擺輪游絲

擺輪游絲

游絲

【Balance-spring 游絲】（又稱擺輪游絲） 在手表結(jié)構(gòu)中屬調(diào)速系統(tǒng)，稱之謂手表的心臟。它們之間的有機(jī)配合，在表機(jī)中來(lái)回旋轉(zhuǎn)振蕩，保持一定速度，確保了手表準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。游絲特別敏感嬌嫩，是一種相當(dāng)細(xì)的螺旋形彈簧，大約比人發(fā)細(xì)3～4倍，總重量約2mg，卻可耐受600g的張力，韌性相當(dāng)強(qiáng)。由於涉及深?yuàn)W的材料科學(xué)、精密度極高，目前世界上較為知名、品質(zhì)較好的游絲供應(yīng)商只有瑞士的NIVAROX以及日本的精工。游絲的內(nèi)端固定在擺輪的軸心，外端則固定在擺輪夾板上，當(dāng)擺輪受到驅(qū)動(dòng)時(shí)固定在擺輪內(nèi)的游絲則會(huì)因?yàn)閺椥远鶆虻厥湛s及舒張，同時(shí)帶動(dòng)擺輪來(lái)回?cái)[動(dòng)。如前所述，擺輪受到驅(qū)動(dòng)力量使游絲受力壓縮、舒張，帶動(dòng)擺輪順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣的旋轉(zhuǎn)周期會(huì)直接影響到腕表走時(shí)的準(zhǔn)確度。理論上，完成旋轉(zhuǎn)周期的時(shí)間愈短，也就是頻率越高，準(zhǔn)確度就越高。而決定擺輪的慣性力矩以及擺輪的振幅周期的正是游絲的活動(dòng)長(zhǎng)度，拉長(zhǎng)游絲會(huì)使擺輪慣性力矩變大，擺動(dòng)的角度也越大，擺頻自然慢下來(lái)，反之縮短游絲則會(huì)使擺輪加速。

目前常用來(lái)表示擺動(dòng)頻率的方式大約有∶每小時(shí)的擺動(dòng)次數(shù)，記為 次/小時(shí)（或vph）；每秒鐘擺輪游絲往返一個(gè)周期的頻率，記為Hz”；或是每秒鐘的擺動(dòng)次數(shù)，也就是日本表常用的振動(dòng)”?，F(xiàn)代一般的腕表振頻有∶18,000次/小時(shí)（2.5Hz，5振動(dòng)）、19,800次/小時(shí)（2.75Hz，5.5振動(dòng)）、21,600次/小時(shí)（3Hz，6振動(dòng)）、28,800次/小時(shí)（4Hz，8振動(dòng)）、36,000次/小時(shí)（5Hz，10振動(dòng)），一般來(lái)說(shuō)振頻越高，就表示這只腕表越精準(zhǔn)?！綛alance-wheel 擺輪】（又稱平衡擺輪） 擺輪受力驅(qū)動(dòng)後，由內(nèi)部螺旋狀游絲控制作往返擺動(dòng)，擺動(dòng)的幅度大約在270°～320°之間。

擺輪游絲的調(diào)節(jié)

擺輪的技術(shù)要求

1 擺輪必須平整，也就是擺輪輪緣四周要與擺軸垂直。

2 要圓，不得偏心，也就是不能成橢圓形。

3 要平衡，也就是擺輪四周重量要一致。

游絲的技術(shù)要求

游絲是以阿基米德螺旋線形狀，盤旋而出。內(nèi)端固定在內(nèi)樁上，外端固定在外樁上，其技術(shù)要求是：

1 游絲要“圓”，指的是符合均勻的阿基米德螺旋線和最外半圈的圓弧形。

2 “平”，包括游絲最內(nèi)圈的內(nèi)圓內(nèi)平和游絲外圈的外圓外平，也就是整盤游絲包括內(nèi)樁上平面?zhèn)让嬗^看應(yīng)在同一平面上。

