机械手表擒纵机构大集合,你见过几个?(附有运行动图)

发布时间:2024-05-15 10:06:57    浏览::

自从机械钟表诞生至今700多年的发展历史中,钟表大师们发明了很多种类的擒纵机构。

如14世纪在欧洲出现了早期的擒纵机构“机轴擒纵机构”(verge escapement)

17世纪后期发明的使用在摆钟里的“回退式擒纵机构”(recoil escapement)

18世纪早期由英国人格林汉姆(George Graham)发明的“直进式擒纵机构”(deadbeat escapement)

18世纪应用于怀表的“工字轮擒纵机构”(cylinder escapement)“镰钩式擒纵机构”(virgule escapement)“复式擒纵机构”(duplex escapement)等;

18世纪中期由英国人Thomas Mudge发明的“杠杆式擒纵机构”(lever escapement),“制动式擒纵机构”(detent escapement)


目前,在这些种类繁多的擒纵机构当中,使用最普遍的是由英国人Thomas Mudge在18世纪中期发明的杠杆式擒纵机构。


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传统杠杆式擒纵机构

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在机械表中,我们可能最常接触的擒纵机构是叉瓦式擒纵机构,也称为瑞士杠杆式擒纵机构,是应用最广泛的一种擒纵机构,它的性能和工艺性较好。国内钟表文献中,极少涉及到其他种类的擒纵机构,叉瓦式擒纵机构也是我国早期国表的传统擒纵机构。


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杠杆式擒纵机构运行原理 杠杆式擒纵机构运行原理


机械钟表的灵魂


擒纵机构是机械钟表中介于“传动机构”
(一轮到四轮)和“调速机构”(摆轮游丝)之间的一种机械结构。擒纵从字面上很容易理解:一擒、一纵,一收、一放,就是这一收一放的 “擒纵机构”却是机械钟表的灵魂,究其原因体现为它在机械钟表中具有两个至关重要的作用:

第一,擒纵机构将原动系统提供的能量定期地传递给摆轮游丝系统来维持该系统不衰减地振动, 避免发条盒的能量一次耗尽

第二,擒纵机构把摆轮游丝系统的振动次数传递给指示装置来达到计量时间的目的。会将能量传送到最主要的律时结构:摆轮,以调节每次能量开启与关闭的间隔时间。擒纵器的一擒一纵让钟表正确地计算时间,钟表的时、分和秒针则是依照擒纵的振频,以精准的节奏运行。因此,擒纵机构的好与坏将直接影响机械手表的走时精度。

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杠杆式擒纵机构图


杠杆式擒纵机构主要由擒纵轮、擒纵叉和双圆盘三部分组成,它的特点是利用擒纵轮齿与擒纵叉上的叉瓦在释放与传冲的过程中将原动系统输出的能量传递给擒纵叉,同时擒纵叉口又会与圆盘钉相互作用,擒纵叉通过圆盘钉将来自擒纵轮输入的能量传递给摆轮游丝系统。通过这一系列的杠杆原理,摆轮游丝系统源源不断的得到原动系统输出的能量以维持该系统不衰减地振动,从而完成机心指示装置准确走时的使命。


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擒纵轮、叉瓦、摆轮直接的配合


瑞士杠杆式擒纵机构


瑞士杠杆擒纵是目前市面上机械表中使用最多的擒纵机构,也是现代机械表上使用历史最久的擒纵机构。瑞士杠杆擒纵包括了擒纵轮、具有两个冲击石的擒纵叉(又称为马仔)、冲击滚碟与插梢,再搭配平衡摆轮与游丝,一连串的作动达到稳定均等输送动力以规律时间的目的。


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百达翡丽Pulsomax擒纵机构


杠杆式擒纵机构被形象的称为“马式擒纵机构”。所谓“马”指的是擒纵叉(马仔),也意味着这种擒纵机构的擒纵叉像匹骏马在飞奔。其各位置特征是:


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A位置:是与基板相对应的宝石轴承相配合的叉轴轴尖;

B位置:是与控制夹板相对应的宝石轴承相配合的叉轴轴尖;

C位置:是擒纵叉,它的形状是被特别设计的,好似一个反写的“T”字;

G位置被称作叉头用来镶嵌叉头钉;

F位置是个方槽,此位置是用来与圆盘钉碰撞得到驱动力而特别设置的;

D位置是进瓦,它的作用就是负责锁定与释放擒纵轮齿,同时也是与擒纵轮齿碰撞将能量传递给擒纵机构来完成整个机构的半个周期动作;

E位置是出瓦,它的作用基本上与出瓦是一样的,只是此时擒纵轮齿碰撞将能量传递给擒纵机构来完成整个机构的另一个半个周期动作。


劳力士、百达翡丽、和斯沃琪集团、等钟表巨头采用了硅材质来改变传统杠杆式擒纵机构,他们与CSEM(瑞士电子学与微电子科技中心)合作共同研究硅游丝。硅的许多特质,使其成为几乎完美的材料,轻盈、抗磁、柔韧、几乎也无需润滑。此外,硅可以极高的精度制造复杂零件,这为擒纵形状的创新提供了可能。百达翡丽在以此基础上开发出Pulsomax擒纵机构,此结构的原理与瑞士杠杆擒纵机构相似,但硅材质的优点让叉瓦和擒纵轮的设计得以优化,进而显著提高了机芯的精准性、可靠性和调校效率。


