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[钟表基础知识] 是什么让杠杆擒纵百年不倒?

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楼主
发表于 2016-2-13 20:25:12 | 显示全部楼层
你说的只是如今广泛使用的双圆盘保险结构中的保险圆盘。事实上整个保险结构是由双圆盘(冲击圆盘、保险圆盘)以及擒纵叉上的喇叭口和叉头钉组成的。建议你看一下nomorewatch的大作浅谈马式擒纵”以及“从SISTEM 51开始穿越时空”,里面对杠杆擒纵有比较完整的介绍。


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nomorewatch + 1 谢谢朋友还记得我
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沙发
发表于 2016-2-13 20:28:59 | 显示全部楼层
保险也不是杠杆擒纵的专利。欧米茄的同轴擒纵,甚至是一些冲击擒纵也带有保险圆盘和叉头钉,比如下图的爱彼擒纵(AP escpement):

板凳
发表于 2016-2-13 20:48:41 | 显示全部楼层
杠杆擒纵的流行有多方面的原因:结构简单、易于校准、“分离”(摆轮游丝在大多数时间自由摆动)、对冲击的容忍度高……

特别值得一提的是它是“双冲击”的,也就是说摆轮来回摆动一个来回接受两次能量传递。与之相对应的冲击擒纵或是复式擒纵的“单冲击”。理论上讲,“单冲击”对振动系统的影响较小,获得精度也较高。但在受外界干扰强烈的手表中,这种优势简直可以忽略不计,因为振动系统会受到比来自擒纵系统多得多的干扰。反之“双冲击”对外界干扰的承受能力要好得多。在受到强烈振动或是转动使摆轮停在平衡位置的时候,“双冲击”可以接受能量继续运转,换做“单冲击”就直接停在那里了。再加上“双冲击”一上发条就能走,不需要晃动来启动,比起“单冲击”明显更适合对机械表了解不多的大众。所以强行把冲击擒纵撞到手表上,其价值和意义是值得怀疑的。

以上种种优点,有不少都不是杠杆擒纵所独有的。但同时具备以上优点者,非杠杆擒纵莫属。它自然也有缺点,也就是有摩擦。但材料与润滑技术的进步已经足以把这方面的缺陷控制在可接受的范围以内。

说实话,要不是斯沃琪和丹尼尔斯不停宣传同轴擒纵,估计现在大多数人连“擒纵”这个词都没听过。但擒纵真的那么重要吗?其实只要是分离式的擒纵(杠杆、冲击、同轴……),它们对振动系统的影响已经很小了。在此基础上对精确计时更重要的,是噱头远没有那么大的游丝和摆轮。

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地板
发表于 2016-2-13 20:55:30 | 显示全部楼层
如云如雾如烟 发表于 2016-2-13 20:42
爱彼那个不是冲击擒纵,因为叉头不是单向运动。爱彼那套保险原理,与杠杆擒纵的叉头与双圆盘是一样的。

爱彼的就是冲击擒纵,它是Pierre Le Roy的转轴冲击擒纵(pivoted detent)的现代改良版,基本上就是加了个保险。
来看看原版:

我们经常在船钟上看到的通常是Thomas Ernshaw样式的弹簧冲击擒纵(spring detent),它没有转轴,直接依靠材料本身的弹性转动。有些则带有转轴以及提供回弹力的游丝。但总而言之,以上这些东西本质上都是一样的。

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nomorewatch + 1 谢谢科普,功德无量

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5#
发表于 2016-2-13 21:40:45 | 显示全部楼层
如云如雾如烟 发表于 2016-2-13 21:11
爱彼那个擒纵不是冲击擒纵,因为叉头是双向运动。冲击擒纵有转动回弹式,有弹片回弹式。放一个擒纵齿后, ...

基本上只要是分离式、直接向摆轮传动的就是冲击擒纵了,回弹不回弹不要紧。Le Roy的设计被认为是冲击擒纵的开山鼻祖,所以虽然名字和样子不同,但由此演变而来的爱彼擒纵也是如假包换的冲击擒纵。爱彼还把振频提高到了6Hz,理论上能提高抗震性能。但实际怎样,你看看这玩意儿做出来多少个就知道它有多可靠了。直到今天,真正意义上工业化生产的非杠杆擒纵依然只有欧米茄的同轴,而斯沃琪集团为此付出了大量的时间和金钱。这说明从发明到质量稳定的商业化产品的过程是艰巨的。同轴的故事又从另一个侧面解释了杠杆擒纵为何占据垄断地位。

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6#
发表于 2016-2-13 22:28:01 | 显示全部楼层
如云如雾如烟 发表于 2016-2-13 22:14
朋友你真的弄错了,直接传动给摆轮的擒纵,有好多呢,丹尼尔斯的双擒纵轮怀表,同轴也有直传,儒纳有款擒 ...

