陀飞轮
钟表调速装置
陀飞轮(法文:Tourbillon又称特比龙),有"漩涡"之意,是法国钟表大师阿伯拉罕·路易·宝玑 (Abraham Louis Breguet) 在1795年发明的一种钟表调速装置,可以校正地心引力对钟表机件造成的误差。“Tourbillon”一词或指行星系统围绕单轴运行,或指行星围绕太阳公转所需的能量。陀飞轮主要由摆轮游丝系统、擒纵机构等组成,按照不同的组合方式,陀飞轮可以分为同轴式和偏心式两类。
1801年,路易·宝玑为陀飞轮申请了专利,为期10年。1993年,中国香港的矫大羽发明了更出色的第三代“矫氏神奇陀飞轮”。
陀飞轮是目前唯一可以不受地心引力等、发条松紧度、金属疲劳齿轮长时间啮合工作等因素影响,年误差低于1秒,也是唯一可以达到天文台级的机械表结构。陀飞轮发明对高级制表业的意义很大。
发展历史
第一代
第一代陀飞轮结构,是在1795年由阿伯拉罕·路易·宝玑 (Abraham Louis Breguet) 发明并制成的。其飞轮结构必须由“飞轮旋转框架”(Tourbillon’s Carriage)和“飞轮固定支架”(Tourbillon'sBridge)不可或缺的两部分基本构件组成。在此组合中“摆轮夹板”(Balance'sBridge)必须随飞轮一起旋转。偏心式(亦称非同轴式,即摆轮的中心和飞轮的中心不在同一轴心上)。“陀飞轮”,这一单词经常被人们曲解,而其所蕴含的天文意义也早被世人遗忘。根据19世纪的主要辞典,如勒内·笛卡尔词典(Desca rtes)、百科全书等, “Tourbillon”一词或指行星系统围绕单轴运行,或指行星围绕太阳公转所需的能量。显然,这一释义“与剧烈旋转”或“无法控制的风暴”等现代含义相去甚远。宝玑先生深受启蒙思潮影响,因此他选择了这一习惯先观察后模仿的人会选择的名字。在这方面,宝玑先生与18世纪的利奥六世持有类似观点,他们认为制表是一个奇妙的微观世界。事实上,很难不去想象这一机构如同容纳了一个微小而有序的星座,它将调速机构(摆轮游丝)和能量转换机构(擒纵轮和擒纵杆)置于同一活动框架内,如同行星般不停旋转。
第二代
第二代陀飞轮结构是在1930年左右,德国制表大师Alferd Helwig制造成功没有“飞轮固定支架”的陀飞轮怀表,提高了此种表运转时的神秘感和动态艺术美。在此组合中,“摆轮夹板”仍须随飞轮一起旋转,此第二代飞轮表同样有同轴式和偏心式两种类别。
第三代
第三代陀飞轮结构则由东方的钟表大师一中国人矫大羽(KuTai Yu)在1993年于香港特别行政区的“天仪轩”首创发明并且亲手制造成功。它不但和第二代飞行陀飞轮表一样都取消了“飞轮固定支架”,而且奇迹般地把“飞轮旋转框架”也一同取消了(在第一代和第二代飞轮表中,此构件都是必不可少的)。另外,在这个全新的结构中还把第一代和第二代飞轮表中必须随飞轮一起旋转的“摆轮夹板”改变为不随飞轮一起转动,首次大大减轻了飞轮重量达一半以上,并且可以加大摆轮的直径,以增强计时的稳定性,同时又提高了动感艺术表现的水平。在陀飞轮表制造历史中,矫大羽首次选用蓝宝石玻璃替代了原本用金属制造的“摆轮夹板”,之前此部件是附属于“飞轮旋转框架”中的。由于此表运转时显得更加神秘莫测,故在国际上也被称为“矫氏神奇陀飞轮”和“中国陀飞轮”。
三金桥陀飞轮
1860年,Constant Girard-Perregaux亲自创制了一枚陀飞轮怀表,机芯由三条平衡箭头形夹板固定,首次将机芯技术结构提升至时计设计的一部份,写下制表史重要一章。1884年Constant Girard-Perregaux为此设计向美国专利及商标局申请技术专利;1889年,GP芝柏巴黎世界博览会展出三金桥陀飞轮怀表,并赢得金牌奖,GP芝柏表凭此晋身顶级制表厂行列之余,三金桥陀飞轮亦开启了高级时计工艺的新纪元。GP芝柏表推出这限量50枚的玫瑰金三金桥陀飞轮腕表,向源自十九世纪中叶诞生的时计工艺传奇致敬。
