機械手錶的擺輪遊絲系統

07-05

擺輪遊絲系統是機械手錶的核心部分，起到計時基準的作用。機械手錶屬於振動計時儀器，它的基本工作原理是利用一個周期恆定的、持續振動的振動系統，振動系統的振動周期乘以被測過程內的振動次數，就得到該過程經歷的時間，時間=振動周期×振動次數，而振動系統在機械手錶里就是我們常見到的擺輪遊絲系統。擺輪遊絲系統持續不斷地振動，並且準確地計算出其振動次數，就可以計算出所經過的時間。但是擺輪遊絲系統在外界因素的影響下，擺動的幅度將逐漸衰減甚至最後停止不動，為了使其不衰減地持續振動就必須定期地給擺輪遊絲系統補充能量。機械手錶中的能量來自於原動系統，同時通過機心內部的主傳動系統將能量周期性地補充給擺輪遊絲系統，而此過程是通過擒縱機構實現的。

振動周期以機械手錶中振動頻率為每小時21600次，振動周期為1/3秒的擺輪遊絲系統為例，假設擒縱輪片為20個齒，擺輪遊絲系統每振動一次，擒縱輪片便會轉過1個齒，那麼擒縱輪旋轉一周所需要的時間為（1/3）*20=（20/3）秒，由於擒縱齒軸與擒縱輪片是鉚合在一起的，擒縱齒軸旋轉一周所需要的時間是20/3秒，再設定秒輪片與擒縱齒軸嚙合，二者的傳動比為90/10，因此秒輪旋轉一周所需要的時間為（20/3）*（90/10）=60秒。此外，現有的機械手錶比較常見的擺輪遊絲系統的振動頻率還有每小時28800次，振動周期為1/4秒，有興趣的朋友可以根據上面的思路計算出秒輪的速度。

擺輪部件它包括了擺輪、擺軸和雙圓盤部件，A位置是與擺夾板鑲嵌的防震器組件內寶石軸承相配合的擺軸軸尖；B位置是與基板鑲嵌的防震器組件內寶石軸承相配合的擺軸軸尖；C位置是擺輪，它是此系統里最為重要的部分，自從機械手錶誕生以來出現了很多種類的擺輪，由於擺輪將直接影響機械錶的走時精度，因此鐘錶設計師都必須挖空心思將影響擺輪的因素消除或者降至最低，尤其是環境的影響最為突出，這也就導致製作擺輪的材料必須採用鐘錶歷經幾百年來所總結出的特殊材質，此外它的形狀也是被特別設計的，這些都是為了擺輪在機心中抵抗來自於外在影響其正常運動的不利因素，比如溫度補償擺輪、自我補償遊絲擺輪、鈹青銅合金擺輪與可變轉動慣量擺輪，其中可變轉動慣量擺輪是個比較特殊的擺輪，為了它還有個特別的結構是無卡度擺輪遊絲系統，這個我將在後面給大家做詳細的解析；D位置是雙圓盤部件，它包括了雙圓盤和鑲嵌在它上面的圓盤釘，此部件起到的特殊作用我已經在上一期「機械手錶的擒縱機構」中做了說明；

擺輪部件

遊絲部件它包括了遊絲和三角內樁，A位置是與擺軸相配合固定的內樁中心孔；B位置是與遊絲內端配合在一起的三角內樁的側翼的開口，它的深度與寬度正好與遊絲相配合，而所謂的三角內樁就是根據它的形狀得來的名字，也是目前被應用最廣的內樁，此外還有一種內樁是圓形的，顧名思義被稱作圓內樁，由於它相比於三角內樁具有不能完美貼合遊絲內端的缺點，應用的比較少；C位置是遊絲，它的形狀是阿基米德螺旋線，也可以稱作渦旋線；D位置是遊絲的外端曲線，它不是渦旋線的一部分，而是被特殊設計的一段具有幾段折線的弧狀曲線，此設計的目的就是為了與下面即將說到的調節機械手錶走時精度的快慢針部件與固定遊絲最外端的外樁可以更好的配合在一起；

遊絲部件

調速組件它包括了遊絲部件和擺輪部件，A位置是遊絲部件上的內樁與擺輪部件的擺軸固定為一體；B位置是擺輪，此擺輪外緣被設置了多個螺釘屬於花型擺輪；C位置與D位置在前面已經談到了它們的作用，而將它們組合在一起就是需要一個固定的設計角度了，在計時書里被稱作卷進角，此角度是以遊絲從內樁的初端與遊絲外端曲線的第一個打彎初連線，以及它與外樁所在位置的連線的夾角就是遊絲的卷進角，此外圓盤釘的位置與外樁的位置夾角也是被設計好的，它決定了擺輪遊絲系統左右兩個振動周期的一致性；

