原理 机械手表的原动系统
作者:曹维峰   来源:《钟表》2013年第2期   时间:2013-5-16



定义

机械手表机心内主传动链条的源头即是原动系统,它的定义是其内部存储弹性元件发条,即存储弹性势能。取决于发条的长度及厚度的弹性势能决定着机械手表走时时间的长短,发条将储存的弹性势能转换为机械能后为机械手表提供原始能量,当发条储存的弹性势能全部释放出来后,机械手表便失去能源供应而停止运行。通过对原动系统的了解我们可以明白机械表内所有轮系除了辅助轮系是通过人的外力驱动以外,都是由原动系统提供能量运转起来的。原动系统可以分成手上链和自动上链两种,其中的区别体现在条盒轮和发条身上。



结构特征

原动系统包括的零件有条盒轮、条盒盖、条轴与发条,根据上述提到的手上弦机械手表与自动机械手表,条盒轮与发条可以被分成手上弦条盒轮和手上弦发条以及自动条盒轮和自动发条。



手上链条盒轮

手上弦条盒轮的A位置是条盒轮与条轴A位置相配合的中心孔;B位置是手上弦发条的发条外钩与条盒轮配合的位置;C位置是条盒轮与条盒盖B位置相配合的中心凹槽;D位置与前两个位置有所不同的是它被加工出轮齿,其目的是为了让它与传动系连接,使原动系统的能量可以输出给传动系统,并且更进一步输出给摆轮游丝系统使其开始工作;E位置的作用很关键,它被称作条盒轮内钩与手上弦发条的发条外钩配合在一起,才能使得发条与条盒轮产生力的相互作用,从手上弦原动系统的平面图中我们可以清楚的看到手上弦条盒轮与手上弦发条之间的位置关系,此外从图中我们还可以注意到发条的内钩将与条轴的C位置条轴内钩配合在一起,其目的是使条轴能够将发条牢牢锁住,在卷紧发条的时候可以承受发条的卷紧力。



条轴

条轴的A位置与C位置已经说过了,它的B位置与条盒盖的中心孔A位置相配合在一起,D位置与E位置将与控制原动系统的夹板孔或者宝石轴承配合在一起,这样原动系统的径向与轴向都将被限制住。F位置的作用是作为方形凸起与上弦系统中的上弦棘轮的方形孔相配合,并且通过螺钉固定为一体。上弦系统将来自于手上链或者是自动上链输入的机械能通过条轴带动发条的卷紧转变为机械表机心所需要的机械弹性势能,G位置就是刚说到的上弦棘轮螺钉配合的螺钉孔。



自动上链条盒轮

自动上链条盒轮的A位置、C位置与D位置与手上弦条盒轮是一样的,只是我们最需要注意的是它的B位置变成了凹槽,此外还在它的内壁上均匀分布了多个凹槽,这是什么目的呢?答案就是自动机械表的自动发条与手上弦发条最大的区别就是它不是跟条盒轮直接配合在一起,而是通过它的副发条与条盒轮的内壁之间的摩擦配合在一起的,并且在机械表自动机心中就有个术语 “打滑力矩”,说的就是副发条与条盒轮内壁之间的摩擦力矩要达到一定数值才可以,那些凹槽就是为了增加两者之间的摩擦力矩而设置的,从自动原动系统的平面图中我们就可以清楚的看到自动条盒轮与自动发条之间的位置关系,尤其是副发条与条盒轮的内壁凹槽之间的关系。



典型分析

沛纳海Luminor 1950 8 Days GMT 8天长动力腕表

沛纳海P.2002/1机心配置了具有代表性的三条盒结构。其串联的三条盒在结构上采用两个条盒上下排列,然后再和另一个条盒前后排列,这种布局是由设计的整体思路决定的,实际工作起来就是三个被串联起来的发条盒。虽然三个发条盒在数量上比双发条盒多,但就结构与工作原理而言它们是差不多的。


