機(jī)械表一些結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)

1、機(jī)械表一些結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)擒縱器完全解析精準(zhǔn)計(jì)時(shí)的核心】自從鐘表發(fā)明以來(lái)，工匠們?yōu)榱俗非竽芨艿挠?jì)時(shí)而在擒縱器上下了相 當(dāng)大的功夫從事改良，歷經(jīng)了幾個(gè)世紀(jì)的演進(jìn)，到了 18 世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了一種 分離式擒縱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)，一位名叫 Thomes Mudge 的制表師為了改良早期 擒縱結(jié)構(gòu)中擒縱輪的輪齒與擺輪的零件之間過(guò)多摩擦的問(wèn)題，而將擺輪與整個(gè) 擒縱結(jié)構(gòu)脫離出來(lái)，這樣的基本設(shè)計(jì)再經(jīng)過(guò)改良就成了今天最廣泛被使用的杠桿式擒縱(leverescapeme nt),也就是俗稱(chēng)的馬式擒縱。在機(jī)械腕表的機(jī)芯中，擒縱系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)制造正確的頻率使腕表能夠正確走時(shí)；同 時(shí),擒縱結(jié)構(gòu)的精密與否也牽涉到計(jì)時(shí)精準(zhǔn)

2、度,就好比電腦中負(fù)責(zé)分配管制所 有資源與資料的運(yùn)算的中央處理器 CPU般精密而重要。在象征頂級(jí)制表工藝的日內(nèi)瓦十二法則中就有七項(xiàng)法則是規(guī)范擒縱器 的制造,其重要性自然不言而喻。以下我們將就擒縱系統(tǒng)的組成構(gòu)造及運(yùn)作原 理作一概括性的分析。杠桿式擒縱結(jié)構(gòu)主要是由擒縱輪、擒縱叉、擺輪和游絲 等部分組成。在整個(gè)機(jī)械運(yùn)作的順序上,發(fā)條釋放的能量在經(jīng)過(guò)中心輪、第 三、四輪的減速之后,傳動(dòng)到擒縱輪與擒縱叉產(chǎn)生推力驅(qū)動(dòng)擺輪,再由擺輪上 游絲的反作用彈力造成擺輪規(guī)律的往返運(yùn)動(dòng),并控制擒縱輪及其之前輪系的運(yùn) 轉(zhuǎn)以達(dá)到調(diào)速的目地。因此在整個(gè)運(yùn)作的機(jī)制中,擒縱結(jié)構(gòu)所扮演的正是最重 要頻率提供的功能,對(duì)于計(jì)時(shí)精準(zhǔn)度的影

3、響當(dāng)然也最大?！菊勍蟊淼纳湘溑c定位撥針機(jī)制文】腕表表冠部分的功能一般來(lái)說(shuō)分為兩個(gè)部分,第一部分是將動(dòng)能傳遞進(jìn)入 機(jī)芯發(fā)條內(nèi)的上鏈機(jī)制,另一部分則是連接到時(shí)針輪與分針輪的定位撥針機(jī) 制。這個(gè)機(jī)制的運(yùn)作主要是依據(jù)杠桿原理,由龍芯帶動(dòng)押鳥(niǎo)、鼓車(chē)回返臂等一 連串連桿帶動(dòng)鼓車(chē)移動(dòng),使表冠得以在上鏈機(jī)制與定位撥針機(jī)制之間互相切 換,進(jìn)而操控該項(xiàng)功能。當(dāng)表冠切換為上鏈功能時(shí),此機(jī)制即連結(jié)至我們?cè)谏?一期所討論發(fā)條機(jī)制,此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)表冠即可為發(fā)條上鏈；而切換至定位撥針功能 時(shí),鼓車(chē)連動(dòng)小鐵車(chē)及日里車(chē),此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)表冠即可驅(qū)動(dòng)時(shí)針輪與分針輪運(yùn)轉(zhuǎn)以 調(diào)校時(shí)間。對(duì)于多數(shù)的使用者來(lái)說(shuō),上鏈與定位撥針可以說(shuō)是最常使用到的功 能