3 框距一致，也就是每框之間的距離相等。

4 游絲安裝在擺輪上，整盤游絲的平面應(yīng)與擺輪平面平行，不得歪斜，游絲外樁與游絲平面垂直，與擺軸平行。

5 安裝在機(jī)芯中，游絲應(yīng)與擺夾板平行。如果游絲外端曲線不正確或外樁歪斜，會(huì)出現(xiàn)游絲傾斜，框距不一致等變形。還會(huì)出現(xiàn)整盤游絲成碗狀或傘狀。這可以調(diào)節(jié)外樁在外樁管內(nèi)的高低來(lái)糾整。

裝配

以上擺輪游絲的技術(shù)要求，除了擺輪的平衡外，在拆裝過(guò)程中用肉眼通過(guò)放大鏡都能觀察到。如果不符合上述要求必須進(jìn)行修整或換配，否則表機(jī)就走不好，更談不上精度了。

除此之外，擺輪游絲的技術(shù)要求還有很多。如：擺輪的動(dòng)平衡、游絲的卷進(jìn)角、游絲在快慢針內(nèi)的蕩框、擺軸的軸向徑向間隙等技術(shù)要求，大家可以通過(guò)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)作更深入的了解。

擺輪游絲系統(tǒng)（振動(dòng)系統(tǒng)）——發(fā)展簡(jiǎn)史

成熟的鐘表應(yīng)該從英國(guó)鐘表開始講起

自17世紀(jì)那場(chǎng)著名的“航海天文鐘”比賽起，英國(guó)鐘表曾經(jīng)是世界上最好的。早期的英國(guó)表的擺輪游絲系統(tǒng)是一個(gè)金屬的閉合光擺配合鐵基做成的平游絲（發(fā)藍(lán)），也就是荷蘭科學(xué)家惠更斯發(fā)明的擺輪游絲鐘的縮小版。通常，高級(jí)的英國(guó)表的擺輪是由貴金屬制造（k金）以增加擺輪的慣量，可以達(dá)到走時(shí)準(zhǔn)確的目的。就以現(xiàn)在留存的這些珍貴鐘表看，每日的走時(shí)誤差大約會(huì)在5分鐘內(nèi)。

后期的英國(guó)表也用到了雙金屬截?cái)鄶[輪

雙金屬截?cái)鄶[輪

這種擺輪也是由英國(guó)人發(fā)明的（具體誰(shuí)的忘了）。擺輪的外圈是黃銅，內(nèi)圈是鋼，這兩種金屬由螺絲緊密的結(jié)合在一起。這擺輪邊上多出的十幾個(gè)螺絲，不僅固定金屬用，而且還可以調(diào)整擺輪的位差。這樣的設(shè)計(jì)巧妙的補(bǔ)償了游絲由于溫度變化而引起剛性的改變，而剛性的改變會(huì)帶來(lái)不小的走時(shí)誤差。當(dāng)溫度升高時(shí)，游絲變長(zhǎng)，而擺輪由于銅的膨脹系數(shù)大于鋼的，會(huì)往內(nèi)收縮。反之，溫度降低，游絲變短，擺輪會(huì)向外擴(kuò)張。這種設(shè)計(jì)一直持續(xù)到因瓦合金的發(fā)明而結(jié)束。

這樣精密的設(shè)計(jì)通常還多見(jiàn)于“航海天文鐘”上，而天文鐘配合的卻是一種繞成圓柱狀游絲，俗稱“桶形游絲”。桶形游絲制作非常困難，但是這種游絲帶來(lái)的好處也是顯而易見(jiàn)的——可以大大減小由游絲舒張不同心所帶來(lái)的位差。但這種游絲通常卻不用于便攜式鐘表上，因?yàn)樗恼加玫捏w積太大，一位衣著得體的紳士，他放懷表的口袋卻鼓囊囊的一大塊，這實(shí)在是不優(yōu)雅的。

