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【机芯】手表百科知识,钟表常识

作者:万哥内容来源:万表网时间:2016-09-13
[导读]机芯是驱动指针的机械结构,也是钟表最复杂的部件,使用材质的不同及每一零件的抛光打磨精良与否,直接影响准确度及耐用性。机芯是手表的最主要部件,机芯质量的好坏,决定了手表质量的高低。机芯的结构一般包含以下几项。摆轮概述摆轮(Balance)在手表内部,是一个机械零件的名称。由会来回摆动的有轴臂的轮组成,内有螺旋状游丝。摆轮、游丝等共同构成了机芯的调速器,对表的走时有决定性影响。摆轮上连结的游丝带动它进行往返运动,将时间切割为完全相同的等分。每一回合往返运动(所谓的滴-答) 称为摆频,1次摆频细分为2次振频。摆轮由一只受轮辐支撑的环形主体(凸轮) 组成。摆轮和游丝是腕表的调速机构。摆轮运转的平均…

机芯是驱动指针的机械结构,也是钟表最复杂的部件,使用材质的不同及每一零件的抛光打磨精良与否,直接影响准确度及耐用性。

机芯是手表的最主要部件,机芯质量的好坏,决定了手表质量的高低。

机芯的结构一般包含以下几项。


摆轮

概述

摆轮(Balance)在手表内部,是一个机械零件的名称。由会来回摆动的有轴臂的轮组成,内有螺旋状游丝。摆轮、游丝等共同构成了机芯的调速器,对表的走时有决定性影响。摆轮上连结的游丝带动它进行往返运动,将时间切割为完全相同的等分。每一回合往返运动(所谓的滴-答) 称为摆频,1次摆频细分为2次振频。摆轮由一只受轮辐支撑的环形主体(凸轮) 组成。摆轮和游丝是腕表的调速机构。

摆轮运转的平均与否直接影响走时精确度,摆轮摆动是否平均除了决定于它的质地是否均匀外,还跟它的真圆度有关,而真圆度与摆轮轴臂数目有关。常见的有两臂,三臂或者四臂的。就是说,摆轮的轴臂越多,它所围成的摆轮就越接近理论上的真圆,运转起来就越稳定,走时越准。

材质

温度变化对表有负面影响,因为温度会改变钢制游丝的弹性和有效活动长度。高温会使游丝膨胀,摆轮速率降低,而低温则会使摆轮加速。所以,在自动补偿游丝发明以前,瑞士的制表师们都采用双金属补偿摆轮。即依靠两种金属不同的膨胀系数来达到温度误差补偿的目的。

200多年前,英国人John Arnold发明了截断式双金属补偿摆轮:在靠近轴臂附近有两个截断处,作为金属热胀冷缩的缓冲。这种摆轮的外层是铜,约占摆轮厚度2/3,内层是钢,占1/3。两种金属拥有不同的膨胀系数,当温度上升时,铜外层膨胀系数大于钢内层,迫使在截断处摆轮环向内弯曲,缩小了摆轮半径,降低了惯性力矩,从而补偿了随温度升高而改变弹性和长度的游丝的变化。当温度降低时,铜外层收缩系数大于钢内层,迫使摆轮环向外弯,有效半径增大,力矩增大速率放慢,补偿了由于低温而加速了的游丝的变化,这就是冷热温度补偿(Cold and Heat Adjust)。

值得一提的是广泛用在天文台级机芯的光摆,在铜铍镍合金被用在摆轮上以前,大多数是铜制的摆轮,但由于铜本身受温度影响,误差变化较大,而且比重不均一,所以天文台机芯都采用了铜铍镍合金作为摆轮材料,它质地均匀,稳定,受温度影响变化较小,是一种理想的材料。

几种最常见的摆轮

Glucydur 摆轮

设计虽然简单,但被不少C.O.S.C.天文台表采用。它由一新合金制成Glucydur -成份:铍、铜及铁,优点是非常硬及稳定,耐变形,防磁,及防锈。平价表也有用此设计,但选用的是平价物料。