4、,理解其運(yùn)作原理之后將會(huì)有助于我們更正確地操作這些功能。我們除了詳細(xì)地介紹這個(gè)部分的幾個(gè)重要零件之外，并分別針對(duì)上鏈及定位撥針功能兩個(gè) 部分的運(yùn)作過(guò)程作詳細(xì)解說(shuō)?！驹丛床唤^的動(dòng)力供輸深入剖析機(jī)械機(jī)芯的發(fā)條結(jié)構(gòu)】在鐘表結(jié)構(gòu)中，提供動(dòng)力的發(fā)條機(jī)構(gòu)其核心地位完全不亞于擒縱系統(tǒng)，由 于發(fā)條結(jié)構(gòu)自古以來(lái)鮮少有過(guò)重大的改變，同時(shí)又牽涉到深?yuàn)W的材料科學(xué)，因 此重要性經(jīng)常被人所忽略。前二期的鐘表教室中，我們已經(jīng)將鐘表機(jī)芯的擒縱 系統(tǒng)做過(guò)一般性的介紹，這一次，我們將針對(duì)鐘表機(jī)芯的動(dòng)力結(jié)構(gòu) 發(fā)條，從 結(jié)構(gòu)及運(yùn)作兩方面來(lái)進(jìn)行探討。早期的人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)韌性強(qiáng)化的金屬受到適當(dāng)外 力發(fā)生形變時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)反作用力來(lái)恢復(fù)原

5、狀的現(xiàn)象，于是將淬過(guò)火的 鋼簧加以卷曲，利用其恢復(fù)原狀的力量帶動(dòng)其它機(jī)件的運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是在電力還 未發(fā)明之前，大多數(shù)小型機(jī)械所使用的動(dòng)力來(lái)源，也就是我們所熟悉的發(fā)條。 除了利用電力作為動(dòng)力來(lái)源的石英機(jī)芯，以及極少數(shù)的特殊設(shè)計(jì)之外，鐘表的 機(jī)芯都是采用發(fā)條作為動(dòng)力來(lái)源。最早期的鋼質(zhì)發(fā)條不僅容易生銹或因施力過(guò) 大而斷裂，同時(shí)也容易因?yàn)殚L(zhǎng)期使用產(chǎn)生金屬?gòu)椥云７Γ斐苫闪Σ蛔銓?dǎo)致 動(dòng)力供輸不均的問(wèn)題，這也就是當(dāng)初機(jī)械腕表最為人所詬病之處。尤其當(dāng)在人 們愈來(lái)愈倚賴(lài)腕表提供時(shí)間的訊息時(shí)，若是每天都會(huì)使用的腕表無(wú)法提供正確 的時(shí)間資訊，甚至是故障連連時(shí)，所造成的不便也由此可知了。在那個(gè)時(shí)代， 所有機(jī)械表所發(fā)

6、生的使用問(wèn)題之中，可以說(shuō)超過(guò)三成都來(lái)自發(fā)條。在充分享受過(guò)石英表所帶來(lái)的精準(zhǔn)與便利之后，人們開(kāi)始懷念起由發(fā)條帶 動(dòng)一件件細(xì)小零件的機(jī)械表。當(dāng)機(jī)械表頂著技藝結(jié)晶的光環(huán)重現(xiàn)世人面前，尤 其是各大表廠開(kāi)始在各種復(fù)雜功能上大做文章的同時(shí)，影響機(jī)械性能甚鉅的發(fā) 條動(dòng)力穩(wěn)定與持久成為重要的課題。過(guò)去為人所詬病的發(fā)條問(wèn)題，隨著材料科 學(xué)的進(jìn)步一一解決，不僅在斷裂或是生銹等發(fā)條使用壽命的問(wèn)題上都獲得改 善，而且動(dòng)力供輸?shù)臅r(shí)間與品質(zhì)也有所提升，因此表廠也能夠?qū)⒏嘈牧[在 其它創(chuàng)新功能的研發(fā)上。以下我們將從發(fā)條機(jī)制的機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)作原理兩方面 來(lái)進(jìn)行探討。【發(fā)條機(jī)制的運(yùn)作原理】當(dāng)上鏈時(shí)，主發(fā)條盒停止不動(dòng)，而受上鏈機(jī)

