资讯中心
当前位置:深圳市宏利源钟表实业极速牛牛投注官网 >> 资讯中心 >> 同轴手表机械原理详解

同轴手表机械原理详解


浏览次数:2378 发布日期:2014-3-14 9:22:56

在过去许多年间,人们创造了成百上千,不同种类的擒纵机构,但是很多只是一个单一的原型,或者只是在一些限量系列里面出现,因而很快就被遗忘了。其他一些或多或少存在了较长的时间,但最终还是被摒弃,这都是因为制造的困难和表现的平庸。至今,我们可以肯定的只有5个擒纵机构被大量生产,并持续了相当长一段时间。第一个就是冕状轮擒纵机构。早从1300年前,机械钟的起源开始,直到19世纪中叶,它都被不断运用在钟和表中,因此,可以说它是所有擒纵机构的鼻祖(图1a和1b)。




图 1a 和1b

图1a和1b:冕状轮擒纵机构。冕状轮会选择性的作用于杠杆式擒纵叉上层或下层轴上,此轴自身的功能就像是一个摆轮轴。

然而,大约从1972年开始,由英国钟表匠George Graham所发明的工字轮式擒纵机构,开始对冕状轮擒纵机构形成强大的竞争优势,直到20世纪五十年代早期前期,它都被运用到成千上万的手表中。法国天才钟表匠Ferdinand Berthoud (1727-1807)也对它特别偏爱,此人是18世纪后期海洋计时器的创造者之一(图2)。工字轮式擒纵机构的世界生产中心位于法国和瑞士边境的法国弗朗什-孔泰(Franche-Comté)区小城Haut-Doubs 。

在同时期,双重擒纵机构也在英国受到追捧,尽管很有可能它是在法国发明的。




图 2和3

工字轮式擒纵机构视图。图3:双重擒纵机构。两个同轴齿轮朝着箭头的方向转动。最大的齿轮处在紧靠摆轮轴的锁定位置。

性能更好,且比起工字轮擒纵机构来说更精细,此装置点亮了欧米茄Omega 新的创新。事实上,双重擒纵机构拥有两个叠加同轴齿轮。大的确保锁定位置,而小的则提供冲击(图3)。现在的同轴擒纵机构便使用了这个装置的一部分。


重大缺陷

上面我们提到的三个擒纵机构都有一个重大的缺陷,这才最终导致他们被淘汰真正原因。他们的擒纵轮都是通过直接推动摆轮轴来达到锁定位置,这样的话,摆动就会受到干扰,最终结果就是手表的时间调整受到严重影响。后来,表匠们也意识到了这点,因此,为了获得更好的调整效果,创造一个钟摆可以完全自由摆动的系统是非常有必要的。

因为远洋航行的船只需要正确的时间来准确导航,表匠师傅们奉献了很多精力来研究擒纵机构,他们希望擒纵轮在到达锁定点时,不是碰到摆轮轴,而是中间一个独立的部分。


杠杆式擒纵机构

在时间进入1760年前,同时在法国和英国,两位钟表匠成功创造出了分离式擒纵机构。英国人Thomas Mudge(1715-1794)发明了杠杆式擒纵机构。它现在的形式如图4所示。齿轮会停在一个叫杠杆的中间部分上面。法语里面把它称作“锚”,因为它看上去有点像船的锚。摆轮会通过将一根针销插入杠杆延伸式擒纵叉的方式,来释放齿轮。摆轮会获得少量但足够的能量来维持摆动,这是由于当齿轮从锁定位置被释放的瞬间,它便会从杠杆的斜面上滑过。杠杆会同时为其提供锁定位置和冲击。系统的简易加之可靠性,让它几乎在所有的机械表中得到了普遍的应用。然而,不得不提的是,入口式擒纵叉E(图4)的大幅度非自然动作会产生啮合摩擦,这样就需要给轮齿上润滑剂。同样,通过杠杆和其延伸式擒纵叉所传导到摆轮的能量比齿轮直接作用于摆轮上所得的能量效率低。




图 4和5

图4:杠杆式擒纵机构。擒纵轮被选择性地锁定在紧靠杠杆式擒纵叉E或S的地方。图5:分离式擒纵机构。由Pierre Leroy所设计,在它的锁定或解锁位置运用到了杠杆式擒纵机构的元素,而冲击则用到了棘爪式擒纵机构的元素。


棘爪式擒纵机构

1764年,法国钟表匠Pierre Leroy(1717-1785)制造了一块航海手表,装配了他自己发明的分离式擒纵机构(图5)。它是Mudge的杠杆式擒纵机构和之后的棘爪式擒纵机构(提供直接冲击)的结合。杠杆D和其擒纵叉的A和B在一起,为齿轮提供锁定位置,而后者则会通过锁扣E来直接冲击摆轮。在它的早期的存在过程中,Ferdinand Berthoud对它进行了改良。此后,伦敦的钟匠John Arnold (1736-1799) 和Thomas Earnshaw (1749-1829)做了更多改变,才造就了它现在的形态(图6)。