調速組件

擺夾板組件它包括了擺夾板、防震器組件、快慢針部件和外樁環部件，A位置是擺夾板，它的上面被刻上了正負號和刻度其作用就是標識調整快慢針的快慢方向的，具體的工作原理將在後面介紹；B位置是防震器，它是被鑲嵌在擺夾板上作為擺軸的上支承，同時也是起到了保護擺軸軸尖的作用；C位置是快慢針部件，它包括了快慢針以及鑲嵌在端部的外夾和兩根較細的內夾，其中外夾的尾部有個凸出部分，它的作用是為了阻擋住遊絲在震蕩的過程中不會脫離出來，也就是控制了遊絲的軸向，而兩個內夾中間所形成的縫隙是留給遊絲的，使得遊絲在裡面可以盪框，也就是限制了遊絲的徑向運動；D位置是外樁部件，它包括了外樁環以及鑲嵌在端部的外樁管，還有通過螺釘固定的帶有開口的外樁，此開口就是為了遊絲最外端通過膠粘合的地方，這個外樁部件的設置就是為了調整遊絲外端曲線的位置，從而保證了遊絲的中心與擺軸的中心同軸，使得整體的振動周期左右擺動所用時間儘可能的一致。

擺夾板組件

無卡度擺輪遊絲系統擺輪遊絲系統在機械錶中的重要性相當於心臟對於人的重要性一樣，而無卡度擺輪遊絲系統對於機械錶來說更是高端裝備，也就是說「高貴的心臟」。

理論背景根據機械錶的計時原理，振動周期與遊絲的工作長度和擺輪轉動慣量成正比，即隨著遊絲的工作長度和擺輪轉動慣量的數值變大，振動周期將隨之變大，也就是說振動周期將變小，手錶會走慢，反之則結論相反。如果佩戴者需要調校手錶的精度，實質是將走快或者走慢的擺輪遊絲系統的振動頻率，調校到標準頻率。

有卡度PK無卡度「有卡度」是通過快慢針調校裝置來改變遊絲的有效長度，從而達到改變擺輪遊絲系統振動頻率進而調校手錶的走時誤差。它存在的缺陷是遊絲被快慢針裝置所控制，由於重力等外在與內在因素的影響，導致等時性誤差的產生，直接影響了手錶的走時精度。「無卡度」是取消了有卡度結構中的快慢針調校裝置，並且通過調校擺輪外緣螺釘的進與出或者調節偏心砝碼的偏心量，改變擺輪轉動慣量從而改變擺輪遊絲系統的振動周期，進而調校手錶的走時誤差。它的優勢在於取消了有卡度結構里影響手錶計時精度的快慢針裝置，克服了快慢針對於手錶帶來的等時性誤差，可以讓表的走時精度進一步提升。

可調校擺輪類型 1.螺釘擺通常是在擺輪邊緣設置螺釘或者是螺母（擺輪外緣或者內緣），通過改變它們的離擺輪中心的位置遠和近，從而改變擺輪的轉動慣量。 2.砝碼擺是在擺輪靠近外緣的平面上設置可以轉動的砝碼，一般砝碼是半圓形的，通過轉動砝碼的位置和砝碼非圓性的偏心效應，從而改變擺輪的轉動慣量。這兩類擺輪的核心是可以被調校的螺釘或者砝碼，而它們都必須具備一個要素—製作材料選用密度高的金屬，原因是是通過小的轉角而得到較大的慣量改變，選用K金、白金或鉑金等重金屬最為理想。

螺釘擺PK砝碼擺勞力士於1957年發明的螺釘擺專利技術（參考專利號GB840056A），其技術特徵是：1、由擺輪1和一對可調節的螺釘2以及其它不可調節的螺釘組成；2、可調節螺釘2螺釘帽2a和螺紋2c兩部分構成，其中螺釘帽2a的形狀為花瓣形2b，此設計意圖是花形螺釘帽可以與專用調節工具5的花形孔6相互配合實現調節螺釘2；3、此工具的操作方法比較簡單，只要根據前文所說的原理以所需要調整的機械手錶的快慢來決定是將螺釘旋出一些距離還是旋入一些距離。百達翡麗於1951年發明的砝碼擺專利技術（參考專利號CH280067A），其技術特徵是：1、擺輪1的外緣2承載了八個可以調校的砝碼5為主體；2、砝碼為字母U形狀（包括了外緣3和開口6）以中心軸4為旋轉軸。通過兩個品牌所設計的可調校擺輪對比，我們可以發現螺釘擺的優勢在於製作難度相對來說簡單一些，而砝碼擺的優勢是調校難度相對簡單。

左圖：1951年百達翡麗砝碼擺專利圖；右圖：1957年勞力士螺釘擺專利圖。

作者點評作為機械錶的核心部位，擺輪遊絲系統在動力的驅動下，以額定的頻率振動。我想把它比作人的心臟很形象，通過其不停地振動，從而達到了將精密機械轉變成計時用工具。隨著時代的變遷，擺輪和遊絲都在不斷地進化，尤其是新材料的湧現更是推動調速系統在技術方面的突破。硅遊絲已經誕生了十年有餘，而硅擺輪於近幾年也被成功研發出來。這些成果都是依託現代科技而實現的，我們能夠感覺到未來的機械錶會有更多的驚喜出現。