7、制驅(qū)動(dòng)的大卷車(chē)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)芯在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，大卷車(chē)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)之 下，將發(fā)條盒以及一番車(chē)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)以下的走時(shí)輪系。在上滿(mǎn)鏈 的情況之下，機(jī)芯輪系的減速力量會(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)大卷車(chē)則從發(fā)條盒軸心阻止發(fā)條由內(nèi)端松開(kāi)。當(dāng)大卷車(chē)沿逆時(shí)針?lè)较?為發(fā)條上鏈時(shí)，止逆子藉由與大卷車(chē)嚙合的動(dòng)作阻止大卷車(chē)逆轉(zhuǎn)（順時(shí)針）， 使發(fā)條不至松開(kāi)。當(dāng)大卷車(chē)受表冠帶動(dòng)向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)上鏈時(shí)，帶動(dòng)止逆子 的齒脫離大卷車(chē)向順時(shí)針移動(dòng)，同時(shí)止逆彈簧會(huì)給予止逆子一個(gè)持續(xù)的回位反 向力；如圖所示，

8、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止逆 子自動(dòng)回位，使止逆子的大小 2 齒與大卷車(chē)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)?！景l(fā)條機(jī)制的機(jī)械結(jié)構(gòu)】發(fā)條的結(jié)構(gòu)主要分為：發(fā)條（Mai nspri ng）、主發(fā)條盒（一番車(chē)，Mai nspring Barrel）、發(fā)條軸心（Arbor），以及具防止齒輪倒轉(zhuǎn)的大卷車(chē)（止逆 棘輪，Ratchet）、止逆子（Click）與止逆彈簧（ClickSpri ng。其中收納發(fā)條的 主發(fā)條盒也是走時(shí)輪系的第一枚齒輪，所以又稱(chēng)為一番車(chē)（MainWheel），與大卷車(chē)連接在同一軸心上，而收納在主發(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，止逆

9、子則在止逆彈簧推動(dòng)下與大卷車(chē)互相嚙合。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)，即可將主發(fā)條盒與大卷車(chē)分開(kāi)，再進(jìn)一步 將主發(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。從整個(gè)機(jī) 芯排列來(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 ：大卷車(chē)與上鏈系統(tǒng) 的小卷車(chē)互相連接以傳遞上鏈的力量，而一番車(chē)則是與走時(shí)輪系中的中間輪（二番車(chē)，Center Wheel）相連接以傳遞發(fā)條釋出的動(dòng)力至整個(gè)機(jī)芯。換句話(huà) 說(shuō)，發(fā)條機(jī)構(gòu)的作用正是將所輸入的力量?jī)?chǔ)存在發(fā)條中，并且轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳 輸至齒輪系及擒縱系統(tǒng)?！就蟊聿?jiǎng)拥男呐K擺輪游絲大解析】承接上一期的擒縱器討論，這次我們要進(jìn)一步探討擺輪與游絲的結(jié)構(gòu)

10、，首 先我們從腕表機(jī)芯機(jī)械運(yùn)作的歷程來(lái)看擺輪與游絲在這其中所扮演的角色 ：發(fā) 條釋放能量的動(dòng)力傳輸至擒縱系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)游絲擺輪進(jìn)行簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一反作用 力達(dá)到減速的目的。在整個(gè)運(yùn)作的程序上擒縱系統(tǒng)擔(dān)任控制速度（煞車(chē)）使指 針與輪系等時(shí)前進(jìn)的工作，其中擺輪與游絲的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)頻率正式提供擒縱系統(tǒng)運(yùn)作的基準(zhǔn)，其重要性不言而喻，同時(shí)也由于構(gòu)造精密度極高，堪稱(chēng)腕表機(jī)芯 中最重要的機(jī)構(gòu)。【Bala nce-spri ng游絲】（又稱(chēng)擺輪游絲）游絲是一種相當(dāng)細(xì)的螺旋形彈簧，大約比人發(fā)細(xì)34倍，總重量約2mg,卻可耐受600g的張力，韌性相當(dāng)強(qiáng)。由于涉及深?yuàn)W的材料科學(xué)、精密度極高， 目前世界上較為知名、品質(zhì)較好的游

