關(guān)于高效的動(dòng)態(tài)表運(yùn)作系統(tǒng)

關(guān)于高效的動(dòng)態(tài)表運(yùn)作系統(tǒng)

正如上一期《特寫(xiě)鏡頭》的文章所說(shuō)，意大利北部和南德地區(qū)1270年前后的第一個(gè)機(jī)械時(shí)鐘是由重錘主導(dǎo)的。正是手表發(fā)明的時(shí)鐘填充技術(shù)的發(fā)明，顯著減少了手表的體積，成為一種可紀(jì)念的手表。懷表問(wèn)世初期的1480～1511年期間,出現(xiàn)“紐倫堡蛋”那種形式的懷表,那時(shí)表的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,以一條“盤(pán)簧”當(dāng)作動(dòng)力源,這就是最早期的發(fā)條。這種發(fā)條無(wú)法提供早期機(jī)械鐘重錘動(dòng)力那樣恒定的動(dòng)力輸出。在發(fā)條動(dòng)力輸出中,當(dāng)發(fā)條形變最大和最小時(shí),輸出扭矩變化更為突出。當(dāng)時(shí)的表的走時(shí)頻率完全由發(fā)條傳輸過(guò)來(lái)的動(dòng)力大小決定。而無(wú)法提供恒動(dòng)力輸出的發(fā)條系統(tǒng)使得這一階段的表走時(shí)誤差非常大,一天甚至能達(dá)到2個(gè)小時(shí),只能指示大概的時(shí)間,這時(shí)的表更多成為貴族的奢侈品,裝飾性更大于實(shí)用性。gruet-graet模型為了有更好的走時(shí)精度,鐘表工匠開(kāi)始改善發(fā)條系統(tǒng),以達(dá)到和重錘動(dòng)力一樣的恒動(dòng)力輸出,這里主要的方式有兩種,一種是均力輪,另一種是芝麻鏈。均力輪是利用凸輪來(lái)對(duì)發(fā)條進(jìn)行制動(dòng),使發(fā)條在張緊時(shí)的制動(dòng)力大于放松時(shí)的制動(dòng)力,從而使得輸出動(dòng)力恒定,這種結(jié)構(gòu)僅出現(xiàn)于16世紀(jì)的紐倫堡與奧斯堡附近,在表上只被短時(shí)間應(yīng)用而且使用量也非常小。芝麻鏈?zhǔn)前l(fā)條輪通過(guò)拉動(dòng)纏繞在錐形輪上的腸線(xiàn)進(jìn)行力量輸出的,拉力和錐形輪力臂成反比變化,使輸出力矩恒定。約在1664年,A·Gruet以鋼鏈條(類(lèi)似腳踏車(chē)鏈條)取代非常脆弱的腸線(xiàn)。歷史證實(shí)這種結(jié)構(gòu)是成功的,它用簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)解決了棘手問(wèn)題,又同時(shí)兼顧高性能與藝術(shù)美感。比較這兩種設(shè)計(jì),使用發(fā)條制動(dòng)的懷表可以制造得比使用芝麻鏈的懷表更扁平,芝麻鏈的設(shè)計(jì)穩(wěn)定,耐用,整體造型優(yōu)雅,更為大多數(shù)人認(rèn)可,這種設(shè)計(jì)直到19世紀(jì)末有些英國(guó)懷表上還在使用,一直被沿用了三百多年。從用于走時(shí)的恒動(dòng)力設(shè)計(jì)到18世紀(jì)開(kāi)始鐘表制造進(jìn)入了繁盛期,制表大師的靈感互相交融碰撞。1704年,Peter、JacobDebaufre與NicolasFacio在機(jī)心上使用了紅寶石,其舉動(dòng)成功的減少了摩擦而提高了機(jī)心壽命和準(zhǔn)確度,使得輪軸在發(fā)條不同狀態(tài)下摩擦力的差距減小。這時(shí)期各種新型擒縱機(jī)構(gòu)的發(fā)明使得擺輪能夠自由擺動(dòng),其頻率由游絲長(zhǎng)度決定。發(fā)條動(dòng)力大小只對(duì)擺幅有影響,而對(duì)走時(shí)影響很小,即使不需要恒動(dòng)力輸出,走時(shí)精度也能保持的很好。此外芝麻鏈的加工工時(shí)長(zhǎng),生產(chǎn)成本高,不適應(yīng)機(jī)械化大規(guī)模生產(chǎn),因此芝麻鏈這個(gè)經(jīng)典設(shè)計(jì)在19世紀(jì)前后開(kāi)始逐步退出歷史舞臺(tái)。