中国陀飞轮发展
1991年,香港特别行政区制表大师矫大羽先生成功试制中国人的第一块陀飞轮表。
受此影响,北京手表厂高级工程师许耀南在1996年成功制造出3支样表,称为中国第一代陀飞轮手表。其中的Tourbillon CHINA NO.1是中国大陆的第一只陀飞轮手表。
2001年,瑞土巴塞尔国际钟表博觉会上,香港国际著名手表艺术大师娇大羽先生再次将其亲手创制的最新作品"双龙神奇天仪飞轮”金表展现在世人面前,该表以其独有的艺术创意再度引起国际钟表界的普遍关注。
2006年4月举办的瑞士巴塞尔国际钟表珠宝展上推出“游龙戏凤”铂金全微雕绝版陀飞轮腕表,在世界制表领域创下7项世界第一。
基本原理
当手表在垂直位置时会受到地心引力的作用,当一只钟表处于垂直位置时,由于来自地心引力的作用,它的调节控制器,即导致摆轮不平衡以及游丝工作时的偏心,因此摆轮、游丝和擒纵器,会在每一下摆动时发生难以觉察的快慢变化。
位差导致摆轮的不平衡以及游丝工作时的偏心,由于这两个因素分别在其方位相差180度,对走时快慢的影响正好相反。于是,把擒纵机构和摆轮游丝系统一同配置在一个旋转的支架上,摆轮和游丝的重心方位每经历30秒即发生180度转换,60秒为360度转换,这个支架就装在秒轴上,以每分钟一圈的速度转动。这样,二者由于偏心引起的走时快慢正好得以相互补偿。
简单地说,陀飞轮的创意在于,将擒纵机构放在一个框架(Carriage)之内使框架围绕轴心也就是摆轮的轴心做360度不停地旋转。这样。原本的擒纵机构是固定的,因而当表揭置位置变化的时候如果擒纵机构不变,造成了擒纵零件受力不同而产生了误差,当擒纵机构360度不停地旋转起来的时候,会将零件的方位误差综合起来,互相抵消,从而消灭误差。经技术及实际证明,目前陀飞轮一股以1分钟转360度,是最理想的旋转速度。
主要构造
摆轮游丝系统
陀飞轮的摆轮游丝系统结构通常由摆轮部件、游丝部件、摆夹板组件组成。摆轮部件由摆轮和摆轴通过铆接连接在一起,如下图所示,摆轮根据轮缘结构不同,又有1光摆、2带螺钉摆、3开口摆之分。带螺钉摆轮可通过螺钉来调节快慢,开口摆可进行温度补偿。光摆摆轮制造工艺简单,运转时空气阻力较小,相对于其他摆轮具有较大的轮缘直径,相应的增加了转动惯量,而且光摆摆轮的材料一般采用膨胀系数极小的白铜材料,因而明显地优于前述两种摆轮。
擒纵调速机构
擒纵调速机构是机械计时仪器的组成部分,由振动系统和擒纵机构组成,擒纵调速器的结构简单,而且不受电磁环境的影响,对环境温度也不敏感,有较强的抗干扰能力。根据擒纵调速器振动系统中有无弹性元件,可分将擒纵调速器分为两大类:有返回力矩式擒纵调速器和无返回力矩式擒纵调速器。
擒纵机构的种类较多,机械手表中最为常用的擒纵机构为叉瓦式擒纵机构。叉瓦式擒纵机构的结构如下图所示,其中的主要零部件为1擒纵轮和2擒纵叉,7和8是安装在擒纵叉上的进瓦和出瓦,9叉头钉安装在擒纵叉的叉头部分,3、4 和5是套装在摆轮轴上的,3冲击盘和4保险盘做成一体,被称为双圆盘,5圆盘钉安装在双圆盘上。6为限位钉,一左一右安装在擒纵叉的两旁。
分类
第一代和第二代陀飞轮都同样有同轴式和偏心式两种类别,不同于第一代陀飞轮,第二代陀飞轮取消了轮固定支架,而第三代陀飞轮不但和第二代飞行陀飞轮表一样都取消了“飞轮固定支架”,而且奇迹般地把“飞轮旋转框架”也一同取消了(在第一代和第二代飞轮表中,此构件都是必不可少的)。另外,在这个全新的结构中还把第一代和第二代飞轮表中必须随飞轮一起旋转的“摆轮夹板”改变为不随飞轮一起转动,首次大大减轻了飞轮重量达一半以上,并且可以加大摆轮的直径,以增强计时的稳定性。
第一代和第二代
同轴式陀飞轮
