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新技术——Genequand Regulator

 potiloor 2017-06-21
前几天与英雄莫问先生讨论长动力机芯的问题,说着说着就提到了一个新鲜玩意儿,就是标题中的Genequand Regulator(还没有正式的中文名称)。英雄先生建议我把我对这个新型擒纵装置的介绍单独发一个帖,然后我就这么做了。


Genequand Regulator最早由物理学家Pierre Genequand提出,瑞士电子与微技术中心与Vaucher Manufacture Fleurier机芯厂历时七年的研究开发,使用极具科技气息的硅材质制成。然而有趣的是,这个发明可以追溯到超过两百年前,第一个成功的航海钟的制作者John Harrison身上。Harrison自创了一种名为Grasshopper(蚱蜢)的擒纵装置,特点是没有滑动摩擦,相比起当时几乎是唯一的Verge Escapement(冠状轮)来说算是极大的进步。


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2015-7-21 10:53 上传



上图就是一个蚱蜢擒纵的示意图。A是擒纵装置的主转轴,F、C是擒纵装置的两条“腿”,分别有各自的转轴E和B。图中,C的末端正勾住擒纵轮的一个齿,擒纵装置在擒纵轮的带动下绕主转轴A逆时针。在转动过程中,弹簧或配重块(没有画出)会令C产生离开擒纵轮的倾向,但被两者之间的静摩擦力制止。直到转过足够角度,另一条“腿”F与擒纵轮接触,使后者稍微倒退一点。这时C与擒纵轮之间压力消失,“弹”起来离开擒纵轮,直到下一个周期开始与擒纵轮的下一个齿接触。

再上一个GIF(点击就能看了):


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2015-7-21 10:54 上传


回到Genequand Regulator这边来。这个擒纵机构由三部分组成:

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2015-7-21 10:53 上传


1 带有直线型弹簧转轴的平衡摆轮。Genequand Regulator为了减小摩擦损耗,摒弃了传统的由宝石轴承支撑的摆轮转轴,而是使用两条交叉的直线型弹簧代替转轴。这样子虽然有一点偏心现象,但两条弹簧的形变能让摆轮在没有滑动摩擦的情况下转动,能耗因而降低。同时,弹簧的形变也能积累反弹的力,起到游丝的效果。所以现在转轴、游丝和摆轮成为了一个一体成型的零件。这种转轴不是没有缺点的——摆幅(偏离平衡位置的最大角度)最多只有20°,而Genequand Regulator设计的摆幅更仅仅是15°。为了克服低摆幅对计时精度带来的影响,设计者相应地提高了振动频率——高达12赫兹。

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2015-7-21 10:53 上传


2 同样带有直线型弹簧转轴的擒纵叉。这个零件的功能基本上与蚱蜢擒纵系统相同,起控制传动链转速和维持摆轮振动的功能——就像任何一个擒纵系统做的那样。当然,也没有滑动摩擦。

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2015-7-21 10:53 上传


3 等时性校正器。可能是由于直线型弹簧转轴的特殊性,只靠上述两个零件本身并不能获得很好的等时性,即振动周期不受摆幅影响的能力。这个零件的任务就是改善整个振动系统的等时性,提高计时精度。

下图就是三个零件组合后的样子,也就是Genequand Regulator的全貌:


根据目前试验的结果,这种擒纵装置只用普通发条盒就能轻松获得超过一个月的活动时间,同时还拥有令人满意的精度。下一步将要检验其面对振动和老化等挑战时的表现。Genequand Regulator还需要三到五年的时间来真正应用到手表当中,让我们拭目以待。

进一步讨论:Genequand Regulator能否助中国手表实现飞跃?

这个问题也是英雄先生提出来的。前文提到,Genequand Regulator的转轴、游丝和平衡摆轮是一体成型的,也就是说没有单独的“游丝”这个零件。他由此想到:这样是否意味着国表能够摆脱游丝的困境呢?

虽然不想故意泼冷水,但实事求是地说,我认为没有希望。抛开专利方面的问题(实际上是个大问题),单纯考虑能不能模仿出来,难度还是很大。我们现在看到瑞士人很热衷于玩硅零件,但单纯的硅是有脆性的,必须要参杂其他物质改善它的机械性能才能应用于手表当中。我国虽然是电子产品生产大国,但制作电子元件的硅主要是有特殊的电学性能,其机械性能依然与普通的硅接近,不能用作手表零件。Genequand Regulator虽然没有单独的游丝零件,但那两根交叉的直线型弹簧其实兼具游丝的职能,结果还是一样。所以除非是做石英表,否则游丝的问题,不管是金属的还是硅质的,国内的钟表厂商都必须正面突破。

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