初识陀飞轮手表「陀飞轮的原理概念」

2020-08-21 23:04初识陀飞轮手表

技术背景

随着微机械加工技术的发展,人们已经开始关注和处理各种细节问题,最大限度地提高手表的计时精度。这些细节问题中,因地球引力所导致的手表位置误差最不容易解决。所谓位置误差(简称位差),是指手表机构方位改变所引起的日差变化,它是手表在满条时各所测位置(面上、面下、柄上、柄下、柄 左)瞬时日差差值的最大值。重力对手表计时精度的影响主要有以下几个方面。

(1) 摆轮游丝系统不平衡

即摆轮游丝系统的重心与摆轴的轴心不重合。

通常摆轮游丝系统的质量绝大部分集中在摆轮本身,摆轮的厚度与直径相比要小很多,所以摆轮游丝系统不平衡时,可以认为重心的偏离(即偏心)就发生在摆轮厚度的对称面内。由于系统的偏心会直接影响摆轮的摆动周期,使得摆动周期会产生一定的附加值,当附加值为正时,周期增大,手表走时变慢;反之,当附加值为负,周期减小,手表走时变快。虽然可以通过调整摆轮游丝系统的平衡来减少系统不平衡对周期的影响,但是理想摆轮是不可能被制造出来的。

(2) 游丝固定点重力效应

即游丝重心对周期的影响。

游丝在展缩时并不能保持阿基米德螺线的形状,而是很复杂的轨迹变化。当摆轴垂直放置时,游丝重心对摆轴的力只能产生很小的摩擦力,周期不会受到太大的影响;当摆轴水平放置时,游丝重心对摆轴的力会产生较大的摩擦力,周期一定程度上就会受到影响,导致计时误差。

(3) 摆轴变换平立位置的振幅变化

当摆轴垂直放置时,它的轴颈端面和轴承接触;水平放置时,它的轴颈外缘和轴承接触。前者的摩擦力小于后者,这就造成摆轴垂直放置时的摆轮振幅比水平放置时高,计时误差就这样产生了。

由于受固有的内在规律限制,人们不可能完全保证游丝和摆轮的重心不变,控制摆轮和游丝的偏心从技术上来讲有一个极限,很难从根本上解决它们。在这样的背景下,制表大师宝玑发明了陀飞轮技术,这项技术从工作原理上解决了手表的位差问题。

陀飞轮结构原理图

陀飞轮构架图(图1-1)

理论基础

陀飞轮技术虽然诞生于几百年前,但是它的技术理念确实是很先进的。笔者通过对陀飞轮技术的研究,逐步摸索到了它的理论基础。实际上,陀飞轮的结构本身就是《机械原理》中提到的周转轮系中的行星轮系。行星轮系的特点正是陀飞轮所表现出来的自转与公转的运动方式。我们参考宝玑大师发明的陀飞轮构架图(图1-1)可以看到,摆轮游丝系统处于陀飞轮框架的中心位置,在它的正下方有个被固定在基板上的秒轮片作为行星轮系的“太阳轮”,擒纵机构在框架的带动下围绕框架的轴心线公转,特别是作为行星轮的擒纵轮齿轴与作为“太阳轮”的秒轮片连接,既自转又公转。

擒纵机构

擒纵机构作为机械表的“灵魂”,其地位始终是不可忽视的。杠杆式擒纵机构已经被运用了数百年, 其技术结构与制作工艺都已经非常成熟。

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