關(guān)于高效的動態(tài)表運作系統(tǒng)

關(guān)于高效的動態(tài)表運作系統(tǒng)

正如上一期《特寫鏡頭》的文章所說，意大利北部和南德地區(qū)1270年前后的第一個機械時鐘是由重錘主導(dǎo)的。正是手表發(fā)明的時鐘填充技術(shù)的發(fā)明，顯著減少了手表的體積，成為一種可紀念的手表。懷表問世初期的1480～1511年期間,出現(xiàn)“紐倫堡蛋”那種形式的懷表,那時表的結(jié)構(gòu)非常簡單,以一條“盤簧”當作動力源,這就是最早期的發(fā)條。這種發(fā)條無法提供早期機械鐘重錘動力那樣恒定的動力輸出。在發(fā)條動力輸出中,當發(fā)條形變最大和最小時,輸出扭矩變化更為突出。當時的表的走時頻率完全由發(fā)條傳輸過來的動力大小決定。而無法提供恒動力輸出的發(fā)條系統(tǒng)使得這一階段的表走時誤差非常大,一天甚至能達到2個小時,只能指示大概的時間,這時的表更多成為貴族的奢侈品,裝飾性更大于實用性。gruet-graet模型為了有更好的走時精度,鐘表工匠開始改善發(fā)條系統(tǒng),以達到和重錘動力一樣的恒動力輸出,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對發(fā)條進行制動,使發(fā)條在張緊時的制動力大于放松時的制動力,從而使得輸出動力恒定,這種結(jié)構(gòu)僅出現(xiàn)于16世紀的紐倫堡與奧斯堡附近,在表上只被短時間應(yīng)用而且使用量也非常小。芝麻鏈是發(fā)條輪通過拉動纏繞在錐形輪上的腸線進行力量輸出的,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(類似腳踏車鏈條)取代非常脆弱的腸線。歷史證實這種結(jié)構(gòu)是成功的,它用簡潔的結(jié)構(gòu)解決了棘手問題,又同時兼顧高性能與藝術(shù)美感。比較這兩種設(shè)計,使用發(fā)條制動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)計穩(wěn)定,耐用,整體造型優(yōu)雅,更為大多數(shù)人認可,這種設(shè)計直到19世紀末有些英國懷表上還在使用,一直被沿用了三百多年。從用于走時的恒動力設(shè)計到18世紀開始鐘表制造進入了繁盛期,制表大師的靈感互相交融碰撞。1704年,Peter、JacobDebaufre與NicolasFacio在機心上使用了紅寶石,其舉動成功的減少了摩擦而提高了機心壽命和準確度,使得輪軸在發(fā)條不同狀態(tài)下摩擦力的差距減小。這時期各種新型擒縱機構(gòu)的發(fā)明使得擺輪能夠自由擺動,其頻率由游絲長度決定。發(fā)條動力大小只對擺幅有影響,而對走時影響很小,即使不需要恒動力輸出,走時精度也能保持的很好。此外芝麻鏈的加工工時長,生產(chǎn)成本高,不適應(yīng)機械化大規(guī)模生產(chǎn),因此芝麻鏈這個經(jīng)典設(shè)計在19世紀前后開始逐步退出歷史舞臺。發(fā)條被直接卷繞著裝入帶有齒輪的發(fā)條盒(Mainspringbarrel)中,懷表的機心也可以制作的更薄。恒動力不再是制表師們的設(shè)計重點,重點是如何能讓發(fā)條更加耐用。當時沒有特種鋼,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,用減少走時時間來換取發(fā)條的使用壽命。此時出現(xiàn)的馬耳他十字(MalteseCross)的設(shè)計應(yīng)用很好的解決了這個問題,并且錦上添花的是馬耳他十字還能防止發(fā)條被過度上鏈。這個設(shè)計不但對發(fā)條起到了非常好的保護作用,還讓發(fā)條工作在輸出扭矩相對穩(wěn)定的中間區(qū)域,這對走時也是很有幫助的。即使如此發(fā)條還是可能會斷裂,為了不讓發(fā)條斷時的方向扭力對齒輪和擒縱叉的叉瓦(pallet-stone)造成損壞,后來的一些設(shè)計者把中心輪的小齒輪設(shè)計成了安全齒瓣,也就是中心輪的小齒輪通過反向螺紋旋到中心輪軸上,發(fā)條斷時小齒輪會被條盒反方向松開,不造成零件的損壞。美國表上鏈的發(fā)展在18世紀末,懷表結(jié)構(gòu)設(shè)計百花齊放,百家爭鳴。有些設(shè)計雖然應(yīng)用不是很廣泛,但是影響卻非常巨大,其中發(fā)條系統(tǒng)方面的最大貢獻就是自動上鏈機心的發(fā)明,大家所公認的自動上鏈是亞伯拉罕·路易·伯特萊(AbrahamLouisPerrelet)發(fā)明的,他的第一塊自動表“PerpetualWatches”大約在1760～1770年期間被制成,此技術(shù)最先被寶璣和英國制表師所使用。寶璣在1780年前后制造出了他的第一塊自動表,他改良了伯特萊的設(shè)計,用偏心的自動陀來產(chǎn)生上鏈的動力,在同一時期英國的制表師也在銷售英國自制的第一塊自動表。這次設(shè)計里寶璣的改良是最成功的,而且大多數(shù)還都配備了儲能顯示裝置。當年的自動均為計步器式自動,由于懷表是垂直佩戴的,這種機構(gòu)的上鏈效率還是不錯的,能滿足夜間的走時,但和今天的腕表比還是要稍差一些。這些自動設(shè)計同時也使得讓發(fā)條的輸出扭矩相對穩(wěn)定,這點和同一時期出現(xiàn)的馬耳他十字異曲同工,都使走時精度更加良好。懷表的佩戴方式阻礙了自動技術(shù)的發(fā)展,自動懷表只在當時的貴族群體中曇花一現(xiàn),便銷聲匿跡。1830年寶璣公司發(fā)明了調(diào)時和上鏈同用一表把的表。