2.

Bánh lắc có tác dụng điều khiển tốc độ của đồng hồ. Bánh lắc quay tiến và lùi (dao động) xung quanh vị trí trung tâm của nó nhờ dây tóc xoắn. Nó được vận hành nhờ năng lượng từ cơ cấu hồi, cơ cấu có chức năng biến chuyển động quay của các bánh răng thành dạng xung và đưa đến bánh lắc. Tuy nhiên bánh lắc lại có tác dụng ngược lại với cơ cấu hồi và hệ thống bánh răng bằng cách duy trì tốc độ không đổi và rất chậm của chúng. Mỗi lần bánh lắc xoay (chúng ta nghe thấy tiếng đập tíc tắc) các bánh răng cũng được xoay theo và từ đó quay các kim. Sự kết hợp giữa khối lượng của bánh lắc và độ đàn hồi của dây tóc giữ cho thời gian giữa những lần dao động rất ổn định. Độ nhanh chậm của đồng hồ có thể được điều chỉnh trực tiếp bằng những con ốc hoặc cần gạt gắn trên bánh lắc và dây tóc.

Dây tóc được sản xuất bằng loại chất liệu đặc biệt có tính đàn hồi cao và không thay đổi trong thời gian dài. Tần số là đặc tính quan trọng để đánh giá phẩm chất của một dây tóc và thường được tính bằng số lần dao động trong một giờ (lần/h). Hiện nay trong ngành công nghiệp đồng hồ thường có 4 loại dây tóc chủ yếu: 18.000; 21.600; 28.800 và 36.000. Dây tóc càng có tần số cao càng chính xác, ví dụ dây tóc có tần số dao động 36.000 lần/h thì có độ chính xác là 1/10 giây.

Một chiếc đồng hồ cơ khí là một chiếc đồng hồ chỉ sử dụng các cơ cấu cơ khí (không dùng điện, từ…) để đo thời gian trôi qua.

Các thành phần cơ bản của đồng hồ cơ khí

- Bộ máy (Movement): Là một cơ cấu và hệ thống được lắp ráp theo một trật tự nhất định của một chiếc đồng hồ với các cơ cấu như điều chỉnh kim và lên giây (winding), dây cót tích trữ năng lượng (mainspring), hệ bánh răng (gear), cơ cấu hồi (escapement) và bánh lắc lò xo (spring balance).

- Mặt số (Dial): Mặt số thường là một tấm kim loại hoặc vật liệu khác như sợi carbon, nhựa, thuỷ tinh, chất dẻo… trên đó có các vạch (dấu) chỉ giờ, phút và giây. Mặt số có nhiều kiểu dáng, hình thức trang trí và cách thể hiện thời gian khác nhau, có thể hiển thị bằng con số, bằng các dấu hoặc vạch… Ngoài giờ, phút và giây tiêu chuẩn, trên mặt số còn có lịch ngày, thứ, năm, lịch mặt trăng moonphase, mức năng lượng dự trữ, thang 24 giờ…

- Kim (Hand): Kim đồng hồ cho biết các chức năng của nó. Phần lớn kim quay trên thang đo và nhưng cũng có loại kim đứng yên và thang đo quay. Nhiều hình dạng của kim được sử dụng trong lịch sử đồng hồ nhưng đều là loại bằng thép mỏng hoặc rất nhẹ. Phần lớn đồng hồ cơ bản có 3 kim - giờ, phút và giây. Những chiếc đồng hồ đầu tiên trên thế giới chỉ có một kim để chỉ giờ. Nhà sản xuất đồng hồ người Anh Daniel Quare là người giới thiệu chiếc kim phút đầu tiên năm 1691. Nó trở thành phổ biến vào đầu thế lỷ 18. Những chiếc kim đầu tiên rất thô ráp, nặng nề và mặt số chưa được bảo về bằng kính vì người đeo phải dùng tay để quay chiếc kim. Giữa thế kỷ 18, những chiếc kim trở nên mỏng hơn và thanh lịch hơn. Chúng được làm bằng tay và hoàn thiện với nhiều kiểu trang trí khá ấn tượng. Những dạng chủ yếu của kim: hình gậy, hình lá lúa, lưỡi kiếm. kiểu cogn như của Breguet hoặc kim được rập thủng kiểu skeleton. 

- Thân (case) bảo vệ bộ máy đồng hồ, gồm thân chính (middle), vành tròn (bezel), mặt kính (glass) và đáy hoặc nắp phía sau (back). Những yếu tố này tạo dáng và phong cách cho chiếc đồng hồ.

1. Tích lũy năng lượng cơ khí: Dây cót (mainspring)
2. Phân chia và truyền động: Hệ thống bánh răng (gearchain)
3. Chi thời gian và phân bố: Cơ cấu hồi (escapement)
4. Điều chỉnh: Bánh lắc (balance wheel) và dây tóc (spring)

Dây cót (main spring) – Bộ tích lũy năng lượng

Một chiếc đồng hồ cơ khí cần năng lượng để làm việc. Năng lượng này được cung cấp cho các cơ cấu của đồng hồ từ dây cót, nó xoắn lại khi chiếc đồng hồ được lên giây. Dây cót chính được lắp bên trong một hộp tang trống hình trụ nhỏ (barrel).

