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双向擒纵机构是什么(学术名词解释)雅典双向擒纵机构解秘

作者:曹维峰内容来源:万表网时间:2013-08-14
[导读]所谓的“双向擒纵机构(Dual Ulysse Escapement)”是由雅典表的钟表设计大师欧克林博士发明的。“双向擒纵机构”在左右两边各设置一个形状完全相同并且相互啮合的擒纵轮,并且在两个擒纵轮的中间偏上位置设置一个形状对称的双齿异形轮来负责输入给摆轮 游丝系统能量。他的设计意图很明确,首先就是将此机构做到布局对称,然后做到零件对称,这样就使得此“双向擒纵机构”整体处于相对对称状态,以此来解决“同轴擒纵机构”中摆轮左右摆动得到的能量不一致这个比较棘手的问题。其次,这个结构运用了齿轮传动的设计
所谓的“双向擒纵机构(Dual Ulysse Escapement)”是由雅典表的钟表设计大师欧克林博士发明的。

   “双向擒纵机构”在左右两边各设置一个形状完全相同并且相互啮合的擒纵轮,并且在两个擒纵轮的中间偏上位置设置一个形状对称的双齿异形轮来负责输入给摆轮 游丝系统能量。他的设计意图很明确,首先就是将此机构做到布局对称,然后做到零件对称,这样就使得此“双向擒纵机构”整体处于相对对称状态,以此来解决“同轴擒纵机构”中摆轮左右摆动得到的能量不一致这个比较棘手的问题。其次,这个结构运用了齿轮传动的设计思路,尽可能地减少在使用杠杆原理制作的擒纵机 构和同轴擒纵机构或者其它新型擒纵机构时,由于机构内部零部件产生过多碰撞与摩擦的原因而导致过多的能量损耗。这也是“双向轴擒纵机构”相比“同轴擒纵机 构”以及其它新型擒纵机构所特有的优势。

双向擒纵机构

在上一期中说到随着欧米茄将装有“同轴擒纵机构”的手表不断推陈出新,并由此获得成功之后,包括积家爱彼宝玑百达翡丽等知名品牌也都先后推出自己研制的新型擒纵机构。虽然他们设计的新型擒纵机构结构各异、力求新颖,但是这些设计都融合了杠杆式擒纵机构与制动式擒纵机构的设计思路,尤其受到了“同轴擒纵机构”设计理念的影响。所以,他们所设计的擒纵机构或多或少都存在着摆轮左右摆动时得到能量不一致的问题。而这一问题的出现更加激发了设计师们的设计热情,在众多解决方案中,当数雅典表的钟表设计大师欧克林博士发明的“双向擒纵机构”最为创新。

所谓的“双向擒纵机构”是通过在左右两边各设置一个形状完全相同并且相互啮合的擒纵轮,并且在两个擒纵轮的中间偏上位置设置一个形状对称的双齿异形轮来负责输入给摆轮游丝系统能量。他的设计意图很明确,首先就是将此机构做到布局对称,然后做到零件对称,这样就使得此“双向擒纵机构”整体处于相对对称状态,以此来解决“同轴擒纵机构”中摆轮左右摆动得到的能量不一致这个比较棘手的问题。其次,这个结构运用了齿轮传动的设计思路,尽可能地减少在使用杠杆原理制作的擒纵机构和同轴擒纵机构或者其它新型擒纵机构时,由于机构内部零部件产生过多碰撞与摩擦的原因而导致过多的能量损耗。这也是“双向轴擒纵机构”相比“同轴擒纵机构”以及其它新型擒纵机构所特有的优势。

下面我们将重点介绍雅典表自从1999年至2009年,近十年间所申请的关于“双向擒纵机构”的三项发明专利来了解它的整个发展历程——原创版、改进版、成熟版。

雅典表原创版双向擒纵机构

图1a~图1d为雅典设计的原创版“双向擒纵机构”半周期的工作原理示意图。原创版“双向擒纵机构”由两个带有长短齿的形状完全相同的擒纵轮6和7、一个双齿异形轮21及与其同轴并固定为一体的锁块2和与摆轮游丝系统同轴并固定为一体的单齿轮11与双齿轮9组成。以下是原创版“双向擒纵机构”的工作原理:

