机械常识浅谈 —— 解开可替代性擒纵系统秘密
  来源:Europa Star  

钟表史上,人们花在擒纵系统上的精力比钟表的任何功能都要多。18世纪,当现在大多数系统都已经被发明时,擒纵系统不只是钟表的基础配置,更是声誉的象征。Breguet,Graham和Leroy就是他们其中之一,都在不断研究,想找到解决稳定性和精确度问题的办法,那也是那个年代时计的最大困扰。就像在运行的列车与调节器之间的接口一样,擒纵系统就是动力与频率之间一个非常复杂的链接。提高它的效率对整个机制,动力储存,精确度,使用寿命和声誉都会有很大的影响。



走走停停

擒纵系统既是刹车又是油门。一方面,能量储存在主游丝发条盒内等待释放,但要控制好;另一方面,摆轮和游丝的组合需要由力量和频率都相当稳定的动力来驱动。擒纵系统通过摆轮的摆动产生一个稳定频率来释放能量从而很好地控制能量。摆轮频率的3,4或5赫兹正好代表着六分之一秒,八分之一秒或十分之一秒。而机心里的上游组件,齿轮组则将这些分数用秒,分,时甚至更长的时间区间表现出来。

另外一种了解其工作原理的方法,就是把摆轮和游丝看成是电脑控制的固定频率打鸣时钟。这种等时性现象只可能在一些条件同时满足是才会发生,而这大多都与擒纵系统相关。它就像是半导体的两种状态,要么开,要么关,完全取决于擒纵轮工作与否。事实上,擒纵轮很多时候都是静止的。因此,一个运行的腕表机心花许多时间去阻止擒纵系统被锁住。这个钟表悖论可以用高速相机来分解进行欣赏。


对能量的无止境索取

擒纵系统消耗许多的能量,其机械效率很难超过50%,这就意味着擒纵系统就消耗掉发条盒一半的能量。能量的浪费主要在与擒纵系统运作相关的几个摩擦点。尽管有润滑,并且尽力减少摩擦源,但是擒纵爪宝石和擒纵轮齿间的摩擦仍然消耗很多能量。然而,关于擒纵系统的研究在19世纪50年代后近乎停滞。再者,在杠杆式擒纵系统被发明的250年后,它的瑞士版本达到最佳性能,也让更多围绕擒纵系统的研发都毫无意义。其组件实际上很容易制造,而且操作也简便:杠杆上的两颗擒纵爪宝石同时扮演着制动和推动摆轮的作用。但是瑞士杠杆擒纵系统的关键性作用更像是为了防震,而其缩小版则是腕表的理想配置。


为什么要彻底改造擒纵轮?

在20世纪70年代之前,瑞士的钟表业大量产出机械机心,也没有致力改造擒纵轮。这个情况,直到20世纪80年代,George Daniel的专利共轴擒纵系统的出现才得以改变,并在1999年被欧米茄采用。最近,它被大量广泛地应用。然而,它后面有三类可替代性的超复杂擒纵系统。

第一次关于简化擒纵系统的尝试,是从18世纪60年代 Pierre Le Roy发明天文钟擒纵系统开始的,最近又被Urban Jürgensen再次引入,系统在暂停的单锁定位置只有一个擒纵爪宝石。它通过爬升来释放擒纵轮,直接推动摆轮通过,之后又落回并锁住擒纵轮。尽管这个原理很直接,但是应用到经常会晃动的腕表上却没那么简单。


分工

第二种方法是减少杠杆擒纵爪和擒纵轮齿间的接触。但是,这反而是通过增加擒纵爪和接触点的数量来实现的,因为锁紧和推动功能是分开的。这便是共轴擒纵系统和爱彼 Audemars Piguet系统的工作原理。Paul Gerber朝着这个方向做了一些尝试性的努力。

第三种解决方案是基于Abraham-Louis Breguet的自然擒纵系统实验上的两个相连的擒纵轮。他们被交替锁住,在每次摆轮的摆动时,转化成能量和信息。动力直接来自摆轮,极大提高能量的效率。François-Paul Journe (F.P. Journe), Ulysse Nardin, Kari Voutilainen 和 Laurent Ferrier的擒纵系统都是基于这个理论。只是他们的版本在尺寸和杠杆的形状,以及与之互动的擒纵轮上有所区别。从某种程度上说,芝柏Girard-Perregaux的恒定动力擒纵系统也是同样的工作原理,通过独一无二的能量管理系统增强性能。


克服惯性

在开发的同时,组件生产的研究也为擒纵系统性能的提高做出了贡献。摩擦减小时,惯性会产生相对大的影响,这也是为什么许多系统都在尽力减重,镂空擒纵齿和杠杆,或是运用钛金属和硅材料。与此同时,电铸技术和附加镀锌法可以做到极小公差。如果Abraham-Louis Breguet, Thomas Mudge 或者 Robert Robin也专研过提高标准配件精度和可靠性的话,他们所制作的相对精良的系统肯定会有一个不一样的未来。


瑞士杠杆式擒纵系统




瑞士杠杆式擒纵系统

它实际上从20世纪20年代开始就成了机械腕表的标配。这都是因为它的实用性。一根带双爪的杠杆,轮流锁紧和释放擒纵轮。每半个振动周期摆轮都会得到动力。

然而,动力并非直接动力,且机械效率低。尽管它的构造简单直接,杠杆爪会沿着擒纵轮齿滑动一定距离,产生许多摩擦。不管怎样,整个手表都习惯了。最佳的杠杆擒纵系统可以有300度的振幅和近乎完美的频率。