Dây cót (1) bản thân là một lá thép rất mềm và dài, được lên giây bằng một khóa vặn, cuốn lại xung quanh trục (2) của hộp tang trống và chứa năng lượng để chạy đồng hồ. Một khi được lên giây, dây tóc tự nhiên có xu hướng trở lại hình dạng ban đầu bằng cách nhả và do đó tạo ra năng lượng đưa đến các bộ phận của chiếc đồng hồ. Chiếc hộp tang trống có các bánh răng (3) và qua đó nó truyền năng lượng đến hệ thống bánh răng của đồng hồ.

Hệ thống bánh răng – Phân chia và truyền động

Hệ thống truyền động hay bánh răng truyền năng lượng được lưu trữ trong hộp tang trống đến bánh răng hồi (escape-wheel). Khi dây cót nhả, hộp tang trống quay và vận hành các bánh răng.

1. Bánh răng đầu tiên ngay sau hộp tang trống là bánh răng trung tâm. Như tên của nó đã đề cập, nó nằm ở tâm của bộ máy. Bánh răng này quay hết một vòng trong thời gian 12 giờ và nó gắn chiếc kim giờ.

2. Bánh răng tiếp theo được gọi là bánh răng thứ ba là một bánh răng trung gian.

3. Bánh tiếp theo là bánh răng thứ tư. Bánh răng này có thể đặt ở chính giữa hoặc tại vị trí 6 giờ của đồng hồ. Nó hoàn thành một vòng quay trong thời gian 1 phút hoặc 60 giây do đó nó thường gắn chiếc kim giây.
Ba bánh răng trên thường được làm bằng đồng thau.

4. Chiếc bánh răng cuối cùng là bánh răng hồi (pallet-wheel hoặc escape-wheel). Nó giải phóng năng lượng được truyền đến thông qua các bánh răng tới cần gạt mức (pallet-lever) theo những khoảng liên tiếp nhau. Chiếc bánh răng này rất khác với ba bánh kia. Nó được làm từ loại thép tốt có độ cứng cao và chịu đựng rung chấn khi chạm vào cần gạt (trung bình 21.600 lần/giờ có nghĩa là 518.000 lần một ngày đêm). Hình dạng của các bánh răng cũng rất đặc biệt và nó là một trong những chi tiết phức tạp nhất của đồng hồ.

Cơ cấu hồi (Escapement) – Phân chia thời gian

Năng lượng được truyền một cách liên tục từ dây cót phải được chia thành các đơn vị thông thường để có thể đếm được thời gian. Cơ cấu hồi chuyển năng lượng nhận được thành các xung. Nếu cơ cấu này không xuất hiện, các bánh răng quay quá nhanh và dây cót sẽ nhả hết năng lượng trong thời gian vài giây.

Cơ cấu hồi tạo thành liên kết từ cơ cấu điều chỉnh và phân bố xung đến bánh lắc. Cần gạt mức (1) nhận năng lượng được cung cấp ban đầu bởi dây cót thông qua các xung của bánh răng hồi (2). Cần gạt mức biến chuyển động tròn của bánh răng thành các chuyển động qua lại để vận hành bánh lắc. Nó tạo thành một chuỗi chuyển động rời rạc tương ứng với âm thanh “tic” và “tắc” mà ta nghe thấy mỗi khi đồng hồ cơ hoạt động.

Bánh lắc (balance) và dây tóc (hairspring) – Cơ cấu điều chỉnh

Bánh lắc và dây tóc được coi là trái tim của đồng hồ, nó quyết định đến độ chính xác của đồng hồ và là cơ cấu có độ nhạy cảm rất cao. Chúng gồm có một một bánh lắc 1 (bánh này tuyệt đối yêu cầu tính cân bằng trục và có thể điều chỉnh độ cân bằng thông qua những con ốc đối trọng gắn ở xung quanh) và một lò xo xoắn dao động hay còn gọi là dây tóc 2.

Bánh lắc có tác dụng điều khiển tốc độ của đồng hồ. Bánh lắc quay tiến và lùi (dao động) xung quanh vị trí trung tâm của nó nhờ dây tóc xoắn. Nó được vận hành nhờ năng lượng từ cơ cấu hồi, cơ cấu có chức năng biến chuyển động quay của các bánh răng thành dạng xung và đưa đến bánh lắc. Tuy nhiên bánh lắc lại có tác dụng ngược lại với cơ cấu hồi và hệ thống bánh răng bằng cách duy trì tốc độ không đổi và rất chậm của chúng. Mỗi lần bánh lắc xoay (chúng ta nghe thấy tiếng đập tíc tắc) các bánh răng cũng được xoay theo và từ đó quay các kim. Sự kết hợp giữa khối lượng của bánh lắc và độ đàn hồi của dây tóc giữ cho thời gian giữa những lần dao động rất ổn định. Độ nhanh chậm của đồng hồ có thể được điều chỉnh trực tiếp bằng những con ốc hoặc cần gạt gắn trên bánh lắc và dây tóc.

Dây tóc được sản xuất bằng loại chất liệu đặc biệt có tính đàn hồi cao và không thay đổi trong thời gian dài. Tần số là đặc tính quan trọng để đánh giá phẩm chất của một dây tóc và thường được tính bằng số lần dao động trong một giờ (lần/h). Hiện nay trong ngành công nghiệp đồng hồ thường có 4 loại dây tóc chủ yếu: 18.000; 21.600; 28.800 và 36.000. Dây tóc càng có tần số cao càng chính xác, ví dụ dây tóc có tần số dao động 36.000 lần/h thì có độ chính xác là 1/10 giây.