今天,棘爪式擒纵机构仍在精密航海计时器中使用。尽管从来没有被官方证明过,但是毫无疑问,它是最有效的擒纵机构。它的其他一些小优点,虽然没有在此文中提到,但却让其受到精密计时器的青睐。齿轮被锁定且紧靠一根长长的棘爪弹簧,而固定在摆轮轴上的单圆盘则提供冲击。

棘爪式擒纵机构非常容易受到移动或震动的影响,且其锁定位置不易保持。它只会朝着一个方向冲击,但在每次来回振动期间,当振幅过大时,它会偶发一次性地移动两个齿位,这个现象被称作“跳闸”。棘爪式擒纵机构是不会自己重启的。如果手表因上条不足而停止走时,就算再次上条,它自己也不会重新开始走时,它需要你摇一下才行。然而,它最大优点是不需要润滑剂。




图 6和7

图6:棘爪式擒纵机构。锁定位置发生在紧靠棘爪弹簧的地方。冲击为直接冲击,但只朝一个方向,作用在擒纵爪N上,此爪被固定在与摆轮轴同轴相连的单圆盘上。图7:由亚伯拉罕•路易•宝玑Abraham-Louis Breguet所构想的自然擒纵机构。

在懂得杠杆式和棘爪式擒纵机构的优点和缺点后,我们就可以大胆设想,一个简单擒纵机构,结合了两个系统的优点但没有他们的缺点。这正是英国天才表匠George Daniels所做的,为欧米茄Omega品牌制造了共轴擒纵机构。在我们讨论该装置的更多细节之前,让我们先看看在过去两百年间,我们朝着这个方向走了多远。


宝玑Breguet 的贡献

如果你发现亚伯拉罕•路易•宝玑(1747-1823)的名字与这种擒纵系统有联系的话,这一点也不奇怪。他在这方面的第一成就是自然擒纵机构,在其中,摆轮通过直接冲击来维持其摆动,而此冲击则由两个擒纵轮选择性地作用于两片连在摆轮轴上的侧翼上所产生(图7)。第四轮作用于第一轮的小齿轮上,让其转动,而第二轮则与第一轮连在一起。

擒纵轮,处在其锁定位置连着装在延伸式擒纵叉上的杠杆式擒纵叉,它在滚轮销每转一周时都会被释放,而就像杠杆式擒纵机构一样,滚轮销则是被置于摆轮的单圆盘上,与延伸式擒纵叉一起运作。由于直接冲击是以一种自然方式所产生,这让此系统名声大噪。宝玑Breguet所制造的新型擒纵机构,在工作时,也不需要上油。但因为两个齿轮的传动装置系数和它们的惯性总量,所以与杠杆式擒纵系统有关的能量获取的东西具有欺骗性。很快,当宝玑Breguet意识到其局限性,他就很少再使用这种擒纵机构。




图 8和9

图8:由宝玑所设计的杠杆式和棘爪式擒纵机构。直接冲击通过齿轮传导给单圆盘的冲击销。

图9:由Bise所设计的杠杆式和棘爪式擒纵机构。直接冲击在单圆盘的锁扣n上产生。

在乔治•丹尼尔写的一本叫《宝玑的艺术》的书的第320页的一幅插图中,展示了一个由宝玑Breguet 于1820年左右制造的擒纵机构(图8)。在其中,和杠杆式擒纵机构一样,一个擒纵轮确保了锁定位置和冲击的功能,但是入口式擒纵叉只是用来锁住齿轮(图8b)。一旦这个齿轮,因摆轮和杠杆延伸式擒纵叉的作用,而被释放,它会直接冲击单圆盘的针销,而无需杠杆的“插足”(图8c)。然而,由出口式擒纵叉所产生的冲击,则和杠杆式擒纵机构一样。这个结合了杠杆和棘爪机械装置的系统,在过去的很多年,已经被复制和重新改造了很多遍。杰出的表匠(兼编辑)Joseph Flores*引述七个开发过宝玑Breguet想法表匠的话。


其他想法

1860年前后,或者说宝玑Breguet逝世后40年,一个男修道院院长兼钟表匠Bise展示了一个擒纵机构,其工作原理和宝玑的创作(图9)完全一样。直接冲击是由单圆盘上的锁扣所产生,而不是针销。这是它们的任何重要特性的唯一区别。Claudius Saunier,1860年,所著的《精密计时的回顾》,记录了一场院长Bise和某个叫Racap先生之间的辩论,此人宣称在1853年就造出了非常相似的擒纵机构。

Joseph Flores同样写道,有一个来自瑞士比尔,名叫Jules Pellaton的表匠,在1923年11月16日,注册了一个瑞士专利,专利号为101849,运用了相似的机械装置。Pellaton同样相信他自己是发明这个擒纵机构的第一人,并且还将之运用到自己其中一款椭圆形女士腕表上(机心AS 610,图10)。




