1.2 为什么被称为“表中之王”
“陀飞轮”作为机械表最经典的创新技术在制表界始终像谜一样存在着,特别是对于中国制表业来讲更是可以用“神秘”或者是“神圣”来形容。在19世纪初陀飞轮诞生的初期,它的产量极其有限,发明人宝玑大师所做出来的陀飞轮怀表只是供给皇室和权贵,普通人根本见不到。因此,将“陀飞轮”称为“王者”实至名归。直到20世纪,虽然陀飞轮手表取代了怀表,但是它的产量也是非常有限的。究其原因,陀飞轮的设计和制造在传统的工艺和设备条件下是很有局限性的,大部分零部件需要手工来完成,制作一只陀飞轮表的周期很长。随着时代进入21世纪,高科技的迅猛发展给陀飞轮带来了焕发生机的机遇,数控设备的普及将陀飞轮的制作变得轻而易举。经过将近十年的时间,陀飞轮依赖于“新技术、新材料、新工艺、新设备”,已经进化演变出风格迥异、各具特色的品种。在陀飞轮的身上,我们完全可以窥探到国际制表业最先进的技术实力和巨大的发展潜力。
1.2.1 基本概念
陀飞轮(Tourbillon)是指机械表中的旋转调速机构,具体地说是擒纵机构和摆轮游丝系统被放置于可以转动的框架内,在框架的带动下,擒纵机构做行星运动,同时驱动摆轮游丝系统运转。图1-12和图1-13为陀飞轮的平面图及剖视图。
图1-12 陀飞轮平面图
图1-13 陀飞轮剖视图
“Tourbillon”这个词汇有“漩涡”之意,源自法国数学家笛卡儿用来形容行星绕太阳公转的名词,而知名哲学家、百科全书编纂者达朗贝尔(d'Alembert)则更进一步把它解释为重物围着单一轴心运转之意,故译文“陀飞轮”是音译与意译相结合的产物。
陀飞轮的发明者宝玑写到:“我的这项发明可以抵消摆轮处于不同位置的地球引力产生的误差……”这是陀飞轮的主要优点。通俗地讲:陀飞轮能有效补偿摆轮的重力作用、游丝的偏心运动、游丝的方位角等产生的位置误差。这种装置的特点是摆轮游丝系统和擒纵机构在自身运行的同时还能够一起做360°旋转,最大限度地减少了由于地球引力所导致的手表位置误差,提高了计时精度。
1.2.2 技术特征
图1-14为陀飞轮结构图,从中可看出陀飞轮的以下三个技术特征。
图1-14 陀飞轮结构图
第一特征:K形擒纵叉(俗称K马)、擒纵轮与摆轮游丝组成的转角式调速系统。
第二特征:三层叠加式夹板框架结构。上层夹板设置了防震器作为摆轮轴的上支承,游丝的最外端通过外桩被固定在此夹板上。中层夹板镶嵌了擒纵叉和擒纵轮的上支承宝石,摆轮游丝位于中层夹板与上层夹板之间的空间里。下层夹板一般分为3部分,分别镶嵌了擒纵叉、擒纵轮的下支承宝石,防震器作为摆轮轴的下支承。
第三特征:调节走时精准度的快慢针与陀飞轮框架的上支承被设置在上层夹板上,陀飞轮框架的下支承及用于给陀飞轮输送动力的秒齿轴被固定在下层夹板上。
1.2.3 工作原理
结合前文谈到陀飞轮的三个特征,为大家介绍一下陀飞轮是如何动起来的。笔者总结了陀飞轮“三部曲”以便大家可以准确地了解每一步的动作。
第一步,机芯中的原动系通过传动系,与陀飞轮下支承中的秒齿轴连接输入动力。
第二步,陀飞轮获得动力后转动,带动擒纵轮的齿轴自转的同时,围绕固定于基板上的秒轮片公转。
第三步,擒纵轮的轮片与擒纵叉配合,擒纵系统被启动,摆轮游丝系统获得能量开始运转。调速机构以本陀飞轮被设计好的额定频率工作,使得陀飞轮通常以每分钟一周的速度旋转。
上文将陀飞轮的结构特点以及工作原理做了比较详细的讲解。通过概念的引出,我们可以联想到陀飞轮的结构本身正是机械原理中典型的行星机构。它的整体框架是旋转支架,擒纵轮是行星运动部分,而最关键的太阳轮是被固定于夹板上的秒轮片。当被固定于陀飞轮旋转框架最下方,并且连接机芯内主传动轮系的秒齿轴得到动力被驱动,使得擒纵轮的擒纵齿轴在框架的带动下,围绕固定不动的秒轮片公转的同时伴有自转,擒纵轮片与擒纵叉被触动开始工作起来,这样擒纵机构得到了动力输入,进而启动了摆轮游丝系统,那么旋转的擒纵调速机构——陀飞轮就像人的心脏一样开始跳动了。