雅典表原创版双向擒纵机构

第一阶段:摆轮右振幅解锁传冲阶段

如图1a所示,在摆轮的带动下,双齿异形轮21及锁块2与单齿轮11与双齿轮9都正好顺时针转动到左右对称位置,并且第一擒纵轮6的长齿 13a刚好可以摆脱锁块2的束缚,使得第一擒纵轮6在驱动轮8输入的牵引力矩的作用下逆时针转动,在转动过程中长齿13a与双齿轮9的齿17啮合从而将输入力矩直接传递给摆轮游丝系统继续向右振幅位置运动。此外,由于第一擒纵轮6与第二擒纵轮7相互啮合,还使得第二擒纵轮7开始以顺时针方向转动。

第二阶段:锁定阶段

如图1b所示,此时第一擒纵轮6的长齿13a与双齿轮9的齿17啮合传冲能量的过程已结束,单齿轮11与双齿轮9已经转到接近水平位置,而双齿异形轮21在单齿轮11外形的阻挡下已经无法转动,同时第二擒纵轮7的长齿14a以顺时针方向转动遇到了锁块2的阻挡,在这双重制约下双擒纵机构处于静止状态。

第三阶段:摆轮左振幅解锁传冲阶段

如图1c所示,在摆轮的带动下,双齿异形轮21及锁块2与单齿轮11与双齿轮9都正好逆时针转动到左右对称位置,使得第二擒纵轮7的长齿 14a已经摆脱了锁块2的束缚。由于在驱动轮8输入的牵引力矩的作用下逆时针转动的第一擒纵轮6与第二擒纵轮7相互啮合,带动第二擒纵轮7以顺时针方向转动。在转动过程中长齿14a与双齿轮9的齿18啮合从而将输入力矩直接传递给摆轮游丝系统继续向左振幅位置运动。

第四阶段:锁定阶段

如图1d所示,此时第一擒纵轮7的长齿14a与双齿轮9的齿18啮合传冲能量的过程刚刚结束,而双齿异形轮21开始受到单齿轮11外形的阻挡下,同时第一擒纵轮6的长齿13b以顺时针方向转动遇到了锁块2的阻挡,在这双重制约下双擒纵机构即将处于静止状态。

以上所介绍的是原创版“双向擒纵机构”摆轮游丝系统左、右振动各一次,也就是两个半周期的工作过程。大家可以看出它和“同轴擒纵机构”在两次振动中获得能量的输入方式存在的最大差别就在于摆轮向左与向右两次摆动时所需要的能量都是由第一与第二两个擒纵轮直接输入的,在能量输入过程中几乎没有损失,这就从原理上诠释了原创版“双向擒纵机构”优于“同轴擒纵机构”的地方。

雅典表改进版双向擒纵机构

前面所述的原创版“双向擒纵机构”并不是完美的,它只是在擒纵机构的设计理念方面更优于“同轴擒纵机构”,而它的结构设计还是个雏形,就好像刚出生的新生儿一样!

很快雅典表的设计师们发明出改进版“双向擒纵机构”,它与原创版最大的不同之处就在于两个擒纵轮齿从最初的长短齿,其中5个长齿参与传冲能量到全部15个齿都负责给摆轮游丝系统提供能量,此举的益处在于可提供机心更多动能和更高频率(从21600次每小时提高到28800次每小时)以及较高准确性、较强防震性。

图2a~图2f为雅典设计的改进版“双向擒纵机构”半周期的工作原理示意图,图2g与图2h为改进版“双向擒纵机构”半周期部分工作过程的局部放大示意图。如图所示,改进版“双向擒纵机构”由两个形状完全相同的擒纵轮、一个双齿异形轮以及一个与摆轮游丝系统同轴并固定为一体的单齿轮三部分组成。以下是雅典表改进版“双向擒纵机构”的工作原理:

雅典设计的改进版“双向擒纵机构”半周期的工作原理示意图
雅典设计的改进版“双向擒纵机构”半周期的工作原理示意图

第一阶段:摆轮左振幅解锁阶段

如图2a所示,此时第一擒纵轮3的齿24的齿面靠在双齿异形轮5上,而双齿异形轮5的右壁在驱动轮30输入的牵引力矩的作用下靠在右限位钉 26上,由于第一擒纵轮3与第二擒纵轮4相互啮合,还使得第二擒纵轮4的齿10的齿尖压在双齿异形轮5上,此时双齿异形轮5是静止不动的。摆轮在游丝力矩的作用下,由左振幅位置以逆时针方向向平衡位置运动,由于单齿轮2与摆轮是一体的,因此它也会随摆轮一起逆时针方向运动。

