手表的能量来源:主发条

乍一看,主发条可能不是最令人兴奋的手表部件之一。与表盘和表壳相反,它很少成为发烧友热烈讨论的主题。它只是缓慢地前进,被封闭在桶中,没有发出任何声音。然而,除了擒纵机构和齿轮系之外,这个组件是手动和自动机械表的核心功能元件之一。它可能看起来不起眼,但主发条有两个重要的工作:提供能量和分担手表精度的责任. 不出所料,主发条生产的材料和精细工艺在制造商和供应商之间是严密保密的。各种设计技巧和多个发条盒的使用使得节省空间的超薄手表仍然可以提供一周以上的动力储备。因此,现在是我们仔细研究这个被低估的组件的时候了。

主发条基础
弹簧使手表能够储存能量,无论其位置如何。这就是为什么它们是不能使用久经考验的独立式或挂钟的重量驱动方法的可穿戴时计的完美选择,例如怀表和手表。主发条特有的盘绕螺旋形式是手表机芯空间限制以及旋转需求的结果。理论上,其他设计也可以,但会占用太多空间,需要将直线运动转换为旋转运动。

本质上,螺旋形弹簧的行为与简单的柔性或板簧没有什么不同。板簧类似于附在桌子末端的尺子,您可以按下自由端。然而,在盘绕螺旋版本中,弹簧的整个长度占用尽可能少的空间。通过这种方式,几英寸甚至超过一码长的发条可以装在一个发条盒中,而发条盒本身只占据了机芯的一部分。

主发条的布局和特点
主发条的刚度取决于材料及其长度、宽度和厚度。当您将厚度增加一倍时,刚度会增加八倍。长度反过来影响这个属性:长度加倍,刚度会降低八倍。宽度和刚度之间的关系是线性的,因此如果将弹簧的宽度加倍,其刚度也会加倍。因为宽度直接影响机芯的厚度(以及手表本身的厚度),所以最好避免使用较宽的主发条。总之,对于任何给定的材料,主要变量是弹簧厚度和弹簧长度。由于它们的调整理论上对机械性能的影响程度相同,因此必须考虑其他因素,包括发条在发条盒中的安装。

通常,手表使用发条盒中心的心轴上弦。该心轴钩入主发条上的孔中。发条的外端与发条盒的内壁相接,或者通过固定连接,或者(在自动手表中)具有滑动机构,当完全上弦时,发条末端可以在发条盒内部滑动。因此,主发条占据了心轴和发条盒内壁之间的空间,目标是尽可能有效地利用该空间。最小化心轴的直径有一些自然的限制。必须保持心轴的机械强度。此外,较小的心轴直径会增加主发条内端的弯曲度,该弯曲度不得超过弹簧材料的物理极限。为了承受这种弯曲,最终,可用空间量决定了枪管直径的限制。

很明显,每只手表都没有一个“完美”的主发条。必须考虑几个因素,其中一个弹簧几何参数的调整不可避免地会影响其他因素。这就是为什么计算主发条及其发条盒的尺寸是一个迭代过程,通过经验值和近似公式变得更简单。仅仅因为发条盒尺寸相同并不意味着不同的机芯可以使用相同的主发条。理想情况下,主发条应根据给定的机芯量身定制,其设计应能实现最大动力储备(一定的转数),同时为手表提供足够的动力。

还应该注意的是,螺旋形主发条的紧凑形式确实存在一些固有的缺点。发条的一个一般特性在手表的实现中存在一个问题:发条力随着偏转(即,额外的上链)而增加,而这种波动的驱动力会导致机芯的频率随时间而变化。我们已经在之前的文章中讨论了解决这个问题的方法。但是,这种解决方案一般只出现在最昂贵的时计上,所以绝大多数手表只能勉强解决这个问题。你永远无法完全摆脱它,但有一些技巧可以将它减少到最低限度。其中一个技巧是主发条的反向曲线,只有在将发条从发条盒中取出时才能看到。在放松状态下,现代主发条看起来不像一个纯粹的螺旋,而是它们的末端向后弯曲,形成一个 S 形。当安装在发条盒中时,这种形状会在发条松开时产生更均匀的动力输出。

