钟表维修师必知的腕表机心摆轮详解

钟表维修师必知的腕表机心摆轮详解

钟表维修师必知的腕表机心摆轮详解

摆轮英文为Balance Wheel ,因此往返摆动的运动词翻译。Balance摆轮在手表内部,是一个机械零件的名称 。由会往返摆动的有轴臂的轮构成,内有螺旋状游丝。摆轮 、游丝等配合组成了机心的调速器。对于表的走时有决议性影响 。摆轮上保持的游丝动员它举行来回运动 ,将时间切割为彻底不异的平分。以是说,机械表走的准禁绝,很年夜一个因素是摆轮的摆幅 ,也就是轮子摆动的幅度。

测摆幅是机械表状况检测根蒂根基项目 。一般的摆轮摆幅在270到315度之间。咱们常常说的腕表振频,就是摆轮摆动次数,例如说振频是28800次/时 ,就是摆轮在一个小时内往返摆动28800次 ,折合14400个往返。(40年前的腕表振频基本都是18000次/时的(俗称“慢摆”),30年前的腕表基本都是21600次/时的(俗称“快摆”),此刻的腕表基本都是28800次/时的 ,真力时的腕表许多都是36000次/小时 。

此刻摆轮的长处,必需要知道摆轮几百年的成长究竟是在解决甚么问题,或者者说是那些因素会影响摆轮的正常运行?

谜底是温度的变化!

温度变化对于表有负面影响,由于温度会转变钢制游丝的弹性以及有用勾当长度 。高温会使游丝膨胀,摆轮速度降低,而低温则会使摆轮加快。以是,在主动赔偿游丝发现之前,瑞士的制表师们都接纳双金属赔偿摆轮。即依赖两种金属差别的膨胀系数来到达温度偏差赔偿的目的 。200多年前,英国人John Arnold发现了截断式双金属赔偿摆轮:在接近轴臂四周有两个截断处,作为金属热胀冷缩的缓冲。这类摆轮的外层是铜,约占摆轮厚度2/3,内层是钢,占1/3。

两种金属拥有差别的膨胀系数,当温度上升时,铜外层膨胀系数年夜于钢内层,迫使在截断处摆轮环向内弯曲,缩小了摆轮半径,降低了惯性力矩,从而赔偿了随温度升高而转变弹性以及长度的游丝的变化 。当温度降低时,铜外层紧缩系数年夜于钢内层,迫使摆轮环向外弯,有用半径增年夜,力矩增年夜速度放慢,赔偿了因为低温而加快了的游丝的变化,这就是冷热温度赔偿(Cold and Heat Adjust)。

值患上一提的是广泛用在天文台级机心的光摆,在铜铍镍合金被用在摆轮上之前,年夜大都是铜制的摆轮,但因为铜自己受温度影响,偏差变化较年夜,并且比重不均一,以是天文台机心都接纳了铜铍镍合金作为摆轮质料,它质地匀称,不变,受温度影响变化较小,是一种抱负的质料。

对于于钟表最基本的要求就是走时精准 ,而作为决议走时精准摆幅的第一责任人摆轮,却有个致命的弱点——温度变化 。

摆轮是金属制造的圆形,温度变化致使零件尺寸变化 ,温度升高直径变年夜,同时金属游丝变软,表就会较着走慢。摆轮受温度的影响长短常敏感的 ,颠末测算,最早的钢制摆轮以及游丝,温度升高60华氏度约合33摄氏度 ,就会天天走慢393秒 ,也就是6分半,这是计时东西没法接管的。

温度变化致使钟表偏差,老黎民过日子也就拼集了 ,但对于于初期帆海定位有庞大影响 。

itudeprize经线奖金,奖金额为2万英镑,约合此刻425万美元 ,2800万人平易近币。臝患上年夜奖的哈里森(John Harrison)只是一个自学成才的木工,而正由于这个巨大孝敬,在BBC评比的公家投票选出的100位卓异英国人(100 Greatest Britons)中排名39位。这真是给制表师挣足了光!威斯敏斯特修道院(Westminster Abbey,意译为西敏寺)里都有他的记念碑 ,上面自满的刻着制表师(Clockmaker) 。哈里森生于1693年,活了83岁,他多才多艺 ,照旧教堂唱诗班的批示 。