沛纳海Panerai Luminor 1950 8 Days GMT腕表采用的P.2002机心配置了代表性的长动力三条盒结构。它的基本特点是三条盒在结构上采用两个条盒上下叠层,然后再和另一个条盒左右并列,实质是将三个条盒轮串联起来使发条长度延长三倍,这以来实现了机械表长达8天的能量存储。


储存能量的工作原理

(见下页图)第一原动系统的条盒轮1a被上条系驱动逆时针旋转,条盒轮1a内部的内钩同时带动发条1c的外钩卷紧发条,此时条轴1b也会被发条1c带动逆时针转动;由于条轴1b与条轴2b通过方形长槽和方形凸起相配合,所以两者属于联动关系。那么条轴2b外钩带动发条2c逆时针方向旋转并逐渐卷紧,此时发条2c的外钩会带动条盒轮2a逆时针方向旋转。由于条盒轮2a与条盒轮3a作用在同一平面上相互啮合,所以条盒轮2a逆时针方向旋转会带动条盒轮3a顺时针方向旋转。由于发条3c的外钩已经钩住条盒轮3c内钩,并且条轴3b外钩又钩住发条,因此条盒轮3a顺时针方向旋转的同时会带动发条3c的外钩逆时针方向旋转,这使发条3c逆时针旋转并逐渐卷紧。随着第一原动系统中在上条轮系的驱动下卷紧发条,并且根据能量守恒定律,这三个原动系统的发条都将会被卷紧,此时有一点需要特注意的是三个发条盒内的发条不是逐个被上紧的,而是有顺序的逐步被上紧,直到最后几乎同时被上满发条。


释放能量的工作原理

随着三个发条盒内的发条被卷紧直至上满,它们的能量将逐渐被释放。但是,这三个原动系统并不是同时释放能量,而主要是由第三原动系统的条轴带动的输出轮负责释放所卷紧的发条能量,随着第三原动系统将本条盒储存的能量不断输出,其输出力矩将随之下降,而此时上下排列的第一原动系统与第二原动系统会不断的将自身的能量补充给第三原动系统,直至第三原动系统自身储存的能量完全释放,同时第一原动系统与第二原动系统自身储存的能量也所剩无几,其输出力矩已经小于轮系间的摩擦力矩,不能将能量补充给第三原动系统为止,此时手表轮系以及摆轮游丝系统已无能量可用便停止运动,也就是说它的能量释放工作原理同样符合能量守恒定律原则。


沛纳海串联三条盒结构的优点

1.更高的运行稳定性

因为发条盒发条的旋转次数互相叠加,发条盒速度更快,用较小的旋转力矩就达到一定的动力水平。第一天和第八天的旋转扭矩之间的差值显著变小,这样使得摆幅偏差值降低,所以可以提高机心运行的精确性;


2.更高的运行可靠性

因为只有很小的压力作用于轴颈,高旋转次数使八天动力储备时间的机心中发条盒转速更快,旋转扭矩更小,这样轴颈压力较弱而且损耗非常低,保证了很高的运行可靠性;

3.机心一体化整合构造

三发条盒构造使一体化整合安装动力储备指示装置成为可能,无需浪费机心内的容积。因为该装置可以安装在第三个发条盒的上方或下方。


原动系统自从机械表诞生之日起就是最重要的组成部分,本文通过分析此系统的零部件组成以及它们之间的相互关系来为大家解析手上链与自动上链两种原动系统,并且以沛纳海的八日链三条盒串联式原动系统为例讲解了其储存能量和释放能量的工作原理。

(撰文_本刊特约撰稿人 曹维峰 图_曹维峰、本刊资料库)

 
 >> 热点关注TOP20:
 《钟表》杂志
 
 
 
 
 
 
 
 >> 品牌关注度统计Top20:
     
  主 办:国家轻工业钟表信息中心  轻工业钟表研究所  承 办:国家轻工业钟表信息中心 地址:西安市翠华路60号(710061)  
联系方法:电话:029-85362799 85222474 传真:029-85261685 QQ:58031715   邮 箱:web_service@126.com  
  Copyright © 1998 - 2013 All Rights Reserved