第二阶段:摆轮左振幅传冲阶段

如图2b所示,由于单齿轮2的齿13与双齿异形轮5的齿12已经处于啮合状态,这使得双齿异形轮5获得了一定的动能,并开始顺时针转动至中间位置。第一擒纵轮3在此时已经被释放,在驱动轮的带动下顺时针旋转,而与其啮合的第二擒纵轮4逆时针旋转。第二擒纵轮4在逆时针旋转的过程中,它的齿 10的齿尖进入了双齿异形轮5的凹槽9。从图2g可以看出,双擒纵轮的每一个齿都加工成钩状,其目的在于为了与双齿异形轮5的凹槽9相配合,类似杠杆擒纵机构的齿传冲阶段,以便推动双齿异形轮5继续顺时针旋转,并且通过双齿异形轮5将能量传递给单齿轮2,由于单齿轮2与摆轮为一体结构,所以摆轮也获得了能量继续向右振幅位置运动。需要注意的是负责推动单齿轮2齿13的是双齿异形轮5的齿11。

第三阶段:摆轮左振幅锁住阶段

如图2c与图2d所示,第二擒纵轮4与双齿异形轮5的能量传递过程已经结束,但单齿轮2的齿13与双齿异形轮5的齿11还未完全脱开。此时第一擒纵轮3的齿8的齿尖靠在双齿异形轮5上,并将能量输入给了双齿异形轮5,这样使得后者继续顺时针旋转直到双齿异形轮5的左壁靠在左限位钉25上(见图2h)为止。通过此次传冲过程摆轮获得了一定能量并顺时针向右振幅位置自由运动。到此时“双擒纵机构”的半个周期的工作过程已经结束,并处于短暂的平衡状态。图2e与图2f所示的是即将发生的另半个周期的工作过程与前述只是方向相反而以。
雅典设计的改进版“双向擒纵机构”

通过对改进版“双向擒纵机构”的整个工作过程的解析,我们可以看出雅典设计的改进版“双向擒纵机构”在结构上更简洁,更实用,它区别于原创版的关键地方是:首先,它将两个擒纵轮做成异形齿,并且通过所有15个异形齿的特殊外形驱动形状做了很大修改后的双齿异形轮,使其可以起到类似于杠杆式擒纵机构里的擒纵叉的作用将能量传递给摆轮游丝系统,此外由于此双齿异形轮很小,从而摆动的角度很小,使得两个擒纵轮与摆轮游丝系统构成的擒纵系统的摆升角很小,因此保证了整个“双向擒纵机构”可以保持很高的能量利用率,把损耗降到最低。

雅典表成熟版双向擒纵机构

最后给大家介绍的是目前雅典已经基本定型的结构——成熟版“双向擒纵机构”,图3a~图3f为雅典设计的成熟版“双向擒纵机构”半周期的工作原理示意图。
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根据图3a~图3f可以看出,成熟版“双向擒纵机构”与改进版相比其工作原理基本上是一致的,没有太大变化已经基本定型了,而是在细节上雅典的设计师主要改进了三个地方:首先,两个擒纵轮的异形齿的齿形被重新设计了,齿数也增加到18个,这两点前面已经提到过,其原因是为了使得已经把摆轮游丝系统的振动频率增加到28800次每小时以后的“双向擒纵机构”整体稳定性增加,并且提高抗振动能力;其次,单齿轮与异形双齿轮的形状被重新修正了,其目的就是为了配合两个擒纵轮的相应变化;最后,雅典的设计师将类似于杠杆擒纵机构里的叉头钉又引入到此机构当中,而前两代从未被使用过,它在成熟版里的作用也是延续了杠杆擒纵机构里相同的作用。

综合雅典所申请的三项有递进关系的发明专利,我们可以看出“双向擒纵机构”经过10年的磨练已经逐步走向成熟,而雅典在新型材料方面的研发才是此机构真正得到新生的源泉!

双向擒纵机构

无论是原创版、改进版、还是成熟版,成就雅典表“双向擒纵机构”的最大推手是雅典表在新型材料方面的研发,这才是此机构真正得到新生的源泉!

小编无力吐槽,学术类文章太高深了完全看不懂

本文原作者:曹维峰

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