同轴式飞行陀飞轮就是将摆轮的回转中心与“飞轮旋转框架”的旋转中心置于同一轴心线上,摆轮绕着自己的回转中心同时还是“飞轮旋转框架”的旋转中心为轴摆动。
秒轮片3与支撑旋转框架的宝石轴承固定为一体,支撑旋转框架,擒纵轮4a与擒纵齿轴4b铆合为一体组成擒纵轮部件4。叉头钉5c被固定在擒纵叉体5a的叉头上,进瓦5d与出瓦5e一左一右固定在叉瓦体5b的叉身上,擒纵叉体5a、叉瓦体5b和叉轴5f通过位钉定向压合为一体组成擒纵叉组件5。
偏心式陀飞轮
偏心式即非同轴式,就是将摆轮的旋转中心与“飞轮旋转框架”的旋转中心不置于同一轴心线上,摆轮既绕着自己的回转中心摆动还以“飞轮旋转框架的旋转中心为轴做公转。这个陀飞轮结构有自身的特别之处,那就是它是第二代飞行式同轴陀飞轮的简化版,其含义是它采用了传统擒纵机构,使得整体结构相对于同轴式陀飞轮的特殊擒纵机构要简单很多,所以设计与制造难度就相对简单了。下图是此擒纵机构的亚面结构示意图。
第三代陀飞轮
第三代陀飞轮结构则由东方的钟表大师一中国人矫大羽(KuTai Yu)在1993年于香港特别行政区的“天仪轩”首创发明并且亲手制造成功。全新的陀飞轮结构中,矫大羽把第一代和第二代飞轮表中必须随飞轮一起旋转的“摆轮夹板”改变为不随飞轮一起转动,首次大大减轻了飞轮重量达一半以上,并且可以加大摆轮的直径,以增强计时的稳定性,同时又提高了动感艺术表现的水平。
按照装配直径分类
陀飞轮手表按机心装配直径分Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三类。
Ⅰ型
手表机心装配直径大于33mm(或面积大于855mm)
Ⅱ型
手表机心装配直径为23mm~33mm (或面积为415mm~855mm)
Ⅲ型
手表机心装配直径小于23mm(或面积小于415mm)。
应用领域
陀飞轮通过擒纵装置的不断旋转来对抗重力的作用,这种设计的最初目的是增加计时的准确性,而现在陀飞轮在现代钟表中出现是为了显小制长的高超技艺和精美工艺,而陀飞轮装置通常在表中以可视的方式显现,以增加手长的美观,因此在高档手表上得到了广泛应用。
标准规范
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布的GB/T 9820-2008(科学技术定义),规定了钟表行业所用的主要科学技术术语及其定义,适用于计时仪器及有关装置。
中华人民共和国工业和信息化部颁布的QB/T 4349-2012,规定了陀飞轮手表的定义、产品分类、要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输、贮存。QB/T4349适用于陀飞轮手表及其机心。
发展趋势
高精度
陀飞轮技术不断被研发和改进,使得陀飞轮的精度不断提高,以满足不断增长的高精度应用需求。
多样化设计
陀飞轮的设计越来越多样化,不仅有传统的形状,还有更加复杂和艺术化的设计比如超薄型,以满足不同用户的需求和喜好。
智能化应用
随着智能化技术的发展,陀飞轮也越来越多地被应用于智能化系统中,例如智能手表、智能家居等。这些智能化应用能够更好地满足用户的需求,提高用户的使用体验。
参考资料
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陀飞轮手表.安全管理网.2023-12-07
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目录
概述
发展历史
第一代
第二代
第三代
三金桥陀飞轮
中国陀飞轮发展
基本原理
主要构造
摆轮游丝系统
擒纵调速机构
分类
第一代和第二代
同轴式陀飞轮
偏心式陀飞轮
第三代陀飞轮
按照装配直径分类
Ⅰ型
Ⅱ型
Ⅲ型
应用领域
标准规范
发展趋势
高精度
多样化设计
智能化应用
参考资料