材料
如上所述,主发条由高度专业化的材料制成。作为手表的“心脏”,游丝通常是制造商报道和广告宣传的主要焦点。在过去的几十年中,通过专有合金或使用硅和碳,该领域取得了相当大的进展。然而,主发条合金的发展已经达到了自己的一些里程碑。

收藏 20 世纪下半叶之前制造的老式手表的收藏家都熟悉历史发条最常见的缺点:当时使用的碳钢会生锈,随着时间的推移会磨损,并且由于易碎而容易断裂。救济来自工程师 Reinhard Straumann,他的发明“Nivaflex”使“牢不可破”的主发条适合大规模生产。如果您注意到与 Nivarox 的名称相似,那么您就走在了正确的轨道上,因为这种在游丝中发现的著名合金也归功于 Straumann,正如 1951 年 Nivarox SA 的成立一样。Nivaflex 主要由钴、镍组成和铬,以及少量的铁和钨以及百分之一的铍。如今,Nivarox 和 Nivaflex 均由位于德国哈瑙的高度专业化的公司 Vacuumschmelze 生产。Nivaflex 具有抗磁性能,耐腐蚀,并拥有抗断裂的高性能弹簧材料。在现代手动手表上,您确实必须努力手动折断主发条。

制造主发条
弹簧制造商收到 Nivaflex 作为线材,通过轧制工艺将其变成带材。将长条截断,在一端冲出一个孔眼,用于心轴的钩子。将末端弯曲成 S 形反向曲线后,进行热处理,从而确定弹簧的最终机械性能。然后将末端钩或滑动弹簧(取决于弹簧是用于手动上链还是自动上链时计)焊接到外端。因为在各个圈之间不希望有摩擦,所以弹簧得到了特氟隆涂层。然后交付弹簧,或者预先润滑并安装在枪管中,或者缠绕在运输环中。

最著名的主发条制造商包括瑞士的 Générale Ressorts 和 Schwab-Feller 等公司。2015 年百达翡丽、劳力士和历峰公司入股 Schwab-Feller的事实证明了高品质主发条的重要性。德国 Schramberg 的 Carl Haas 是一家弹簧制造商,不仅为NOMOS Glashütte生产主发条,还为其他品牌生产游丝。

当一个弹簧不够时:带有两个或更多桶的手表
自从配备双发条盒的朗格朗格 1首次亮相以来,在机芯中安装多个发条盒已成为排他性的标志。Chopard的LUC-Quattro更进一步,配备四个发条盒。与多个发条盒齐头并进的高动力储备对于许多手表的收藏家和拥有者来说尤其实用。它们使您可以在周末甚至整整一周内将此类手表单独放置,而无需在之后重新设置时间和日期。这种延长的动力储存通常是通过一系列相互连接的发条盒实现的,这实际上增加了机芯的主发条长度。这种类型的建筑中令人印象深刻的记录保持者是宇舶 MP-05 LaFerrari,其中十个相互连接的发条盒可提供 50 天的动力储存。这款手表配有电动上弦工具。由于连接到心轴的发条盒的棘轮必须相互啮合,因此机芯需要额外的齿轮。

另一种方法是并联使用两个桶。这个版本不需要额外的齿轮,因为两个发条盒直接作用在中心轮上。如果有足够的空间将发条盒对称地布置在中心轮周围,那么中心轮上原本偏向一侧的轴承力几乎可以平衡。弹簧力在平行结构中叠加在一起,因此当弹簧长度相等时,第二个发条盒产生的力是单发条盒设计的两倍。在实践中,这用于将弹簧的高度降低一半,从而允许特别平坦的运动,而不必牺牲驱动力或动力储备。然而,与串行枪管布置相比,这种类型的结构相当罕见。还有一些型号,例如Jaeger-LeCoultre Duomètre 系列具有独立的发条盒,驱动手表中的不同功能(例如,一个用于机芯,一个用于计时码表)。

无论您的手表有一个、两个甚至更多发条盒,这些不起眼的圆柱体都包含比您最初想象的更多的能量。特别是对于手动手表,佩戴者直接与主发条互动。在自动手表中,这种交互不那么直接,但主发条组件的相关性并不低。下次您查看您最喜欢的时计时,也许您会想到这一点。

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