11、絲供應(yīng)商只有瑞士的NIVAROX以及日本的精工。游絲的內(nèi)端固定在擺輪的軸心，外端則固定在擺輪夾板上，當(dāng)擺輪受到 驅(qū)動(dòng)時(shí)固定在擺輪內(nèi)的游絲則會(huì)因?yàn)閺椥远鶆虻厥湛s及舒張，同時(shí)帶動(dòng)擺輪 來(lái)回?cái)[動(dòng)。如前所述，擺輪受到驅(qū)動(dòng)力量使游絲受力壓縮、舒張，帶動(dòng)擺輪順 時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣的旋轉(zhuǎn)周期會(huì)直接影響到腕表走時(shí)的準(zhǔn)確度。理論 上，完成旋轉(zhuǎn)周期的時(shí)間愈短，也就是頻率越高，準(zhǔn)確度就越高。而決定擺輪 的慣性力矩以及擺輪的振幅周期的正是游絲的活動(dòng)長(zhǎng)度，拉長(zhǎng)游絲會(huì)使擺輪慣 性力矩變大，擺動(dòng)的角度也越大，擺頻自然慢下來(lái)，反之縮短游絲則會(huì)使擺輪 加速。目前常用來(lái)表示擺動(dòng)頻率的方式大約有：每小時(shí)的擺動(dòng)次數(shù)，記為次/小

12、時(shí)（或vph）;每秒鐘擺輪游絲往返一個(gè)周期的頻率，記為Hz;或是每秒鐘的擺動(dòng)次數(shù)，也就是日本表常用的振動(dòng)?，F(xiàn)代一般的腕表振頻有 ： 18,000次/ 小時(shí)（ 2.5Hz， 5振動(dòng)）、 19,800次/小時(shí)（ 2.75Hz，5.5振動(dòng)）、 21,600次/小時(shí)（ 3Hz， 6振動(dòng)）、 28,800次/小時(shí)（ 4Hz， 8振 動(dòng)）、 36,000次/小時(shí)（ 5Hz， 10振動(dòng)） ，一般來(lái)說(shuō)振頻越高，就表示這只腕表 越精準(zhǔn)?！綛ala nce-whee I擺輪】（又稱(chēng)平衡擺輪）擺輪受力驅(qū)動(dòng)后，由內(nèi)部螺旋狀游絲控制作往返擺動(dòng)，擺動(dòng)的幅度大約在 270320之間。擺輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平均與否直接影響走時(shí)的準(zhǔn)確，而

13、擺輪擺動(dòng)是否平均則與擺輪 質(zhì)地是否均勻以及擺輪的真圓度有關(guān)。在銅鈹鎳合金材質(zhì)發(fā)明以前，許多古董 表（ 1950 年以前）使用雙合金溫差自動(dòng)補(bǔ)償擺輪來(lái)調(diào)節(jié)因溫差所造成游絲 有效長(zhǎng)度改變而產(chǎn)生誤差的問(wèn)題，這種擺輪通常外圈是黃銅材質(zhì)、內(nèi)圈為鋼 材，當(dāng)溫度變化發(fā)生熱脹冷縮的情況時(shí)，利用外圈金屬膨脹系數(shù)大于內(nèi)圈的物 理特性自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度對(duì)游絲所造成的誤差；此外，在擺輪外環(huán)鑲上螺絲來(lái)增減 擺輪的重量，也可以用來(lái)調(diào)節(jié)擺輪的平衡，改善在不同方位時(shí)間走快或走慢的 問(wèn)題?，F(xiàn)代的腕表機(jī)芯一般都是采環(huán)形擺輪（也就是俗稱(chēng)的光擺），此外 較高級(jí)的擺輪上還設(shè)有可供微調(diào)擺動(dòng)速度的補(bǔ)償砝碼（如百達(dá)翡麗）或補(bǔ)償螺 絲（如勞力士 ）