截断式双金属赔偿摆轮

哈里森发现了截断式双金属赔偿摆轮,所谓截断,就是在接近轴臂四周有两个截断处(如上图) ,作为金属热胀冷缩的缓冲。这类摆轮的外层是铜 ,约占摆轮厚度2/3,内层是钢,占1/3。

两种金属拥有差别的膨胀系数 ,当温度上升时,铜外层膨胀系数年夜于钢内层,迫使在截断处摆轮环向内弯曲 ,缩小了摆轮半径,降低了惯性力矩,从而赔偿了随温度升高而转变弹性以及长度的游丝的变化 。

当温度降低时 ,铜外层紧缩系数年夜于钢内层,迫使摆轮环向外弯,有用半径增年夜 ,力矩增年夜速度放慢,赔偿了因为低温而加快了的游丝的变化。简朴说就是温度升高,游丝变软的时辰 ,摆轮直径变小了 ,二者作了抵消赔偿。这就是冷热温度赔偿(Cold and Heat Adjust) 。

这是一项巨大的发现,在质料的局限下,乐成解决了温度赔偿,长短常具备聪明的设计。此刻的骨董市场还可以见到哈里森昔时制造的怀表 ,可以看到哈里森的双金属截断摆轮上并无螺钉。

在截断式摆轮发现后,进一步的发现就是在摆轮的外边沿增长螺丝,加年夜了摆轮的质量 ,增长了扭转时的惯性,进一步提高了温度赔偿的效果 。这是另外一位钟表大师约翰.阿诺德(John Arnold)的孝敬。阿诺德是同宝玑齐名的钟表大师,沿用至今的跳框游丝也是他的发现。他将哈里森的设计原型投入了实用化 ,制造出基于双金属摆轮道理的经济实惠的钟表产物,并使精准的船钟遍及获得推广 。

跟着科技的成长,温度问题的完全解决是在质料上革新。从此 ,摆轮再也不有两个缺口。

双金属摆轮加之砝码摆,效果已经经很不错了 。在18世纪制造的船钟上使用如许的布局的摆轮,在很年夜的温度变化下 ,日差一般可以到达3-4秒 。如许的设计的有一个精度的极限 ,也就是摆轮以及温度赔偿螺丝会设定在面临的最高暖和最低温之间,中间规模也一定会遭到温度影响也就是中间偏差,精度的极限经由过程计较是日差1秒。如许的偏差极限 ,是布局革新所不克不及降服的。一样平常糊口,日差1秒没有问题,但船钟上日差一秒 ,2个月累积下来,导航定位的偏差会到达27千米 。

要越发不断改进,就只有经由过程质料上的革新了。摆轮质料革命的第一个岑岭是1896年是以得到诺贝尔奖的瑞士籍法国物理学家查尔斯·爱德华·纪尧姆(Charles Edouard Guillaume)的Invar因瓦合金 ,也就是含有35.4%镍的铁合金,常温下具备很低的热膨胀系数(-20^ ~20t之间,其平均值约1.6x10-6/0,号称金属之王。自从有了因瓦钢 ,调校坚苦的双金属截断摆轮就走到了终点 。 摆轮再也不开两个缺口了。

质料前进的第二个岑岭是1930年发现的因瓦钢的后续前进 Nivarox合金,此中除了镍外增长了其他元素,含铁54% ,镜38%, 铬8%,钛1%,硅0.2% ,猛0.8%,铍0.9%,含碳小于0.1%。使用Nivarox的摆轮以及游丝受温度影响的日差精度极限是0.3秒 。

第三个岑岭,也是今朝运用最广泛的质料 ,就是Glucydur铍铜合金。因瓦钢使患上摆轮再也不使用双金属截断的布局。Glucydur被铜合金使患上摆轮上勾销了螺钉,光摆(smooth Glucydur balance)年夜行其道 。光摆年夜年夜降低了摆轮的制造以及调校的难度,年夜幅度的降低了钟表的制造成本。这类合金不单膨胀系数低 ,并且不具备磁性,坚硬布氏硬度到达400,而旦出格耐腐化。今朝Glucydur铍青铜材质的摆轮是高端钟表的标配 。

机芯图纸:http://www.chinawatchnet.com/Movements/index.html

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