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机械手表的上弦系

腕表艺术2018-04-15 13:37:09

上弦系,它的作用是驱动原动系内的发条卷紧储存能量,从而为机心的运转提供动力。上弦系主要包括上弦传动轮系和上弦棘爪机构两个部分,而它的机构类型分为手上链和自动上链两种,其中手上链是最原始的上弦机构,已经延续了几百年;自动上链是为了方便佩戴者而设计的更人性化的上弦机构,此机构还可以细分为单向上链和双向上链两种,这部分我会在今后的专栏中为大家讲解。


上弦传动轮系

通常情况下,上弦传动轮系由上弦轮和上弦棘轮组成,这两个轮俗称“小钢轮”和“大钢轮”。它们两个互相连接配合,在上弦驱动装置的带动下,上弦轮直接驱动与原动系的条轴固定为一体的上弦棘轮转动,使条盒轮内部的发条被卷紧储存能量。后来,由于机心结构的复杂性增加,上弦轮和上弦棘轮之间会增加上弦介轮,并且根据转动方向的需要一般会设置两个上弦介轮。当机心为手上链时,两个上弦介轮被固定设置成为上弦轮和上弦棘轮的中间轮;当机心为自动上链时,两个上弦介轮中的一个会被设计成为摇摆轮,此目的是为了将自动上弦机构与机心本身带有的手上链机构隔离开以便互不干扰,如果没有此设置,自动机构与手上链机构产生冲突,必然会有零部件损坏的危险。

海鸥ST2500上弦传动轮系
海鸥ST2500机械表机心搭载了自动上弦机构,此自动机构正如上文所说,上弦轮与上弦棘轮之间设置了两个上弦介轮,与上弦棘轮连接的上弦介轮回转轴被设置成枣核状,同时此轮被上弦介轮簧挤压,此设计目的是将此上弦介轮作为摇摆轮使用,当自动机构运转驱动上弦棘轮转动的时候,此上弦介轮会被推开,使自动机构与手上链机构分隔开,互不干扰。


海鸥ST2500上弦传动轮系-未搭载自动机构图


此外,海鸥ST2500机械表机心搭载了单向自动上弦机构,虽然单向上弦自动结构感觉会比双向上弦的效率低,但是单向上弦也有自身结构的优势,单向上弦意味着另一个方向是无阻力的,那么自动摆陀可以自由转动,使上弦的惯性要高于双向上弦的摆陀,单向上弦的自动机构更适用于平时活动量少的人群。


海鸥ST2500上弦传动轮系-已搭载自动机构图


ETA2892上弦传动轮系
ETA2892的定位是薄型自动机械表机心,它带有双向自动上弦机构,此机构与海鸥所搭载的单向上弦机构相比更加复杂,这两款机心在自动上弦与手上弦隔离装置方面思路是一致的,采用了同样的设置方式——上弦介轮的旋转轴是个枣核状凸起,并且在它的旁边还设置了上弦轮压簧。


ETA2892上弦传动轮系图

而此机心所采用的双向自动上弦机构中最关键的是自动换向装置,此装置的设置目的是为了让自动摆陀两个方向的转动都合并为一个方向,以此带动上弦轮系驱动最重的上弦棘轮卷紧原动系内的发条,储存能量。


ETA双向上弦机构图


上弦止逆机构
上弦止逆机构在机械表机心中属于很不起眼而又起到很大作用的“工兵” 。大家都知道机械表只有上弦了才能运转计时,那么就会存在一个问题——谁来保证上弦的“质量”,也就是说上弦的效率需要有保证,否则你上弦到手酸也未必能卷紧发条几圈。这个时候上弦止逆机构被发明,虽然我不能确定到底是谁最早发明了此机构,但是它确实为机械表解决了大问题。上弦止逆机构的作用是防止上弦轮系在驱动原动系内发条卷紧时,由于弹性势能的释放而逆向转动使得能量损失,使用此机构可以大幅度提高上弦效率。上弦止逆机构的组成主要包括上弦棘爪和棘爪簧(分体式),部分机心的设计是将两者合二为一(合体式)。


ST2500棘爪图


ST2500棘爪簧图


海鸥ST2500上弦止逆机构
海鸥ST2500上弦止逆机构的上弦棘爪和棘爪簧是属于分体式经典结构。
1.上弦棘爪的特征是(见右页图):A位置为上弦棘爪的中心孔,它将与夹板上的圆柱形凸起配合在一起,可以自由地转动;B位置和C位置为两个轮齿状凸起,它们的作用是与上弦棘轮的轮齿啮合在一起,在上弦时与上弦棘轮联动使棘爪进入工作状态;D位置的形状与前两者有所不同,相对于比较宽厚,它的作用是止逆,阻挡住上弦棘轮回转,从而提高上弦系的效率,保证了原动系的发条可以在较短的时间内卷紧;E位置就是与棘爪簧紧密配合在一起的地方,让上弦棘爪自己单独来完成那个任务显然是缺少了力量的援助,而棘爪簧就很好地给了它有力的支持。
2.棘爪簧的特征是(见右页图):A位置是个环状,起到了簧性弹力的作用,它将隐藏在上弦棘爪的下面;B位置向上翘起与上弦棘爪的C位置配合在一起;D位置向下弯曲与夹板的孔配合在一起。由于棘爪簧与夹板之间产生了弹性变形的反作用力,使它具有了给予上弦棘爪可以产生止逆效果的“力量” 。

海鸥ST1600上弦止逆机构
海鸥ST1600上弦止逆机构(见下图)的上弦棘爪和棘爪簧被整合为一体,属于合体式经典结构,它的特征是:A位置是上弦棘爪的末端凸起,它将与夹板上的圆孔相配合在一起可以自由转动,B位置和C位置是两个相对比较窄的凸起,它们的作用是与机心内的夹板侧壁配合在一起,也就是说此上弦棘爪被阻挡在一个特定的设计好的位置上,D位置凸起的方向与上弦棘轮的轮齿相啮合在一起,而其作用就是止逆,阻挡住上弦棘轮回转,从而提高上弦系的效率,保证原动系的发条可以在较短的时间内卷紧。

此上弦止逆机构设计的巧妙之处在于:合理地利用了有限的空间条件,并且根据机心内部结构的实际情况,将传统的棘爪结构进一步改善,从而很好地满足了设计上的需求。由于这个上弦棘爪本身就是薄片状,具有一定的弹性。再加上特殊的形状设计,使它同时兼具了两个功能。


ST1600棘爪图

结语
通过讲解,大家对于机械表机心中起到辅助作用的上弦系应该有了一定认识,上弦传动轮系将人的力量转变为原动系的能量存储,再加上棘爪机构的保险,使机心的“后勤”没有顾虑,而对于结构方面来说其实还有更复杂或者更简单的实例,那就得看机心内部结构的需要了,这些都体现了机械表设计师们的聪明才智,这种细小的零件也会有如此多的创新,确实也是很难得的。这也应了那句话——细节决定成败。


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