14、。以擺輪材質(zhì)來(lái)看，銅鈹鎳合金材質(zhì)制成的游絲比一般非合 金制成的擺輪穩(wěn)定性較高、比重均勻，擺動(dòng)則較為平均。天文臺(tái)等級(jí)的環(huán)形擺 輪通常是采用穩(wěn)定性較高、比重較均勻的銅鈹鎳合金材質(zhì)，不僅因?yàn)闇夭疃?成的變形量較小，質(zhì)地也比較均勻。擺輪上的軸臂數(shù)也是影響溫差變形量的因 素之一，常見(jiàn)的有2臂，還有3臂或4臂的，一般來(lái)說(shuō)臂數(shù)愈高，所構(gòu)成的輪 弧也就愈接近理論上的真圓，同時(shí)受溫差影響而變形的誤差也較小，擺動(dòng)也較 為平均?！居谓z的調(diào)校】影響腕表準(zhǔn)確性的因素非常多，通常師傅在處理這一類(lèi)的問(wèn)題時(shí)，首先會(huì) 將手表用測(cè)表機(jī)測(cè)試，然后根據(jù)測(cè)表機(jī)上所顯示的軌跡，來(lái)判斷問(wèn)題的所在。 一般比較常遇到誤差在5分鐘以?xún)?nèi)的走時(shí)過(guò)

15、快或過(guò)慢問(wèn)題，可以透過(guò)調(diào)整游絲 的有效長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到調(diào)整的目的。理論上，若是走時(shí)過(guò)快，可以將游絲的有效長(zhǎng) 度放長(zhǎng)以增加擺輪游絲回轉(zhuǎn)的時(shí)間來(lái)達(dá)到減速的目的；相反的，若是走時(shí)太 慢，則是以縮短游絲有效長(zhǎng)度的方式來(lái)縮短擺輪游絲的回轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到加速的目 的。在校正的時(shí)候應(yīng)該取正、反、3、6、9、12等方位的綜合平均值，才能將表 調(diào)校至最精準(zhǔn)的程度。整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)造，是由擺輪夾板上快慢針前端 的游絲夾，或微調(diào)快慢的螺絲所組成。游絲頭被固定在擺輪夾板上，移動(dòng)快慢 針上的梢釘以控制游絲的有效長(zhǎng)度。而調(diào)校的方式除了有常見(jiàn)的快慢針調(diào)節(jié)、 偏心螺絲調(diào)整之外，還有較高級(jí)的鵝頸式微調(diào)?！緮[輪的調(diào)校】相較于游絲擺輪部分的調(diào)校，調(diào)校擺輪的困難度就要高出許多，通常需要 由極具經(jīng)驗(yàn)的鐘表師傅以手工仔細(xì)調(diào)整。如前述，擺輪質(zhì)地的均勻以及擺輪的 真圓度影響擺輪擺動(dòng)平均與走時(shí)準(zhǔn)確，因此擺輪調(diào)校的重點(diǎn)也在于此：使擺輪每一個(gè)部分的重量一致以避免方位差的產(chǎn)生。一般來(lái)說(shuō)腕表機(jī)芯在出廠時(shí)都已 經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的測(cè)試，像是擺輪這種會(huì)嚴(yán)重影響精確度的零件在出廠前都會(huì)經(jīng)過(guò)仔 細(xì)的調(diào)校以確保品質(zhì)，因此一般在正常情況之下是不需要靠調(diào)校擺輪來(lái)調(diào)整時(shí) 間的。只有在人為因素導(dǎo)致擺輪精度嚴(yán)重受損，或是更換游絲、車(chē)芯時(shí)，才需 要將擺輪重新調(diào)校。另外像百達(dá)翡麗