發(fā)條被直接卷繞著裝入帶有齒輪的發(fā)條盒(Mainspringbarrel)中,懷表的機(jī)心也可以制作的更薄。恒動(dòng)力不再是制表師們的設(shè)計(jì)重點(diǎn),重點(diǎn)是如何能讓發(fā)條更加耐用。當(dāng)時(shí)沒(méi)有特種鋼,發(fā)條只是用一般彈性鋼制造的,這種發(fā)條在反復(fù)彈性形變條件下很容易疲勞變形,使發(fā)條的輸出動(dòng)力不足或發(fā)條脆斷,最好的解決方式就是減少發(fā)條的彈性形變,用減少走時(shí)時(shí)間來(lái)?yè)Q取發(fā)條的使用壽命。此時(shí)出現(xiàn)的馬耳他十字(MalteseCross)的設(shè)計(jì)應(yīng)用很好的解決了這個(gè)問(wèn)題,并且錦上添花的是馬耳他十字還能防止發(fā)條被過(guò)度上鏈。這個(gè)設(shè)計(jì)不但對(duì)發(fā)條起到了非常好的保護(hù)作用,還讓發(fā)條工作在輸出扭矩相對(duì)穩(wěn)定的中間區(qū)域,這對(duì)走時(shí)也是很有幫助的。即使如此發(fā)條還是可能會(huì)斷裂,為了不讓發(fā)條斷時(shí)的方向扭力對(duì)齒輪和擒縱叉的叉瓦(pallet-stone)造成損壞,后來(lái)的一些設(shè)計(jì)者把中心輪的小齒輪設(shè)計(jì)成了安全齒瓣,也就是中心輪的小齒輪通過(guò)反向螺紋旋到中心輪軸上,發(fā)條斷時(shí)小齒輪會(huì)被條盒反方向松開(kāi),不造成零件的損壞。美國(guó)表上鏈的發(fā)展在18世紀(jì)末,懷表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)百花齊放,百家爭(zhēng)鳴。有些設(shè)計(jì)雖然應(yīng)用不是很廣泛,但是影響卻非常巨大,其中發(fā)條系統(tǒng)方面的最大貢獻(xiàn)就是自動(dòng)上鏈機(jī)心的發(fā)明,大家所公認(rèn)的自動(dòng)上鏈?zhǔn)莵啿薄ぢ芬住げ厝R(AbrahamLouisPerrelet)發(fā)明的,他的第一塊自動(dòng)表“PerpetualWatches”大約在1760～1770年期間被制成,此技術(shù)最先被寶璣和英國(guó)制表師所使用。寶璣在1780年前后制造出了他的第一塊自動(dòng)表,他改良了伯特萊的設(shè)計(jì),用偏心的自動(dòng)陀來(lái)產(chǎn)生上鏈的動(dòng)力,在同一時(shí)期英國(guó)的制表師也在銷(xiāo)售英國(guó)自制的第一塊自動(dòng)表。這次設(shè)計(jì)里寶璣的改良是最成功的,而且大多數(shù)還都配備了儲(chǔ)能顯示裝置。當(dāng)年的自動(dòng)均為計(jì)步器式自動(dòng),由于懷表是垂直佩戴的,這種機(jī)構(gòu)的上鏈效率還是不錯(cuò)的,能滿(mǎn)足夜間的走時(shí),但和今天的腕表比還是要稍差一些。這些自動(dòng)設(shè)計(jì)同時(shí)也使得讓發(fā)條的輸出扭矩相對(duì)穩(wěn)定,這點(diǎn)和同一時(shí)期出現(xiàn)的馬耳他十字異曲同工,都使走時(shí)精度更加良好。懷表的佩戴方式阻礙了自動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)懷表只在當(dāng)時(shí)的貴族群體中曇花一現(xiàn),便銷(xiāo)聲匿跡。1830年寶璣公司發(fā)明了調(diào)時(shí)和上鏈同用一表把的表。表把上鏈開(kāi)始逐步取代鑰匙上鏈,這就要為懷表增加立輪和小鋼輪,來(lái)滿(mǎn)足表把上鏈的需要,立輪和小鋼輪是垂直咬合的,上鏈時(shí)受力比較大,雙層結(jié)構(gòu)的小鋼輪長(zhǎng)期運(yùn)作起來(lái)就更為穩(wěn)定可靠。