我承认刚刚那个定义不够完整,至少得加上"单冲击"三个字。但它是不是冲击式擒纵,你维基一下Pierre Le Roy就知道了。
7#
发表于 2016-2-13 23:27:01 | 显示全部楼层
如云如雾如烟 发表于 2016-2-13 22:40
爱彼是单冲击?可能是双冲击吧,leroy研发的冲击擒纵,是枢轴制动式,现在UJ、CC都用这个,英国亚诺那个 ...

百度搜索视频“爱彼擒纵”,你就知道它是单还是双冲击了。我感觉今天已经说一百遍“擒纵”了,所以还是结束这个话题吧。晚安!
8#
发表于 2016-2-17 16:17:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 三块贰毛5 于 2016-2-17 17:27 编辑
nomorewatch 发表于 2016-2-17 05:10
三块贰毛5兄弟的这些观点,很是说到了点子上,之前我和师父还有挚友私下交流关于振动系统(摆轮,游丝和 ...

这么看来,让摆轮质量向边缘靠近能带来不少改善。在保证转动惯量的前提下减轻摆轮质量,能够减小摆轮轴尖的负担,最终降低能耗。我想到宝玑的磁力轴承,那个应该有很大潜力。有些人还尝试用极细的硅质刀片状弹簧代替转轴,比如装在帕玛强尼新款Senfine里面的Genequand regulator。只是用弹簧替代之后摆幅十分有限(最多20°)——优点和缺点总是相伴而生的,现实世界中不存在完美的事物。

除了续航时间,减小摆轮能耗还有可能提高计时精度。品质因子(Q factor)本是电子行业用来描述原件品质的一个指标。Q=原件存储的能量/原件消耗的能量。有学者把这一概念移植到机械计时仪器上。当摆轮的能耗降低以后,Q会上升,理论上计时精度会提高。

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nomorewatch + 1 很精彩的论点,感谢分享!

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9#
发表于 2016-2-17 16:31:53 | 显示全部楼层
如云如雾如烟 发表于 2016-2-17 09:11
我想知道:用同一套摆轮游丝(拆下来),分别搭载在不同擒纵结构上,同一调校师做,情况会怎样?    同一 ...

朋友,你确定这个实验很好做?本身不同的擒纵系统所使用的摆轮在物理结构上就有所不同,如何互换?其次就算用同样规格的摆轮和游丝装在不同的轴心上面 ,但轴心本身的转动惯量也有所不同——比如同轴的冲击圆盘就比杠杆擒纵的要大,这也使实验结果不可靠。说得更深入一点,使用不同的擒纵系统零件之间配合,以及擒纵轮提供的力矩等方面也是不一样的。所以欧米茄的8500才需要从白纸上面开始。工程上的东西常常是牵一发而动全身的,不是随便意淫一下就能解决的。
10#
发表于 2016-2-17 17:22:20 | 显示全部楼层
如云如雾如烟 发表于 2016-2-17 14:41
那双轮擒纵怎样?(有的称呼为自然擒纵的改进版),也是不同于杠杆擒纵的技术?

双轮擒纵,以及它们的“妈”自然擒纵(echappment naturel)最大的问题是齿间隙的存在。因为动力是从一个擒纵轮传递到另一个的,为了能够转动,两边齿轮的齿之间存在一定间隙。但双轮擒纵在一个周期内两次抓住的是不同的擒纵轮:抓住附加的擒纵轮的时候,齿轮之间是紧贴着的;抓住另一个擒纵轮的时候,附加的擒纵轮有一点可以自由转动的空间。这个间隙会导致擒纵叉与擒纵轮之间的配合出现差错。在宝玑大师的年代,齿轮加工的技术比较落后,齿间隙的问题使他最终放弃了自然擒纵。当代有些品牌重新做这种擒纵,利用现代的技术应该能够把齿间隙控制在较小的范围内。