常用的ETA2892、2824等机芯的摆轮就是采用Glucydur合金制成的。

双金属螺钉摆轮

摆轮边的螺丝可调进或出,改变位置,而螺丝下之螺丝帽 也可增加或减少。作用是平衡摆轮。当调节置于切割位边之螺丝的进出,可补偿温度改变对摆轮之影响。增加重量或把螺丝移近切割位边时,温差补偿能力会增加。同时,这摆轮也是由两种合金制成,而补偿温度改变。

螺丝摆轮

约于1930年,不少的合金成为了摆轮的物料。最出名的合金是Nivarox,成份:镍、铬、berrylium、钛、铝及铁。最高级的Nivarox游丝之温度误差是/_0.3 秒/每度每日。新的合金容许单一物料摆轮,因为摆轮无需再为游丝被温度影响作出补偿。

法码摆轮

因为法码上的裂缝会减少该点的重量,转动法码便可改变摆轮边的重量分配。如一双相对的法码以同方式调整,手表的日差便可被调整。越多法码指向摆轮外(裂缝指向摆轮中心)会增加摆轮的有效直径,并减慢手表的时间。法码也可独立调整以用作平衡摆轮本身。此设计被Patek Philippe大量使用。

Gyromax摆轮

一种极为精密的微调快慢装置,由百达翡丽表厂于1949年所研制并申请专利。其构造由八枚精密的砝码所构成,装置于摆轮轮环中央,后期则装置于摆轮内侧。这项重要的发明在20世纪60年代以后也有少数高级品牌如爱彼江诗丹顿以及独立制表师采用。

Rolex摆轮

Rolex专用,调整需使用特制工具。


游丝

游丝部件是机械手表中一个重要部件,游丝部件由游丝、内桩、外桩组成。游丝通过内桩装在摆轮轴上,外桩固定在摆夹板上。游丝部件与摆轮部件相配合,产生稳定的振荡周期,决定着手表的走时精度,因此,游丝的材料、长度、厚度、刚度以及游丝的框距都直接影响到手表的走时质量。

手表中大多为平游丝,其形状为一种阿基米德螺旋线形状。游丝装入摆轮的展开方向有右旋、左旋之分,从手表装配面观察游丝的展开方向,顺时针方向旋出的称为右旋,逆时针方向旋出的称为左旋。

摆轮游丝组件在装入表机后,不受外力作用,处于静止自由状态,即圆盘钉处于摆轮和擒纵叉两轴孔中心连线的位置上,这时称为摆轮游丝的平衡位置。

摆轮在外力作用下,偏离平衡位置时,游丝相应的扭转一个偏转角,而使游丝变形。产生弹性变形的游丝,要恢复自由状态,这种弹性作用由游丝通过它的内桩作用到摆轴上产生一个力矩,这个力矩就是游丝的恢复力矩。当摆轮速度为零,此时游丝恢复力矩最大,在游丝力矩作用下,使摆轮向平衡位置运动,到平衡位置时,游丝力矩为零;越过平衡位置后,摆轮又获得能量,保持一定速度继续运动,游丝又产生变形,使摆轮运动速度减小直到停止;再在游丝力矩作用下,摆轮反方向向平衡位置运动……这样在发条外力的作用下,摆轮游丝组件达到往返振动。

还有一种双层游丝,也叫挑框游丝,即宝玑游丝,由于制造工艺复杂,成本较高,只有个别高端品牌采用。


避震

作为手表核心的擒纵系统,其摆轮很大而且在不断的高速运转,然而摆轮两端的轴只有成人头发粗细,非常脆弱,如果手表发生震动,摆轮两端的轴很容易断掉。解决的办法就是在摆轮轴的两端安装上避震器,从而对摆轮轴所受到的冲击进行缓冲。

避震器,顾名思义就是为避免腕表因为撞击震动而造成损害的装置。

几种典型的避震器:1790年宝玑先生发明降落伞式避震器(Parachute Susrension);1933年瑞士Universal Escapement公司推出因加百录避震器(Incabloc);1944年KIF避震器;90年代末Etashoc避震器(三角避震器);2005年劳力士推出Paraflex避震器;2006年Swatch集团宝玑新一代777Q自动机芯使用新款Nivachoc避震器;2008年卡地亚9452MC陀飞轮机芯采用双“Y“字型避震器。