到了18世紀(jì)，英國(guó)人已經(jīng)不在鐘表上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，另外一個(gè)突起大軍——法國(guó)鐘表也占有了一席地位。其中一位大家耳熟能詳?shù)拇髱熂?jí)人物：寶璣先生。他解決了游絲不同心和桶型游絲體積過(guò)于龐大的問(wèn)題：寶璣式上饒游絲。

（圖為傳統(tǒng)寶璣游絲的繞制圖）

這種游絲的好處在于他解決了兩個(gè)問(wèn)題：游絲同心、體積又小。最原始的寶璣式游絲的上饒部分是有一條直線的（上圖）

后來(lái)有了不同的變種，即取消了這條直線，不過(guò)功能還是齊全的。

至于寶璣先生為了徹底解決位差這一現(xiàn)象的存在而發(fā)明陀飛輪的故事，這里就不闡述了。

但是這里值得一提的是，并不是只有寶璣先生解決了困擾大家多年的游絲同心問(wèn)題。盧瑟爾（LOSSIER） 游絲同樣也有異曲同工之妙，雖然他的重點(diǎn)不在于解決同心問(wèn)題，據(jù)現(xiàn)在僅有的資料討論，這樣的發(fā)明，主要解決的了寶璣游絲容易受震而掛樁的問(wèn)題。

（在內(nèi)圈很明顯有一個(gè)和其他游絲內(nèi)頭附近不同的曲線）

1896年瑞士物理學(xué)家夏爾·愛(ài)德華·紀(jì)堯姆（C. E. Guillaume）發(fā)明了一種合金，這種合金在磁性溫度即居里點(diǎn)附近熱膨脹系數(shù)顯著減少，出現(xiàn)所謂反常熱膨脹現(xiàn)象（負(fù)反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內(nèi)，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數(shù)，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心里方結(jié)構(gòu)，其牌號(hào)為4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是體積不變。這個(gè)卓越的合金對(duì)科學(xué)進(jìn)步的貢獻(xiàn)如此之大，致使其發(fā)現(xiàn)者（瑞士物理學(xué)家紀(jì)堯姆）為此獲得1920年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，在歷史上他是第一位也是唯一的科學(xué)家因一項(xiàng)冶金學(xué)成果而獲此殊榮。

這項(xiàng)發(fā)明很快便運(yùn)用到鐘表里面，雙金屬截?cái)鄶[輪已經(jīng)成為歷史，因?yàn)橛梢蛲吆辖鹬圃斓挠谓z不需要擺輪來(lái)進(jìn)行溫度變化補(bǔ)償了。

（這種擺輪還留有用于微調(diào)位差的螺絲但是擺輪本體已經(jīng)使用因瓦合金）

人們漸漸發(fā)現(xiàn)，甩掉了擺輪上沉重的螺絲后，頻率可以提高到前所未有的速度，光擺再次回到人們的眼前，而頻率記錄也在不斷的刷新，從原始的12秒，14秒，在短時(shí)間內(nèi)迅速提高到16,18,110甚至不可思議的1100秒！鐘表的準(zhǔn)確度再一次被提高。

從古光擺到現(xiàn)代光擺，也是一個(gè)有趣的輪回。

但是現(xiàn)在帶補(bǔ)償?shù)臄[輪又悄悄的歸來(lái)，由百達(dá)翡麗發(fā)明的砝碼擺輪，一直被高級(jí)表所青睞。這種擺輪一般配合無(wú)卡度游絲使用，無(wú)卡度游絲的好處在于沒(méi)有傳統(tǒng)的游絲卡子，也就沒(méi)有了游絲和卡子之間的間隙運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的誤差，另外由意外碰撞導(dǎo)致卡子移位引起誤差的現(xiàn)象也徹底地消除。而砝碼擺通過(guò)砝碼內(nèi)外的不平衡來(lái)控制擺輪的慣量而達(dá)到調(diào)整節(jié)奏的目的。

ap的超高頻擺輪結(jié)構(gòu)，用到了砝碼擺，為了增強(qiáng)游絲的剛度和補(bǔ)償平游絲的位差，使用了名副其實(shí)的雙層游絲！

（朗格的砝碼擺輪。）