從18世紀晚期到1980年代,航海天文鐘的設計幾乎沒有改變。托馬斯·恩肖最終采用的模式非常成功,它經受了時間的考驗,幾乎不需要什么大的改進。在今天,在海上使用一臺狀況良好的19世紀早期的儀器作為計時器是完全可能的,并且,對于航海天文鐘來說,連續使用半個世紀以上是很常見的。英國的航海天文鐘行業是出了名的保守,標準儀器的基礎設計很大程度上要歸功于18世紀典型的英國表,如同所有的表和時鐘,航海天文鐘有五個主要部分:·時控機構——具有恒定運動周期的裝置,比如鐘擺或平衡輪。 
主發條
大約1500年,可能在紐倫堡發明了盤簧作為動力源,這使得便攜式計時器成為可能。從一開始,人們就發現,當彈簧從完全纏繞狀態松開時,功率輸出變化很大,這對計時準確度有顯著影響。為了在主發條松開時平衡輸出功率,人們發明了一種靈巧的裝置,也就是為后人所知的“均力圓錐輪”,在已知最早的發條驅動計時器中就有這種裝置。
主發條盤繞在發條盒中;纏繞在發條盒上的一根細繩或鏈條通過一個螺旋槽拉動均力圓錐輪。上發條時,鏈條從主發條盒纏繞到均力圓錐輪上;當發條被完全上緊時,鏈條拉動均力圓錐輪較窄的一端,當發條松開,螺旋線的直徑增大,補償了發條逐漸減小的功率輸出。大多數高質量的發條驅動計時器都使用了均力圓錐輪,當航海天文鐘被開發出來時,螺旋線的設計已經與主發條非常匹配。
在給航海天文鐘上發條時,擒縱機構的動力源會被中斷——這會造成時間誤差,并可能損壞精密的擒縱機構。這個問題在約翰·哈里森的H1中已得到解決。

當航海天文鐘運行時,均力圓錐輪中的一個發條一直處于被上緊的狀態,通過儲能棘輪與發條的一端相連。在上發條時,均力圓錐輪螺旋部分反轉,但是通過儲能棘輪使得儲能發條不會松開。儲能發條的另一端與大齒輪相連,這個發條中存儲的動力足以保持天文鐘持續運行幾分鐘。當上弦鑰匙松開時,均力圓錐輪的鏈條再度被發條拉緊。
上弦時主發條和均力圓錐輪展現在動力維持中的相互作用
來自主發條的動力通過一組被稱為“輪系(train)”的齒輪傳送到擒縱機構?!按筝啞蓖ㄟ^“中心輪”與均力圓錐輪的齒輪耦合;加上“第三輪”和“第四輪”共同組成輪系,它們與“擒縱輪”相嚙合。中心輪每小時轉動一圈,延伸出去的樞軸上安裝著分針;同樣地,第四輪每分鐘轉動一圈,安裝著秒針。


分針和時針通過一組有著個三個齒輪的走針機構進行運作??招妮S小齒輪,裝有分針,是以摩擦形式安裝在中心輪(每小時轉動一圈)延伸部分上。它抓住針軸,但仍能夠轉動,從而可以調整時分針。分輪(之所以叫分輪,是因為它將分鐘轉換成小時)與空心軸小齒輪嚙合,但沒有裝配指針——它提供了時輪轉動所需的12:1的傳動比??招妮S小齒輪的軸穿過時輪的金屬管,與分輪嚙合,從而使分輪與空心軸小齒輪相嚙合。組裝時,空心軸小齒輪的方形軸從時輪的金屬管中突出,分針裝配在這個方形端口上,時針套在下面的金屬管上。秒針裝配在第四輪延伸出去的軸端,每分鐘轉一圈。
在航海天文鐘運行的時候,了解發條的儲能狀態非常重要;一臺走時兩天的儀器通常需要每天在同一時間上弦一次,預留一天多一點的動力儲備。走時指示盤通??逃?到56小時的刻度或0到8天的刻度(0刻度為上滿發條時的位置);走時兩天的航海天文鐘通常在24的位置刻有“wind(上發條)”。走時指示盤的指針裝配在一個齒輪上,這個齒輪與鐘盤下方均力圓錐輪心軸上的小齒輪相嚙合。在上發條的時候,均力圓錐輪朝一個方向轉動,然后反向松開。

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