宝石数

手表机芯中的宝石,是指手表的功能钻。它主要有四类:一类是作为轴眼用的,俗称“钻眼”,它镶嵌在一定部位上,使轮轴和钻眼相接触;另一类是作为盖板用的,俗称“托钻”,它相当于机械中的轴承,可限止轴榫的上下晃动;再一类是做摆钉用的圆形钻石;最后一类是做卡子瓦或骑马脚的长方柱形宝石。功能钻是作为手表机芯中轮系的轴承、圆盘钉、叉瓦等摩擦频繁运动件的最佳材料。

一般说来,宝石轴承越多就代表机芯越复杂。不过复杂并不是一切,所以也不能单凭宝石数目就去判断一枚机芯的高低好坏,表内拥有的宝石数体现出表在设计上的风格,精湛的工艺与鬼斧神工的技术。


振频

即振荡频率,手表的振荡频率是指由摆轮游丝组成的机械振荡系统的频率。振频是摆轮每一小时摆动的次数。手表在讲振频时,通常只说摆动的次数,而且时间单位不是秒,是小时,比如;28800次/时或写成28800A/H。手表里的摆轮是左右各摆动一次才完成一次全振荡,当今ETA主流机芯为28800次每小时,在折换成频率单位的时候,需要把手表的振频数去除以7200,那么,28800A/H的就等于4HZ。理论上讲,振频越高,表的精准度越高,抗震性越好。


夹板

夹板是机械钟表的基础构建。通过夹板上的孔、槽、柱和螺纹等,把钟或表所有内部零部件紧密、正确的结合在一起,构成一个工作整体,既钟或表的机芯。

作用

1.支撑和固定零部件。

2.保证各种零部件工作时的相对位置。

3.保证运动件工作时的轴向和径向间隙。

分类

机械手表按二轮平面布置可分为中心二轮式和偏二轮式两大类。

中心二轮式夹板一般有主夹板、中夹板、上夹板、条夹板、叉夹板和摆夹板六块,除主夹板外,其他五块称为小夹板。

偏二轮式机芯比中心二轮式少一块中夹板,它包括有主夹板、上夹板、条夹板、叉夹板和摆夹板共五块。除主夹板外,其他均为小夹板。

主夹板是机芯的基座,在中心二轮式机芯中,它与中夹板一起,固定并支撑了中心轮部件;与上夹板一起固定并支撑了过轮、秒轮和擒纵叉部件,与摆夹板一起固定并支撑了摆轮部件。

四分之三夹板

顾名思义,四分之三夹板是由于一整块夹板的面积占到表底面积的四分之三。由朗格表创始人费尔迪南多?阿道夫?朗格在1864年所创制的3/4夹板的作用是承载走时轮系,在组装过程中,必须同时对准多个心轴的位置,唯有坚定的双手、小心谨慎与大量的时间心血才能完成。比起以数个桥板构成的传统结构,3/4夹板大大改善了机芯的稳定性。此外,3/4 夹板不仅降低齿轮的轴距公差,也让机芯更抗污。


快慢针

调节钟表计时快慢的装置。利用改变游丝的有效长度来调节摆轮运动周期。快慢针由快慢针环、外夹、内夹或双内夹构成。它作为一个部件通过防震器套装在摆夹板上,游丝在内外夹之间穿过,游丝在展缩时在内外夹之间弹动与内外夹接触,这时,游丝的工作长度就是从游丝夹子处到内桩固定点这一段。


鹅颈

鹅颈微调器是调节机械腕表计时精准度的部件。“Swan-neck”顾名思义,它的形状就像一个天鹅的颈部,大部分有鹅颈形状的曲线。据推断,鹅颈微调是十九世纪中后期流行的传统工艺,在怀表年代就已出现。游丝的长短度会影响到摆轮转动的快慢,游丝震动部分越短,摆轮摆得越慢,游丝震动部分越长,摆轮摆得越慢。摆轮转动快,时间就走得快,摆轮转动慢,时间就走得慢。而为了调教游丝弹性位置的长度,大部分机芯都安装了一根“快慢针”。通过移动快慢针,可以简单地控制游丝震动部分的长度。很多时候人手移动快慢针很难精细地校调时间快慢。而日常生活中的震动或者机油处理得不好,也会影响到机芯的精准。所以就出现了鹅颈微调,利用金属片的弹性把快慢针夹住,再通过一根细小的螺丝精细地调教快慢针偏移幅度,调教好之后,快慢针就被紧紧地固定住了。