同轴擒纵机构


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托马斯·马奇发明了瑞士杠杆式擒纵机构在使用了250多年以后,现代的制表师不满足传统过于简单的擒纵机构,决定探索不同的道路。欧米茄同轴擒纵机构便是由英国制表师乔治·丹尼尔斯在1970年代推出的同轴擒纵机构,旨在避免使用润滑剂,因为随着时间的推移,油的不断增厚会影响腕表的性能。同轴擒纵的三层式擒纵轮、擒纵叉、摆轮轴圆盘及冲击销协调运作,通过水平推动完成动力传递。相比之下,瑞士杠杆式擒纵机构涉及滑动运作(擒纵轮齿沿圆盘),使完美润滑变得不可或缺。


雅典双向擒纵机构


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2000年,雅典又推出了一款双向擒纵机构,这种机构通过巧妙、简单、对称的架构提高可靠性。双向擒纵机构配备两个擒纵轮和三角形杠杆,交替锁定两个擒纵轮,并向摆轮传输动力。


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双重擒纵机构运行图


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爱彼擒纵机构


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几年后,爱彼又研发出一种新的传动机构:擒纵轮直接向摆轮传输动力,无需经过擒纵叉的解锁和锁定。这减少了能量的损耗,并且消除了润滑的需要。爱彼也将机心振频提升至43200次/小时(6赫兹),以提供更高的精度。


芝柏恒定动力擒纵机构


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芝柏恒定动力擒纵机构,加入一条直径14微米的弹性硅质游丝,其作用类似于能量存储单元,可周而复始地向振荡器提供稳定动力。


雅典表恒定摆动擒纵机构


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锚式擒纵机构(Anchor Escapement)采用硅质框架,擒纵叉由两片弹簧片固定在中间。摆轮每次交替所产生的推动脉冲,会传送能量到弹簧片,没有擒纵叉轴支撑的擒纵叉因而恒定的前后摆动,但却不会产生摩擦力。更妙的是,当弹簧片恢复原位时,它会返还存储能量。


帕玛强尼Genequand擒纵


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帕玛强尼Genequand擒纵机构,与蚱蜢式擒纵机构有很多相似之处,以柔性件取代传统擒纵叉来锁定和解锁擒纵轮。应用柔性材料大大降低能耗,振幅仅为16°,且无需润滑。这使机心可以实现16赫兹高振频、高进度、以及长达70天的动力储备。与芝柏恒定动力擒纵和雅典锚式擒纵不同,帕玛强尼Genequand擒纵搭配非常规振荡器,没有游丝,改用柔性片,这也是低能耗的另一个原因。


泰格豪雅Mikrogirder擒纵机构


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泰格豪雅的研究,主要集中于研发可测量短时间间隔的超精密高振频计时码表。2010年,泰格豪雅推出全新的无发条机械擒纵机构,以磁力效应替代传统游丝,低振幅、高振频(50赫兹)驱动摆轮。2011年,又推出了采用线性振荡(相对经典游丝螺旋形状)和片式结构,能够在非常小的范围内振动,不受重力影响,且振频每小时7,200000次的振频,而常规的机械表只有每小时振动28800次,相比之下,MIKROGIRDER是他们的250倍!


自然擒纵机构


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自然擒纵机构运行原理


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自然擒纵机构最早是由宝玑大师在1789年发明,其特点是实现擒纵无需润滑油。自然擒纵拥有两个擒纵轮与两个互相咬合的棘轮,只需要一个动力来源,擒纵叉控制擒纵轮左右一擒一纵,两个擒纵轮直接冲击滚碟上的两个冲击石,两边的擒纵轮互相牵制因此可使平衡摆轮自由无设限地摆动,而不必担心摆荡过度。但由于制造过程更为繁复,且成效不彰,最终并没有被大规模采用。


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Laurent Ferrier自然擒纵运作图


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F.P.Journe的EBHP高性能双轴擒纵系统

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EBHP高性能双轴擒纵运作动图


冲击式天文台擒纵机构


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直接冲击式的棘爪擒纵机构的设计较为简约,擒纵轮与一个细长附有游丝弹簧及搭载小颗宝石(用以制动擒纵轮)的长轴作动,并直接接触摆轮下的冲击石,给予摆轮推动力。冲击式天文台擒纵结构上零件的接触面积少,驱动效率较杠杆擒纵要高,也不需要过度依赖润滑油。


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积家Ellipse Isometer冲击式擒纵机构


擒纵机构的工作原理一般都类似,它们都是从同一原始的擒纵机构进化而来。但这些进化的原因值得一提:都是为了减小擒纵机构对时间基准的影响。

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