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杠杆式擒纵机构结构和原理

作者:wclpe123内容来源:万表网时间:2013-08-31
[导读]杠杆式擒纵机构自十八世纪中期发明以来,渐渐的成熟和稳定,当今钟表机心几乎是杠杆式擒纵机构一统天下。但上世纪乔治·丹尼尔(GeorgeDaniels)发明的同轴擒纵机构的出现改变了这一局面。
 杠杆式擒纵机构自十八世纪中期发明以来,渐渐的成熟和稳定,当今钟表机心几乎是杠杆式擒纵机构一统天下。但上世纪乔治·丹尼尔(GeorgeDaniels)发明的同轴擒纵机构的出现改变了这一局面。
 
   在机械表运动中,擒纵轮被叉瓦一次一次的挡住,然后释放一个齿后再次被挡住,周而复始。这个过程实现了准确的分割发条传过来的能量,分割时间的功能来自于摆轮的来回摆动,因为摆轮每摆一次,叉瓦会做相应的动作使擒纵轮跳过一个齿,这个结果直接的反映就是秒针的跳动。我们看到的秒针不是很平滑的走过,原因就是擒纵系的运动不是平滑连续的,而是间断的。
杠杆式擒纵机构结构和原理
   摆轮的左右摆动带动擒纵叉的摆动实现对能量的分割,那么摆轮为什么可以无休止的摆动?其实摆轮的摆动能量来自于游丝的变形能。整个系统的能量转化应该是这样:游丝的变形能释放→摆轮的运动势能→压缩游丝,转变为游丝的变形能并释放→重复。
 
杠杆式擒纵机构原理
   对于腕表的擒纵系统来说,能量的传递是核心所在,也是一个擒纵机构设计是否高效、实用的重要体现。
 
   机械表的能量来自于发条的变形能,能量的释放要被准确的分割,才能用于计量。机械腕表能量的传递链是:条盒轮-中心轮-过轮-秒轮-擒纵轮,擒纵轮转动精确的分割释放能量是腕表精确走时的前提。
 
   图1中,擒纵轮顺时针旋转,擒纵轮齿冲击进瓦的冲面,进瓦由于这股冲力而向上抬起,根据杠杆原理(这可能是这种lever escapement 杠杆擒纵因而得名的原因) ,使左侧叉口拨动圆盘钉,开始带动摆轮逆时针旋转。随着擒纵轮继续向右转,擒纵轮齿在进瓦冲面上滑动摩擦至图2位置将脱离进瓦,这个过程中,进瓦继续受力,向上的分力使进瓦臂上抬,叉身右推,左侧叉口继续拨动圆盘钉。
 
   当擒纵轮继续顺时针旋转至轮齿冲击出瓦冲面并滑动摩擦至即将脱离出瓦,出瓦借这股冲力向上抬,右侧叉口拨动圆盘钉,推动摆轮顺时针旋转。这一步跟前面的原理一样,也是在传递能量,只是一个在进瓦上一个在出瓦上。
 
   就这样,无论是擒纵轮齿冲击进瓦冲面还是冲击出瓦冲面,当一个连续性的动作完成后,擒纵轮把来自条盒轮的能量传递给了摆轮。知道了杠杆擒纵机构运作原理,就会发现其传动效率其实并不高,原因有一下几点:
 
  第一,它是靠滑动摩擦来传递能量的。这样就损失了大量能量,而且需要润滑,一旦失去润滑,能量传递过程中损失就会更大。这就是为什么机械表过几年后上表机去测,发现摆幅下降很大的原因。
 
  第二,这样的机械运动受力方向与运动力矩的方向并不一致(请注意图1、2中的放大处) ,力的方向与运动方向有夹角。如果还记得中学物理的话,这个传输效率要乘上一个sin(α),大家直观的去想一下,推一样东西是直着正对着推省力还是斜着推省力。所以简单的说,这样的传动效率不高。
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