图 10和11

图10:装在手表里Pellaton的椭圆机心AS 610。图11:一个来自20世纪初的同轴杠杆和棘爪式擒纵机构。

在结束这个关于早期擒纵机构的评述之前,我们必须提到另一个系统,因其也为共轴擒纵机构,所以它甚至更加接近乔治•丹尼尔近期的发明,拥有同样的功能(图11)。

尽管这个系统只有一个单一齿轮,但它有一组轮齿绕其周围,同时还有另一组轮齿处在其表面。外齿被锁定在D处紧靠连着延伸式擒纵叉的一个小垫块。当内齿和杠杆一起作用于其自身擒纵叉上时,外齿会提供直接冲击。遗憾的是,这种设计也留下了太多不足之处。像我们之前讨论过的所有擒纵机构一样,在此系统中,当轮齿滑过时,会生产大量的摩擦,冲击会受到影响,因此,你需要为其频繁上油。可以想象的是,这对于一个已经相当完善的杠杆式擒纵机构来说,并不是一个很大的威胁。Charles Gros*,在他的著作《钟和表的擒纵机构》中,对这个早期的机械装置作出了以下评论:“这是一个天才的创作,它比杠杆式擒纵机构要复杂得多,但却没有带来更多优点。此外,如果你希望它运行良好的话,它对精度的要求也极高。”


进入乔治•丹尼尔的世界

至于一些基本功能,乔治•丹尼尔所制造的共轴擒纵机构和我们上面讨论过的那些型号没有什么重要的区别,也就是说,摆轮的单圆盘提供的直接冲击和冲击销上的延伸式擒纵叉提供的间接冲击没什么区别。

然而,丹尼尔博士仍然值得我们无数的赞誉,因为他让我们了解了如何优化这个擒纵机构的功能,来获得一定水平高于杠杆式擒纵机构的效率,同时还继承了后者的可靠性。

他成功地将锁定摩擦和冲击摩擦分离,从而极大地减小了滑动摩擦。为此,杠杆被装上了三个擒纵叉。两侧擒纵叉F和H是用在锁定和解锁位置。而中央擒纵叉G则通过擒纵轮C上的小齿轮来获得冲击,此小齿轮扮演着第二擒纵轮的角色。齿轮D在擒纵叉F和H上选择性地确定锁定位置,同时为摆轮单圆盘上的擒纵叉J提供直接冲击。而针销L则与延伸式擒纵叉一起作用,来释放被锁定齿轮,并获得间接冲击。

中央擒纵叉的位置与小齿轮C的其中一个轮齿有关,它可以确保准切线冲击受到极小摩擦的影响。前面提到的擒纵机构没有一个有同样的优点。除了能获得传输力以外,在此擒纵机构中,不同元素的设计,让其运作时不需上油。


优点和缺点

共轴擒纵机构的主要优点是以准切线方式进行力传输,它可以让因摩擦所产生的损耗最小化,减少磨损并消除润滑需要。在时间调整方面,有了更大的稳定性,且最终使可靠性水平有了显著的提高。此系统的效率为28%,然而杠杆式擒纵机构却只有25%。因此,获得的传输能量为10%到12%左右。

这个创新系统的缺点就在于其成本更高,且它的组装和元件加工都需要高水平的精度。每个尺寸都需要严格遵守,且在组装过程中不能改动。一般情况下,这种水平的精确度只有那些拥有经验和尖端设备的企业才能做到。在第四轮和擒纵轮之间需要安装中间齿轮也增加了成本,同时也稍微降低了系统的效率。最终,如果事与愿违的话,你需要添加润滑剂,而来自小齿轮轮齿的油可能会扩散到中间齿轮的传动装置上,这都不是我们想要的。

总之,欧米茄Omega应该好好庆祝一下,因为他们在此领域的革新之路上,采取了大胆且必要的措施,而在当时看起来是几乎不可能的。 *作者注解:此文中关于早期擒纵机构的大量信息都是采自Charles Gros写的名叫《钟和表的擒纵机构》的书和钟表匠兼编辑Joseph Flores的著作,且其中大部分都已出现在各种各样的刊物中,像法国古董钟业余爱好者协会的杂志,而Flores就为此刊物的主编。作者想特别感谢Flores先生的帮助,并大方让我们使用他的照片为文章作图解。

 

宏利源钟表相关产品:运动手表,儿童手表,多功能手表,手镯手表
【打印文章】  【关闭窗口】
上一篇:日本漆绘技术为瑞士机械锦上添花
下一篇:手表知识之万国机械表日常保养注意事项
相关文章
公司极速牛牛
关于我们
产品展示
资讯中心
常见问题
资质荣誉
客户留言
联系我们

公司地址:深圳市宝安区福永镇白石厦东区美华路48号宏利源工业大厦
服务热线:(+86-0755)27322383/27308388