而小鋼輪和大鋼輪的固定方式也有幾種方式,多顆(2-4顆)小螺絲的固定比一顆大螺絲的固定方式更利于拆裝,強(qiáng)度更好。從這個(gè)時(shí)期開(kāi)始人們更喜歡購(gòu)買(mǎi)比較薄的懷表,隨著機(jī)心厚度的逐漸降低,發(fā)條系統(tǒng)的負(fù)荷也降了下來(lái),在比較薄的懷表設(shè)計(jì)中對(duì)棘輪進(jìn)行改良來(lái)替代馬耳他十字,這樣可以進(jìn)一步減低機(jī)心的厚度,主要是將棘輪的齒數(shù)增加(有些表加到了5個(gè)齒)或是把鉤型棘輪的中心圓孔改為長(zhǎng)方孔,上鏈后大鋼輪后退距離加大,來(lái)減少發(fā)條張力。效果上雖然不及馬耳他十字,但可以滿(mǎn)足使用要求了。這時(shí)發(fā)條系統(tǒng)的形制和今天的手表基本一樣了。鐘表技術(shù)已經(jīng)非常成熟,制表師更強(qiáng)調(diào)于細(xì)節(jié)的處理,如大小鋼輪的齒形改用狼牙形,條芯軸孔加裝紅寶石軸承,多種樣式的發(fā)條外鉤樣式來(lái)減少發(fā)條從外鉤斷裂的幾率。這里值得一提的是有些美國(guó)表的條盒結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同,這樣條芯孔的寶石軸承經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)安裝后,寶石軸承位于了大鋼輪中央,和美國(guó)表的華麗打磨相得益彰,即提升了發(fā)條輸出效率,也增加了整體藝術(shù)性。這時(shí)還出現(xiàn)了很大發(fā)條盒的8日鏈懷表,發(fā)條盒的直徑接近于機(jī)心直徑,這樣發(fā)條盒也只能安裝于整個(gè)機(jī)心的正上方了。硬而長(zhǎng)的發(fā)條雖然不是很安全,但是當(dāng)時(shí)大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)讓發(fā)條的更換很方便,這一點(diǎn)也就沒(méi)有影響這種表的市場(chǎng)銷(xiāo)售份額。為了滿(mǎn)足某些特殊行業(yè)的需要,如鐵路、航海等,在懷表上加裝了能量顯示系統(tǒng),來(lái)提醒上鏈。儲(chǔ)能顯示結(jié)構(gòu)這個(gè)古老的設(shè)計(jì),在此時(shí)實(shí)用性得到了大幅提升。帶鬧鈴及復(fù)雜功能等消耗能量比較大的表上已經(jīng)相應(yīng)的加裝上了第二個(gè)條盒。有關(guān)專(zhuān)業(yè)設(shè)備的權(quán)能運(yùn)用在智的領(lǐng)域,引起人的理解和接受到了近代,懷表發(fā)展的越來(lái)越薄,腕表也將徹底取代懷表,小而薄的機(jī)心加上零件精細(xì)打磨后摩擦力的進(jìn)一步降低,讓發(fā)條系統(tǒng)的負(fù)荷徹底減了下來(lái),防斷裂設(shè)計(jì)就很少應(yīng)用了。到了1945年,發(fā)條開(kāi)始采用特種鋼,最常用到的是Nivaflex發(fā)條(不銹鋼材質(zhì)的發(fā)條合金),這種發(fā)條有許多優(yōu)點(diǎn):不斷裂、不生銹、抗彎曲,尤其幾乎是抗磁性的。特種鋼發(fā)條的出現(xiàn)徹底結(jié)束了防斷裂裝置的應(yīng)用。那些裝置成了記憶中美好的回憶。1923年JohnHarwood制造出自動(dòng)上鏈腕表。自動(dòng)腕表的發(fā)條尾端設(shè)計(jì)為一段副發(fā)條,既不會(huì)過(guò)度上鏈,也足夠能靠摩擦力來(lái)帶動(dòng)齒輪運(yùn)作。手腕的運(yùn)動(dòng)量讓自動(dòng)技術(shù)找到了用武之地,在自動(dòng)腕表發(fā)明后的半個(gè)世紀(jì)里得到了空前的發(fā)展,自動(dòng)形式從撞陀式(非轉(zhuǎn)盤(pán)non-rotary)變化為全自動(dòng),從單向上鏈到各種方式的換向裝置,其中啄木鳥(niǎo)式上鏈當(dāng)屬上鏈效率非常高的設(shè)計(jì)之一。