但即便齿间隙的问题解决了,自然擒纵还有别的一些问题。例如占地方,例如附加的擒纵轮增加了能耗。但我更想强调的是下面这一点:本身像冲击擒纵、同轴擒纵这种直接向摆轮传动的设计就已经够麻烦了,因为除了像杠杆擒纵那样要考虑擒纵轮与擒纵叉、擒纵叉与摆轮之间的配合问题以外,它们还要考虑摆轮和擒纵轮之间的配合。这三者之间像锤子剪刀布一样相互制约,能够容许的误差就变小了。而且直接向摆轮传动的设计导致擒纵叉和擒纵轮都位于摆轮轮辐的下方,无疑为微调带来了难度。而自然擒纵就像火上浇油一样又多出来一个与摆轮配合的擒纵轮,不,应该说摆轮、擒纵叉、擒纵轮、附加的擒纵轮四者要两两配合,这样的系统自然更容不下误差。

George Daniels也做过“双轮”的擒纵,但他的设计里两个轮分别属于不同的轮系,两者之间并不传动,没有齿间隙的问题。所以虽然看起来很像,这个和自然擒纵有本质上的区别。在此之后研发的同轴擒纵,在我看来,是对自然擒纵最好的改进。在同轴擒纵中,齿间隙不复存在,占地面积缩小,摆轮只与一个擒纵轮配合,虽然还是多出来一个轮子但它毕竟小嘛。从技术角度看,同轴擒纵是充满智慧的。

如果只考虑个人偏好,比起杠杆擒纵我的确更喜欢同轴。但客观地分析,我并不认为同轴可以带来什么“行业洗牌”的局面。技术上杠杆擒纵并不差,摩擦带来的负面影响只会越来越小。在整个行业的层面,机械钟表并不需要像电子产品一样快速更新,已有的技术已经能(基本上)满足需求。所以与其转而投向全新架构的同轴,我想更多的厂商宁愿在杠杆擒纵的基础上改进。一个技术好不好是一回事,但用不用还要考虑其他种种因素。

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11#
发表于 2016-2-17 22:31:25 | 显示全部楼层
如云如雾如烟 发表于 2016-2-17 21:43
第一个问题,改善摆轮游丝来提高能效、延长走时,是歧路,难有明显作为。但调整擒纵结构,优化传动路径上 ...

游丝摆轮系统是耗能大户,减小它的能耗肯定是有用的。当然我不否认对擒纵部分的改良也可以有积极作用。

第二个问题无从证伪,不讨论。

存在于自然擒纵中的齿间隙影响的不是走时精度,而是这个间隙导致(特别是附加的)擒纵轮抖动,可能导致卡壳及其他故障。我在前面的回帖中已经讨论过现代制表师如何面对这个问题,以及自然擒纵存在的其他问题了。

我并没有多大兴趣去考究哪些配置比哪些配置要好,只要结果可以接受就行了。史上第一个达到要求的航海天文钟——哈里森的H4用的还是改进型的枢轴擒纵呢。我也不追求所谓“完美的”机械表,因为我接受机械固有的限制。石英钟、原子钟我也有一些了解,我觉得它们也是相当棒的机器。眼界放开一点,不钻牛角尖,这样才不会对某些配置有莫须有的崇拜,也不会被“高级钟表”的种种神话所蒙骗。

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nomorewatch + 2 这段见解非常对路!感谢分享!

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12#
发表于 2016-2-17 22:37:48 | 显示全部楼层
cjacker 发表于 2016-2-17 21:20
我觉得所有人都在乎品质和技术,但很多消费者对于品质和技术的判断标准中“品牌”是占很大权重的论据。品 ...

品牌当然重要了。多少冲着“小众”,“不撞表”一头热买了小品牌的人到保养的时候不知如何是好。在品质方面,大牌子产量大,产品质量稳定性绝对是比小牌子要高不知道哪里去了。所以消费者关注品牌是无可厚非的。我要是向别人推荐的话也会优先考虑几个主流品牌。

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nomorewatch + 1 很理性的分析,谢谢分享

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13#
发表于 2016-2-18 18:01:30 | 显示全部楼层
nomorewatch 发表于 2016-2-18 13:35
“我也不追求所谓“完美的”机械表,因为我接受机械固有的限制。石英钟、原子钟我也有一些了解,我觉得它 ...

我在其他论坛里看见一位前辈说过,大意是:见山是山,见山不是山,见山还是山。看得多了以后,会从整体上欣赏表各方面的美。随着知识不断积累,我对他的话也来越有感触,也在努力遵照这个教导。
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