黄金套筒

在红宝石轴眼没有被应用在钟表上以前,齿轮都是直接旋入机芯孔洞之中,因而会造成机芯的磨损加剧。后来,制表大师们发现了红宝石可降低机芯摩擦和损伤的特殊作用,显著提高机芯寿命。从此,宝石轴眼成为机芯装饰不可或缺的一部分。然而,当时的宝石并非像如今这样切割圆润,质地坚硬,为了方便更换宝石,同时也为了机芯的每一个角落都充满金属的光泽,有些高档机芯的宝石轴眼边缘还装配了黄金外圈,称做黄金套筒(GoldChaton)。只有最珍贵的机械腕表才会使用螺丝固定黄金套筒。其原意是为了方便更换损坏的宝石轴承,而不必改变机芯夹板的孔径。此后,宝石轴承已标准化,黄金套筒的关键功能不复存在,不过纯粹的美感与悠久的传统,却能增添此传统元素的保存价值。


发条

发条是螺旋带状金属扭力弹簧,亦称发条弹簧,为手动机械表与某些时钟的动力来源。

早期的发条用碳钢合金制成,自1945年以来,已陆续被多种新的特殊合金(添加钴、钼、或铍的铁、镍、铬),以及冷轧合金(结构硬化)所取代。

发条的能量会随着机芯的运行逐渐减弱,根据杠杆力矩原理:当发条被上满,它的力矩最大(力矩杠杆最长),因此发条前端需要以较小的力量输出。运行一段时间后,紧紧盘在发条轴上的发条会慢慢松开,它的能量随之下降。当能量即将耗尽时,发条末端的力矩最小(力矩杠杆最短),此时输出的力量也随之变小,因而传动力量需加大才能维持机芯运行。力矩量变的过程中(发条上满走时偏快,能量下降走时偏慢),机芯的走时精准度完全是前前后后的平均值。随着现代冶金技术的提高,更优质的金属元素被应用到机芯主发条的制作中,通过改变主发条的金属弹性和耐疲劳程度,凭借出色的物理特性尽可能地稳定输出力矩。制表师或通过打磨光滑的发条盒内壁以减小发条释放阻力,或降低摆频,相对延长动力以取得相应的稳定力矩区间。


擒纵(马叉、马轮)

擒纵机构是一种机械能量传递的开关装置,这个开关受“计时基准的控制,以一定的频率开关钟表的主传动链,是指示停--动相间并以一定的平均速度转动,从而指示准确的时间。擒纵机构的功能可以从两方面理解:擒,将主传动的运动锁定(擒住),此时,钟表的主传动链是锁定的;纵,就是以震荡系统的一部分势能,开启(放开)主传动链运动,同时从主传动链中取回一定的能量以维持震荡系统的工作。擒纵机构是现代机械钟表的核心,最初的擒纵机构诞生于15世纪,之后逐渐进化到现在的各种样子。目前,仍有数百种擒纵机构在现代钟表上使用。


自动陀

自动陀是自动机械手表机芯里的一个部件,自动陀是一个偏心的重锤,可以旋转,一般用重金属制成,比如K金,钨等。

表带在手上的时候,手臂会不停的变化位置和甩动,偏心的重锤能驱动一组轮系(自动导向轮、自动上弦轮、自动过轮)给发条上弦。

新表买来后,先上足发条,之后只要每天佩戴足够的时间,自动陀就能给发条源补充能量,从而使自动表正常走时。

材质

由于自动摆陀需要极其精确的重力,因此如今绝大部分的自动摆陀均采用钨合金制造。钨是一种固态时白色闪亮,粉末状态时呈哑光灰色的重金属,熔点超过3,400℃。钨的比重高达19.3g/cm3,接近黄金的比重。

虽然也可以采用其他少见的金属,但是由于特性不稳定或者价格过高,很少有适合用于制造自动摆陀的其他材料。只有豪华品牌采用铂和金合金来制造自动摆陀,某些售价低廉的品牌还采用铜合金自动摆陀。


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