最近這20年來(lái),機(jī)械表?yè)敉肆耸⒈碇?制表師在吸取前人的設(shè)計(jì)精華的基礎(chǔ)上,進(jìn)行著改良和藝術(shù)的再創(chuàng)作。如三條盒的長(zhǎng)儲(chǔ)能腕表,是對(duì)技術(shù)的精益求精。而復(fù)古的芝麻鏈的使用,更多的是對(duì)一代代制表師的敬仰。表不只讓我們感知時(shí)間的存在,也讓我們感知到人類(lèi)不斷求新求變的探索精神。NIVAFLEX發(fā)條采用鐵、鎳和鉻合金制造,同時(shí)加入了鈷、鉬、鈹?shù)认∮性?不但能夠具有防磁、防腐蝕、不易斷裂、不受溫度變化影響、抗拉與抗沖擊等功能,而且還韌性十足,利于動(dòng)力平緩地釋放。和碳鋼發(fā)條相比,NIVAFLEX發(fā)條基本上都是自潤(rùn)滑的,不需加油,它的自由狀態(tài)為“S”形狀。上鏈回位控制當(dāng)上鏈時(shí),發(fā)條盒停止不動(dòng),而受上鏈機(jī)制驅(qū)動(dòng)的大鋼輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸心,帶動(dòng)固定在軸心的發(fā)條內(nèi)端將發(fā)條沿逆時(shí)針?lè)较蛳騼?nèi)卷緊;而當(dāng)機(jī)心在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),大停止不動(dòng),而固定在發(fā)條盒內(nèi)壁的發(fā)條外端在釋放動(dòng)力中的發(fā)條帶動(dòng)下,發(fā)條盒及條盒輪沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)以下的走時(shí)輪系。鋼輪在止逆棘爪與止逆彈簧的作用下在上滿(mǎn)鏈的情況之下,機(jī)心輪系的減速力量會(huì)阻止發(fā)條從連接在發(fā)條盒內(nèi)壁的外端松開(kāi),同時(shí)盒軸心的內(nèi)端松開(kāi)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)上鏈時(shí),的齒會(huì)脫離向順時(shí)針移動(dòng),同時(shí)止逆彈簧會(huì)給予一個(gè)持續(xù)的回位反向力;當(dāng)上鏈動(dòng)作停止時(shí),在止逆彈簧的反作用力作用下迫使自動(dòng)回位,使的大小二齒與完全嚙合,以防止發(fā)條逆轉(zhuǎn)松開(kāi)以維持發(fā)條滿(mǎn)鏈的狀態(tài)。大鋼輪在止逆棘爪與止逆棘簧的阻力作用下使其不能逆轉(zhuǎn),從而阻止了固定在條發(fā)條表冠帶動(dòng)大鋼輪止逆棘爪大鋼輪止逆棘爪止逆棘爪止逆棘爪大鋼輪顯示了顯示尾數(shù)的制度信息,引起了進(jìn)一步的執(zhí)行發(fā)條的結(jié)構(gòu)為:發(fā)條(Mainspring)、發(fā)條盒(MainspringBarrel)、發(fā)條軸心(Arbor)(Ratchet)止逆(Click)與止逆彈簧(ClickSpring)。其中收納發(fā)條的發(fā)條盒固定有走時(shí)輪系的第一個(gè)齒輪(即條盒輪),與大鋼輪連接在同一軸心上,而收納在發(fā)條盒內(nèi)的發(fā)條兩端分別固定在軸心與發(fā)條盒內(nèi)壁。當(dāng)我們做進(jìn)一步拆解時(shí),只要將軸心的固定螺絲旋開(kāi),即可將發(fā)條盒與分開(kāi),再進(jìn)一步將發(fā)條盒上的發(fā)條盒蓋板撬開(kāi),就可以看到隱藏在里面的發(fā)條了。主要、大鋼輪以及具阻止大鋼輪倒轉(zhuǎn)的棘爪大鋼輪從整個(gè)機(jī)心排列來(lái)看,發(fā)條機(jī)構(gòu)正介于上鏈機(jī)構(gòu)與走時(shí)輪系的中間:大鋼輪與上鏈系統(tǒng)的小鋼輪互相連接以傳遞上鏈的力量,而則是與走時(shí)輪系中的中間輪(CenterWheel)相嚙合以傳遞發(fā)條釋放出的動(dòng)力至整個(gè)機(jī)