优点:简单,便宜,稳固,常见。

缺点:太普通,机械效率低。


恒定动力擒纵系统




恒定动力擒纵系统

唯有芝柏制造的擒纵系统在严格意义上来讲拥有恒定动力。它不管是样子还是运作方式看起来都是独一无二的。

一片微弯薄片横穿一个大型的翼型框架,这实际上是硅制擒纵系统的夹板。摆轮摆动让薄片前后弯曲,一次释放擒纵轮的一个齿。当摆轮变换方向时,一切重新开始。

要动力足够时,薄片才会弯曲,每次也会释放同等的能量,提供恒定动力。带两个动力轮的系统,拥有许多双轮擒纵系统的优点。

优点:革新,恒定动力,双倍动力。

缺点:昂贵,复杂, 过大。


等容椭圆擒纵系统




等容椭圆擒纵系统

它存在的时间不长。最先装配在大翻转系列Triptyque腕表的Calibre 175机心上,最后还是被积家抛弃,因为在腕表的精准度不比传统的杠杆擒纵系统。

它是天文钟擒纵系统的变体,没能成功克服对冲击的敏感性,还是太易损了,即便是装在Triptyque翻转系列的陀飞轮框架里面。陀飞轮本身实际上并不是擒纵系统,但它是擒纵系统的“附属品”。然而,即便像积家Jaeger-LeCoultre这种大厂都没法在这上面做到可靠的创新。

优点: 振幅高,名气大,迷人。

缺点:在腕表上不如瑞士杠杆式擒纵系统,复杂。


爱彼 AUDEMARS PIGUET 擒纵系统




爱彼Audemars Piguet擒纵系统

爱彼擒纵系统的杠杆看上去很像传统杠杆,但有第三根擒纵叉。对于爱彼来说,这是个杠杆与掣子的混合体,受到了Robin擒纵系统的启发。正如在共轴擒纵系统中一样,擒纵轮和擒纵叉之间的接触是相切的。

接触面从0.4毫米减少到0.05毫米。擒纵轮齿也做成了镂空来提高效率。

这个擒纵系统现在只适合两款机心,最近一款都得追溯到2009年。第一款机心拥有10天动能储存,秒钟显示功能,频率为6赫兹。遗憾的是,一款如此高效且灵活的机心却被边缘化了。

优点: 高效,实际,无需润滑。

缺点: 仅限超复杂功能机心,被忽视。


共轴擒纵系统




共轴擒纵系统

Georges Daniels发明,并被欧米茄 Omega 所收购,共轴擒纵系统是除了瑞士杠杆式擒纵系统之外,唯一量产的替代选择。因为一个中间体和共轴擒纵轮的关系,擒纵叉瓦的穿透深度也远比杠杆式擒纵系统的要浅得多。

摩擦的减小是因为与宝石的接触成了切面。机心的精确度可能并没有提高,但是质保期却从两年延长到四年。欧米茄也非常满意瑞士天文台的精密计时器证书。

基础机心的动能储存55小时左右。

优点: 减少摩擦,使用寿命长,省钱,仅需少量上油。

缺点: 佩戴者有限的好处,动能储存没有增加。


双擒纵系统




双擒纵系统

作为一个新兴的小众品牌,Laurent Ferrier利用这个自然擒纵系统的变体在众多更专业品牌中占得一席之地。

他的系统在同一根杠杆上连着两个动力齿轮,齿的形状也是专门为与杠杆的接触而设计的——精简成一根简单得没有棘爪的拉杆。这个双动力擒纵系统不同于F.P. Journe 或 Voutilainen的版本。

这是因为杠杆的材质是硅。

优点: 高振幅,高效,与众不同,自我润滑。

缺点: 太神秘,与其他双轮擒纵系统相似。


枢轴式天文钟擒纵系统




枢轴式天文钟擒纵系统

掣子可锁住擒纵轮,它是处于杠杆尾部一个简单的擒纵叉瓦。摆轮能将掣子提起很短的时间,释放擒纵轮。

在弹簧上,掣子将会回落到擒纵轮上。动力直接给到摆轮上,但仅在每次摆动时,减少能量流动的稳定性,这却相应地减少了摩擦。

优点: 精准,高效,非常适用于腕表。

缺点: 难以实现,仅停留在实验阶段。


高频双轴擒纵系统




高频双轴擒纵系统

在很长一段时间里,François-Paul Journe为宝玑式自然擒纵系统做了一个后抽屉式设计。

他的双轴擒纵系统在两根杠杆上有两个动力齿轮,会在摆轮的每半个振动时轮流释放。动力为直接动力,且钛合金杠杆非常巨大。恒定动力发条盒,增加频率。

这个高频双轴擒纵系统更有可能是为Chronomètre Optimum这种表款所定制的。

优点: 高效,免润滑,自我启动。

缺点: 太独占,复杂。


雅典表擒纵系统




雅典表擒纵系统

雅典表在2000年为奇想系列腕表装配这个擒纵系统,直到现在它还是这个系列腕表的独占擒纵系统。品牌至此也将研发重心从擒纵系统和调节系统转移到了专有机心的研发。

正如自然擒纵系统一样,它是一个双齿轮擒纵系统,直接动力在摆轮上。它的杠杆非常短,更像是一块小的金属板。

这个系统看起来简单但是很精细。齿轮的齿非常特别。这都是为了减少摩擦。适合高精度电铸生产技术。

优点: 无需润滑,名气大,独创,高机械效率。

缺点: 稀有,复杂,昂贵。

 
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