表把上鏈開始逐步取代鑰匙上鏈,這就要為懷表增加立輪和小鋼輪,來滿足表把上鏈的需要,立輪和小鋼輪是垂直咬合的,上鏈時受力比較大,雙層結(jié)構(gòu)的小鋼輪長期運作起來就更為穩(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,強度更好。從這個時期開始人們更喜歡購買比較薄的懷表,隨著機心厚度的逐漸降低,發(fā)條系統(tǒng)的負荷也降了下來,在比較薄的懷表設(shè)計中對棘輪進行改良來替代馬耳他十字,這樣可以進一步減低機心的厚度,主要是將棘輪的齒數(shù)增加(有些表加到了5個齒)或是把鉤型棘輪的中心圓孔改為長方孔,上鏈后大鋼輪后退距離加大,來減少發(fā)條張力。效果上雖然不及馬耳他十字,但可以滿足使用要求了。這時發(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,制表師更強調(diào)于細節(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表的條盒結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的設(shè)計不同,這樣條芯孔的寶石軸承經(jīng)過設(shè)計安裝后,寶石軸承位于了大鋼輪中央,和美國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心直徑,這樣發(fā)條盒也只能安裝于整個機心的正上方了。硬而長的發(fā)條雖然不是很安全,但是當時大規(guī)模機械化生產(chǎn)讓發(fā)條的更換很方便,這一點也就沒有影響這種表的市場銷售份額。為了滿足某些特殊行業(yè)的需要,如鐵路、航海等,在懷表上加裝了能量顯示系統(tǒng),來提醒上鏈。儲能顯示結(jié)構(gòu)這個古老的設(shè)計,在此時實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)的加裝上了第二個條盒。有關(guān)專業(yè)設(shè)備的權(quán)能運用在智的領(lǐng)域,引起人的理解和接受到了近代,懷表發(fā)展的越來越薄,腕表也將徹底取代懷表,小而薄的機心加上零件精細打磨后摩擦力的進一步降低,讓發(fā)條系統(tǒng)的負荷徹底減了下來,防斷裂設(shè)計就很少應(yīng)用了。到了1945年,發(fā)條開始采用特種鋼,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: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制造出自動上鏈腕表。自動腕表的發(fā)條尾端設(shè)計為一段副發(fā)條,既不會過度上鏈,也足夠能靠摩擦力來帶動齒輪運作。手腕的運動量讓自動技術(shù)找到了用武之地,在自動腕表發(fā)明后的半個世紀里得到了空前的發(fā)展,自動形式從撞陀式(非轉(zhuǎn)盤non-rotary)變化為全自動,從單向上鏈到各種方式的換向裝置,其中啄木鳥式上鏈當屬上鏈效率非常高的設(shè)計之一。最近這20年來,機械表擊退了石英表之后,制表師在吸取前人的設(shè)計精華的基礎(chǔ)上,進行著改良和藝術(shù)的再創(chuàng)作。如三條盒的長儲能腕表,是對技術(shù)的精益求精。而復(fù)古的芝麻鏈的使用,更多的是對一代代制表師的敬仰。表不只讓我們感知時間的存在,也讓我們感知到人類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)條基本上都是自潤滑的,不需加油,它的自由狀態(tài)為“S”形狀。上鏈回位控制當上鏈時,發(fā)條盒停止不動,而受上鏈機制驅(qū)動的大鋼輪轉(zhuǎn)動軸心,帶動固定在軸心的發(fā)條內(nèi)端將發(fā)條沿逆時針方向向內(nèi)卷緊;而當機心在運轉(zhuǎn)時,大停止不動,而固定在發(fā)條盒內(nèi)壁的發(fā)條外端在釋放動力中的發(fā)條帶動下,發(fā)條盒及條盒輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動,驅(qū)動以下的走時輪系。鋼輪在止逆棘爪與止逆彈簧的作用下在上滿鏈的情況之下,機心輪系的減速力量會阻止發(fā)條從連接在發(fā)條盒內(nèi)壁的外端松開,同時盒軸心的內(nèi)端松開。當轉(zhuǎn)動向逆時針方向轉(zhuǎn)動上鏈時,的齒會脫離向順時針移動,同時止逆彈簧會給予一個持續(xù)的回位反向力;當上鏈動作停止時,在止逆彈簧的反作用力作用下迫使自動回位,使的大小二齒與完全嚙合,以防止發(fā)條逆轉(zhuǎn)松開以維持發(fā)條滿鏈的狀態(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)條盒固定有走時輪系的第一個齒輪(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。當我們做進一步拆解時,只要將軸心的固定螺絲旋開,即可將發(fā)條盒與分開,再進一步將發(fā)條盒上的發(fā)條盒蓋板撬開,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機心排列來看,發(fā)條機構(gòu)正介于上鏈機構(gòu)與走時輪系的中間: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,而則是與走時輪系中的中間輪(CenterWheel)相嚙合以傳遞發(fā)條釋放出的動力至整個機