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擒纵机构

2014-06-07  wwwijhyt...

擒纵机构的成长史
    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(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)和“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。

擒纵机构杠杆式擒纵机构


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;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。因此,擒纵机构的好与坏将直接影响机械手表的走时精度。


杠杆式擒纵机构
    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。

擒纵机构杠杆式擒纵机构图



“直马”擒纵叉
    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。我们所经常见到的擒纵叉属于“直马式”,其各位置特征是:
    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,上面的位置被称作叉头用来镶嵌叉头钉G,而F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位置是近瓦,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。

擒纵机构“直马”擒纵叉


海鸥叠层式转角擒纵机构
    海鸥已经获得国家发明专利技术授权的 “叠层式转角擒纵机构” (参考专利号CN100587627C),利用了现有的杠杆式擒纵机构的成熟设计与制造工艺,使技术研发周期缩短,并且取得了理想的效果。其中的创新重点“叠层K型擒纵叉” 是此项技术的核心。它的设计思路是将杠杆式擒纵机构内的“直马”分解为上层的擒纵叉体与下层的叉瓦体-上层擒纵叉体镶有与圆盘钉配合的叉头钉,下层叉瓦体镶有与擒纵轮配合的进瓦和出瓦,两者通过双重准确定位控制转角角度,采用叉垫片控制轴向的尺寸。此设计的理念是通过拆分“直马”擒纵叉以叠加错层的方法,满足了可以用于经典陀飞轮结构布局的需要,特别关键的是原有杠杆式擒纵机构的功能要求保持不变。此外,从工艺加工方面来说,此设计可以实现量产的需要。

擒纵机构海鸥叠层K型擒纵叉

擒纵机构专利授权文件


技术特征
    1. 圆盘钉被固定在双圆盘上,与摆轴12及摆轮、游丝(没有画出来)组成摆轮游丝系统;
    2. 圆盘钉与上层擒纵叉体的叉口相配合;
    3. 擒纵轮与下层叉瓦体的进瓦与出瓦相配合;
    4. 两个限位钉一左一右被固定在基板上,与下层叉瓦体的头部两个侧壁相配合。

擒纵机构海鸥叠层式擒纵机构


工作原理
    下面我尽量用通俗一点的语言把海鸥具有自主知识产权的“叠层式转角擒纵机构”的工作原理给大家介绍一下,这是此擒纵机构的半周期运动全过程,一共分为六步(另外一个半周期只是方向相反,过程是一样的)。
    第一步,擒纵轮7的一个齿压在进瓦5的锁面上。在牵引力的作用下,叉瓦体3b靠在限位钉8a上,此时双层K型擒纵叉静止不动。双圆盘1及圆盘钉2随摆轮一起,以逆时针方向向平衡位置运动。
    第二步,圆盘钉2与擒纵叉体3a的叉槽右壁发生碰撞,擒纵叉体3a获得了动能。然后,圆盘钉2沿叉槽右壁开始做相对滑动动作。擒纵轮7的齿尖与进瓦5的锁面也开始做相对滑动动作。进瓦5逐渐升起,直到前棱与擒纵轮7齿尖接触为止。此过程被称作释放阶段,也就是说擒纵轮从原先被擒纵叉锁定的状态下释放出来。
    第三步,擒纵轮7的齿尖沿进瓦5的冲面滑动,此动作是从擒纵轮7的齿尖与进瓦5的前棱接触开始,到擒纵轮7的齿尖与进瓦5的后棱接触为止。此过程被称作瓦传冲阶段,也就是说擒纵轮的齿尖通过与进瓦冲面的滑动配合。
    第四步,进瓦5的后棱沿擒纵轮7的齿冲面相对滑动,此动作是从擒纵轮7的齿尖与进瓦5的后棱接触开始,到擒纵轮7的齿尾与进瓦5的后棱接触为止。此过程被称作齿传冲阶段,也就是说进瓦的后棱通过与擒纵轮7的齿冲面的滑动配合。
    第五步,擒纵轮7齿尾与进瓦5后棱接触,完整的传冲阶段结束,此过程是通过擒纵叉体3a的叉槽左壁推动圆盘钉2完成的。此时,摆轮获得了能量逆时针向右振幅位置自由运动。
    第六步,擒纵轮7的齿与叉瓦体3b的进瓦5脱离,继续转动直到它的另一个齿的齿尖碰到出瓦6的锁面上,同时叉瓦体3b转动直到碰到限位钉8b为止,至此第一个半周期结束,第二个半周期准备开始。

擒纵机构海鸥叠层式转角擒纵机构第一步至第六步


作者点评
    擒纵机构作为机械表的“灵魂”,它的地位始终是不可忽视的。虽然杠杆式擒纵机构已经被运用了数百年,其技术结构与制作工艺都已经非常成熟,但是对于众多制表师而言此擒纵机构并不是完美的。后杠杆式擒纵机构已经到来,由丹尼尔制表大师发明的“同轴式擒纵机构”和欧克林博士发明的“双向擒纵机构”都取得了成功,分别成为欧米茄和雅典表的标志性技术。我对这两位可以研发出如此精妙的擒纵机构的制表前辈而由衷敬佩。

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